面向Geodatabase的柵格數(shù)據(jù)批量加載插件開發(fā)

王育紅,劉康晨

(江蘇師范大學 地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院,江蘇 徐州 221116)

0 引 言

1999年, 美國ESRI公司發(fā)布了當時代表最高技術水平的全系列GIS平臺——ArcGIS。Geodatabase則是伴隨ArcGIS而生的、 采用對象關系數(shù)據(jù)庫技術的新一代空間數(shù)據(jù)模型。 相對于早期的Shapefile與Coverage空間數(shù)據(jù)模型, Geodatabase具有一體化、 智能化等優(yōu)勢, 能夠更清晰、 準確地反映、 描述現(xiàn)實實體的靜態(tài)屬性與動態(tài)行為特征[1]。 經(jīng)過多次的技術革新和版本升級, 目前Geodatabase已具備統(tǒng)一集中管理矢量、 柵格、 DEM、 TIN、 網(wǎng)絡、 時態(tài)、 常規(guī)屬性表格、 音視頻等多種數(shù)據(jù)的強大能力, 并廣泛應用于眾多領域和部門[2-3]。

為滿足不同的應用需要,Geodatabase針對柵格數(shù)據(jù)提供了5種不同的存儲與管理機制。其中：柵格數(shù)據(jù)集用來直接存儲原始格式的柵格數(shù)據(jù);柵格目錄和鑲嵌數(shù)據(jù)集作為特殊形式的關系表,主要來存儲記錄多幅柵格數(shù)據(jù)及其相關的屬性信息;要素類與表則通過其中自定義的柵格型屬性列(字段)來進一步存儲記錄相關的柵格數(shù)據(jù),以豐富擴展空間和非空間對象主體記錄的信息內容、增加直觀認識。對于前3種主體型存儲方式,可通過ArcMAP應用程序提供的“導入柵格數(shù)據(jù)集”、“加載柵格數(shù)據(jù)集”等功能將外部原始柵格數(shù)據(jù)批量加載到所建Geodatabase中。但對于后兩種輔助型存儲方式,目前尚沒有批量加載工具,只能根據(jù)表或要素類中已有的數(shù)據(jù)記錄,人工逐條加載與之相關的柵格數(shù)據(jù),人機交互頻繁、效率低、易出錯。針對這一不足,本文在總結分析ArcGIS平臺功能定制擴展方法的基礎上,采用插件技術設計開發(fā)了一個面向Geodatabase表與要素類的柵格數(shù)據(jù)批量加載ArcMAP插件。

1 ArcGIS定制開發(fā)技術

為方便在已有功能基礎上量身定制開發(fā)出更個性、更簡潔、更智能、更高效的功能或系統(tǒng),最大限度地滿足不同用戶的應用需要,不同版本的ArcGIS平臺適時提供了多項定制擴展開發(fā)技術,如圖1所示。

1.1 ArcObjects

ArcObjects(AO)是基于Microsoft COM技術所構建的一系列可重用COM組件集, 幾乎提供了ArcGIS全部的底層功能。 基于AO的開發(fā),早期主要有3種方式[4-5]: 利用ArcGIS內嵌的VBA腳本語言直接對ArcGIS桌面應用(如ArcMap)功能進行擴展開發(fā)[6-7]; 利用支持COM技術的編程語言(如VB、.Net、C++等), 在AO組件基礎上進一步包裝其自身的dll組件, 經(jīng)編譯注冊后將其功能添加到ArcGIS系統(tǒng)或其他應用程序中; 采用高級編程語言通過引用AO類庫及其包含的MapControl、 PageLayoutControl等可視化控件開發(fā)具有單獨界面、 可獨立運行的GIS應用程序。

圖1 不同版本ArcGIS支持的定制開發(fā)技術Fig.1 Customizing and development technology in ArcGIS

1.2 ArcEngine

ArcEngine(即ArcGIS Engine, AE)是ESRI公司對AO核心組件進行再封裝之后對外發(fā)布的一個獨立產(chǎn)品和開發(fā)工具包,其組件接口、方法、屬性與AO相同,但功能稍弱于AO。AE主要用來開發(fā)獨立GIS應用或嵌入式GIS應用,如將GIS功能嵌入到Mirosoft Word和Excel等已有應用程序中。利用AE開發(fā)的應用程序可以脫離ArcGIS產(chǎn)品(如Desktop),只依賴于ArcGIS Engine Runtime獨立運行,而AO程序則必須依賴于ArcGIS產(chǎn)品才能運行[8-9]。

1.3 ModelBuilder

ModelBuilder是一個用來創(chuàng)建、編輯和管理模型的應用程序,也可以將其視為用于構建工作流的可視化編程語言。ModelBuilder主要用于對復雜地理處理流程進行簡化,無需編碼,僅通過拖拽、連線、參數(shù)設置等方式就可以將已有地理處理工具串聯(lián)起來擴展形成一個新的地理處理工具(模型或工作流),該工具可以進一步嵌入到新模型中,并可以發(fā)布為地理處理服務供Web應用調用[10-11]。因此,ModelBuilder所建模型具有可重用、易共享等特點。

1.4 Addin

Addin(與Add-in、Addon、Add-on、Plugin、Plug-in等詞同義)通常譯作插件,俗稱外掛,是一種遵循一定接口規(guī)范編寫出來的程序,主要用來改變宿主軟件的功能和性能[12-13]。這里的宿主軟件是指插件依附于其上,發(fā)揮功能的目標程序。ArcGIS目前支持兩種桌面插件擴展開發(fā)技術[14]:面向C#、VB、.Net和Java高級編程語言的Addin技術;面向Python腳本語言的Addin技術。前者基于AO組件進行擴展開發(fā),支持的可擴展元素較多;后者基于ArcPY站點包進行擴展開發(fā),不需要了解復雜的AO組件,代碼數(shù)量少,不需要編譯,但編碼不易調試、可擴展元素較少。

1.5 ArcGIS Runtime

ArcGIS Runtime是一款基于服務架構的輕量級全新開發(fā)產(chǎn)品集合,可用來在不同平臺設備上(如Window、 Linux、 Mac、 iOS、 Android等)通過不同編程語言(C++、 Java、 C#、 Qt等)開發(fā)離線或在線的制圖應用及地理分析應用,并且支持按需部署，無需注冊安裝。與AO、AE技術相比,ArcGIS Runtime具有跨平臺、易部署、顯示效率高、與WebGIS無縫集成等特點。

2 柵格數(shù)據(jù)批量加載插件開發(fā)

基于對以上各種擴展開發(fā)方式的分析，以及已有開發(fā)經(jīng)驗,筆者采用C# 2010編程語言與Addin技術對ArcMAP 10.2柵格數(shù)據(jù)加載功能進行擴展, 設計實現(xiàn)了一個工具欄插件——iLoader,如圖2所示。

圖2 iLoader插件Fig.2 Addin of iLoader

2.1 插件功能原理

首先,從“目標表”組合框中選擇ArcMAP文檔中具有柵格型字段(以存儲柵格數(shù)據(jù))的表或要素類,并根據(jù)需要在“匹配字段”組合框中選擇“目標表”的一個字符型字段用于后期的查詢比較;然后,選擇指定文件夾內的部分或全部柵格圖像文件;最后,依次解析所選柵格圖像文件的文件名,在“目標表”中查詢“匹配字段”取值等于該文件名的記錄,如果返回結果非空,則將該柵格圖像文件賦給返回記錄的柵格字段,直到處理完全部所選柵格文件為止。

2.2 插件實現(xiàn)過程

(1)創(chuàng)建項目:在Visual Studio 2010中,根據(jù)ESRI提供的ArcGIS Desktop Add-ins模板創(chuàng)建一個名稱為“iLoader”的ArcMAP add-in項目,向該項目中添加組成該插件的相應元素并設置名稱、圖片等參數(shù),主要包括2個組合框元素、2個按鈕元素、1個可?？看翱谠睾?個工具欄元素。前5個是基本交互類元素，最后1個是容器類元素, 用來存放前4個元素。可?？看翱谏显偬砑右粋€DataGridView控件,用來記錄柵格文件加載結果。

(2)編寫代碼:在上述前5個擴展元素對應的類文件中輸入相應代碼,通過ArcMAP、Addin、thisAddin、IFeatureLayer、ITable、IQueryFilter、IRasterDataset、IRasterValue、IRowBuffer等對象或接口,實現(xiàn)擴展元素之間的交互以及表、要素類的查詢與修改。

(3)編譯調試:第一次編譯調試Addin程序時,應先將其附加到已啟動的ArcMAP主程序上。在關閉主程序之后,重新啟動Addin程序,并將其添加到ArcMAP中,則可以開始反復多次的調試糾正工作。在確保運行正確無誤后,就可對外發(fā)布、安裝編譯生成的esriAddIn文件。該文件是一個包含配置文件、程序集和資源文件的zip壓縮包,通過雙擊就可以安裝部署到需要的計算機上,也可通過ArcMap的“加載項管理器”進行查看和卸載所安裝的Addin程序。

2.3 主要功能實現(xiàn)代碼

(1)獲取ArcMAP文檔中的表或要素類。

//獲取表。

IStandaloneTableCollection iSTC;

iSTC=ArcMap.Document.FocusMap as IStandaloneTableCollection;

IStandaloneTable iSTable;

iSTable=iSTC.getStandaloneTable(i);

ITable iTable=iSTable.Table;

//獲取要素類對應的表。

IFeatureLayer iFlayer;

iFlayer=ArcMap.Document.FocusMap.getLayer(i)as IFeatureLayer;

if (iFlayer !=null)

{

ITable iTable=(ITable) iFlayer.FeatureClass;

//如果iFlayer為Null,則不是要素類。

}

(2)獲取插件包含的擴展元素。

//獲取類名為“C2ComBox”組合框。

C2ComBox cBox2;

cBox2=AddIn.FromID(ThisAddIn. IDs.C2ComBox);

//獲取類名為“C5DWnd”的可?？看翱?。

UID uID=new UIDClass();

uID=ThisAddIn.IDs.C5DWnd.ToUID();

var dWnd=ArcMap.DockableWindowManager. GetDockableWindow(uID);

//獲取停靠窗口上的DataGridView控件。

DataGridView dGV;

dGV=AddIn.FromID< C5DWnd.AddinImpl> (Th-isAddIn.IDs.C5DWnd).DataGrid;

(3)判斷Geodatabase類型。

Geodatabase有個人、文件和ArcSDE三種類型,不同類型的Geodatabase其查詢語法不同,因此在對表或要素類進行查詢前,應先判斷其所在數(shù)據(jù)庫的類型,以便輸入符合語法的查詢語句。

//將表接口變量iSTable轉化為數(shù)據(jù)集接口。

IDataset iDSet=iSTable as IDataset;

//獲取數(shù)據(jù)集所在工作空間。

IWorkspace iWSpace=iDSet.Workspace;

//判斷工作空間的后綴名,并設置相應的表達式。

string wsName=iWSpace.PathName.Substring (iWSpace.PathName.Length-4)

string SQLExp="";

if (wsName==".mdb")

{

//個人地理數(shù)據(jù)庫查詢語句一般形式

SQLExp="[字段名]='字段值'";

}

else if (wsName==".gdb")

{

//文件地理數(shù)據(jù)庫查詢語句一般形式

SQLExp="字段名='字段值'";

}

else

{

//個ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫查詢語句一般形式

SQLExp=@"""字段名""='字段值'";

}

(4)查詢記錄，并修改柵格字段的值。

//將一般形式的查詢語句轉換為具體的查詢語句。

SQLExp=SQLExp.Replace(“字段名”, mFldName);//mFldName為所選匹配字段名稱。

SQLExp=SQLExp.Replace(“字段值”,imageName);//imageName為不包括擴展名的所選圖像文件名稱。

IQueryFilter iQFilter=new QueryFilterClass();

iQFilter.WhereClause=SQLExp;

int rowCount=iTable.RowCount(iQFilter);

if (rowCount> 0)

{

IWorkspaceFactory iWF;

iWF=new RasterWorkspaceFactoryClass();

IRasterWorkspace iRW=iWF.OpenFromFile (imagePath, 0) as IRasterWorkspace;//imagePath為所選柵格圖像文件的路徑目錄。

IRasterDataset iRD=iRW.OpenRasterDataset (imageNameExt);//imageNameExt為包括擴展名的所選圖像文件名稱。

IRasterValue iRV=new RasterValueClass();

iRV.RasterDataset=iRD;

IRowBuffer iRB=iTable.CreateRowBuffer();

//iTable為所選的表或要素類轉化后的表。

iRB.setValue(rFldIndex, iRV);

//rFldIndex為所選表中柵格字段的索引值。

iTable.UpdateSearchedRows(iQFilter, iRB);

Marshal.ReleaseComObject(iQFilter);

}

3 應用與驗證

本插件已在江蘇師范大學Geodatabase建設中得到應用,主要用來加載建筑物、景觀等要素類中所需的平面或全景柵格數(shù)據(jù)。這兩個要素類(可儲存幾何圖形的特殊表)的數(shù)據(jù)組織結構形式分別見表1和表2。

表1 建筑物要素類數(shù)據(jù)組織結構Table 1 Data structure of building features

表2 景觀要素類數(shù)據(jù)組織結構Table 2 Data structure of landscape features

對于上述要素類,主要采用如下方式采集加載所需數(shù)據(jù):首先,利用ArcGIS的“加載數(shù)據(jù)”功能加載通過實地測量獲得的AutoCAD地圖數(shù)據(jù),即要素類所需的幾何圖形與屬性數(shù)據(jù);然后,通過實地拍照方式采集各要素相關的柵格圖像數(shù)據(jù),并進行拼接、編輯、按要素名稱命名等處理;最后,利用所開發(fā)的iLoader插件工具批量加載各要素所需的柵格數(shù)據(jù)。

為驗證本插件的優(yōu)越性,筆者以上述兩個要素類為例,對柵格數(shù)據(jù)人工和批量兩種加載方式進行了對比實驗分析,具體結果見表3。

表3 人工與批量加載對比實驗結果Table 3 Test results of two uploading methods

相對于人工手動逐項加載方式,本文所開發(fā)的批量加載方式具有交互少、效率高等明顯優(yōu)勢,加載效率至少可提高50倍以上。

4 結束語

作為一個全系列、多層次、跨平臺、可伸縮的GIS產(chǎn)品平臺,ArcGIS力爭為各類用戶提供全面的解決方案,雖然新技術、新方法、新工具層出不窮,但遇到特殊情況時這些并非是萬能的,在實際應用中常常需要用戶進行針對性的整合、擴展與改造。本文針對Geodatabase表與要素類加載柵格數(shù)據(jù)的不足,采用Addin技術設計開發(fā)了一個批量加載插件,進一步驗證了Addin技術易創(chuàng)建、易安裝、易共享、更安全的特征，大大提高了加載效率。