基于ArcGlS的地下金屬管道縱橫斷面制圖系統設計與實現

郭淑芬，孫佳龍

（1.聊城市城鄉規劃設計研究院，山東 聊城 252000；2.江蘇海洋大學，江蘇 連云港 222000）

隨著地下管道探測要求的提高，探測結果的縱橫斷面的圖像的精細程度要求也越來越高。制圖的標準也進一步提升。很多傳統的制圖軟件對地下金屬管道縱橫斷面的細節表達欠缺，因此很多專業的繪圖人員開始使用CAD等先進的圖像軟件進行制圖工作。但這些軟件只是單純的繪圖工作，數據導入和導出還需要下載其他軟件進行輔助，繪圖過程變得更加繁瑣，增加工作人員的工作量，也降低了制圖工作整體的工作效率[1]。

ArcGIS是可以獨立應用于制圖軟件的技術，融合了GIS的底層功能。ArcGIS有五個基礎功能，分別是制圖基礎服務、對象數據的存儲、制圖表達、編程開發和其他擴展功能。ArcGIS可以實現數據分析和處理，在制圖的過程中也可將制圖規則和實際需求的矛盾化解，由于傳統的縱橫斷面制圖過程自動化程度很低，制圖效果千篇一律沒有個性，本文將重新設計的基于ArcGIS的制圖系統設計。重新建立ArcGIS的制圖規則來彌補傳統制圖系統的缺陷。

1 基于ArcGIS的制圖系統的硬件設計

ArcGIS制圖設備的基本過程為實測數據轉變為計算機可識別數據，電子計算機處理數據然后再將數據在自動制圖設備中轉換成圖像。因此ArcGIS系統的硬件設備需要滿足兩個條件，數據分析和制圖。制圖的硬件設備基礎是高速數字的電子計算機，硬件由兩部分組成：電子計算機連接自動制圖設備。地下金屬管道的數據采集使用的是地下金屬管線探測儀，橫切面制圖需要按照尺寸等比例縮減，尺寸測量使用航空攝影測量儀。圖像數據可以采用掃描式數字化儀將實測圖像進行數字化處理。

2 基于ArcGIS的制圖系統軟件設計

ArcGIS的制圖系統作為輔助地下金屬管道測量的制圖軟件必須滿足以下要求：制圖符合管線測量制圖標準，具備制圖的通用性還要滿足地下金屬管道測量的特殊要求以及系統使用流暢，操作簡單，具有穩定性和兼容性。

2.1 圖片管理模塊設計

圖片管理首先要獲取圖片的全部信息，包括圖片的尺寸大小和等比例縮放倍數、圖片坐標、背景顏色、圖片拍攝地點的名稱、拍攝范圍等重要信息。圖片管理的第一步就是要將這些信息進行篩選，篩選出有用的信息留存，將無用的信息刪除，將有用的信息進行整理和分類。圖片的傳輸工作要進行多次，因此圖片管理模塊也要做到實時信息更新。圖片管理處理過的信息要保證向下一個模塊傳遞的時候有通信接口。

圖片的數據信息的管理和傳遞都是由GRAPH完成的，GRAPH獲取圖片信息的方式是通過讀取圖片的原始信息，建立新的程序對話框[2]，將原始信息傳遞給GRAPHINOF，然后由GRAPHINOF進行原始數據處理。用戶在對話框上可以看到數據的處理結果，然后進行需要的縱橫斷面制圖所需數據的選擇，最后處理完的圖片結構如表1所示。

表1 圖片數據結構

圖片數據結構對圖片的基本數據進行整理，為繪圖工作搭建數據架構，圖片管理模塊與系統中的每個模塊都有傳輸接口。來保證任何模塊需要數據時候，數據結構都能對應數據輔助它完成下一步操作。

2.2 繪圖圖層處理模塊設計

圖層處理模塊是整個繪圖系統的核心模塊，是參與繪圖直接編輯和圖層數據處理的模塊。繪圖系統需要對圖元進行處理，在逐步處理之前圖層需要對圖元進行分層管理。傳統的圖層處理模塊處理方式單一，不能滿足地下金屬管道縱橫斷面的繪圖要求。因此本次設計在原本的處理方式上進行改進。圖層主要分為兩類，獨立圖層和復合圖層。復合圖層中包括很多個獨立圖層，橫斷面的圖件應該是由多個復合圖層組成。圖層處理模塊對圖層的管理模式如圖1。

圖1 圖層管理模式

圖層管理可以實現圖元編輯，在獨立圖層中進行增加和刪除等操作。在復合圖層中對某獨立圖層的數據進行讀取和數據儲存。數據儲存的格式可以任意改變，避免后續在其他計算機上讀取圖層的時候因格式不支持失敗。如圖1所示，制圖工作人員對圖層管理模塊發出指令，圖層管理模塊將信號分別傳遞給多層管理區域和復合圖層。多層管理區域識別指令針對的是哪一獨立圖層，復合圖層直接將該信號傳遞給目標獨立圖層。多層管理區域同時將信號傳遞給單層管理區域，最后獨立圖層中處理后的圖元傳遞到單層管理區域中，實現圖元的全部處理。

2.3 編輯與顯示模塊設計

編輯與顯示模塊的方便性和快捷性是判斷系統設計流暢程度的重要依據。系統的編輯模塊的主要功能是圖像的輸入和導出，繪圖的各種操作指令，當用戶發出繪圖指令的時候，系統直接執行指令。但如果制圖效果達不到制圖者的期待就要進行刪除重新繪制，編輯模塊中如果加入撤回命令就可以避免這一現象的發生。通過引入撤回指令的步驟來避免重新繪制，也賦予用戶對于同一對象進行不同指令操作的功能。撤回指令安插是接收指令和執行指令中間的，將兩種指令的直接聯系變為間接聯系。只有接收指令在撤回指令找不到信號接口的時候才會直接與執行指令連接，最終完成編輯。

3 測試實驗

現對本文設計的基于ArcGIS的地下金屬管道縱橫斷面制圖系統進行功能測試，驗證其是否能滿足地下金屬管道縱橫斷面制圖的基本要求，以及和傳統的制圖系統相比較有哪些優勢。

3.1 實驗準備

系統的硬件計算機部分的處理器要求1.5GHz的處理器或者其他條件與之相似的處理器。內存在4G以上，顯示器256色外加32位增強色。擁有8G的硬盤儲存空間。自動制圖設備的內存要達到16G，根據圖片數據大小選擇硬盤的大小，由于測試實驗無需進行較大數據分析，選擇4G硬盤就可以滿足條件。測繪數據符合地下金屬管道測繪標準，圖片的比例為1:500。實驗對象為北方某地下金屬管道。

3.2 實驗結果與分析

對北方某地下金屬管道的各數據進行測量和收集。對實際測量圖片進行技術裁切，使用文獻方法1、文獻方法2及本文設計的系統進行制圖，比較數據預處理的時間，時間如表2所示。

表2 圖像數據預處理時間（s）

由于上表數據可知，文獻方法1和文獻方法2的圖像數據處理時間都在4.7s以上，在實驗圖像數據量不大的情況下是本文設計系統所用時間的兩倍。圖像數據的處理是制圖的基礎，文獻方法中圖像處理的模塊本就與制圖模塊是分開的，需要進行多一步數據傳導。如果數據處理再耗費大量時間將會大大降低制圖系統的工作效率。

4 結語

本文基于ArcGIS技術對地下金屬管道縱橫斷面制圖系統進行重新設計，并通過測試實驗證明了系統運行的可靠性，在數據預處理方面比傳統方式節省近一半的時間。本文設計的系統減少了制圖系統繁瑣的操作步驟，有助于縱橫斷面制圖工作進入一個新階段。