區(qū)縣級國土資源數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架設(shè)計(jì)

彭海濤，李愛迪，呂 煊，李愛美

（1.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶 400020；2.重慶市土地利用與遙感監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，重慶 400020；3.國家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心 重慶研究中心，重慶 400020）

區(qū)縣級的國土資源管理部門是我國現(xiàn)行土地管理制度的最終執(zhí)行者[1]，承擔(dān)了全區(qū)國土資源行政審批和業(yè)務(wù)辦理工作。區(qū)縣級的國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括了全區(qū)的影像圖、土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用總體規(guī)劃圖、基本農(nóng)田、城市規(guī)劃圖、征供地?cái)?shù)據(jù)、儲備數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)土地級別和基準(zhǔn)地價數(shù)據(jù)、執(zhí)法監(jiān)察等各種數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，區(qū)縣級的國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)為區(qū)縣國土管理部門全面、快速、準(zhǔn)確掌握全區(qū)國土資源數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和空間布局，實(shí)現(xiàn)“批、供、用、補(bǔ)、查”的土地資源信息化管理提供了有力武器。

我國縣級行政區(qū)劃數(shù)量龐大，各區(qū)縣國土管理部門工作職責(zé)和內(nèi)容各有特點(diǎn)，不同時段有不同需求。如果按照傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法，每個項(xiàng)目都從頭做起，不同項(xiàng)目的復(fù)用部分也只是停留在代碼的復(fù)制或者類庫的重用上面，不僅開發(fā)效率低，不能滿足項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)合作的需要，而且開發(fā)出來的軟件可伸縮性差，后續(xù)的軟件維護(hù)需要開發(fā)人員對整個系統(tǒng)架構(gòu)十分熟悉，加大了軟件的維護(hù)成本[2]。目前軟件復(fù)用已經(jīng)從通用類的復(fù)用發(fā)展到面向領(lǐng)域的應(yīng)用框架。應(yīng)用框架是同時具備一致性、可重用性、可擴(kuò)展性3種特性的一組類庫，它提供了構(gòu)建一個系統(tǒng)所需要的基本架構(gòu)及功能，協(xié)助程序員在快速、不易出錯的情況下研發(fā)應(yīng)用程序[3]。因此開發(fā)一套能在各區(qū)縣快速部署又能適應(yīng)不同區(qū)縣的具體需求的國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架非常有意義。本文在對重慶市區(qū)縣級國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了基于插件式GIS技術(shù)的區(qū)縣級國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架的開發(fā)策略。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 框架插件開發(fā)方式

一個插件框架由主程序和插件構(gòu)成，主程序是插件的載體。插件不同于組件和構(gòu)建[4]，是一種遵循一定規(guī)范，通過應(yīng)用程序接口編寫出來的程序模塊,其本質(zhì)是在不修改程序主體的情況下對軟件的功能進(jìn)行加強(qiáng)，當(dāng)插件的接口被公開時，任何人都可以編寫插件程序來解決特定的問題[5]。當(dāng)應(yīng)用程序已經(jīng)部署，業(yè)務(wù)卻發(fā)生變化時，就可以通過讀取插件配置信息，載入新的應(yīng)用構(gòu)件實(shí)現(xiàn)變化的業(yè)務(wù)[6]。在插件式框架中，主程序與插件之間信息交流的橋梁就是接口，這種基于接口的設(shè)計(jì)模式稱為橋接模式[7]。在插件式框架中接口分為主程序接口和插件接口2個部分。主程序接口完全由主程序?qū)崿F(xiàn)，將主程序接口暴露給插件，插件可以獲取主程序的資源和數(shù)據(jù)；插件接口由插件實(shí)現(xiàn)，主程序通過插件接口可以展示插件處理后的數(shù)據(jù)[8]。

1.2 開發(fā)平臺

插件技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有腳本方式、COM方式和.NET平臺的反射方式[9]。系統(tǒng)開發(fā)中使用.NET平臺中的反射技術(shù)來實(shí)現(xiàn)插件的動態(tài)加載。GIS功能使用美國ESRI公司的ArcEngine開發(fā)包提供的.NET編程接口。通過運(yùn)行時授權(quán)，基于ArcEngine開發(fā)包二次開發(fā)的GIS程序可以脫離ArcGIS桌面程序而獨(dú)立部署。系統(tǒng)界面使用了基于.NET Framework第三方的控件DotNetBar。

2 系統(tǒng)框架

區(qū)縣級國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架如圖1所示，框架由主程序框架和插件庫組成。通過主程序框架的主程序接口和插件接口，實(shí)現(xiàn)了主程序和插件之間的通信。主程序框架通過加載插件來擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。一個插件對應(yīng)一個程序集，一個插件可以實(shí)現(xiàn)一個或多個功能，各功能必須分別實(shí)現(xiàn)規(guī)定的插件接口。

圖1 國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架圖

3 框架接口設(shè)計(jì)

3.1 主程序接口設(shè)計(jì)

IMainApp是代表插件式應(yīng)用框架主程序的接口，該接口主要封裝了主程序窗體類AppMainForm、插件在內(nèi)存中的容器對象AppAllComObjectMemory、ESRI的AxMapControl地圖控件對象MainDataMapView、LayOut控件對象AxPageLayoutView、Toc控件對象CurrentTOCControlView以及其他反映當(dāng)前主程序狀態(tài)的對象屬性，并提供了對這些對象屬性操作的方法。主程序窗體類實(shí)現(xiàn)了IMainApp接口。通過主程序公開的接口和屬性，插件可以獲取主程序的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，插件也可以將處理分析后的結(jié)果數(shù)據(jù)傳回給主程序，改變主程序的狀態(tài)。因此系統(tǒng)中必須有一個靜態(tài)全局的主程序?qū)ο螅４媪酥鞒绦虻臓顟B(tài)，而調(diào)用者不需要創(chuàng)建該對象。

3.2 插件接口設(shè)計(jì)

插件接口規(guī)定了擴(kuò)展軟件功能的插件必須實(shí)現(xiàn)的接口，插件只有實(shí)現(xiàn)了規(guī)定接口中的方法和屬性才能被主程序加載識別。為了滿足系統(tǒng)功能的需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下2種繼承自插件接口的基類：BaseCommandEx和BaseToolEx，這2個類實(shí)現(xiàn)的方法和屬性如圖2所示。①BaseCommandEx類繼承自ArcEngine開發(fā)包下的ESRI.ArcGIS.SystemUI命名空間的ICommand接口，在主程序界面表現(xiàn)為一個命令按鈕。在該接口的OnClick方法中可以實(shí)現(xiàn)該插件對應(yīng)的按鈕被觸發(fā)時進(jìn)行的操作。OnCreate方法必須在插件生成時調(diào)用，將主程序中的地圖控件AxMapControl或制圖控件PageLayoutControl傳進(jìn)來，以便設(shè)置該命令默認(rèn)的交互對象。②BaseToolEx類繼承自ArEngine開發(fā)包下的ESRI.ArcGIS.SystemUI命名空間的ITool接口，在主程序界面表現(xiàn)為一個工具按鈕。命令按鈕直接點(diǎn)擊就可以，工具按鈕需要額外與界面進(jìn)行交互，因此需要實(shí)現(xiàn)額外的交互事件。

圖2 插件接口基類設(shè)計(jì)圖

4 框架主程序設(shè)計(jì)

4.1 主程序界面設(shè)計(jì)

主程序是一個用第三方的DotNetBar控件和ArcEngine的控件設(shè)計(jì)而成的可執(zhí)行程序（如圖3所示）。使用DotNetBar控件可以將主程序界面設(shè)計(jì)成類似Office風(fēng)格的界面，此外使用DotNetBar控件也易于用代碼控制界面的動態(tài)生成。主程序主要負(fù)責(zé)插件相關(guān)的界面生成和主程序中GIS控件、界面控件和插件對象的交互工作。主程序界面的設(shè)計(jì)中主要考慮到靜態(tài)和動態(tài)界面的設(shè)計(jì)。對于一些所有用戶都用到的軟件基礎(chǔ)功能對應(yīng)的靜態(tài)界面，只需要在軟件編譯前在主程序框架界面預(yù)先把這些插件對應(yīng)的按鈕(ButtonItem)添加，并將插件功能和對應(yīng)的按鈕關(guān)聯(lián)起來，如主程序界面中的“系統(tǒng)設(shè)置”、“視圖”、“制圖”、“工具”、“幫助”都屬于靜態(tài)界面，“地政地籍等專題”則屬于動態(tài)加載界面。對于動態(tài)加載的專業(yè)功能插件對應(yīng)的ButtonItem，則通過代碼設(shè)置其Command屬性，在Command控件的Executed事件中執(zhí)行這些ButtonItem對應(yīng)的觸發(fā)事件。Command是一個DotNetBar控件，Command實(shí)現(xiàn)了將界面設(shè)計(jì)與相應(yīng)函數(shù)的分離，降低系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性，同時可以提高相應(yīng)函數(shù)的復(fù)用性。這種動態(tài)界面設(shè)計(jì)方式是為了實(shí)現(xiàn)一種軟件的動態(tài)配置技術(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行時的某個未知時刻由用戶來動態(tài)配置，使得主程序界面在不同權(quán)限的用戶面前呈現(xiàn)不同的功能。

圖3 主程序界面設(shè)計(jì)

4.2 插件管理設(shè)計(jì)

隨著系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，開發(fā)的插件越來越多，如果系統(tǒng)啟動后將所有插件都裝載入程序，會消耗計(jì)算機(jī)不必要的內(nèi)存。因此框架程序必須有一套管理插件的機(jī)制，確定哪些插件是必須加載的，哪些是不需要加載的。插件管理分為插件注冊管理和插件菜單管理。插件注冊管理界面如圖4所示，可以對實(shí)現(xiàn)規(guī)定接口的程序集進(jìn)行加載或卸載，插件菜單管理可以在程序運(yùn)行時動態(tài)添加各種菜單面板，在菜單面板上增加按鈕，將按鈕與已經(jīng)注冊的插件功能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并將修改的結(jié)果以xml文件保存。

圖4 系統(tǒng)插件管理界面

5 結(jié) 語

設(shè)計(jì)插件式應(yīng)用框架的關(guān)鍵在于確定系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能和擴(kuò)展功能，即找出變化點(diǎn)和通用點(diǎn)[10]。區(qū)縣級國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)是一個以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的GIS系統(tǒng)，系統(tǒng)以空間數(shù)據(jù)的管理、分析和展示為核心。GIS系統(tǒng)大部分操作都與地圖交互有關(guān)，因此插件式GIS系統(tǒng)中的主程序接口的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展點(diǎn)插件接口的設(shè)計(jì)必須考慮主程序GIS地圖控件和插件的交互，這是GIS插件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的核心問題。基于插件式GIS技術(shù)的區(qū)縣級國土資源綜合數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用框架可擴(kuò)展性強(qiáng)，通過該應(yīng)用框架開發(fā)的系統(tǒng)已在重慶市多個區(qū)縣安裝使用，得到了實(shí)際的檢驗(yàn)。

[1]郭強(qiáng).國家級新區(qū)“一張圖”管地信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究——以重慶市兩江新區(qū)為例[D].重慶:西南大學(xué),2013

[2]聞平,王沖,楊林波,等.基于插件技術(shù)的GIS應(yīng)用框架的研究與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào),2012(增刊):608-609

[3]黃忠成.Framework的設(shè)計(jì)與應(yīng)用——基于Windows Forms的應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006

[4]李勇,岳建偉.基于.NET的插件式GIS應(yīng)用框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地理信息世界, 2010(4):82-86

[5]吳亮,楊凌云,尹艷斌.基于插件技術(shù)的GIS應(yīng)用框架的研究與實(shí)現(xiàn)[J].地球科學(xué),2006,31(5):609-614

[6]任鋼.C#創(chuàng)建插件業(yè)務(wù)平臺[J].電腦編程技巧與維護(hù),2009(9):19-23

[7]劉曦.插件式的海岸侵蝕災(zāi)害分析與評價GIS應(yīng)用框架研究[D].上海:華東師范大學(xué),2009

[8]李何,劉杰..NET平臺下基于反射技術(shù)的插件式框架的研究[J].軟件導(dǎo)刊,2009,8(11):25-26

[9]章志,都金康,卓鳳軍.基于.NET反射機(jī)制的GIS插件技術(shù)研究[J].測繪科學(xué),2011,36(4):151-155

[10]何文海,謝建剛.基于.NET平臺的插件式應(yīng)用框架開發(fā)[J].電腦知識與技術(shù),2007(15):755-756