城市地理信息系統架構設計與實現研究

摘 要：地理信息系統以其強大的數據可視化、空間數據庫管理以及空間分析功能，為園區信息化管理提供了強有力的工具。本文以成都某開發區園區地理信息系統開發為研究背景，對GIS技術在園區信息管理中的應用進行了研究，闡述系統總體結構、功能模塊和數據庫設計，基于ArcGIS Engine開發平臺，結合可視化開發語言Visual C#進行集成二次開發，實現了顯示、查詢、編輯等GIS常用功能以及三維顯示和三維分析功能，為開發區管理部門提供多層次園區地理數據與決策依據。

關鍵詞：園區地理信息系統 ArcGIS Engine 三維分析

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0049-02

地理信息系統以其強大的數據可視化、空間數據庫管理以及空間分析功能，為新建開發區的信息化管理提供了強有力的工具，構建新建開發區地理信息系統已是必然趨勢。

本文結合成都某開發區地理信息系統的設計和開發實踐，對采用ArcGIS Engine作為GIS開發平臺建立園區地理信息系統進行了較深入的研究。本系統融合當今GIS的主流技術—— 組件式GIS和數據庫技術，能夠較好地為開發區建設管理服務，為展現新園區信息提供了一個平臺及可視化窗口。

1 需求分析

從開發區園區信息管理的實際需要出發，系統能夠對新園區地形、建筑物、管線等數據進行統籌管理，記錄新園區從規劃初期到竣工建成的整個建設過程；提高園區設施管理的效率，便于查詢和分析，對今后日常維護、資產管理、各種資料的保存及新園區改造提供依據，并可直觀地展現三維立體的園區景觀。

2 系統設計

2.1 系統總體結構

系統采用客戶機/服務器（Client/Server）的體系結構。服務器端存儲系統空間數據庫，應客戶端請求發送不同用途的數據，由系統維護人員負責空間數據庫的管理和維護，客戶端只需要安裝ArcGIS Engine Runtime（運行時）即可。

系統以目前在世界上占主流地位的開放型GIS軟件—— ArcGIS地理信息處理平臺為基礎，采用關系數據庫SQL Server 2000和ArcSDE 9.2相結合的技術統一管理空間數據和屬性數據，確保空間和非空間數據的一體化存儲，實現數據的存儲、管理、查詢、檢索及數據的深層次挖掘問題，為前端GIS應用功能的開發提供強有力的支持。

2.2 系統功能模塊

根據需求分析，將系統設計為10個功能模塊來實現，分別為數據加載模塊、數據編輯模塊、地圖瀏覽模塊、影像播放模塊、查詢檢索模塊、三維顯示模塊、空間量算模塊、三維分析模塊、系統管理模塊和地圖打印模塊。

3 數據庫設計

3.1 數據庫構成

本系統的數據庫建設是一項長期、重要和基礎性的工作，數據庫中包括地形、規劃和工程勘察數據以及系統配置數據，構成能夠提供豐富的信息資源和服務能力的園區空間數據中心。

3.2 基于Geodatabase的空間數據組織模式

本系統需要對園區建筑物、地下管線、運動場等多種地理要素的空間數據和屬性數據進行管理，涉及的數據種類多，數據量大，且各類數據之間存在一定的關系。因此，為了實現統一管理，采用新型的面向對象數據模型Geodatabase來設計和管理系統的地理數據庫。系統Geodatabase中的矢量數據包含要素數據集（Feature Dataset）和要素類（Feature Class）兩種數據結構，要素數據集是具有相同空間參考系統的要素類的集合，如基礎地形要素數據集；要素類是存儲相同幾何類型和屬性的要素的集合，要素類是各要素數據集中具有點、線或面幾何特征的地理實體，如道路線要素類。柵格數據集包含表達連續地理對象的柵格數據，柵格數據集能夠表示一副影像圖、一個表面、一個以格網采樣的環境屬性，或者有關特征的對象圖片，開發區園區用地的遙感影像圖（QuikBird衛星數據）是采用柵格數據集管理。關系表中的表文件是記錄的集合，本系統地理數據庫中的關系表為項目設計方案信息表。

4 系統開發與實現

4.1 系統開發環境

采用Visual studio 2005+ArcGIS Engine 9.2作為系統的開發平臺，用面向對象的方法進行程序設計，通過Visual C#開發語言調用ArcGIS Engine組件庫的組件，利用相關接口和函數開發系統功能，實現了數據加載、數據編輯、地圖瀏覽、影像播放、查詢檢索、三維顯示、空間量算、三維分析、系統管理和地圖打印功能。

4.2 主要功能實現

以地圖瀏覽、三維顯示和三維分析為例進行說明。

（1）地圖瀏覽。

地圖瀏覽界面主要由地圖顯示區、圖層控制區、菜單欄和工具欄組成。

地圖瀏覽功能可進行視圖控制和圖層控制操作，主要是利用ArcGIS Engine中己封裝的工具條控件（ToolbarControl）和目錄樹控件（TOCControl）實現，使用工具按鈕對地圖進行放大、縮小、移動等操作，方便用戶觀察目標和快速定位。圖層控制窗口用來顯示地圖的圖層，可以控制圖層的顯隱以及圖層在上層或下層的控制，便于用戶選擇感興趣的圖層和顯示方式進行地圖瀏覽和查詢分析，提高查找效率。

（2）三維顯示。

通過顯示園區三維地形模型和地物模型，可以為開發區管理人員提供對園區布局和資源的可視化預覽，提供可視化的分析和決策環境，以地形表面模型建立為例進行說明。

①創建TIN（不規則三角網）。

從1∶500園區用地現狀地形圖中提取出測量點，測量點數據含有高程信息，使用測量點創建TIN。TIN用不規則三角網表達地形表面，三角形的網點存儲Z值（高程值），從而建立了園區用地現狀的地形表面模型。

②在TIN上疊加建筑物的高度。

在TIN上分別疊加用地現狀地形圖上的居民地和規劃園區單體建筑的建筑高度，從而得到疊加居民地的地形表面模型和疊加園區單體建筑的地形表面模型，按照不同的高程段用不同的顏色顯示，展示了園區不同時期的三維地形景觀，如圖1和圖2所示。

（3）三維分析。

三維分析是在創建了表面模型數據基礎上的分析，基于ArcEngine的接口和函數二次開發實現，三維分析功能可以為用地規劃和建筑選址提供決策依據，以剖面分析和視域分析功能為例進行介紹。

①剖面分析。

系統可根據地形數據繪制地形剖面圖，地形剖面圖表示沿兩點連線前進時地形表面上高程變化的情況。首先，在TIN上選擇兩點，然后根據選擇的兩點創建剖面線（Polyline對象），然后計算出TIN與Polyline對象相交后的三維線（含有Z值的線），根據三維線對象在TIN上繪制圖形要素，最后根據三維線上每個點的距離和高程信息繪制地形剖面圖。

②視域分析。

視域分析功能實現了兩點通視分析。首先需建立視線瞄準線，創建視線瞄準線可以判斷某點相對于另外一點而言是否可見。如果地形遮擋了目標點，則可以分析得出這些障礙物，以及視線瞄準線上哪些區域可視，哪些區域不可見。在瞄準線上，可視與遮擋的部分分別以不同的顏色表示。

5 結語

本文結合成都某開發區園區地理信息系統的開發實踐，探討了ArcGIS Engine組件技術在園區信息化管理中的應用和實現方法，在開發過程中得出以下結論：（1）為了便于設計開發和維護管理，需要采用合理的GIS空間數據與屬性數據的組織結構，建立比較完善的空間數據和屬性數據關聯的GIS數據庫，這是實現GIS功能的前提條件和系統開發成敗的關鍵。（2）選擇ArcGIS Engine作為系統的GIS開發平臺，能夠滿足新園區信息管理對GIS功能的需要，較好地實現系統集成。利用可視化開發語言Visual C#進行開發集成，能夠方便靈活地實現GIS大部分功能。

參考文獻

[1] 董娜.基于ArcGIS Engine的××大學新園區地理信息系統研究與實現[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[2] 顧留碗，鄭平建，張海榮.基于GIS技術的滁州學院管理系統[J].滁州學院學報，2009（1）.

[3] 趙俊蘭，馮仲科.基于組件式的數字園區信息管理系統的建立[J].測繪通報，2007（6）.

[4] 李守平，潘雨青，陳天滋.三維GIS建模方法的研究與實現[J].計算機應用與軟件，2006，23（11）.