基于ArcGIS Engine的管線管理系統設計與實現

李昊　徐鵬程　李萌

【摘 要】地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，因此，建設一個科學的、功能強大的城市地下管線管理系統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，本文根據管線資源特點，并結合當前GIS的應用特點，將管線資源管理與地理信息系統結合起來，采用基于GIS工具軟件ArcGIS Engine的二次集成方式，開發出了管線管理系統。

【關鍵詞】地下管線；ArcGIS Engine；地理信息；二次集成方式

中圖分類號： TP311.52 文獻標識碼： 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.，Fuyang， 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脈絡貫穿整個城市，與城市建設及人民的社會經濟生活有著密切的聯系，而隨著經濟的發展，城市的建設和發展正在逐步加快，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構復雜、分布交錯、隱蔽性強的特點，而且其信息量及查詢量大，不間斷運行，需全天候監測[2]。從而產生大量的管線資料需要處理和分析，面對這些龐雜的數據，傳統的手繪制圖和靠管理人員的記憶去管理地下管線是遠遠不夠的也不現實，而且效率低下，容易產生錯誤，且人員很難適應這種迅速發展的龐大數量數據管理要求，造成許多資源的浪費，并且阻礙了設施維護與管理水平的有效改善。如果不能科學有效的管理管線數據，容易造成盲目施工，從而可能對管線設施造成破壞，導致停水、停氣、通訊中斷，甚至對人的生命財產安全造成威脅[3]。

由此可知，實現對地下管線的現代化、科學化和信息化管理，如何建立方便適用的地下管線數據管理系統這個問題已經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容，基于GIS二次開發平臺來研究開發地下管線管理系統，系統不僅應該具有良好的查詢統計功能，還應該具有網絡分析功能，達到用戶可以清晰地對管線數據瀏覽、查詢、統計、檢修路線分析的目的。

1 ArcGIS Engine組件式開發技術

ArcGIS Engine 是美國 Esri 公司發布的一款 GIS二次開發產品，它是目前 GIS 業界最為著名的組件式 GIS 開發產品 。 ArcGIS Engine可以在不同開發語言環境（NET、Java、C++） 下開發，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 GIS 功能，這使得開發者能夠將精力集中到解決應用程序中的業務邏輯中，而不是從頭開始開發 GIS 功能。開發人員可以將定制的 GIS 功能嵌入到已有的應用軟件中或創建自定義應用軟件。

2 管線數據管理系統設計與實現

2.1 技術路線

現在的 GIS 應用一般都是基于ArcGIS Engine組件式技術實現的[8]，本系統是采用基于工具型地理信息系統進行二次開發的方式。工具型地理信息系統一般包括5項基本功能模塊：數據采集與輸入、編輯與更新、存儲與管理、空間查詢與分析、顯示與輸出[9]。

管線管理系統需要實現以下功能：

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

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

（3）當某一處管線出現故障時，用戶應該能夠及時獲得故障點的坐標，實現故障點在管線網絡中位置定位，并獲得故障點到對應檢修站的最優路徑。

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

為了設計出簡單實用、符合用戶需求的管線管理系統，本文結合上述系統要實現的功能和管線管理的特點，根據所采用的開發軟件，制定相應的技術路線：空間數據庫—ArcGIS Engine—Visual Studio 2008—基于GIS的管線數據管理系統-到達用戶。

2.2 系統的總體設計

2.2.1 功能設計

本管線管理系統采用組件技術的模塊化設計，匯總以上功能，結合GIS的基本功能模塊，將本系統分為用戶登錄模塊、管線管理模塊、查詢統計模塊、檢修路徑模塊和資料管理模塊，建立系統結構如圖1所示。

2.2.2 數據庫設計

本系統選擇的數據庫為Access2003。Access有著強大的數據處理、統計分析能力，可以完整清晰的存儲管線的屬性數據，并且所占空間小，操作簡單，隨時可由系統調用[10]。

在Access數據庫中包括如圖所示的表數據。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測數據，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施內部的管線布局信息。如圖2所示的管道表和管道表屬性設置。

2.3 系統功能說明及其實現

本系統是在Visual Studio 2008的開發環境下，基于ArcGIS Engine組件式開發技術，使用C#語言實現的設計與開發。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技術實現對管線的基本操作集體的功能有以下幾個方面：

（1）管線數據的加載與保存：系統可以從本地硬盤上加載地圖文檔。如果對地圖進行了修改，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行標記或繪制圖形，也可以對圖層進行增、刪或修改等操作。

（3）地圖瀏覽：實現對主地圖的放大、縮小、全圖及漫游。

（4）圖層控制：實現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行進一步查詢，右鍵單擊相應的圖層，可以查詢相應管線圖層的屬性。

2.3.2 查詢與統計模塊

查詢模塊是對數據庫中的管線屬性數據進行精確的查找并在表格中顯示，系統中為用戶提供諸多可選擇的查詢條件，如查詢日期、管線類型、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。

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

2.4 檢修路徑分析模塊

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

2.5 資料管理模塊

在此模塊中，用戶可將數據庫中的屬性表顯示出來，并且可以對數據庫的數據進行修改并保存修改成果，而不用去打開數據庫。

4 結論

本系統基于ArcGIS Engine 組件式開發技術，實現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據的實時更新，從而達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水平和管理質量。

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一步研究和探討，主要有以下幾個問題：

A.地下管線數據庫數據量大如何優化地下管線數據庫有待于深入研究。

B.地下管線管理系統與其他GIS平臺的數據共享問題。

C.地下管線三維顯示。地下管線數據分為管點和管線數據，如何解決管點和管線的三維顯示還需要作進一步的學習和探討。

【參考文獻】

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

[2]王巧云.城市地下管網GIS建設與應用[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的設計與實現[J].鐵路通信信號工程技術.2009（6）：19-21.endprint