基于ArcGIS Engine的校园地理信息系统研究与实现

基于ArcGIS Engine的校园地理信息系统研究与实现摘要:地理信息系统为校园信息化管理提供了强有力的工具分别以强大的数据客观化、空间数据库管理和空间分析的功能。

本文以昆明理工大学呈贡校区为例,对GIS技术在校园信息管理中的应用进行了研究,阐述系统总体结构、功能模块和数据库设计,基于ArcGIS Engine开发平台,结合可视化开发语言Visual C#进行集成二次开发,实现了显示、查询、编辑等GIS常用功能以及三维显示和三维分析功能,为学校提供多层次校园地理数据与决策依据。

关键词:校园地理信息系统ArcGIS Engine 三维分析
数字校园的建设是随着社会信息化步伐的加快,而成为高校改革发展不可或缺的一部分。

近年来成为主流的开发方式的是地理信息系统开发中的组件式GIS(ComGIS),其代表着当今GIS的发展潮流。

组件式GIS其基本思想是把GIS的各项功能模块划分出几个控件,且每个控件都具有不同的功能。

而各个GIS控件之间以及它与其他非GIS 控件之间都可以通过可视化的软件开发工具集成起来,成为最终的GIS的应用。

本文结合昆明理工大学呈贡校区地理信息系统的设计和开发实践,对采用ArcGIS Engine作为GIS开发平台建立校园地理信息系统进行了较深入的研究。

本系统主要融合了组件式GIS和数据库技术这两个GIS的主流技术,才能较好的为昆明理工大学呈贡校区管理的建设
服务。

为展现呈贡校区信息提供了一个平台及可视化窗口。

1 需求分析
从昆明理工大学呈贡校区信息管理的实际需要出发,系统能够对呈贡校区地形、建筑物、管线等多种数据进行统筹管理,记录呈贡校区从初期到竣工的整个建设过程,提高校园设施管理效率,方便查询分析,且对日后的维护、资源管理、各种资料保存为校园的改造提供依据,并且可直观地展现三维立体的校园景观。

2 系统设计
2.1 系统总体结构
系统采用客户机/服务器(Client/Server)的体系结构。

Client程序的任务是将用户的要求提交给Server程序,再将Server程序返回的结果以特定的形式显示给用户;Server程序的任务是接收客户程序提出的服务请求,进行相应的处理,再将结果返回给客户程序。

C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力,很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。

ArcGIS地p数据库的建设是一项重要、基础性的工作,本系统数据库中包括用地现状地形数据和规划数据,其中用地现状地形数据中包括居民地、农灌渠、等高线、测量点和遥感影像数据,规划数据中
包括建筑物、地下管线、道路、运动场、用地红线等数据。

3.2 基于Geodatabase的空间数据组织模式
本系统需要对校园用地现状地形、建筑物、地下管线、运动场等多种地理要素的空间数据和属性数据进行管理,涉及的数据种类多,数据量大。

为实现统一管理,采用面向对象数据模型Geodatabase来设计和管理系统的地理数据库。

系统Geodatabase中的矢量数据包含要素数据集(Feature Dataset)和要素类(Feature Class)两种数据结构,要素数据集是具有相同空间参考系统的要素类的集合,如用地现状地形要素数据集;要素类是存储相同几何类型和属性的要素的集合,要素类是各要素数据集中具有点、线或面几何特征的地理实体,如道路线要素类。

栅格数据集包含表达连续地理对象的栅格数据,栅格数据集能够表示一副影像图、一个表面、一个以格网采样的环境属性,或者有关特征的对象图片,呈贡校区用地的遥感影像图(QuikBird卫星数据)是采用栅格数据集管理。

4 系统开发与实现
4.1 系统开发环境
采用Visual studio 2005＋ArcGIS Engine 9.2作为系统的开发平台,通过Visual C#开发语言调用ArcGIS Engine组件库的组件,利用相关
接口和函数开发系统功能,实现了数据加载、数据编辑、地图浏览、查询检索、空间量算、影像播放、三维显示、三维分析、系统管理和地图打印功能。

4.2 主要功能实现
以地图浏览、三维显示和三维分析为例进行说明。

(1)地图浏览。

地图浏览界面主要由菜单栏、工具栏、地图显示区和图层控制区组成。

地图浏览功能可进行视图控制和图层控制操作,主要是利用ArcGIS Engine中的工具条控件(ToolbarControl)和目录树控件(TOCControl)实现,使用工具按钮可以进行放大、缩小、移动等操作,方便用户观察目标和快速定位。

图层控制窗口中显示地图的图层,可以控制图层的显隐以及图层在上层或下层的控制,便于地图浏览和查询分析,提高查找效率。

(2)三维显示。

三维地理信息系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术,以直观的三维地形地物代替抽象的二维地图符号,使地理空间信息在电脑中立体化显示,从而更加真实的反映三维客观世界,使用户有身临其境的感觉。

通过三维GIS,可以完成二维GIS无法进行的一些分析,如
通视分析、剖面分析等。

本系统建立了校园三维地形模型(TIN)和地物模型,利用三维视图控制工具实现了对三维场景的实时浏览,提供对校园布局和资源的可视化分析,下面以三维地形表面模型(TIN)的建立为例进行说明。

①创建用地现状地形表面模型TIN(不规则三角网)。

从1∶500校区用地现状地形图中提取出测量点,利用测量点数据的高程信息,在ArcGIS平台下,使用测量点创建了用地现状地形表面模型(TIN)。

TIN用不规则三角网表达地形表面,三角形的网点存储Z 值(高程值)。

②生成等高线。

利用用地现状地形表面模型即可生成等高线,等高距为1m。

③在TIN上叠加建筑物高度。

在ArcGIS平台下,对已创建的TIN分别叠加居民地和校园单体建筑的建筑高度,从而得到了叠加居民地的地形表面模型和叠加校园单体建筑的地形表面模型,按照不同的高程段用不同的颜色显示,展示了校园不同时期的三维地形景观,如图1和图2所示。

(3)三维分析。

三维分析是在创建了表面模型数据(TIN)基础上的分析,包括剖面分析和视域分析功能,基于ArcEngine的接口和函数二次开发实现,三维分析功能可以为用地规划和建筑选址提供决策依据。

①剖面分析。

剖面分析功能实现了根据地形表面模型(TIN)数据绘制地形剖面图,地形剖面图表示沿两点连线前进时地形表面上高程变化的情况。

首先,在TIN上选择两点,然后根据选择的两点创建剖面线(Polyline对象),然后计算出TIN与Polyline对象相交后的三维线(含有Z值的线),根据三维线对象在TIN上绘制图形要素,最后根据三维线上每个点的距离和高程信息绘制地形剖面图。

②视域分析。

视域分析功能在想了解对象的可见情况时很有用,本系统实现了两点通视分析。

首先,建立视线瞄准线,在TIN上选择两点,根据点击在TIN上的两点创建Polyline对象,然后输入起点Z偏移值和终点Z偏移值,最后利用ISurface接口函数GetLineOfSight计算出目标是否可见、可视线、不可视线以及目标需要抬高的距离,可视与遮挡的部分分别以不同的颜色表示。

5 结语
本文以昆明理工大学贡校区进行探讨了以ArcGIS Engine组件技术的地理信息系统的开发在校园信息管理的应用和方法进行实践,在开发中得出以下结论:(1)采用合理的GIS空间数据与属性数据的组织结构是便于设计的开发和维护,建立完善的空间数据和属性数据关联的GIS数据库,这些是实现GIS功能前提条件和系统开发成败关键。

(2)选择ArcGIS Engine作为GIS开发平台,运用可视化开发语言Visual C#进行开发,才能满足校园信息管理需求,才能实现系统集成,且能方便灵活实现GIS大部分功能。

参考文献
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