基于ArcGIS Engine的管線管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李昊　徐鵬程　李萌

【摘 要】地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，因此，建設(shè)一個科學(xué)的、功能強(qiáng)大的城市地下管線管理系統(tǒng)就顯得極為重要和富有意義。為了給地下管線管理提供方便快捷的手段，本文根據(jù)管線資源特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)前GIS的應(yīng)用特點(diǎn)，將管線資源管理與地理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，采用基于GIS工具軟件ArcGIS Engine的二次集成方式，開發(fā)出了管線管理系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】地下管線；ArcGIS Engine；地理信息；二次集成方式

中圖分類號： TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0097-002

Design and Implementation of Pipeline Management System Based on ArcGIS Engine

LI Hao1 XU Peng-cheng1 LI Meng2

（1.Fuyang Survey and Mapping Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uyang， Anhui 236000，China；2.Guoxin Minan（Beijing） Geographic Information Technology Co.，Ltd.，Beijing 100089，China）

【Abstract】Underground pipeline is an important part of urban infrastructure. Therefore， it is very important and meaningful to construct a scientific and powerful urban underground pipeline management system. In order to provide a convenient and quick method for underground pipeline management， according to the characteristics of pipeline resources and the application features of current GIS， this paper combines pipeline resource management and geographic information system， and uses the secondary integration of ArcGIS Engine based on GIS tool software to develop Out of the pipeline management system.

【Key words】Underground pipeline； ArcGIS Engine； Geographic information； Secondary integration mode

0 引言

地下管線像一根根神經(jīng)脈絡(luò)貫穿整個城市，與城市建設(shè)及人民的社會經(jīng)濟(jì)生活有著密切的聯(lián)系，而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的建設(shè)和發(fā)展正在逐步加快，而遍布城市地下的各種類型的管道也越來越多[1]。地下管線不僅具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布交錯、隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且其信息量及查詢量大，不間斷運(yùn)行，需全天候監(jiān)測[2]。從而產(chǎn)生大量的管線資料需要處理和分析，面對這些龐雜的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的手繪制圖和靠管理人員的記憶去管理地下管線是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的也不現(xiàn)實，而且效率低下，容易產(chǎn)生錯誤，且人員很難適應(yīng)這種迅速發(fā)展的龐大數(shù)量數(shù)據(jù)管理要求，造成許多資源的浪費(fèi)，并且阻礙了設(shè)施維護(hù)與管理水平的有效改善。如果不能科學(xué)有效的管理管線數(shù)據(jù)，容易造成盲目施工，從而可能對管線設(shè)施造成破壞，導(dǎo)致停水、停氣、通訊中斷，甚至對人的生命財產(chǎn)安全造成威脅[3]。

由此可知，實現(xiàn)對地下管線的現(xiàn)代化、科學(xué)化和信息化管理，如何建立方便適用的地下管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)這個問題已經(jīng)成為我們急待解決的重要課題[4]。本文以如何精確高效地管理管線為研究內(nèi)容，基于GIS二次開發(fā)平臺來研究開發(fā)地下管線管理系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅應(yīng)該具有良好的查詢統(tǒng)計功能，還應(yīng)該具有網(wǎng)絡(luò)分析功能，達(dá)到用戶可以清晰地對管線數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、統(tǒng)計、檢修路線分析的目的。

1 ArcGIS Engine組件式開發(fā)技術(shù)

ArcGIS Engine 是美國 Esri 公司發(fā)布的一款 GIS二次開發(fā)產(chǎn)品，它是目前 GIS 業(yè)界最為著名的組件式 GIS 開發(fā)產(chǎn)品 。 ArcGIS Engine可以在不同開發(fā)語言環(huán)境（NET、Java、C++） 下開發(fā)，它提供了一系列可以在ArcGIS Desktop 框架之外使用的 GIS 組件和可視化控件，它包含20多個類庫，比如Geometry、Display、Geodatabase、System、Carto 等，用戶通過引用各個類庫中的接口并配合控件的使用，可以方便地實現(xiàn) GIS 功能，這使得開發(fā)者能夠?qū)⒕械浇鉀Q應(yīng)用程序中的業(yè)務(wù)邏輯中，而不是從頭開始開發(fā) GIS 功能。開發(fā)人員可以將定制的 GIS 功能嵌入到已有的應(yīng)用軟件中或創(chuàng)建自定義應(yīng)用軟件。

2 管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 技術(shù)路線

現(xiàn)在的 GIS 應(yīng)用一般都是基于ArcGIS Engine組件式技術(shù)實現(xiàn)的[8]，本系統(tǒng)是采用基于工具型地理信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)的方式。工具型地理信息系統(tǒng)一般包括5項基本功能模塊：數(shù)據(jù)采集與輸入、編輯與更新、存儲與管理、空間查詢與分析、顯示與輸出[9]。

管線管理系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：

（1）用戶可以實現(xiàn)對管線數(shù)據(jù)的加載、瀏覽、修改、保存，并實現(xiàn)通過圖查屬性與屬性查圖的空間查詢功能。endprint

（2）用戶可以實現(xiàn)各種條件下的精確查詢，管線屬性數(shù)值的統(tǒng)計功能，以及查看范圍時間段內(nèi)數(shù)值波動的統(tǒng)計圖。

（3）當(dāng)某一處管線出現(xiàn)故障時，用戶應(yīng)該能夠及時獲得故障點(diǎn)的坐標(biāo)，實現(xiàn)故障點(diǎn)在管線網(wǎng)絡(luò)中位置定位，并獲得故障點(diǎn)到對應(yīng)檢修站的最優(yōu)路徑。

（4）用戶可以對屬性表進(jìn)行更新與修改，并保存到數(shù)據(jù)庫中，還可以編寫文檔日志來記錄相關(guān)操作的信息。

為了設(shè)計出簡單實用、符合用戶需求的管線管理系統(tǒng)，本文結(jié)合上述系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和管線管理的特點(diǎn)，根據(jù)所采用的開發(fā)軟件，制定相應(yīng)的技術(shù)路線：空間數(shù)據(jù)庫—ArcGIS Engine—Visual Studio 2008—基于GIS的管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)-到達(dá)用戶。

2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.2.1 功能設(shè)計

本管線管理系統(tǒng)采用組件技術(shù)的模塊化設(shè)計，匯總以上功能，結(jié)合GIS的基本功能模塊，將本系統(tǒng)分為用戶登錄模塊、管線管理模塊、查詢統(tǒng)計模塊、檢修路徑模塊和資料管理模塊，建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)選擇的數(shù)據(jù)庫為Access2003。Access有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析能力，可以完整清晰的存儲管線的屬性數(shù)據(jù)，并且所占空間小，操作簡單，隨時可由系統(tǒng)調(diào)用[10]。

在Access數(shù)據(jù)庫中包括如圖所示的表數(shù)據(jù)。其中電力管線、電信管線、給水管道、煤氣管道、熱力管道、污水管道、雨水管道表中包含了管道的一些屬性信息與監(jiān)測數(shù)據(jù)，如管道材料、管口直徑、氣壓、溫度、流量等信息。建筑物與場地包含了一些設(shè)施內(nèi)部的管線布局信息。如圖2所示的管道表和管道表屬性設(shè)置。

2.3 系統(tǒng)功能說明及其實現(xiàn)

本系統(tǒng)是在Visual Studio 2008的開發(fā)環(huán)境下，基于ArcGIS Engine組件式開發(fā)技術(shù)，使用C#語言實現(xiàn)的設(shè)計與開發(fā)。由于篇幅有限，各模塊功能不再一一詳述。

2.3.1 基本功能模塊

基本功能模塊主要通過GIS技術(shù)實現(xiàn)對管線的基本操作集體的功能有以下幾個方面：

（1）管線數(shù)據(jù)的加載與保存：系統(tǒng)可以從本地硬盤上加載地圖文檔。如果對地圖進(jìn)行了修改，也可以對修改過的地圖保存。

（2）地圖編輯：用戶可以在地圖上進(jìn)行標(biāo)記或繪制圖形，也可以對圖層進(jìn)行增、刪或修改等操作。

（3）地圖瀏覽：實現(xiàn)對主地圖的放大、縮小、全圖及漫游。

（4）圖層控制：實現(xiàn)對圖層的顯示與隱藏，圖層屬性信息的查詢，圖層刪除，以及以lyr格式另存為的功能。

（5）屬性查詢：用戶在瀏覽地圖的過程中可以隨時對空間地圖進(jìn)行進(jìn)一步查詢，右鍵單擊相應(yīng)的圖層，可以查詢相應(yīng)管線圖層的屬性。

2.3.2 查詢與統(tǒng)計模塊

查詢模塊是對數(shù)據(jù)庫中的管線屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的查找并在表格中顯示，系統(tǒng)中為用戶提供諸多可選擇的查詢條件，如查詢?nèi)掌凇⒐芫€類型、管線型號等。在日期選擇中，用戶還可以固定時段或自定義時段，固定時段如某月或某月第一周，自定義時段則由用戶自己定義起始與終止的時間。

統(tǒng)計模塊的條件設(shè)定與查詢模塊中的相似，條件設(shè)置完成以后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)值通過統(tǒng)計圖表來顯示，這樣可以將數(shù)據(jù)直觀、形象地展示出來。其中折線圖易于表現(xiàn)數(shù)值的變化趨勢；柱狀圖體現(xiàn)每組的具體數(shù)據(jù)，易比較數(shù)據(jù)之間的差別；扇形圖表示部分在總體中的百分比，易于顯示數(shù)據(jù)相對總數(shù)的大小。

2.4 檢修路徑分析模塊

實現(xiàn)本功能模塊需要在地圖控件中加載包括管線網(wǎng)絡(luò)、檢修井點(diǎn)以及故障點(diǎn)這些地圖要素，然后設(shè)置檢修路程的起點(diǎn)與終點(diǎn)，系統(tǒng)會通過最短路徑算法，實現(xiàn)最短路線分析。最后將最短路線、路程以及檢修井編號呈現(xiàn)給用戶，將故障的位置以及進(jìn)行維修的方案直觀地呈現(xiàn)給工作人員。

2.5 資料管理模塊

在此模塊中，用戶可將數(shù)據(jù)庫中的屬性表顯示出來，并且可以對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改并保存修改成果，而不用去打開數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于ArcGIS Engine 組件式開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)了管線資源的信息管理、管線資源的查詢、故障管線的迅速查找以及對管線資源數(shù)據(jù)的實時更新，從而達(dá)到對整個管線資源的集中化、可視化管理，方便了日常工作，提高了工作效率，整體提升了管線資源的維護(hù)水平和管理質(zhì)量。

由于時間倉促和作者水平有限，本文還有許多問題有待于進(jìn)一步研究和探討，主要有以下幾個問題：

A.地下管線數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量大如何優(yōu)化地下管線數(shù)據(jù)庫有待于深入研究。

B.地下管線管理系統(tǒng)與其他GIS平臺的數(shù)據(jù)共享問題。

C.地下管線三維顯示。地下管線數(shù)據(jù)分為管點(diǎn)和管線數(shù)據(jù)，如何解決管點(diǎn)和管線的三維顯示還需要作進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和探討。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙俊蘭，鄔倫.校園地下管線綜合信息系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].北方工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，2007（9）：1-12.

[2]王巧云.城市地下管網(wǎng)GIS建設(shè)與應(yīng)用[D].《中國西部科技》，2010：14-21.

[3]楊漢元，廖江英.城市地下管線管理[J].維普資訊.2005（7）：15-24.

[4]李朝.基于GIS的管線資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].鐵路通信信號工程技術(shù).2009（6）：19-21.endprint