基于Arc Engine的校園管網信息系統的設計與實現

魯 濤

（東南大學 交通學院，江蘇 南京 210089）

0 引言

我國大部分高等院校在建校之初,均利用圖紙及表格等保存各種資料,由于年代久遠,保存的資料丟失、毀壞或與實際不符的情況時有發生。近些年來,由于各類院校擴建,使得校園原有的管線已遠遠滿足不了需求,因此,舊管線需要更新。但由于管網資料不全,給施工帶來諸多不便。因此,校園管線數字化顯得尤為重要。

校園管線信息系統是一個包含三維坐標、時間、圖形數據及屬性數據的多維系統。它能完成對管網數據的動態更新,對管網規劃設計提供詳細的信息,對管網的突發事故提供決策支持,有利于校園地下管網的日常管理和維護,使對地下管線的管理由經驗型向科學型轉變,做到優化資源配置,提高管理效率,改善服務質量。

校園地下管線綜合應用系統的開發可以為校園規劃和建設提供服務，為校園的健康發展提供相關的決策支持。它不僅能夠更好地管理各種主干線信息，及時對各種專業管線數據進行更新、維護，保證管線數據的準確性，而且能夠為管理部門的宏觀決策提供準確、實時的管線信息，為校園的規劃建設提供完善的管線資料，為保障校園的地下生命線的安全運轉提供強大的技術保障。

1 系統設計

1.1 系統設計原則

綜合管網信息系統，要求具有科學合理的結構設計，以實用性和易操作性為原則滿足多層級用戶的功能設計，還應具備軟件系統普遍應具備的數據可擴展性等特點。因此，本系統的設計應符合以下原則：

（1）規范性和標準性原則

（2）實用性原則

（3）安全性原則

（4）可擴展性原則

（5）易操作性

1.2 系統需求分析

綜合管網信息系統是將G1S技術、計算機技術及數學知識相結合，集數據采集、數據管理、數據更新、數據分析與處理等功能于一身的綜合應用系統。

本文結合相關情況，對管網系統空間分析功能的需求作了如下的歸納和總結：

（1）地圖顯示：包括地圖的二維和三維顯示。

（2）數據查詢：包括屬性查詢和條件查詢。

（3）最短路徑分析：最短路徑分析，就是確定起點和終點，在兩點之間尋找一條路徑最短的通路。

（4）連通分析：連通分析主要是檢測管網系統中任意兩點(節點或邊)之間都是否存在連通的路徑

（5）爆管分析：爆管分析是指當綜合管網系統發生爆管時，快速定位爆管位置并制訂出關閥方案。

1.3 系統體系結構

本系統以CAD數據和模型數據為主要源數據，其中CAD通過ArcGIS相關軟件的處理，然后轉換為Geodatabase數據格式入庫，而三維模型數據轉換為GIS支持的Multipatch格式也存入Geodatabase數據庫中。綜合管網信息系統以Geodatabase數據為基礎，從中調取相關數據。

綜合管網信息系統從技術和機制上實現管線數據的實時管理、設計和動態更新，確保數據的準確性，切實發揮管線空間分析及輔助決策等功能。

圖1 系統體系結構

1.4 系統功能模塊

根據前面的體系結構介紹，系統分為5大功能模塊，分別是圖層控制、三維瀏覽、屬性查詢、條件查詢和空間分析。對各功能模塊的具體描述如下：

1）圖層控制模塊

包括加入新的圖層，各個圖層的顯示、隱藏以及修改圖層名稱。

2）三維瀏覽模塊

將建筑、植物、設施等以三維的方式顯示出來。在三維環境中查看地物式較二維環境中要直觀形象得多，通過漫游、飛行等，用戶可以從不同的視角觀察地物各個方位的形態。

3）屬性查詢模塊

通過點擊地圖上感興趣的地物，可以查看其相關的屬性數據和圖片。

4）條件查詢模塊

可以按照一個或者多個條件查詢符合條件的管線，并在地圖上高亮顯示。

5）空間分析模塊

空間分析模塊分為連通性分析和爆管分析。連通性分析即查看兩個節點間是否可連通，若可連通，則顯示其之間的最短路徑。事故分析即當某處發生事故時，為防止危害進一步擴大，需要關閉的相關閥門。

2 系統開發實現

2.1 原始數據的處理

本文的原始數據是CAD的dwg格式的測繪圖。首先，利用ArcMap的ArcToolbox中的工具將dwg格式的數據轉換成可以在ArcGIS中處理的shapefile文件。然后再在ArcMap中將各要素分門別類的從中提取出來，生成各自的圖層。

2.2 構建幾何網絡

在提取到相關的管道數據與閥門節點數據之后，接下來需要做的便是構建幾何網絡，只有構建了幾何網絡之后，才能利用數據進行相關的空間分析，以輔助相關的規劃決策。建立幾何網絡的步驟如下：

1）建立數據庫。

2）建立要素數據集。

3）導入數據。

4）生成網絡。利用ArcCatalog中的Geometric Network生成向導分別生成三個幾何網絡。

5）設置流向。在ArcMap中打開剛剛生成的幾何網絡，根據實際情況設置源頭點的AncillaryRole字段為source或流入點的AncillaryRole字段為sink。

至此，幾何網絡便建好了。

2.3 地圖基本功能

地圖的基本操作是指對地圖實現放大、縮小、平移等基本功能。

2.4 三維瀏覽模塊

同地圖基本功能中的一些工具一樣，ArcGISEngine開發包中提供了ToolbarControl控件，可以加載已封裝好的工具到SceneControl中。系統設計的三維瀏覽工具條包含了導航、平移、飛行、縮放、放大、縮小、全圖等基本操作按鈕。

對于二維視圖與三維視圖的切換，用戶既可以在菜單欄中的視圖菜單下進行切換，也可以在圖層窗口上方的二維圖層/三維圖層進行切換，還可以在視圖窗口左上角的二維視圖/三維視圖進行切換，極大的方便了用戶的使用。

2.5 屬性查詢模塊

在管線管理系統中，屬性查詢是非常重要的一塊內容。為此，本系統在主界面的下方設置了專門用來顯示屬性的表格。

在系統初始化時，系統會讀取電力、雨水、自來水三種管線的屬性數據顯示在軟件下方的屬性數據表格中。

用戶可以在查詢菜單中切換表格中是顯示設施點屬性還是設施段數據。

圖2 二維視圖下屬性查詢

圖3 二維視圖下屬性查詢

當用戶單擊屬性表中的某一組屬性時，視圖中會高亮顯示這組屬性所對應的設施，并在表格右邊顯示其圖片，若是閥門節點，則顯示閥門節點的圖片，若是管線，則顯示管線的截面圖片。如圖2所示。

而當用戶雙擊屬性表中的某一組屬性時，除了會出現單擊時的效果外，還會將主視圖的切換到此管線或閥門節點。如圖3所示

以上是在二維視圖下的屬性查詢，當用戶在三維視圖下查詢時，一樣會將視圖切換到所查詢的管線或閥門節點，因為管線是在地下，為方便用戶查看，會將查詢到的管線或閥門節點上浮到地表以上，并進行高亮顯示，同時為了讓用戶能夠更直接的了解其所在位置，會在鷹眼上顯示出其位置。

2.6 條件查詢模塊

當用戶需要按照特定的條件查找一些管道時，就用到了條件查詢模塊。

在選擇要查詢的圖層和字段名之后，相關的下拉框中會顯示此圖層所有要素這個字段存在的值以供選擇。

此功能模塊支持一個或多個查詢條件來進行查詢。

點擊查詢后符合條件的要素會在地圖上高亮顯示出來。

2.7 空間分析模塊

空間分析功能是校園綜合管線信息系統的重要功能之一，空間分析功能是對管線進行基礎分析，統計出一些必要的信息，輔助策劃或規劃，作為后繼工作的起點。

2.7.1 連通性分析

本系統的連通分析主要是研究從指定起點到終點能否連通。

地下管線紛繁復雜，有時用戶不一定能直觀看出兩點間的管線是否連通。為此，本系統建立了連通性分析。

用戶通過點擊菜單中的連通性分析時，彈出對話框讓用戶選擇要進行連通性分析的管線，如圖4所示。

圖4 連通性分析

用戶選擇要進行分析的圖層后，在圖上選擇要分析點間連通性的兩點。若兩點間的管道連通，則將兩點間的連通路徑用綠線表示出來，如圖5所示。若兩點間的管道不連通，則彈出對話框顯示不連通。

圖5 連通性分析

3 結論

本文通過對校園綜合管線信息系統需求分析、總體功能架構設計的分析研究，結合Geodatabase空間數據庫，設計與開發了校園綜合管線信息系統。另外，設計高效、快速、實時、共享的綜合管網數據庫，建立空間分析功能綜合、全面、實際的綜合管網信息系統，進一步提高綜合管網信息管理的自動化管理水平，不僅在校園建設與規劃方面，更在城市建設與規劃方面體現出巨大的經濟效益和社會效益。

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