基于AE的廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)研究*

龍 瓏 ，鄧 偉 ，陸建波 ，寧 葵 ，陳萬(wàn)雷

(1.廣西師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息管理學(xué)院，廣西 南寧 530003；2.廣西腫瘤防治研究所，廣西 南寧 530001；3.廣西大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣西 南寧 530001)

第三次全國(guó)死因回顧抽樣的結(jié)果顯示，廣西是肝癌高發(fā)的省(市、自治區(qū))之一，而且其發(fā)病地區(qū)分布很不均衡，肝癌的發(fā)病與地理氣候因素密切相關(guān)。然而對(duì)于肝癌與氣候、土壤、地形等環(huán)境氣候因素之間的關(guān)系國(guó)內(nèi)外基本缺乏系統(tǒng)地研究，出現(xiàn)的客觀原因可能是地理、氣候等，其空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性與海量化，傳統(tǒng)的流行病學(xué)方法與手段對(duì)于空間數(shù)據(jù)的獲取與分析存在相當(dāng)大的難度。再加上廣西是一個(gè)丘陵地貌為主的地區(qū)，傳統(tǒng)文字描述和地圖等語(yǔ)言根本沒有辦法完成廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS[1-2]系統(tǒng)(下文稱“肝癌危險(xiǎn)因素GSI系統(tǒng)”)開發(fā)，同一個(gè)山體不同高度也會(huì)有不同氣候因素，所以這套系統(tǒng)難點(diǎn)就是做到三維可視化系統(tǒng)對(duì)山體不同高度環(huán)境氣候進(jìn)行建模存儲(chǔ)和開發(fā)設(shè)計(jì)。

組件式地理系統(tǒng)(CamGIS)[1-2]是GIS技術(shù)發(fā)展的潮流。ArcGIS Engine[3]是 ESRI公司新推出的組件式 GIS，它可以低成本為用戶提供用戶需要特點(diǎn)的GIS應(yīng)用。另一方面，GIS能與以前的地理圖像進(jìn)行對(duì)比和分析。所以可以使用AR(ArcGis)技術(shù)對(duì)廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)中去解決開發(fā)的難題。

1 ArcGIS Engine組件式開發(fā)概述與開發(fā)方式

1.1 ArcGIS Engine組件式開發(fā)概述

ArcGIS Engine是ESRI公司新推出的GIS組件式開發(fā)引擎。組件式開發(fā)克服了傳統(tǒng)GIS與其他系統(tǒng)[4-5]集成困難的特點(diǎn)，便于與各種不同特性的組件無(wú)縫集成。

1.2 ArcGIS Engine的GIS組件開發(fā)方式

ArcGIS Engine的GIS組件系統(tǒng)開發(fā)的方式有三種：

(1)ArcGIS Engine的GIS組件系統(tǒng)的二次開發(fā)：利用ArcGIS Engine已經(jīng)有的開發(fā)語(yǔ)言和環(huán)境進(jìn)行再次開發(fā)，不能脫離ArcGIS Engine的GIS開發(fā)環(huán)境，屬于較簡(jiǎn)單開發(fā)。

(2)ArcGIS Engine的組件系統(tǒng)開發(fā)：利用標(biāo)準(zhǔn)的通用開發(fā)程序語(yǔ)言結(jié)合ArcGIS Engine的GIS組件進(jìn)行開發(fā)，如 VC#語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境、調(diào)用 ArcGIS Engine的GIS組件進(jìn)行開發(fā)等。這種方法屬于比較高級(jí)的開發(fā)方式，不依賴ArcGIS Engine的開發(fā)平臺(tái)，可以自主單獨(dú)進(jìn)行，自主開發(fā)部分可具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

(3)ArcGIS Engine的底層系統(tǒng)開發(fā)：系統(tǒng)所有內(nèi)容全部自主開發(fā)，其中包括底層圖像驅(qū)動(dòng)等高難度開發(fā)，不依賴任何開發(fā)平臺(tái)，具有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開發(fā)難度非常大。

由于廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)研究很復(fù)雜，圖像和數(shù)據(jù)非常多，在選擇VC#開發(fā)語(yǔ)言環(huán)境下，系統(tǒng)同時(shí)采用三種開發(fā)方式，數(shù)據(jù)和圖像部分處理采用第一和第二種開發(fā)方式，高級(jí)的圖像呈現(xiàn)必須要系統(tǒng)開發(fā)小組自己完成，也就是第三種開發(fā)方式。

2 肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)三維GIS定義與數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

2.1 肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)的定義及開發(fā)流程

因?yàn)楦伟┪ｋU(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)調(diào)查的對(duì)于山體氣候不同高度氣候是有要求的，所以傳統(tǒng)的基于平面的二維GIS不適合設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)，必須使用三維GIS才能完成，特別在空間位置與拓?fù)潢P(guān)系的描述及空間分析的伸展上更能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)[6-7]。

肝癌危險(xiǎn)GIS系統(tǒng)可以采用的開發(fā)方式有三種：(1)難度最大的底層開發(fā)，對(duì)開發(fā)小組要求最高，本系統(tǒng)山體底層立體成像細(xì)微部分即采用這種方式的；(2)對(duì)于系統(tǒng)大面積的顯示整體，本系統(tǒng)利用可視化的軟件實(shí)現(xiàn)三維信息的顯示過程；(3)借助成熟的GIS軟件進(jìn)行三維二次開發(fā)，使系統(tǒng)能分山體不同高度建模，增強(qiáng)肝癌危險(xiǎn)GIS系統(tǒng)可視化的功能，達(dá)到對(duì)危險(xiǎn)因素準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，這種開發(fā)是肝癌危險(xiǎn)GIS系統(tǒng)[8]最主要的開發(fā)方式。

2.2 GIS系統(tǒng)Multipatch多片模塊三維數(shù)據(jù)模型

Multipatch多片模塊在Arc GIS開發(fā)系統(tǒng)中定義表示為：描述三維表面的元素集合，在肝癌危險(xiǎn)GIS系統(tǒng)中主要是描述山體各種不同的元素集合。系統(tǒng)的多片模塊就是在二維山體圖形的基礎(chǔ)上，將垂直值作為系統(tǒng)山體高度坐標(biāo)值，得到系統(tǒng)所要的山體三維圖形。

2.3 GIS因素系統(tǒng)Multipatch多片模塊獲取與建模

肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)的Multipatch多片模塊采用基于矢量結(jié)構(gòu)的三維表面數(shù)據(jù)模型。而實(shí)際采集到的數(shù)據(jù)是二維的數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)需要的三維數(shù)據(jù)有很大差距，要求用便捷的方式由二維數(shù)據(jù)變?yōu)槿S數(shù)據(jù)。本文采用兩種方法進(jìn)行二維數(shù)據(jù)與三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換：(1)在二維數(shù)據(jù)生成的圖形基礎(chǔ)上直接建模轉(zhuǎn)換；(2)把二維數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維模型中，由編程糾錯(cuò)的方法把二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成三維數(shù)據(jù)使用。

2.4 GIS系統(tǒng)Multipatch多片模塊創(chuàng)建的方式

肝癌GIS系統(tǒng)的采用在二維數(shù)據(jù)的圖形的基礎(chǔ)上直接建模的方式，通過SceneControl控件和C#圖形編程結(jié)合顯示，直接實(shí)現(xiàn)肝癌GIS系統(tǒng)對(duì)各個(gè)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)肝癌發(fā)生區(qū)在同一個(gè)山體不同高度的查詢與立體式訪問。

建模方式為：(1)拉伸二維底面，用IconstructMultipatch接口實(shí)現(xiàn)；(2)使用IGeneraMultipatch接口結(jié)合C#編程，并利用GeometryMaterailList實(shí)現(xiàn)肝癌GIS系統(tǒng)中更加逼真的多維模塊。

可以用IConstructMultipatch接口去創(chuàng)建多維模塊的圖形的起始底面，從而得到山體不同高度的模型。其代碼如下：

3 肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

3.1 GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)提供一個(gè)廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素與三維信息的互相操作和查詢的平臺(tái)，在該平臺(tái)上的用戶可以很方便看到廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素在各個(gè)地區(qū)情況，特別是可以看到同一座山上不同高度不同氣候條件下各種因素對(duì)肝癌危險(xiǎn)的關(guān)系。

3.1.1 GIS系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)采用的語(yǔ)言是Visual C#2008，GIS系統(tǒng)的 GIS平臺(tái)是 ArcGIS Engine，GIS系統(tǒng)存放空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1.2 GIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)

(1)圖層不同高度的操作：對(duì)肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)中各種不同山體三維的圖層進(jìn)行增加、刪除和轉(zhuǎn)換。

(2)多角度數(shù)據(jù)的瀏覽操作：能實(shí)現(xiàn)肝癌危險(xiǎn)因素在山體的三維空間多角度的放大、縮小、漫游、縮放、拖動(dòng)等功能及顯示相應(yīng)危險(xiǎn)數(shù)據(jù)。

(3)查詢功能：能在三維視圖中快速地查詢到所需要的山體不同對(duì)于高度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

(4)屬性查詢：顯示山體選中三維不同高度肝癌危險(xiǎn)因素信息。

3.2 GIS系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 圖層不同高度的操作實(shí)現(xiàn)

使用Visual C#對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接編程，裝載ArcGIS Engine中的SceneControl和 MapConrrtrol用于顯示系統(tǒng)圖形，然后再裝載ArcGIS Engine中的TocControl控件進(jìn)行對(duì)山體三維層的增加、刪除和轉(zhuǎn)換。

3.2.2 多角度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)

使用Visual C#對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接編程，使用SSTab控件裝載ArcGIS Engine可視化控件SceneControl和MapC onrrtrol的容器，實(shí)現(xiàn)山體的三維空間的放大、縮小、漫游、縮放、拖動(dòng)等功能，以及顯示相應(yīng)危險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)。

3.2.3 查詢功能實(shí)現(xiàn)

肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)查詢功能指系統(tǒng)用戶能在三維視圖中快速地查詢到所需要的山體不同高度系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。使用Visual C#編程工具快速按字段關(guān)鍵字(如“高度”，“溫度”，“肝癌患者數(shù)”等)查詢。 使用Visual C#對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接編程。

4 肝癌危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)實(shí)例分析

系統(tǒng)開發(fā)與展示環(huán)境：1臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器和65個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生站的統(tǒng)計(jì)客戶端，2臺(tái)服務(wù)器配置基本需要四核八線程CPU，內(nèi)存4 GB，采用Win7系統(tǒng)。

根據(jù)以上所討論的技術(shù)與方案設(shè)計(jì)開發(fā)了廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)，在廣西肝癌與氣候項(xiàng)目中進(jìn)行了示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目組與各個(gè)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的集成與共享，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一體化的存儲(chǔ)與管理。特別是在三維展示各自與肝癌有關(guān)系的因素上發(fā)揮出了不錯(cuò)的效果。如圖1所示為廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)在廣西某山區(qū)統(tǒng)計(jì)部分?jǐn)?shù)據(jù)展示圖。

圖中每組數(shù)據(jù)的3個(gè)數(shù)值分別表示：海拔高度、該地區(qū)溫度、肝癌數(shù)量。

本文針對(duì)廣西肝癌與氣候危險(xiǎn)因素GIS系統(tǒng)的實(shí)際需求，提出了基于AE和C#聯(lián)合開發(fā)的三維GIS系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)的局限性，通過傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)與現(xiàn)代GIS計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合，使得醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)更加高效率和更加直觀化。但由于這方面研究剛剛起步，在實(shí)際開發(fā)中，很多現(xiàn)代醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)技術(shù)與GIS的結(jié)合上還存在學(xué)科融合問題，有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

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