基于ArcGlS的地下金屬管道縱橫斷面制圖系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

郭淑芬，孫佳龍

（1.聊城市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山東 聊城 252000；2.江蘇海洋大學，江蘇 連云港 222000）

隨著地下管道探測要求的提高，探測結(jié)果的縱橫斷面的圖像的精細程度要求也越來越高。制圖的標準也進一步提升。很多傳統(tǒng)的制圖軟件對地下金屬管道縱橫斷面的細節(jié)表達欠缺，因此很多專業(yè)的繪圖人員開始使用CAD等先進的圖像軟件進行制圖工作。但這些軟件只是單純的繪圖工作，數(shù)據(jù)導入和導出還需要下載其他軟件進行輔助，繪圖過程變得更加繁瑣，增加工作人員的工作量，也降低了制圖工作整體的工作效率[1]。

ArcGIS是可以獨立應用于制圖軟件的技術(shù)，融合了GIS的底層功能。ArcGIS有五個基礎功能，分別是制圖基礎服務、對象數(shù)據(jù)的存儲、制圖表達、編程開發(fā)和其他擴展功能。ArcGIS可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理，在制圖的過程中也可將制圖規(guī)則和實際需求的矛盾化解，由于傳統(tǒng)的縱橫斷面制圖過程自動化程度很低，制圖效果千篇一律沒有個性，本文將重新設計的基于ArcGIS的制圖系統(tǒng)設計。重新建立ArcGIS的制圖規(guī)則來彌補傳統(tǒng)制圖系統(tǒng)的缺陷。

1 基于ArcGIS的制圖系統(tǒng)的硬件設計

ArcGIS制圖設備的基本過程為實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可識別數(shù)據(jù)，電子計算機處理數(shù)據(jù)然后再將數(shù)據(jù)在自動制圖設備中轉(zhuǎn)換成圖像。因此ArcGIS系統(tǒng)的硬件設備需要滿足兩個條件，數(shù)據(jù)分析和制圖。制圖的硬件設備基礎是高速數(shù)字的電子計算機，硬件由兩部分組成：電子計算機連接自動制圖設備。地下金屬管道的數(shù)據(jù)采集使用的是地下金屬管線探測儀，橫切面制圖需要按照尺寸等比例縮減，尺寸測量使用航空攝影測量儀。圖像數(shù)據(jù)可以采用掃描式數(shù)字化儀將實測圖像進行數(shù)字化處理。

2 基于ArcGIS的制圖系統(tǒng)軟件設計

ArcGIS的制圖系統(tǒng)作為輔助地下金屬管道測量的制圖軟件必須滿足以下要求：制圖符合管線測量制圖標準，具備制圖的通用性還要滿足地下金屬管道測量的特殊要求以及系統(tǒng)使用流暢，操作簡單，具有穩(wěn)定性和兼容性。

2.1 圖片管理模塊設計

圖片管理首先要獲取圖片的全部信息，包括圖片的尺寸大小和等比例縮放倍數(shù)、圖片坐標、背景顏色、圖片拍攝地點的名稱、拍攝范圍等重要信息。圖片管理的第一步就是要將這些信息進行篩選，篩選出有用的信息留存，將無用的信息刪除，將有用的信息進行整理和分類。圖片的傳輸工作要進行多次，因此圖片管理模塊也要做到實時信息更新。圖片管理處理過的信息要保證向下一個模塊傳遞的時候有通信接口。

圖片的數(shù)據(jù)信息的管理和傳遞都是由GRAPH完成的，GRAPH獲取圖片信息的方式是通過讀取圖片的原始信息，建立新的程序?qū)υ捒騕2]，將原始信息傳遞給GRAPHINOF，然后由GRAPHINOF進行原始數(shù)據(jù)處理。用戶在對話框上可以看到數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，然后進行需要的縱橫斷面制圖所需數(shù)據(jù)的選擇，最后處理完的圖片結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 圖片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對圖片的基本數(shù)據(jù)進行整理，為繪圖工作搭建數(shù)據(jù)架構(gòu)，圖片管理模塊與系統(tǒng)中的每個模塊都有傳輸接口。來保證任何模塊需要數(shù)據(jù)時候，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都能對應數(shù)據(jù)輔助它完成下一步操作。

2.2 繪圖圖層處理模塊設計

圖層處理模塊是整個繪圖系統(tǒng)的核心模塊，是參與繪圖直接編輯和圖層數(shù)據(jù)處理的模塊。繪圖系統(tǒng)需要對圖元進行處理，在逐步處理之前圖層需要對圖元進行分層管理。傳統(tǒng)的圖層處理模塊處理方式單一，不能滿足地下金屬管道縱橫斷面的繪圖要求。因此本次設計在原本的處理方式上進行改進。圖層主要分為兩類，獨立圖層和復合圖層。復合圖層中包括很多個獨立圖層，橫斷面的圖件應該是由多個復合圖層組成。圖層處理模塊對圖層的管理模式如圖1。

圖1 圖層管理模式

圖層管理可以實現(xiàn)圖元編輯，在獨立圖層中進行增加和刪除等操作。在復合圖層中對某獨立圖層的數(shù)據(jù)進行讀取和數(shù)據(jù)儲存。數(shù)據(jù)儲存的格式可以任意改變，避免后續(xù)在其他計算機上讀取圖層的時候因格式不支持失敗。如圖1所示，制圖工作人員對圖層管理模塊發(fā)出指令，圖層管理模塊將信號分別傳遞給多層管理區(qū)域和復合圖層。多層管理區(qū)域識別指令針對的是哪一獨立圖層，復合圖層直接將該信號傳遞給目標獨立圖層。多層管理區(qū)域同時將信號傳遞給單層管理區(qū)域，最后獨立圖層中處理后的圖元傳遞到單層管理區(qū)域中，實現(xiàn)圖元的全部處理。

2.3 編輯與顯示模塊設計

編輯與顯示模塊的方便性和快捷性是判斷系統(tǒng)設計流暢程度的重要依據(jù)。系統(tǒng)的編輯模塊的主要功能是圖像的輸入和導出，繪圖的各種操作指令，當用戶發(fā)出繪圖指令的時候，系統(tǒng)直接執(zhí)行指令。但如果制圖效果達不到制圖者的期待就要進行刪除重新繪制，編輯模塊中如果加入撤回命令就可以避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。通過引入撤回指令的步驟來避免重新繪制，也賦予用戶對于同一對象進行不同指令操作的功能。撤回指令安插是接收指令和執(zhí)行指令中間的，將兩種指令的直接聯(lián)系變?yōu)殚g接聯(lián)系。只有接收指令在撤回指令找不到信號接口的時候才會直接與執(zhí)行指令連接，最終完成編輯。

3 測試實驗

現(xiàn)對本文設計的基于ArcGIS的地下金屬管道縱橫斷面制圖系統(tǒng)進行功能測試，驗證其是否能滿足地下金屬管道縱橫斷面制圖的基本要求，以及和傳統(tǒng)的制圖系統(tǒng)相比較有哪些優(yōu)勢。

3.1 實驗準備

系統(tǒng)的硬件計算機部分的處理器要求1.5GHz的處理器或者其他條件與之相似的處理器。內(nèi)存在4G以上，顯示器256色外加32位增強色。擁有8G的硬盤儲存空間。自動制圖設備的內(nèi)存要達到16G，根據(jù)圖片數(shù)據(jù)大小選擇硬盤的大小，由于測試實驗無需進行較大數(shù)據(jù)分析，選擇4G硬盤就可以滿足條件。測繪數(shù)據(jù)符合地下金屬管道測繪標準，圖片的比例為1:500。實驗對象為北方某地下金屬管道。

3.2 實驗結(jié)果與分析

對北方某地下金屬管道的各數(shù)據(jù)進行測量和收集。對實際測量圖片進行技術(shù)裁切，使用文獻方法1、文獻方法2及本文設計的系統(tǒng)進行制圖，比較數(shù)據(jù)預處理的時間，時間如表2所示。

表2 圖像數(shù)據(jù)預處理時間（s）

由于上表數(shù)據(jù)可知，文獻方法1和文獻方法2的圖像數(shù)據(jù)處理時間都在4.7s以上，在實驗圖像數(shù)據(jù)量不大的情況下是本文設計系統(tǒng)所用時間的兩倍。圖像數(shù)據(jù)的處理是制圖的基礎，文獻方法中圖像處理的模塊本就與制圖模塊是分開的，需要進行多一步數(shù)據(jù)傳導。如果數(shù)據(jù)處理再耗費大量時間將會大大降低制圖系統(tǒng)的工作效率。

4 結(jié)語

本文基于ArcGIS技術(shù)對地下金屬管道縱橫斷面制圖系統(tǒng)進行重新設計，并通過測試實驗證明了系統(tǒng)運行的可靠性，在數(shù)據(jù)預處理方面比傳統(tǒng)方式節(jié)省近一半的時間。本文設計的系統(tǒng)減少了制圖系統(tǒng)繁瑣的操作步驟，有助于縱橫斷面制圖工作進入一個新階段。