新疆兵團(tuán)地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡捍東，康偉偉

（1.新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆兵團(tuán)地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡捍東1，康偉偉1

（1.新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

基于ArcGIS Engine 10.0開發(fā)平臺(tái)，采用C#高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，建立新疆兵團(tuán)地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)。結(jié)合新疆兵團(tuán)城市的特點(diǎn)，闡述了開發(fā)背景、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)，以及主要功能模塊的開發(fā)思路，以期達(dá)到對(duì)地下管網(wǎng)信息科學(xué)管理的目標(biāo)。

智慧城市；地下管網(wǎng)；信息系統(tǒng)；C#；GIS

1 系統(tǒng)開發(fā)模式

城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的開發(fā)通常遵循GIS開發(fā)的3種模式：獨(dú)立開發(fā)模式、宿主型開發(fā)模式和GIS組件式開發(fā)模式[1,2]。獨(dú)立開發(fā)模式不依附于任何GIS工具軟件，且所有算法均由開發(fā)者獨(dú)立設(shè)計(jì)，但其工作量龐大，開發(fā)周期長；采用宿主型開發(fā)模式開發(fā)的系統(tǒng)功能較弱，界面不美觀；組件式開發(fā)在開發(fā)過程中和開發(fā)結(jié)果上均優(yōu)于其他兩種開發(fā)模式，是當(dāng)今開發(fā)人員的主流選擇。采用組件進(jìn)行開發(fā)，可以有效減少代碼的冗余度，使用戶開發(fā)過程有所簡(jiǎn)化。通過對(duì)比3種系統(tǒng)開發(fā)模式、分析可行性，新疆兵團(tuán)城市地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)的開發(fā)模式選擇GIS組件式開發(fā)，采用ArcGIS Engine 作為地理信息系統(tǒng)技術(shù)支撐平臺(tái)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中的一些開源組件，并使用C#作為開發(fā)語言。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了建庫成圖、工程管理、地形瀏覽、數(shù)據(jù)編輯、查詢統(tǒng)計(jì)、管線分析、輸出顯示等7大模塊，每個(gè)大模塊又由若干子模塊組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1）建庫成圖，目前該軟件系統(tǒng)使用的矢量數(shù)據(jù)主要有2種類型：①分層后的.dxf格式的管網(wǎng)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的導(dǎo)入管網(wǎng)數(shù)據(jù)功能生成管網(wǎng)圖；②分層后的.dxf格式的地形數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)功能生成地形圖。在導(dǎo)入這兩種數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)和該項(xiàng)目的要求，可將.dxf格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫格式。若后期有需要，系統(tǒng)也提供了數(shù)據(jù)庫增加、修改、刪除等字段編輯功能。

2）工程管理，包括圖形數(shù)據(jù)庫的加載清除、工程的保存退出、用戶權(quán)限的設(shè)置更改等功能。該模塊中主要實(shí)現(xiàn)的功能是管網(wǎng)、地形數(shù)據(jù)庫.mdb、. dwg、. mxd、. shp、 . lyr、.jpg、.bmp、.png、 .tiff等格 式數(shù)據(jù)的加載，對(duì)圖面進(jìn)行一系列操作后的工程保存，用戶權(quán)限的更改設(shè)置。

3）地圖瀏覽，包括視圖縮放處理、圖層控制管理、量測(cè)、地圖定位等功能。其中視圖縮放處理包括地圖放大、縮小、移動(dòng)、全圖顯示等，通過縮放平移可有效地實(shí)現(xiàn)地圖的快速瀏覽。圖層控制管理能夠?qū)λ付ǖ膱D層設(shè)置顯示和隱藏。量算工具主要實(shí)現(xiàn)圖面的點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)注，兩點(diǎn)之間的距離、折線長度的量算以及任意指定圖形的面積和周長等。地圖定位功能極大地提高了地圖實(shí)時(shí)定位的速度，為用戶提供快速瀏覽圖面的效果。在進(jìn)行所有的操作后，若需要進(jìn)行圖面的清理，點(diǎn)擊刷新狀態(tài)功能，圖面即清除數(shù)據(jù)庫以外的圖面標(biāo)注。

4）數(shù)據(jù)編輯，用于修改各種管線實(shí)體的屬性和增加后期有所變更的管線實(shí)體，包括管點(diǎn)、線的增加、刪除、移動(dòng)，管線的其他相關(guān)專業(yè)操作等。該模塊可以直接通過在圖面上點(diǎn)擊獲取坐標(biāo)，然后再進(jìn)行屬性的修改添加。或者在數(shù)據(jù)庫中直接進(jìn)行地理實(shí)體的屬性和圖形的修改和添加。在該板塊中還可以實(shí)現(xiàn)管線方向的調(diào)整、管線的扯旗標(biāo)注等。需要注意的是，該板塊中的任何操作都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改具有不可逆性，所以最好在修改前進(jìn)行數(shù)據(jù)庫備份（系統(tǒng)中提供有該功能）。

5）查詢統(tǒng)計(jì)，包括對(duì)圖面和各種屬性查詢統(tǒng)計(jì)。圖面查詢統(tǒng)計(jì)主要是對(duì)點(diǎn)選擇、區(qū)域選擇下的實(shí)體屬性信息和圖形信息的統(tǒng)計(jì)顯示。屬性查詢統(tǒng)計(jì)功能主要是根據(jù)管點(diǎn)、線的屬性字段的設(shè)置進(jìn)行查詢，如管線材質(zhì)、管線半徑、建設(shè)年代、所在道路、權(quán)屬單位等。不僅可以進(jìn)行單一條件的查詢統(tǒng)計(jì)，還可以根據(jù)用戶指定的簡(jiǎn)單條件、復(fù)合條件、模糊條件等進(jìn)行管點(diǎn)、線的查詢統(tǒng)計(jì)，用戶可以指定任意區(qū)域。在區(qū)域內(nèi)的查詢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能以表格和圖表形式顯示。

6）管線分析，包括斷面分析、凈距分析、爆管分析、最短路徑分析、緩沖區(qū)分析、管線規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)等功能。其中，斷面分析是根據(jù)管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和地形數(shù)據(jù)庫中的三維數(shù)據(jù)，對(duì)所選擇位置生成橫斷面分析圖，對(duì)斷面圖可以放大、縮小、平移等，并可查看相關(guān)管線的屬性信息，支持打印功能。管線規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)功能根據(jù)設(shè)計(jì)成果，將其導(dǎo)入到現(xiàn)有的管網(wǎng)中，通過模擬顯示，可分析得出該管線設(shè)計(jì)是否符合要求，避免了施工中的土方量計(jì)算錯(cuò)誤、挖斷管線等可避免的錯(cuò)誤。

7）輸出顯示，包括管線成果輸出和三維成果顯示等功能。在管線成果輸出中，對(duì)視圖的當(dāng)前狀態(tài)可以保存為多種圖片格式進(jìn)行打印輸出。在三維成果顯示中，根據(jù)管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，結(jié)合符號(hào)庫中的三維符號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的管線數(shù)據(jù)模擬現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行三維顯示，在三維視圖下可實(shí)現(xiàn)瀏覽，漫游、鳥瞰、放大、縮小、屬性查看等功能。滿足二三維視圖的聯(lián)動(dòng)功能，可以在2個(gè)視圖間進(jìn)行實(shí)時(shí)切換。

2.2 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)組織

1）空間數(shù)據(jù)組織。系統(tǒng)所涉及的空間數(shù)據(jù)主要包括地形數(shù)據(jù)和管網(wǎng)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的海量性以及復(fù)雜性，需對(duì)其進(jìn)行分層管理?；A(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)庫主要包含行政區(qū)劃、居民點(diǎn)、交通設(shè)施、水系設(shè)施、地貌土質(zhì)、植被土質(zhì)等內(nèi)容。它既包括以矢量結(jié)構(gòu)描述的帶有拓?fù)潢P(guān)系的空間信息,又包括以關(guān)系結(jié)構(gòu)描述的屬性信息，基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依賴提供的基礎(chǔ)地形圖圖層結(jié)構(gòu)。用數(shù)字地形數(shù)據(jù)可進(jìn)行距離、面積量算，以及各種空間分析，如緩沖區(qū)分析、空間疊加分析、地形分析等。數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)庫反映了新疆建設(shè)兵團(tuán)的自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，而該庫的完備性將影響該地區(qū)未來的城市建設(shè)規(guī)劃、投資環(huán)境分析、資源管理等各方面，與此同時(shí)可為人口、資源、交通等各專業(yè)信息系統(tǒng)的建立提供準(zhǔn)確的空間定位。綜合管線數(shù)據(jù)庫主要包括給水、排水、燃?xì)狻崃?、電力、通信電纜等地下管線數(shù)據(jù)。

2）屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的鏈接。每一個(gè)地理實(shí)體無論其位置、大小、形態(tài)在數(shù)據(jù)庫中都只能使用唯一的一個(gè)幾何對(duì)象標(biāo)識(shí)碼?；A(chǔ)數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)和擴(kuò)展信息數(shù)據(jù)兩類?；A(chǔ)信息數(shù)據(jù)是指地形圖、基本空間數(shù)據(jù)以及分類碼、標(biāo)識(shí)碼、名稱等基本屬性信息。基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)直接連接到圖形數(shù)據(jù)的特征表上，不必分開存儲(chǔ)，可方便數(shù)據(jù)的操作、維護(hù)。擴(kuò)展信息數(shù)據(jù)是指基礎(chǔ)信息之外的其他專業(yè)屬性信息數(shù)據(jù)，采用空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的分離存儲(chǔ)。二者通過唯一的標(biāo)識(shí)碼鏈接，以便于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的操作、管理與擴(kuò)展[3]。

3 系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

外業(yè)的測(cè)量數(shù)據(jù)在CAD中成圖后，可直接通過該軟件打開、瀏覽，若需要，可根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫格式，通過數(shù)據(jù)庫檢查功能，調(diào)整數(shù)據(jù)，即可轉(zhuǎn)換為管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

3.2 屬性查詢

在系統(tǒng)中點(diǎn)擊屬性查詢即可彈出屬性對(duì)話框，然后在地圖顯示窗口中選中某一地理空間要素即可獲取所要查詢要素的屬性信息。在地圖上選擇地理對(duì)象時(shí)，使用鼠標(biāo)以單擊、畫圓、拉框或者畫任意多邊形方式來確定所需查詢的對(duì)象范圍，若實(shí)體被選中即會(huì)以高亮形式顯示，對(duì)話框中顯示的查詢結(jié)果如圖3所示。

圖3 屬性查詢

3.3 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是該軟件中不可或缺的GIS分析功能之一，通過設(shè)置其類型、點(diǎn)緩沖、多邊形緩沖、緩沖半徑的大小，選擇緩沖起始點(diǎn)，獲得緩沖范圍，分析其影響范圍。緩沖結(jié)果可以輸出保存,如圖4所示。

3.4 橫斷面分析

管線橫斷面分析用于分析檢查管線在任意截面位置上與其他管線、道路在垂直方向的交叉情況，使道路與管線的地下部分實(shí)現(xiàn)空間可視化，也可以反映截面位置上的管線分析情況,從而準(zhǔn)確反映管線及道路間的空間關(guān)系[4]。

圖4 緩沖區(qū)分析

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心代碼如下：

//在地圖上繪制一條斷面線

ILine line =new LIneClass()

line.putcoords(starpoint,endpoint)

GXline=axMapControl1.SelectByShape(line, pSelectionEnv, false);

//顯示斷面圖

DlgForHdm objHdmDlg = new DlgForHdm(this.axMapControl1);

objHdmDlg.Show(GXline);

管線的橫斷面分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 橫斷面分析

3.5 三維視圖的顯示

將視圖切換到三維視圖，在管線圖層窗體中，右鍵點(diǎn)擊選擇添加三維管線，即可將地下管網(wǎng)以三維模型的形式直觀、多視角、多層次地表現(xiàn)出來。在視圖窗體中，可對(duì)三維管線進(jìn)行瀏覽，查看其對(duì)應(yīng)的屬性，實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)動(dòng)等功能，如圖6所示。

圖6 三維視圖

4 結(jié) 語

該軟件系統(tǒng)基于GIS集成的二次開發(fā)方式，不僅實(shí)現(xiàn)了普通軟件的基本功能，如加載不同格式的數(shù)據(jù)，瀏覽、查看管線基礎(chǔ)信息，而且實(shí)現(xiàn)了三維的城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)的管理，多視角、形象生動(dòng)地表現(xiàn)了地下管網(wǎng)的復(fù)雜相互關(guān)系和空間分布，使得城市地下管網(wǎng)的管理工作變得簡(jiǎn)單易行。

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P208

B

1672-4623（2015）04-0027-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.010

胡捍東，高級(jí)工程師，主要從事地理信息測(cè)繪工作。

2015-05-05。