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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- ArcGIS的三維油氣輸送管道的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 介紹了采用C#為編程語言、ArcGIS Engine為開發(fā)工具進(jìn)行油氣輸送管道地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了油氣輸送管道信息的科學(xué)化管理。二維的GIS只限于地理空間對(duì)象間的平面關(guān)系，相比之下三維的更能客觀的描述三維地理世界。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著我國(guó)現(xiàn)代化地籍制度的建立和完善， 管理系統(tǒng)工程的成熟度已經(jīng)可以適應(yīng)信息工程的要求。伴隨著信息化時(shí)代的到來， 如何充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)為科學(xué)管理服務(wù)是新時(shí)期我國(guó)地籍管理工作的一個(gè)顯著特點(diǎn)和迫切要求。地籍管理信息化建設(shè)要滿足土地調(diào)查評(píng)價(jià)、政務(wù)管理和地籍信息的綜合應(yīng)用三個(gè)應(yīng)用層次的目標(biāo)要求， 這也是地籍管理信息化建設(shè)的核心內(nèi)容。 目前，基于地理信息系統(tǒng)(GIS—Geographic Information System)的油氣輸送管道系統(tǒng)是應(yīng)用研究的熱點(diǎn)問題，油氣輸送管道具有層次復(fù)雜的特點(diǎn)，二維GIS已經(jīng)無法滿足其要求，迫切需要地下管網(wǎng)的三維GIS顯示。地理信息系統(tǒng)（GIS）及關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）的興起和發(fā)展?jié)M足了國(guó)土行業(yè)信息化的要求， 為海量地籍?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理提供了可能。地籍管理是國(guó)土資源管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，它通過地籍調(diào)查和土地登記工作，對(duì)土地利用狀況、產(chǎn)權(quán)產(chǎn)籍狀況及其法律關(guān)系依法進(jìn)行確認(rèn)， 從而為國(guó)土資源管理工作和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供服務(wù)。 當(dāng)前GIS 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展為地籍管理信息系統(tǒng)建設(shè)創(chuàng)造了條件。利用地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)引擎， 依托在大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫上對(duì)日益龐大的地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢已是較為成熟的解決方案。 2. 主要技術(shù)及開發(fā)平臺(tái)概述 輸油管道三維建模概述： 三維模型最大的特點(diǎn)是可視性強(qiáng), 有說服力。輸油管道三維建模不同于其它三維模型之處有: ( 1) 輸油管線包含了大量的數(shù)據(jù), 需要分類、分層處理。 ( 2) 由于輸油管道三維模型的可移植性, 因此可以通過更改管徑等個(gè)別參數(shù), 簡(jiǎn)化建模過程, 降低建模的工作量。 ( 3) 模型建立后, 能滿足查詢、編輯功能, 以達(dá)到便捷管理和維護(hù)的需要。此外, 模型的建立應(yīng)該盡量基于現(xiàn)有工作量的基礎(chǔ)上, 或與已有設(shè)計(jì)相互補(bǔ)充,易于操作和實(shí)現(xiàn)。 目前, 一些主流的三維建模軟件如3ds Max 、SolidWorks 等已經(jīng)大量應(yīng)用于設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)中,并取得了較好的效果。但是在管線設(shè)計(jì)領(lǐng)域, 這些軟件仍然有一定局限性, 且不易迅速掌握。而CAD和GIS 技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于管線設(shè)計(jì)中, 輸油管道基于它們進(jìn)行三維建模和二次開發(fā), 有良好的用戶基礎(chǔ)。因此, 本文通過AutoCAD 和ArcGIS 等軟件結(jié)合已有設(shè)計(jì)成果, 建立輸油管道的三維模型。由于建模方式的多樣化, 需要根據(jù)不同的實(shí)際情況選擇并調(diào)整輸油管道參數(shù)。通過三維顯示，能快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)平面設(shè)計(jì)中無法體現(xiàn)出來的問題。在模型修正完善后, 可滿足輸油管道日常管理的需要。 2.1 三維GIS的定義及特點(diǎn) 三維GIS的定義首先要從二維GIS的定義談起。從不同的角度出發(fā)，GIS有三種定義： (l) 基于工具箱的定義：GIS是一個(gè)從現(xiàn)實(shí)世界采集、存貯、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的工具集合； (2) 數(shù)據(jù)庫定義：GIS是一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫里的大多數(shù)數(shù)據(jù)能被索引和操作，以回答各種各樣的問題； (3) 基于組織機(jī)構(gòu)的定義：GIS是一個(gè)功能集合，能夠存貯、檢索、操作和顯示地理數(shù)據(jù)，是一個(gè)集數(shù)據(jù)庫、專家和持續(xù)經(jīng)濟(jì)支持的機(jī)構(gòu)團(tuán)體和組織結(jié)構(gòu)，提供解決環(huán)境問題的各種決策支持。 基于工具箱的定義強(qiáng)調(diào)對(duì)地理數(shù)據(jù)的實(shí)際操作，基于數(shù)據(jù)庫的定義強(qiáng)調(diào)用來處理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)組織的差異，而基于組織的定義強(qiáng)調(diào)機(jī)構(gòu)和在機(jī)構(gòu)中的人在處理空間信息上的作用，而不是他們需要的工具的作用。 2.1.1 ArcGIS Engine展望 地理信息系統(tǒng)GIS( geographic information system)是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的, 它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ), 在計(jì)算機(jī)硬件、軟件環(huán)境支持下, 對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集管理、操作分析、模擬顯示, 并采用地理模型分析方法, 適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息,為地理研究、綜合評(píng)價(jià)、管理、定量分析和決策服務(wù)而建立的一類計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。西氣東輸管道工程、蘭成渝管道工程、忠武管道工程及陜京輸氣管道上均應(yīng)用GIS 進(jìn)行選線工作, 這是長(zhǎng)輸油氣管道管理的一次重大飛躍。然而,長(zhǎng)輸油氣管道具有層次復(fù)雜的特點(diǎn), 如果采用傳統(tǒng)的二維GIS技術(shù)顯示, 會(huì)出現(xiàn)重疊、雜亂等問題, 給決策帶來諸多困難。而采用三維GIS技術(shù)顯示與管理可以使地下管網(wǎng)的直觀性和可操作性得到大大的改觀, 使得本來在二維顯示下錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)變得更加清晰明了、層次分明, 給規(guī)劃帶來很大方便。三維立體實(shí)現(xiàn)所想即所見, 便于決策, 而且使勘測(cè)與設(shè)計(jì)緊密結(jié)合, 有助于實(shí)現(xiàn)勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化。因此, 進(jìn)行了長(zhǎng)輸油氣管道三維可視化的研究, 并提出了基于A rcGIS Engine的長(zhǎng)輸油氣管道三維可視化的方法。GIS (地理信息系統(tǒng)) 技術(shù)是數(shù)字管道的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。目前在數(shù)字管道系統(tǒng)的開發(fā)中，與GIS 相關(guān)的功能多選擇GIS 桌面軟件或軟件自帶的二次開發(fā)語言進(jìn)行，過多地依賴于GIS 軟件本身，缺乏自定義功能，無法與其它系統(tǒng)緊密結(jié)合，可移植性差，限制了系統(tǒng)在實(shí)際上的應(yīng)用。同時(shí)，數(shù)字管道系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量巨大的特點(diǎn)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理技術(shù)的發(fā)展，如何將海量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效信息共享，以及提供空間分析、統(tǒng)計(jì)等功能已成為數(shù)字管道建設(shè)亟待解決的問題。 ArcGIS為用戶提供了一整套功能強(qiáng)大的GIS框架。本節(jié)將主要關(guān)注如何快速的建立和發(fā)布使用ArcGIS Engine定制的GIS應(yīng)用程序。ArcGIS Engine對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)中需要加入地理信息功能的用戶來說是一個(gè)非常好的選擇。積極合理地研究和管理油氣輸送管道，對(duì)石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的保障作用。油氣輸送管道種類繁多。變動(dòng)頻發(fā)，是一個(gè)縱橫交錯(cuò)的龐大網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的管理方法采用圖紙資料，由人工處理，工作流程繁瑣、效率低下、精度降低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化辦公的需要。隨著石油企業(yè)建設(shè)速度的加快。很多圖紙資料難以得到實(shí)時(shí)的更新，在各個(gè)部門的協(xié)同辦公過程中，數(shù)據(jù)的規(guī)范化是提高辦公效率的有力保證。但是傳統(tǒng)的人工處理方式很難保證各種數(shù)據(jù)間的無縫結(jié)合。導(dǎo)致大量的重復(fù)勞動(dòng)和人力資源浪費(fèi)。因此迫切需要用GIS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)三維油氣輸送管道的綜合管理。使其步入規(guī)范化、自動(dòng)化、科學(xué)化的軌道。油氣輸送管道具有層次復(fù)雜的特點(diǎn)。如果采用傳統(tǒng)的二維GIS技術(shù)加以顯示，難免出現(xiàn)重疊、雜亂等問題，給決策帶來諸多困難，而采用三維GIS技術(shù)顯示與管理可以使油氣輸送管道的直觀性和可操作性得到大大的改觀，使得本來在二維顯示下錯(cuò)綜復(fù)雜的油氣輸送管道變得更加清晰明了、層次分明。給規(guī)劃帶來很大方便。三維立體實(shí)現(xiàn)所想即所見，便于決策，而且使勘測(cè)與設(shè)計(jì)更加緊密結(jié)合，有助于實(shí)現(xiàn)勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化。 2.2 .net平臺(tái)和C# C#是面向?qū)ο蟮恼Z言,進(jìn)一步提供了對(duì)面向組件編程的支持。C# 的垃圾回收、異常處理、類型安全特性為構(gòu)造強(qiáng)健和持久的應(yīng)用程序提供了支持。所有C# 類型(包括int和double的基元類型)都繼承于一個(gè)唯一的根類型( object) 。因此,所有類型都共享一組通用操作,并且任何類型的值都能夠以一致的方式進(jìn)行存儲(chǔ)、傳遞和操作,具有一個(gè)統(tǒng)一的類型系統(tǒng)。C#程序和庫還能夠以兼容的方式逐步演進(jìn).net framework是一個(gè)平臺(tái),此平臺(tái)支持C#語言。該平臺(tái)支持多種程序開發(fā),除了典型的Windows窗體應(yīng)用程序和控制臺(tái)應(yīng)用程序, 還支持Web應(yīng)用程序、Web服務(wù)等各種類型的應(yīng)用程序。應(yīng)用. net framework可以滿足應(yīng)用程序開發(fā)的大部分需要。由于其強(qiáng)大的功能特性和方便易用性,.netframework已經(jīng)成為重要的開發(fā)工具。 3 系統(tǒng)總體架構(gòu) 3.1 設(shè)計(jì)地下管線信息系統(tǒng)的意義 在當(dāng)今社會(huì), 知識(shí)經(jīng)濟(jì)正日益扮演著更為重要的角色, 工業(yè)信息化成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而數(shù)字化又是信息化的基礎(chǔ)。伴隨信息技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展, 輸油管道空間開發(fā)利用越來越受到各方面的重視, 建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,使用功能日趨復(fù)雜。輸油管道建設(shè)的高速發(fā)展與落后的管理手段之間的矛盾也日益尖銳。數(shù)字輸油管道的建設(shè)工程也越來越現(xiàn)實(shí)地進(jìn)入輸油管道發(fā)展建設(shè)的日程中。輸油管道的數(shù)字化正是實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸油管道的關(guān)鍵點(diǎn)之一, 也是未來輸油管道信息化的迫切需要。地理信息系統(tǒng)(GIS) 是國(guó)際上近幾年來發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科。它是一個(gè)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來輸入、存儲(chǔ)、編輯、查詢、分析、顯示和輸出地理圖形及其屬性數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在GIS 的發(fā)展上已取得很大進(jìn)展, 許多石油企業(yè)已建立地下管網(wǎng)GIS, 且已進(jìn)入專業(yè)化應(yīng)用與商品化生產(chǎn)階段。地下管線作為石油企業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施, 是現(xiàn)代化城市高效率, 高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。石油企業(yè)地下管線現(xiàn)狀資料是管道規(guī)劃、建設(shè)和管理的基礎(chǔ)資料, 也是地下管線安全運(yùn)行的保證。盡快系統(tǒng)全面地掌握地下管線現(xiàn)狀, 能為合理開發(fā)利用地下空間,為地下工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理提供完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 對(duì)制定切實(shí)可行、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理方案有著重要的作用。因此, 盡早、盡快建立一套功能完善的地下管線信息系統(tǒng)來分析地下管線的布局, 已是亟待解決的問題。 3.2 系統(tǒng)建立 數(shù)據(jù)的搜集與整理其內(nèi)容主要包括確定數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)分界、數(shù)據(jù)質(zhì)量和專題數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)等。這一步對(duì)于空間數(shù)據(jù)庫的權(quán)威性、可靠性至關(guān)重要, 應(yīng)予以高度重視。長(zhǎng)輸油氣管道三維區(qū)圖包括地形圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)劃圖、居民點(diǎn)分布圖、泵站圖、道路圖﹑管線圖等。 數(shù)字化對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 采用掃描并矢量化的方法, 掃描后會(huì)產(chǎn)生一定的偏差, 需經(jīng)過圖形處理軟件進(jìn)行幾何變換以及坐標(biāo)、投影轉(zhuǎn)換等調(diào)整。在數(shù)字化的過程中, 需注意坐標(biāo)系的統(tǒng)一以及投影方式的選擇?？臻g分析是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要的功能, 也是地學(xué)科常用的分析方法。因此, 對(duì)于將要存儲(chǔ)于1個(gè)空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)字化圖層, 應(yīng)建立在相同的公共坐標(biāo)系基礎(chǔ)上。長(zhǎng)輸油氣管道管理平臺(tái)采用1984年WGS坐標(biāo)系及高斯- 克呂格投影作為公共的坐標(biāo)系和投影。建立專題地圖將矢量化后的地形圖在ESRIArcView GIS 3. 2軟件中應(yīng)用3D Analyst模塊生成TIN (不規(guī)則三角網(wǎng))數(shù)據(jù), 檢查并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正, 以與真實(shí)地貌吻合。完成數(shù)字化和相應(yīng)的修改工作之后, 在ESRIArcGIS 9. 2Desktop環(huán)境下應(yīng)用ArcSence 軟件, 將TIN 數(shù)據(jù)以及行政邊界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)劃圖、居民點(diǎn)等要素疊加在一起, 并保存為工程文件。 4.三維油氣輸送管道的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4.1地下管網(wǎng)三維可視化設(shè)計(jì) ArcGIS Engine的3D分析模塊提供了豐富的三維可視化和分析功能?？梢酝ㄟ^不同的視角查看表面數(shù)據(jù)，對(duì)表面數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，以及對(duì)表面數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度、坡向、視域分析等操作．進(jìn)行三維動(dòng)畫模擬等等?；贏rcGIS Engine的油氣輸送管道網(wǎng)三維可視化總體設(shè)計(jì)，其中油氣輸送管道網(wǎng)數(shù)據(jù)采用GIS中應(yīng)用最廣泛的shape格式數(shù)據(jù)f主文件*.shp，索引文件宰.shx，數(shù)據(jù)庫文件*.db0存儲(chǔ)，包括結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、高程、直徑以及管線長(zhǎng)度、直徑等信息。因?yàn)锳rcScerie是ArcGIS體系中對(duì)三維支持最好的系統(tǒng)，有其天然的優(yōu)勢(shì)所在，所以首先應(yīng)用ArcScene將管網(wǎng)數(shù)據(jù)以點(diǎn)、線等二維實(shí)體顯示到窗體中，然后應(yīng)用AreSeene中內(nèi)嵌的VBA及ArcGIS Engine開發(fā)地下管網(wǎng)的三維可視化模塊，使其得到很好的三維顯示效果。 三維可視化實(shí)現(xiàn)的技術(shù)很多, 可以分為數(shù)學(xué)類技術(shù)和組件類技術(shù)。其中數(shù)學(xué)類技術(shù)主要有OpenGL、Direct3D、Java3D, 此類技術(shù)要求開發(fā)者具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)。并且該類技術(shù)是一項(xiàng)底層開發(fā)技術(shù), 開發(fā)周期較長(zhǎng), 容易產(chǎn)生很難解決的知識(shí)類錯(cuò)誤, 最關(guān)鍵的是此類技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)只是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng), 并不提供支持管理與決策的信息。而組件類技術(shù)是在已有的開發(fā)組件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā), 此類技術(shù)將絕大部分復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)封裝在函數(shù)庫中, 開發(fā)者只需應(yīng)用組件中的函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維可視化及分析功能, 函數(shù)內(nèi)部的原理對(duì)開發(fā)者是透明的, 使得開發(fā)變得非常迅捷與高效。其中, ESRI公司的ArcGIS Engine最典型, ArcGIS Engine具備豐富的GIS分析功能, 可以很好地與管理信息系統(tǒng)(MIS)和決策支持系統(tǒng)(css)相結(jié)合。 傳統(tǒng)油氣輸送管道在信息交換性和通用性、數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)等方面存在著許多不足之處，已無法滿足未來管道運(yùn)營(yíng)管理的需要。在油氣輸送管道建設(shè)中開展適應(yīng)油氣輸送管道建設(shè)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、施工、管理的地理信息系統(tǒng)，能夠解決目前存在的一系列問題。由于我國(guó)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏和油氣輸送管道涉及的地域和資料的廣泛性，全面建立用于規(guī)劃、設(shè)計(jì)與管理的油氣輸送管道地理信息系統(tǒng)還存在一些問題。但是，建立一套適用于油氣輸送管道管理的地理信息系統(tǒng)是十分必要的，它可以提高油氣輸送管道的管理效率、管理水平和對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力?？梢灶A(yù)見，地理信息系統(tǒng)在油氣輸送管道建設(shè)與管理中將發(fā)揮顯著的作用。 4.2數(shù)據(jù)服務(wù)模塊的實(shí)現(xiàn) 通過前文對(duì)GIS二次開發(fā)的介紹及對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道三維可視化系統(tǒng)的不同用戶的不同需求的分析本課題采用了基于ArcGIS Engine進(jìn)行組件式二次開發(fā)。 而對(duì)于開發(fā)平臺(tái)方面的選擇由于目前應(yīng)用.NET、Java、VB、VC等語言開發(fā)GIS應(yīng)用系統(tǒng)是主流，也是潮流。開發(fā)ArcGIS應(yīng)用系統(tǒng)，大多數(shù)開發(fā)人員會(huì)選擇.NET開發(fā)語言。需要說明的是，此處的.NET指微軟Visual Studio.NET，這是一個(gè)包含很多編程語言的開發(fā)工具，其中有VB.NET、C++、C#、J#等。而ArcGIS Engine具有跨語言特性，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)語言都支持。其實(shí)，.NET系列的每種語言各有特點(diǎn)，無明顯優(yōu)劣之分，結(jié)合本人對(duì)各種開發(fā)語言的熟悉程度，選擇VB.NET語言基于ArcGIS Engine進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)。 ESRI公司的產(chǎn)品ArcGIS Engine是基于ArcObject模塊，而ArGIS桌面應(yīng)用環(huán)境中的ArcMap、ArcCatalog和ArcScene這三個(gè)應(yīng)用程序同樣也是在ArcObject技術(shù)框架的基礎(chǔ)上搭建起來的，因此從理論上講這些應(yīng)用程序能完成的任務(wù)，通過ArcGIS Engine同樣可以完成。ArcGIS Engine是ArGIS桌面產(chǎn)品的開發(fā)平臺(tái)，它是構(gòu)建于微軟的組件對(duì)象模型基礎(chǔ)之上的，因此它具有強(qiáng)大的開放性和擴(kuò)展性，可以使用支持COM組件的任何開發(fā)語言編寫自己需要的COM組件，對(duì)ArcObject組件庫進(jìn)行擴(kuò)展補(bǔ)充，以擴(kuò)展ArcObject的應(yīng)用。由于針對(duì)不同客戶的不同需求，ArcGIS Engine可以開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)ArcMap、ArcCatalog和ArcScene功能的為客戶所定制的應(yīng)用程序，精簡(jiǎn)了客戶不需要的功能，提高了計(jì)算機(jī)的響應(yīng)速度并節(jié)約了成本。 本系統(tǒng)中我們利用ArcObjects組件庫和SceneViewerControl控件，結(jié)合.NET開發(fā)平臺(tái)開發(fā)一個(gè)具有三維顯示DEM地形表面功能，同時(shí)可以疊加影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)以及對(duì)地形進(jìn)行分層設(shè)色顯示的三維顯示子系統(tǒng)，并且用ArcObjects組件庫和MapViewerControl開發(fā)一個(gè)能夠?qū)EM地形三維分析的子系統(tǒng)。 ArcGIS Engine的3D模型包括矢量模型和表面模型，3D矢量模型包含所有具備z值的幾何對(duì)象：點(diǎn)(Point)、線(Line)、多邊形fPolygon)、多片fMultipatch)，其中多片又可以分為：三角條帶(Triangle Strip)、三角扇(Triangle Fan)和環(huán)(Ring)。 數(shù)據(jù)服務(wù)模塊的實(shí)現(xiàn)包括管道空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、管道地圖服務(wù)(Map Services) 的發(fā)布兩部分。關(guān)系數(shù)據(jù)庫選用SQL Server 2005，空間數(shù)據(jù)庫引擎采用ArcSDE。 (1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。在現(xiàn)有柵格地圖和遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過ArcMap 分類矢量化各個(gè)地圖圖層，通過ArcSDE 導(dǎo)入SQLServer 2005，并通過ArcCatalog 注冊(cè)為版本，以便實(shí)現(xiàn)多用戶編輯。同時(shí)建立各個(gè)圖層的相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)表，存儲(chǔ)圖層要素的詳細(xì)屬性信息。 (2) 地圖服務(wù)發(fā)布。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢后，通過ArcMap 加載SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫里的各個(gè)地圖圖層，并保存為一個(gè)mxd文件，通過ArcGIS ServerManager 或ArcCatalog 將此mxd 工程文件發(fā)布為地圖服務(wù)(Map Services)。 查詢分析模塊主界面由ArcGIS Server的TServerAPI、.NET ADF，ASP.NE 開發(fā)，實(shí)現(xiàn)基于瀏覽器的地圖顯示、查詢、空間分析統(tǒng)計(jì)等功能。ArcGIS Server 的核心是ArcObjects組件庫，所以基于ArcGIS Server 的編程實(shí)質(zhì)是基于ArcObjects的編程，開發(fā)基于ArcGIS Server 的應(yīng)用關(guān)鍵在于如何連接GISServer 中的地圖服務(wù)(Map Services)和遠(yuǎn)程調(diào)用GIS Server中的ArcObjects。遠(yuǎn)程連接地圖服務(wù)(Map Services)和調(diào)用ArcObjects 的步驟是： ①通過GISServerConnection 類連接到GIS Server； ②通過服務(wù)器上下文(ServerContext) 獲取服務(wù)器對(duì)象(ServerObject)； ③使用服務(wù)器對(duì)象； ④釋放服務(wù)器上下文及服務(wù)器對(duì)象。以下代碼演示了遠(yuǎn)程連接地圖服務(wù)，然后獲取地圖服務(wù)的圖層的過程： (1) 連接GISServerIGISServerConnection conn=new GISServerConnection();conn. Connect(“machine”); (2) 獲取服務(wù)器對(duì)象IServerObjectManager som = conn.ServerObjectManager;IServerContext context=som.CreateServerContext("pipeline","MapServer"); IServerObject so = context.ServerObject;IMapServer ms = so as IMapServer; (3) 獲取圖層IMapServerObjects pMapServerObjs = ms as IMapServerObjects;IMap map = pMapServerObjs.get_Map(ms. DefaultMap-Name); ILayer layer =map. get_Layer(0); 在連接了地圖服務(wù)之后，就可以實(shí)現(xiàn)查詢分析模塊的各個(gè)功能。 (1)地圖加載操縱。同ArcGIS Engine 一樣，ArcGIS Server的ADF 也有地圖控件和工具命令集，ArcGIS Server 的地圖加載操縱實(shí)現(xiàn)方法和ArcGIS Engine 的地圖加載操縱實(shí)現(xiàn)方法類似，這里不再贅述。 (2)查詢功能。包括空間信息查詢、屬性信息查詢、模糊查詢，由空間信息查詢屬性信息、由屬性信息查詢空間信息等。由ADF 的QueryFilter 類和IQueryFunctionality 接口可以實(shí)現(xiàn)屬性信息到空間信息的查詢，由IFeature接口則可以實(shí)現(xiàn)空間信息到屬性信息查詢。 (3)空間分析。包括緩沖區(qū)分析(管道泄漏災(zāi)害預(yù)測(cè)分析)、網(wǎng)絡(luò)分析(最短路徑分析)、縱斷面顯示、距離量測(cè)、面積量測(cè)等功能。通過ITopologicalOperator 接口可以實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)分析，疊置分析等空間分析。圖3 的圓形區(qū)域顯示了當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)受影響的地區(qū)，從圖中可以方便的看到哪些城鎮(zhèn)將受到影響，受影響的程度，從而達(dá)到管道泄漏災(zāi)害預(yù)測(cè)分析的目的。 4.3 系統(tǒng)功能介紹 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(輸入)功能由于設(shè)計(jì)過程中使用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件為MapInfo格式, 所以首先要將源數(shù)據(jù)文件格式(MapInfo )導(dǎo)出為VF數(shù)據(jù)格式(Visual FoxPro 3. 0) , 然后Tab. 2 Structural design ofund erground pipelines' lines字段名類型長(zhǎng)度小數(shù)位數(shù)System Research Institute, ESRI)開發(fā)的新一代GIS軟件, 是世界上應(yīng)用廣泛的GIS 軟件之一, 是我國(guó)GIS領(lǐng)域常用的商業(yè)軟件。ArcGIS 也是ESRI在繼承已有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上, 整合了GIS與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其他多方面的計(jì)算機(jī)主流技術(shù), 成功開發(fā)出的新一代GIS平臺(tái)。 5.結(jié)論與展望 基于ArcGIS Engine的地下管網(wǎng)三維可視化能夠方便、準(zhǔn)確、直觀、形象的表達(dá)錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)之間的空間層次關(guān)系，進(jìn)一步提高了人機(jī)交互性，給管網(wǎng)管理工作提供便利。應(yīng)用ArcGIS Engine及VBA開發(fā)地下管網(wǎng)系統(tǒng)十分高效與快捷，不需要繁瑣的代碼與復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換，是非常經(jīng)濟(jì)的方法之一。由于ArcGIS Engine具有強(qiáng)大3D功能。只需接口聲明及函數(shù)調(diào)用等簡(jiǎn)單的語句便可達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界在計(jì)算機(jī)中的真實(shí)再現(xiàn)．更由于ArcGIS Engine對(duì)GIS功能的天然支持，使得復(fù)雜的GIS分析功能的實(shí)現(xiàn)變得異常簡(jiǎn)單，因此本系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。本文提出了應(yīng)用AreGIS進(jìn)行二次開發(fā)三維管網(wǎng)系統(tǒng)的方法，此方法較其他方法更高效快捷，無需繁瑣的代碼以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換，給開發(fā)者帶來極大的便利。地下管線信息系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的重要組成部分, 是數(shù)字城市的核心應(yīng)用系統(tǒng)之一。本文通過分析輸油管網(wǎng)信息管理現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì), 簡(jiǎn)述了運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS技術(shù)科學(xué)管理地下管線的必要性, 并在此基礎(chǔ)上利用ArcGIS平臺(tái)二次開發(fā)功能設(shè)計(jì)完成了該地下管線信息系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中, 以某礦區(qū)地下管線數(shù)據(jù)為例, 由于該試驗(yàn)數(shù)據(jù)為MapInfo數(shù)據(jù)格式, 不能直接在ArcGIS下使用, 因此首先對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換, 然后再將其導(dǎo)入ArcCatalog模塊中, 同時(shí)在ArcGIS下生成圖形, 最終在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線信息數(shù)據(jù)存取與轉(zhuǎn)換、圖形和屬性顯示、交互查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能, 對(duì)于類似的GIS 設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)踐具有一定的借鑒和參考價(jià)值。應(yīng)用ArcGIS Engine開發(fā)地下管網(wǎng)系統(tǒng)十分高效快捷, 不需要繁瑣的代碼與復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換, 是非常經(jīng)濟(jì)的方法之一。由于ArcGIS Engine具有3D 功能, 只需接口聲明及函數(shù)調(diào)用等簡(jiǎn)單的語句便可使實(shí)際物體在計(jì)算機(jī)中真實(shí)再現(xiàn), 更由于ArcGIS Engine對(duì)GIS功能的支持, 使得復(fù)雜的GIS分析功能的實(shí)現(xiàn)變得異常簡(jiǎn)單, 因此系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。數(shù)字管道的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)還剛剛起步，基于遠(yuǎn)程應(yīng)用和Web的數(shù)字管道系統(tǒng)更是鮮見，本文基于ArcGIS Engine、ArcGISServer、ArcSDE、VS.NET、ASP.NET、SQL Server 2005，構(gòu)建了具有遠(yuǎn)程對(duì)管道信息進(jìn)行顯示輸出、查詢編輯、空間分析等功能的數(shù)字管道系統(tǒng)，系統(tǒng)按功能模塊和職責(zé)進(jìn)行了劃分以適應(yīng)不同層次用戶的數(shù)據(jù)需要，達(dá)到了配置靈活、分工明確的目的；采用C/S 和B/S 混合結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼?zhèn)銫/S 結(jié)構(gòu)功能強(qiáng)大和B/S 結(jié)構(gòu)靈活輕便的優(yōu)點(diǎn)；提高了數(shù)字管道的決策管理效率，促進(jìn)了數(shù)字管道的信息共享，同時(shí)為更好的建設(shè)數(shù)字管道提供了借鑒和參考。本文實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)在數(shù)字管道遠(yuǎn)程應(yīng)用和管道網(wǎng)絡(luò)化方面進(jìn)行了積極的嘗試，獲得了較好的效果，但在Web 應(yīng)用的速度問題上還需要進(jìn)一步的深入探討和完善，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，當(dāng)服務(wù)器的圖層數(shù)據(jù)量很大時(shí)，瀏覽器的瀏覽速度變得緩慢，解決方法在于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)優(yōu)化和配置優(yōu)化。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 利用ArcGIS的數(shù)據(jù)三維可視化為我們?yōu)g覽數(shù)據(jù)提供了一個(gè)新的視角，可以了解到在二維狀態(tài)下很難直觀反映到的信息。如果采用傳統(tǒng)的二維GIS技術(shù)加以顯示，難免出現(xiàn)重疊、雜亂等問題，給決策帶來諸多困難；而采用三維GIS技術(shù)顯示與管理可以使地下管網(wǎng)的直觀性和可操作性得到大大的改觀，使得本來在二維顯示下錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)變得更加清晰明了、層次分明，給規(guī)劃帶來很大方便。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 基于ArcGIS Engine的地下管網(wǎng)三維可視化能夠方便、準(zhǔn)確、直觀、形象的表達(dá)錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)之間的空間層次關(guān)系，進(jìn)一步提高了人機(jī)交互性，給管網(wǎng)管理工作提供便利。應(yīng)用ArcGIS Engine及VBA開發(fā)地下管網(wǎng)系統(tǒng)十分高效與快捷，不需要繁瑣的代碼與復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換，是非常經(jīng)濟(jì)的方法之一。使得本來在二維顯示下錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)變得更加清晰明了、層次分明，給規(guī)劃帶來很大方便。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無。
作品可展示的形式
- 論文。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 由于ArcGIS Engine具有強(qiáng)大3D功能。只需接口聲明及函數(shù)調(diào)用等簡(jiǎn)單的語句便可達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界在計(jì)算機(jī)中的真實(shí)再現(xiàn)．更由于ArcGIS Engine對(duì)GIS功能的天然支持，使得復(fù)雜的GIS分析功能的實(shí)現(xiàn)變得異常簡(jiǎn)單，因此本系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。應(yīng)用AreGIS進(jìn)行二次開發(fā)三維管網(wǎng)系統(tǒng)的方法，此方法較其他方法更高效快捷，無需繁瑣的代碼以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換，給開發(fā)者帶來極大的便利。地下管線信息系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的重要組成部分, 是數(shù)字城市的核心應(yīng)用系統(tǒng)之一。
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