觸控式地下管線展示系統的設計與實現

孫成苗,焦俊超,胡振彪

(1.青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

觸控式地下管線展示系統的設計與實現

孫成苗1,2?,焦俊超1,2,胡振彪1,2

(1.青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

為將地下管線通過觸控屏進行展示,實現人機友好互動,增加系統的體驗度和舒適度,研究利用多點觸控技術,結合地理信息系統技術,以ArcGIS API for Silverlight為開發接口,采用B/S開發模式建設觸控式地下管線展示系統。系統作為青島市城市規劃展覽館開發建設的專題展示項目,經過了專家和社會公眾的各項測試和操作,運行良好,證明了Silverlight技術在開發觸控屏GIS領域性能的優異性。

地下管線;GIS;多點觸控技術;ArcGIS API for Silverlight

1 前 言

城市地下管線是城市建設的重要組成部分,被譽“良心工程”,被稱為城市的“生命線”[1]。觸控式地下管線展示系統是以青島市規劃展覽館建設為契機開發的用于向各級領導、普通市民、外來游客等參觀者展示青島市管線設施的現狀、規劃及未來發展前景(所有展示數據均以經過加密處理),突出體現青島市地下管線的管理模式及應用范圍,體驗管線數字化給公眾日常生活帶來的便捷[2]。

觸控式地下管線展示系統是將GIS解決方案與多點觸控大屏幕相結合[3,4],采用數據層、業務平臺層、數據訪問層、應用層從底層到頂層的4層軟件結構,在保持靈活性和擴展性的前提下,實現地理信息資源數據的整合、管理與展示。同時,系統將二三維數據相結合,滿足用戶二三維環境下對管線數據的屬性查詢、物聯網模擬應用展示,并提供如管線斷面分析[5]、爆管分析[6]等空間分析功能,向參觀者展示青島市綜合管線的種類、地圖上的宏觀分布以及局部區域綜合管線信息。與多點觸控大屏幕相結合,摒除傳統的鼠鍵操作,以高度自由性的控制界面作為用戶與PC系統互動的最佳方式,使參觀者以相對簡單的操作獲得流暢的互動效果。

2 總體設計思路

2.1 系統建設目標

(1)與多點觸控大屏幕想結合,將地下管線解決方案在大屏幕上展示,參觀者可親自操作大屏幕瀏覽查看二維及三維環境下青島市全域地下綜合管線的布設現狀與規劃。

(2)二三維展示模式相結合。所有功能在二維地圖上實現,同時自動提示三維窗體切換,并可在三維模式下實現屬性查詢、物聯網模擬應用展示等功能。

(3)提供如管線斷面分析、爆管分析等空間分析功能。

(4)展示綜合管線的種類及在地圖上的宏觀分布,同時提供各種管線、管井的屬性信息查詢功能。

2.2 系統總體架構

系統在軟件架構上從底層到頂層分為4層結構,依次是:數據層、業務平臺層、數據訪問層、應用層。此4層結構可以獲得良好的系統性能,并且具有良好的可擴展性及穩定性,如圖1所示。

圖1 系統架構示意圖

2.3 系統功能設計

根據規劃館展覽需求,系統主要包含的功能模塊為:地圖基本操作模塊、數據展示功能模塊、綜合查詢模塊、空間分析模塊等。其中,地圖基本操作模塊主要是對地圖進行放大、縮小、平移、全圖、鷹眼等基本操作;數據展示模塊一方面可實現二三維數據的切換展示,另一方面可實現局部管線組合展示;綜合查詢模塊既可通過輸入查詢條件查詢數據屬性信息,又可通過拉框選擇地圖上的管線數據實現數據查詢;空間分析功能包含爆管分析和管線斷面分析。爆管分析用于展示管線發生爆管時事故詳細描述信息及實時視頻信息,分析事故點周邊一定范圍內的危險源、高危群體、應急資源等信息;斷面分析可沿路或跨路查詢局部區域管線縱斷面、橫斷面信息;物聯網模擬應用模塊,可在顯示管線測繪數據的同時調用物聯網應用服務,展示管線的實時信息。系統功能結構如圖2所示:

圖2 系統功能開發示意圖

3 關鍵技術

3.1 多點觸控技術

多點觸控[7](Multitouch或Multi-Touch)是采用人機交互技術與硬件設備共同實現的技術,能在沒有傳統輸入設備(如:鼠標、鍵盤等)下進行計算機的人機交互操作。基于多點觸摸技術構成的觸摸屏(屏幕,桌面,墻壁等)或觸控板,都能夠同時接受來自屏幕上多個點進行計算機的人機交互操作[8]。

本系統采用包含Windows 7操作系統和Intenet Explorer 8瀏覽器的多線觸控平臺。此平臺包括操作和慣性處理器兩部分。操作處理器會產生二維旋轉矩陣,該矩陣用X和Y坐標來表示轉換,為了支持這種平滑運動,Windows 7多點觸控平臺提供了延時API[9]。

為滿足系統多點觸控,實現人機完美交互,采用分辨率為1 920×1 080的、可6點觸控的LED顯示屏,系統顯示更加清晰,人機界面更加友好。

3.2 多點觸控GIS及與與傳統非觸控GIS的區別

多指觸控,是在沒有傳統輸入設備(如鍵盤、鼠標等)的條件下能進行計算機的人機交互操作。應用于GIS,僅用手勢即可展示多維度的地理信息,已經成為規劃展覽、應急指揮的創新型解決方案。

由于系統是人機交互的觸控式,通過用手指進行各項操作,因此系統界面設計時應充分考慮相對于鼠標多點觸控的多點選擇、模糊定位、手指大小、操作時的遮擋性等特點,每一個板塊的出現都需要考慮手指大小,以便做出準確選擇,滿足不同技術水平和年齡層次人群的操作需求。

該類系統在設計開發時,須選用對觸控屏支持較好的平臺和插件,以保證系統操作的流暢性;要融入當前各種流行的界面元素設計,在確保系統穩定的基礎上界面簡潔、美觀,交互性好,讓用戶有最直觀的感受;根據觸控操作和鼠鍵操作的區別和特點,合理設計系統界面及各類圖標。

3.3 多點觸控開發技術

ArcGIS API for Silverlight是由美國Esri公司推出的用于在Siverlight平臺上開發WebGIS應用的一套編程接口。應用此接口可構建富Internet和桌面應用,在應用中可利用ArcGIS Server和Bing服務提供的強大的繪圖、地理編碼和地理處理等功能[10]。系統以VS2010+silverlight tools 4 for vs2010+ArcGIS api for silverlight 2.4[11]作為開發平臺,該平臺較于其他開發方式能更好地支持多指觸控技術,ArcGIS API for Siverlight類庫,Silverlight使用C#作為開發語言,以二進制或XAML標簽的方式發布,能充分挖掘客戶端系統的性能,提高系統架構的整體服務性能[12]。使用C #[13]語言外加Silverlight Tools for Visual Studio開發平臺插件在Visual Studio 2010開發平臺上進行開發建設,數據存儲采用Oracle Spatial數據庫,完成后的程序可運行在Microsoft Intenet Explorer 6.0以上瀏覽器中。

4 實現結果

系統開發采用B/S開發模式,以二三維相結合的方式展示,其中所有功能均可在二維地圖上實現。同時,系統針對局部區域綜合管線數據及功能展示,自動提示三維窗體切換,可以在三維窗體瀏覽地面模型、建筑物模型及地下管線模型,針對特殊的管井如雨滴狀管井采用三維建模方式瀏覽,并且可以在三維模式下實現屬性查詢、斷面分析、爆管分析等功能,如圖3～圖5所示。

圖3 管線查詢

圖4 斷面分析

圖5 爆管分析

5 結 語

觸控式地下管線展示系統采用ArcGIS API for Siverlight平臺進行開發,利用ArcGIS Server服務接口發布圖層數據,解決了數據發布困難、展現效果差的問題,同時與多點觸控技術相結合,實現了管線數據的一站式發布、高效瀏覽查詢、多樣化的展現和豐富的用戶體驗,全方位立體性地展示了青島市管線設施的現狀及未來規劃,對建設B/S架構觸控式數字化地下管線具有一定的借鑒意義。

[1] 龔俊,王新洲,王文慶等.城市地下管線信息管理系統的探討[J].地理空間信息,2005,9～10.

[2] http://www.qingdaonews.com/content/2012-12/30/content_9553515.htm[OL/DB].

[3] 張恩宜,張愛紅.觸摸屏技術的發展與應用[J].山東師范大學學報·自然科學版,2002,17(1):117～120.

[4] 吳信才.地理信息系統的基本技術與發展動態[J].地球科學·中國地質大學學報,1998,23(4):329～333.

[5] 李萬輝,楊曉麗.基于GIS的城市地下管線橫縱斷面分析[J].測繪與空間地理信息,2010,33(3):58～62.

[6] 潘少奇,張雪峰,李亞婷.基于GIS的供水管網爆管分析[J].管道技術與設備,2008(4):7～8.

[7] 張為中.多觸摸環境下的軟件交互方式研究[D].電子科技大學,2012.

[8] 鄭贊.觸摸屏多點觸摸技術揭秘[J].電子產品世界, 2008(11):121～122.

[9] 邱冬梅,馬純永,陳戈.虛擬社區DIY規劃系統設計與實現[J].計算機與現代化,2013(4):115～119.

[10] Esri China下載與更新:軟件-ArcGIS Web APIs[EB/OL].http://support.esrichina-bj.cn/2010/0917/630.html.

[11] 李愛民,劉晶,馬維綱.Silverlight相關技術研究[J].計算機技術與發展,2009(6):117～120.

[12] 黃瑞陽,郭建忠,余慧明等.基于Silverlight的矢量地圖符號模型設計與實踐[J].測繪工程,2013(1):776～778.

[13] Robinson S.Professional C#2nd Edition[M].Wrox Press Inc,2002.

Design and Implementation of the Multi-touch Underground Pipeline System

Sun Chengmiao1,2,Jiao Junchao1,2,Hu Zhenbiao1,2
(1.Qingdao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute,Qingdao 266032,China; 2.Qingdao Geomatics and Remote Sensing Center,Qingdao 266032,China)

In order to display underground pipeline through multi-touch screen,the system should be realizing the functions of man-machine interaction friendly,increase the customers’s experience and comfort feeling.In our’s research of urban underground pipeline,multi-touch technology combing with GIS technology was used in the multi-touch screen display platform.The platform was developed on the base of ArcGIS API for Silverlight interface,as well as B/S development model.Now,the system as a thematic exhibition project in Tsingtao Exhibition Hall,named“Tsingtao Hui-Tu”,it has a good operation after the all type of test and operation with experts and the public,the system show that the technology of Silverlight has a good performance in multi-touch screen GIS.

underground pipeline;GIS;multi-touch technology;ArcGIS API for Silverlight

2014—05—16

孫成苗(1988—),女,助理工程師,碩士,研究方向為GIS應用與開發。