基于ArcGIS Engine的警務(wù)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高晟

摘要：隨著城鄉(xiāng)一體化建設(shè)步伐的不斷加快，加上城市規(guī)模的逐步擴(kuò)大，城市信息化建設(shè)工作越來(lái)越復(fù)雜，其中警務(wù)信息化作為城市信息化建設(shè)工作的一部分，對(duì)其要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)文本查詢已難以滿足當(dāng)前工作需求。鑒于此，利用Visual C#2008和ArcGIS Engine 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套警務(wù)地理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際中取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：城市信息化；警務(wù)地理信息系統(tǒng)；Visual C#2008；ArcGIS Engine；二次開(kāi)發(fā)

DOIDOI：10.11907/rjdk.151419

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）008014403

0 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加上人口的不斷增加，公安部門靠紙質(zhì)地圖進(jìn)行相關(guān)管理工作已越來(lái)越困難，甚至有些地方已經(jīng)不能適應(yīng)基于目前條件的實(shí)戰(zhàn)需求。雖然目前國(guó)內(nèi)大部分警務(wù)系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信息化，但有相當(dāng)一部分是基于文本的信息系統(tǒng)，并且這些警務(wù)信息系統(tǒng)以單個(gè)警種為單位，以至于各個(gè)警種之間存在“信息孤島”，無(wú)法協(xié)同辦案[1]?？傮w而言，比起歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的警務(wù)信息化建設(shè)，我國(guó)由于起步較晚，因此還有一定的差距[2]?；谝陨媳尘埃疚睦靡延械木瘎?wù)信息屬性數(shù)據(jù)，將紙質(zhì)地圖加以矢量化，提出了一套集警務(wù)、交通、指揮協(xié)同等功能于一體的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并且實(shí)現(xiàn)了其中部分核心模塊功能。將其應(yīng)用于山西省某市的日常警務(wù)工作中，取得了良好效果。

1 GIS與警務(wù)地理信息系統(tǒng)

GIS（Geographic Information System）是一種在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，可將現(xiàn)實(shí)世界中的地物實(shí)體以某種格式輸入并且可以進(jìn)行查詢、管理、綜合分析的空間信息應(yīng)用系統(tǒng)。它是20世紀(jì)60年代中期逐漸發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，并且加拿大于1963年建成了世界上第一個(gè)GIS（CGIS）。我國(guó)的GIS事業(yè)起步晚，經(jīng)歷了起步、準(zhǔn)備、發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化4個(gè)階段。我國(guó)目前已經(jīng)將GIS應(yīng)用到譬如交通、能源、通信、測(cè)繪、房產(chǎn)、公安、軍事、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)部門。由于警務(wù)工作所具有的特殊性，其中有超過(guò)60%的信息與地理信息有關(guān)[34]。將GIS應(yīng)用于警務(wù)工作則稱為警務(wù)地理信息系統(tǒng)（Police GIS），它為公安人員提供了一種可視化、全方位的統(tǒng)籌分析功能。傳統(tǒng)警務(wù)工作方式是文本信息管理系統(tǒng)結(jié)合紙質(zhì)圖紙來(lái)進(jìn)行相關(guān)分析工作，這樣容易導(dǎo)致信息異步和核心信息定為不夠精確等問(wèn)題。而將可視化地圖同傳統(tǒng)文本信息系統(tǒng)相結(jié)合可以很好地解決上述矛盾。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

目前，系統(tǒng)所針對(duì)的空間數(shù)據(jù)主要有道路線、房屋、大的政府專屬區(qū)域以及交通設(shè)施。這些空間實(shí)體主要是紙質(zhì)地圖形式，只是部分實(shí)現(xiàn)了電子地圖，在開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的是先將系統(tǒng)所涉及到的相關(guān)空間實(shí)體轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)格式。系統(tǒng)所需格式是美國(guó)ESRI公司開(kāi)發(fā)的shape格式，它是一種矢量格式。具體數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

根據(jù)現(xiàn)有軟硬件條件以及公安系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求，本系統(tǒng)采用了基于C/S模式的三層架構(gòu)，即客戶/UI層、業(yè)務(wù)/邏輯層、數(shù)據(jù)層[5]。采用三層結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)便是方便后期系統(tǒng)維護(hù)，因?yàn)樵趯?shí)際工作中客戶會(huì)不斷有業(yè)務(wù)上的變化，系統(tǒng)必須隨著業(yè)務(wù)的變化而變化，而利用此架構(gòu)模式只需改變部分相關(guān)代碼即可，而不用將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大的變動(dòng)。

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)作為應(yīng)用于某個(gè)特定行業(yè)的專用GIS構(gòu)件，需要實(shí)現(xiàn)圖形輸出、空間分析、空間查詢、專題圖制作及輸出、地圖編輯等幾個(gè)核心功能，同時(shí)必須擁有一定的文本信息管理功能，這就必須將空間實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分開(kāi)存儲(chǔ)。該系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)相關(guān)部門警務(wù)日常工作進(jìn)行需求分析，得到系統(tǒng)總體功能模塊如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體功能

其中，地圖工具模塊包括地圖全圖顯示、地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、局部縮放；空間分析模塊包括距離測(cè)算、空間查詢、緩沖區(qū)分析、最短路徑分析、警情定位；圖層管理模塊包括節(jié)點(diǎn)編輯、線編輯、面編輯；數(shù)據(jù)維護(hù)包括數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)備份、GPS錄入、文件打印；權(quán)限管理包括用戶維護(hù)、用戶角色維護(hù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 環(huán)境搭建與數(shù)據(jù)預(yù)處理

本系統(tǒng)采用微軟公司的Visual C#2008集成開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合ESRI公司的ArcGIS Engine二次開(kāi)發(fā)套件來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)GIS有3種方法，它們分別是獨(dú)立開(kāi)發(fā)、集成開(kāi)發(fā)、組件式開(kāi)發(fā)。從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本來(lái)看，采用組件式開(kāi)發(fā)最為便捷而且所開(kāi)發(fā)出來(lái)的成品可靠性更高。首先，必須安裝ESRI公司的GIS軟件以便對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化和圖層提取。本系統(tǒng)利用ArcGIS 10中的ArcMap 10進(jìn)行源數(shù)據(jù)處理[6]。

首先從山西省某市城市規(guī)劃局獲取不涉及核心機(jī)密的相關(guān)紙質(zhì)地圖和以DWG格式存儲(chǔ)的電子地圖，然后將紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描并用ArcMap進(jìn)行矢量化和拓?fù)錂z查，最終將得到的電子地圖利用ArcMap進(jìn)行圖層拼接，提取出系統(tǒng)所需的有用數(shù)據(jù)圖層并進(jìn)行著色和符號(hào)化，就可以得到開(kāi)發(fā)系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟公司的SQLServer 2008和ESRI公司的ArcSDE。系統(tǒng)所涉及的非空間實(shí)體依據(jù)某種范式轉(zhuǎn)換成邏輯模式后存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server2008中，而利用空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE的數(shù)據(jù)通道可將空間數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在SQL Server2008中。其原理是空間數(shù)據(jù)通過(guò)將后綴名為shp的文件（shape文件通用后綴名）經(jīng)由ArcsSDE導(dǎo)入SQL Server2008中，并以表的形式存儲(chǔ)，因此屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)彼此之間用公用ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)就可以利用SQL語(yǔ)句進(jìn)行各種空間查詢。對(duì)于本系統(tǒng)空間分析模塊中的最短路徑分析子模塊，還需將所得到的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，也即將得到的道路圖層利用ArcGIS中的ArcCatalog進(jìn)行道路線網(wǎng)絡(luò)化處理。系統(tǒng)最短路徑分析子模塊數(shù)據(jù)預(yù)處理流程如圖4所示。

圖4 最短路徑數(shù)據(jù)處理流程

3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，地圖顯示主要是利用ArcGIS Engine中的MapControl控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后關(guān)聯(lián)axTOCControl控件就可以進(jìn)行ArcMap中的圖層聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)主界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)主界面

通過(guò)屬性定位圖形與通過(guò)圖形查詢相關(guān)屬性是任何一個(gè)GIS的必備功能，這樣能給決策者更為直觀的展示。本系統(tǒng)中屬性和圖形之間的雙向查詢是通過(guò)圖形與屬性之間的一個(gè)關(guān)聯(lián)字段FID來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先用戶輸入要查詢的條件，然后系統(tǒng)通過(guò)SQL語(yǔ)句查到與之相關(guān)的屬性，并利用ArcGIS Engine中的QueryFilter對(duì)象找到相關(guān)FID，這樣就可以定位到要查詢的圖形。具體操作為：通過(guò)在主界面右側(cè)的條件查詢文本框中輸入要查詢實(shí)體的條件，然后點(diǎn)擊查詢即可以得到結(jié)果并在圖中高亮顯示。

圖6 通過(guò)屬性定位圖形

緩沖區(qū)分析是地理信息系統(tǒng)中重要的距離分析項(xiàng)目，它根據(jù)系統(tǒng)中點(diǎn)、線、面空間實(shí)體，自動(dòng)建立一定寬度范圍內(nèi)的多邊形服務(wù)半徑[78]。在當(dāng)前圖層中選取某個(gè)圖層作為中心點(diǎn)，目標(biāo)圖層作為要分析的圖層，然后選取一定距離的分析半徑，即可得到分析結(jié)果。

圖7 緩沖區(qū)分析結(jié)果

最短路徑分析也是GIS系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)功能，警務(wù)人員利用其分析出來(lái)的所經(jīng)道路迅速到達(dá)案發(fā)點(diǎn)。本系統(tǒng)利用已有的Dijkstra算法結(jié)合相關(guān)控件實(shí)現(xiàn)了最短路徑分析。最短路徑分析屬于ArcGIS Engine網(wǎng)絡(luò)分析組件中的重要功能之一，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 ArcGIS Engine網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

在ArcGIS Engine網(wǎng)絡(luò)分析組件的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的Dijkstra算法，可以快速開(kāi)發(fā)出符合實(shí)際應(yīng)用需求的最短路徑分析模塊[910]。

本系統(tǒng)利用C#結(jié)合ArcGIS Engine及Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)最短路徑的具體操作過(guò)程是先定義一個(gè)查詢函數(shù)Find_Path，其作用是遍歷前述預(yù)處理所得數(shù)據(jù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，具體定義是Public void Find_Path（shortpath noded_nodejihe，stringnode_kaish）；然后再定義一個(gè)名為get_find_shortpath的函數(shù)以便可以獲取起始節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑，最終所得最短路徑被ArcGIS Engine相關(guān)組件高亮顯示在道路圖層中。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)山西省某市進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和需求分析，在已有數(shù)據(jù)和軟硬件環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出了基于ArcGIS Engine的組件式警務(wù)地理信息系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了部分核心功能。本系統(tǒng)采用三層模式開(kāi)發(fā)方法為后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)留下了很好的擴(kuò)展接口。系統(tǒng)在實(shí)際警務(wù)工作應(yīng)用中取得了良好效果，為警務(wù)資源合理配置提供了可視化的分析平臺(tái)。后續(xù)工作主要是繼續(xù)擴(kuò)展其它相關(guān)功能，例如基于GPS的數(shù)據(jù)錄入及完善地圖的編輯功能，并在目前C/S模式的基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)展為基于B/S模式的WebGIS。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）