基于ArcGIS Engine對警車實時調度平臺的開發

王帝文

摘要：在地理信息系統發展飛速發展的今天，越來越多的行業開始使用GIS來分析解決問題。近年來恐怖勢力有所抬頭，安全形勢不容樂觀，且犯罪案件的發生具有隨機性，傳統的調度方式已經無法滿足警方快速反應的需求，為了實現實時調度功能，本文著重闡述了空間查詢、實時定位、路徑分析技術的實現方法，研究如何利用ArcEngine二次開發警務調度平臺。

關鍵詞：GIS；實時調度；二次開發

1、引言：為了滿足當下快速出警的需求，許多大城市的警務部門開始使用警車調度平臺，作為打擊犯罪分子的高科技武器，但目前在運行的警務平臺大多以底層開發為主，缺點是開發周期長，技術實施難度大，維護成本高，使得許多偏遠地區的警務部門，由于資金緊張、技術缺乏而難以實現。本文介紹的利用ArcGIS Engine進行二次開發，使用C#作為開發語言，其優點是可以快速搭建系統框架，大幅度縮短軟件開發周期，借助ArcGIS提供的地理數據分析接口，封裝了空間查詢、緩沖區分析、路徑分析等一系列功能，為實現警車的實時調度而服務。通過這種方法做出的產品功能完備，價格低廉，維護簡單，兼容性好，可擴展性強，尤其適合中小城市日常的工作需求，較大型警務平臺其性價比更高。

2、總體設計

2.1需求調查。進入21世紀，國內城市化步伐加快，城市的安全形勢卻不容樂觀，導致出警范圍和出警強度進一步加大，但許多偏遠城市的警務部門對于警力調度還停留在初級階段，即利用紙質地圖進行人工查詢定位，這種方法效率低、誤差大，很容易因為人為判斷失誤而延誤出警時間，造成交通癱瘓、公民財產損失等一系列嚴重后果。因此，本文總結了警務部門存在的現實需求：①在電子地圖上，實時更新警車位置。②當發生案情時，能快速對案發地點進行定位。③根據具體情況，制定出警最優路線，輔助指揮者實時調度。

2.2開發平臺。警務實時調度系統選擇成熟的win7操作系統，ESRI的ArcGIS Engine9.3為開發平臺，Visual Studio 2008為開發環境，C#為開發語言。ArcGISEngine是完整的嵌入式GIS組件庫，可在多種編程語言中調用接口，它的核心是由ArcObjects一組開發包組成，可將ArcGIS的功能嵌入到其他應用軟件中，這樣的程序安裝時就不需要安裝ArcGIS專業軟件，極大地減輕了警務部門的運行負擔，因此適用于警務實時調度系統的二次開發。

3程序設計及實現

3.1程序界面設計。在實現系統分析功能之前，首先應搭建地圖顯示框架，通常有兩種方法，一種適合于功能要求較高的程序編寫，所有的控件由自己進行代碼編寫，一般用于底層開發；另一種就是利用ArcEngine提供的各項控件，快速搭建界面，具體如下：在VS2008中，我們可以新建一個Windows窗體項目，然后從ArcGISWindowsForms選項卡向其中添加ToolBarControl、TOCControl、MapControl控件，并分別設置屬性窗口中的Dock為Top，Left，Fill，完成窗口布局，即頂部為工具欄、左側為圖層列表，主工作區為地圖控件，如圖1所示。

ToolBarConrol控件提供了許多Commands和Toolsets，實現對地圖控件的操作，常用的有Open（打開地圖文件）、Zoom in/out（放大縮小）、Pan（拖動地圖）等，我們可以根據自己的需要添加相應的命令和工具。除此之外，ArcEngine提供了一種模板—MapControl Application，其中已經嵌入各種開發所需的基礎控件，便于我們快速進行其他功能的開發，不但節省了時間，也降低基礎出錯率，本文就采用這個模板作為軟件界面。

3.2添加圖層

在ArcGIS中地圖是由點、線、面三種類型的矢量數據組成，這些要素類以Shapfile的格式存儲在地理數據庫Geodatabase中，我們可以通過ArcCatalog對地理數據進行管理，將所用的要素類放在一個要素數據集中，統一數據標準。為了滿足警車的定位調度功能，需要Map添加含有地標、道路、居民地信息的要素類，具體實現如下：

（1）為了添加要素類到地圖中去，首先從工具箱中找到MenuStrip（菜單欄）并添加，然后在菜單欄中鍵入一個“添加圖層”的菜單項，如圖2所示。

（2）雙擊進入代碼編寫頁，主要用到的接口有IWorkspaceFactory，IFeatureWorkspace，這兩個接口用于建立一個工作空間以訪問地理數據庫，建立數據庫連接后使用IFeatureClass接口實例化—個要素類對象，將數據庫中的要素類賦給當前對象，完成數據的傳遞，但為了顯示在地圖上，就需要將要素類添加到圖層中去，通過IFeatureLayer接口，在空圖層中加入已獲得要素類，最終實現圖層添加功能。

（3）如果需要添加多個圖層，批量建立對象并修改OpenFeatureClass的參數即可，此處不做贅述。在完成“圖層添加”后，根據程序設計目的，需要將地圖上的地點名稱進行標注，由于標注是作為圖層屬性存在的，因此可以使用TextElement繪制，其原理是將屬性表的某個屬性創建TextElement對象，然后調用IGraphicsContainer接口的AddElement方法進行標注的添加，程序運行效果如圖3所示。

3.3報警定位。地圖包含信息量大，人工查找精度低，速度慢，報警定位作為警務調度的第一步，如果不能快速準確地執行，將會引發嚴重的案情延誤問題。利用ArcEngine就可以快速組建空間查詢功能，基于已添加的點圖層，使用圖層屬性中的名稱字段進行空間屬性查詢，以實現對案發地的位置定位，查詢流程如圖4所示。

根據報警人提供的地點信息，利用空間屬性查詢并高亮案發地點。完成空間屬性查詢需用到以下主要接口：（1）IFeatureLayer，獲取需要進行查詢的圖層。（2）IFeatumSelection，此接口可以用來選擇指定圖層的要素，他的成員SelectFeatures可以根據QueryFilter的實例化對象，選擇具有限定條件的要素并高亮顯示在地圖上。（3）IC！ueryFilter，該接口可以幫助用戶過濾不需要的值，它的WhereClause屬性用于設定過濾表達式，限定返回的要素，即Select..Where..語句中的條件語句，該語句可以通過設置一個TextBox進行傳遞，但需要注意的是，Geodatabase支持sQL語言作為模糊查詢語句，所以該語句在編寫代碼時要給字段名加上中括號（[字段名]），限定條件加上雙引號，這樣格式的語句才能在數據庫中執行，考慮到地圖的大數據量，特定義一個縮放函數，將選中的要素進行居中顯示，程序運行效果如圖5所示。endprint

3.4警車實時定位。警車在日常巡邏任務中，時刻都有可能接到調度命令，只有掌握警車的實時位置，才能制定出最優出警路線，用TextElement在地圖上模擬車輛的行駛軌跡，其路線由一組點（x，y）構成，x為經度，y為緯度，數據的獲取方式是接收車載GPS傳回的經緯度坐標，示意圖如圖6所示。

利用返回的經緯度坐標，可以在地圖的指定位置畫出TextElement，即將警車作為文字圖元在GraphicsContainer中畫出，為了突出顯示警車，可用ICallout接口定義—個氣泡。繪出警車后，下一步是讓警車“動起來”，由于要求數據的實時性，所以需要向程序中加入一個Tuner控件，以設定間隔對經緯度數據（x，y）進行更新，最后加入一個Buuon控件作為功能開啟按鈕。這些文本圖元將不占用圖層資源，只在GraphicsContainer中繪出，極大地節省內存空間，提高了程序反應速度，運行效果如圖7所示。

3.5出警路線制定

3.5.1無向網絡。制定出警路線需要用到最短路徑分析功能，使用它的前提是建立無向網絡，GIS中的網絡，是指線狀要素相互連接所形成的—個線狀模式，如道路網。將經過編輯的點狀和線狀要素單獨提取出來作為一個圖層，這就是可以進行路徑分析的道路網絡模型。ArcEngine中無向網絡的建立需要用到網絡數據集，它可以在ArcCatalog中進行實現。首先創建一個FeatureDataset，將道路中心線要素導入，新建一個具有拓撲關系的網絡數據集，設置連通性和轉彎規則，然后創建相應的網絡屬性，如字段名為Meters，類型為double，它表示的是道路長度，又如字段名為OneWay，類型為Text，目的是為了區分具有不同通行屬性的道路。當全部設置完成后，系統將自動生成一個匯總報告，確認無誤即可倉犍網絡數據集。

3.5.2最短路徑分析。在上文中已經解決了報警定位和警車定位的問題，依靠構建的道路網絡模型，我們使用GIS的最短路徑分析功能，系統會在兩點間自動規劃出一條最短路徑，其原理是新建一個空圖層，獲取網絡數據集中的點要素和線要素并添加進去，然后確定所要分析的路徑點，設置捕捉容差，進行字段匹配，再將路徑點加載到圖層中，通過INAContext接口設置分析參數，最終在地圖上顯示出最短路徑及結果信息。由于網絡分析較復雜，因此我們新建了一個窗口以作分析界面，程序運行效果如圖8所示。

結論：本文從GIS的定義、功能入手，介紹了現階段警務部門的現實需求，同時總結了現有警務平臺存在的問題，提出了利用ESRI公司的二次開發工具ArcEngine結合Visual C#開發環境快速搭建警務調度平臺的方法，并對建立該平臺的理論基礎及實現過程進行了詳細的闡述，并展示了程序運行效果，這種方法大大降低了開發難度，降低了開發成本并縮短了開發周期，而且建立的平臺具有較強的空間查詢和分析功能。endprint