触控式地下管线展示系统的设计与实现

孙成苗,焦俊超,胡振彪

(1.青岛市勘察测绘研究院,山东青岛 266032; 2.青岛市基础地理信息与遥感中心,山东青岛 266032)

触控式地下管线展示系统的设计与实现

孙成苗1,2∗,焦俊超1,2,胡振彪1,2

(1.青岛市勘察测绘研究院,山东青岛 266032; 2.青岛市基础地理信息与遥感中心,山东青岛 266032)

为将地下管线通过触控屏进行展示,实现人机友好互动,增加系统的体验度和舒适度,研究利用多点触控技术,结合地理信息系统技术,以ArcGIS API for Silverlight为开发接口,采用B/S开发模式建设触控式地下管线展示系统。系统作为青岛市城市规划展览馆开发建设的专题展示项目,经过了专家和社会公众的各项测试和操作,运行良好,证明了Silverlight技术在开发触控屏GIS领域性能的优异性。

地下管线;GIS;多点触控技术;ArcGIS API for Silverlight

1 前 言

城市地下管线是城市建设的重要组成部分,被誉“良心工程”,被称为城市的“生命线”[1]。触控式地下管线展示系统是以青岛市规划展览馆建设为契机开发的用于向各级领导、普通市民、外来游客等参观者展示青岛市管线设施的现状、规划及未来发展前景(所有展示数据均以经过加密处理),突出体现青岛市地下管线的管理模式及应用范围,体验管线数字化给公众日常生活带来的便捷[2]。

触控式地下管线展示系统是将GIS解决方案与多点触控大屏幕相结合[3,4],采用数据层、业务平台层、数据访问层、应用层从底层到顶层的4层软件结构,在保持灵活性和扩展性的前提下,实现地理信息资源数据的整合、管理与展示。同时,系统将二三维数据相结合,满足用户二三维环境下对管线数据的属性查询、物联网模拟应用展示,并提供如管线断面分析[5]、爆管分析[6]等空间分析功能,向参观者展示青岛市综合管线的种类、地图上的宏观分布以及局部区域综合管线信息。与多点触控大屏幕相结合,摒除传统的鼠键操作,以高度自由性的控制界面作为用户与PC系统互动的最佳方式,使参观者以相对简单的操作获得流畅的互动效果。

2 总体设计思路

2.1 系统建设目标

(1)与多点触控大屏幕想结合,将地下管线解决方案在大屏幕上展示,参观者可亲自操作大屏幕浏览查看二维及三维环境下青岛市全域地下综合管线的布设现状与规划。

(2)二三维展示模式相结合。所有功能在二维地图上实现,同时自动提示三维窗体切换,并可在三维模式下实现属性查询、物联网模拟应用展示等功能。

(3)提供如管线断面分析、爆管分析等空间分析功能。

(4)展示综合管线的种类及在地图上的宏观分布,同时提供各种管线、管井的属性信息查询功能。

2.2 系统总体架构

系统在软件架构上从底层到顶层分为4层结构,依次是:数据层、业务平台层、数据访问层、应用层。此4层结构可以获得良好的系统性能,并且具有良好的可扩展性及稳定性,如图1所示。

图1 系统架构示意图

2.3 系统功能设计

根据规划馆展览需求,系统主要包含的功能模块为:地图基本操作模块、数据展示功能模块、综合查询模块、空间分析模块等。其中,地图基本操作模块主要是对地图进行放大、缩小、平移、全图、鹰眼等基本操作;数据展示模块一方面可实现二三维数据的切换展示,另一方面可实现局部管线组合展示;综合查询模块既可通过输入查询条件查询数据属性信息,又可通过拉框选择地图上的管线数据实现数据查询;空间分析功能包含爆管分析和管线断面分析。爆管分析用于展示管线发生爆管时事故详细描述信息及实时视频信息,分析事故点周边一定范围内的危险源、高危群体、应急资源等信息;断面分析可沿路或跨路查询局部区域管线纵断面、横断面信息;物联网模拟应用模块,可在显示管线测绘数据的同时调用物联网应用服务,展示管线的实时信息。系统功能结构如图2所示:

图2 系统功能开发示意图

3 关键技术

3.1 多点触控技术

多点触控[7](Multitouch或Multi-Touch)是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术,能在没有传统输入设备(如:鼠标、键盘等)下进行计算机的人机交互操作。基于多点触摸技术构成的触摸屏(屏幕,桌面,墙壁等)或触控板,都能够同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作[8]。

本系统采用包含Windows 7操作系统和Intenet Explorer 8浏览器的多线触控平台。此平台包括操作和惯性处理器两部分。操作处理器会产生二维旋转矩阵,该矩阵用X和Y坐标来表示转换,为了支持这种平滑运动,Windows 7多点触控平台提供了延时API[9]。

为满足系统多点触控,实现人机完美交互,采用分辨率为1 920×1 080的、可6点触控的LED显示屏,系统显示更加清晰,人机界面更加友好。

3.2 多点触控GIS及与与传统非触控GIS的区别

多指触控,是在没有传统输入设备(如键盘、鼠标等)的条件下能进行计算机的人机交互操作。应用于GIS,仅用手势即可展示多维度的地理信息,已经成为规划展览、应急指挥的创新型解决方案。

由于系统是人机交互的触控式,通过用手指进行各项操作,因此系统界面设计时应充分考虑相对于鼠标多点触控的多点选择、模糊定位、手指大小、操作时的遮挡性等特点,每一个板块的出现都需要考虑手指大小,以便做出准确选择,满足不同技术水平和年龄层次人群的操作需求。

该类系统在设计开发时,须选用对触控屏支持较好的平台和插件,以保证系统操作的流畅性;要融入当前各种流行的界面元素设计,在确保系统稳定的基础上界面简洁、美观,交互性好,让用户有最直观的感受;根据触控操作和鼠键操作的区别和特点,合理设计系统界面及各类图标。

3.3 多点触控开发技术

ArcGIS API for Silverlight是由美国Esri公司推出的用于在Siverlight平台上开发WebGIS应用的一套编程接口。应用此接口可构建富Internet和桌面应用,在应用中可利用ArcGIS Server和Bing服务提供的强大的绘图、地理编码和地理处理等功能[10]。系统以VS2010+silverlight tools 4 for vs2010+ArcGIS api for silverlight 2.4[11]作为开发平台,该平台较于其他开发方式能更好地支持多指触控技术,ArcGIS API for Siverlight类库,Silverlight使用C#作为开发语言,以二进制或XAML标签的方式发布,能充分挖掘客户端系统的性能,提高系统架构的整体服务性能[12]。使用C #[13]语言外加Silverlight Tools for Visual Studio开发平台插件在Visual Studio 2010开发平台上进行开发建设,数据存储采用Oracle Spatial数据库,完成后的程序可运行在Microsoft Intenet Explorer 6.0以上浏览器中。

4 实现结果

系统开发采用B/S开发模式,以二三维相结合的方式展示,其中所有功能均可在二维地图上实现。同时,系统针对局部区域综合管线数据及功能展示,自动提示三维窗体切换,可以在三维窗体浏览地面模型、建筑物模型及地下管线模型,针对特殊的管井如雨滴状管井采用三维建模方式浏览,并且可以在三维模式下实现属性查询、断面分析、爆管分析等功能,如图3～图5所示。

图3 管线查询

图4 断面分析

图5 爆管分析

5 结 语

触控式地下管线展示系统采用ArcGIS API for Siverlight平台进行开发,利用ArcGIS Server服务接口发布图层数据,解决了数据发布困难、展现效果差的问题,同时与多点触控技术相结合,实现了管线数据的一站式发布、高效浏览查询、多样化的展现和丰富的用户体验,全方位立体性地展示了青岛市管线设施的现状及未来规划,对建设B/S架构触控式数字化地下管线具有一定的借鉴意义。

[1] 龚俊,王新洲,王文庆等.城市地下管线信息管理系统的探讨[J].地理空间信息,2005,9～10.

[2] http://www.qingdaonews.com/content/2012-12/30/content_9553515.htm[OL/DB].

[3] 张恩宜,张爱红.触摸屏技术的发展与应用[J].山东师范大学学报·自然科学版,2002,17(1):117～120.

[4] 吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态[J].地球科学·中国地质大学学报,1998,23(4):329～333.

[5] 李万辉,杨晓丽.基于GIS的城市地下管线横纵断面分析[J].测绘与空间地理信息,2010,33(3):58～62.

[6] 潘少奇,张雪峰,李亚婷.基于GIS的供水管网爆管分析[J].管道技术与设备,2008(4):7～8.

[7] 张为中.多触摸环境下的软件交互方式研究[D].电子科技大学,2012.

[8] 郑赞.触摸屏多点触摸技术揭秘[J].电子产品世界, 2008(11):121～122.

[9] 邱冬梅,马纯永,陈戈.虚拟社区DIY规划系统设计与实现[J].计算机与现代化,2013(4):115～119.

[10] Esri China下载与更新:软件-ArcGIS Web APIs[EB/OL].http://support.esrichina-bj.cn/2010/0917/630.html.

[11] 李爱民,刘晶,马维纲.Silverlight相关技术研究[J].计算机技术与发展,2009(6):117～120.

[12] 黄瑞阳,郭建忠,余慧明等.基于Silverlight的矢量地图符号模型设计与实践[J].测绘工程,2013(1):776～778.

[13] Robinson S.Professional C#2nd Edition[M].Wrox Press Inc,2002.

Design and Implementation of the Multi-touch Underground Pipeline System

Sun Chengmiao1,2,Jiao Junchao1,2,Hu Zhenbiao1,2
(1.Qingdao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute,Qingdao 266032,China; 2.Qingdao Geomatics and Remote Sensing Center,Qingdao 266032,China)

In order to display underground pipeline through multi-touch screen,the system should be realizing the functions of man-machine interaction friendly,increase the customers’s experience and comfort feeling.In our’s research of urban underground pipeline,multi-touch technology combing with GIS technology was used in the multi-touch screen display platform.The platform was developed on the base of ArcGIS API for Silverlight interface,as well as B/S development model.Now,the system as a thematic exhibition project in Tsingtao Exhibition Hall,named“Tsingtao Hui-Tu”,it has a good operation after the all type of test and operation with experts and the public,the system show that the technology of Silverlight has a good performance in multi-touch screen GIS.

underground pipeline;GIS;multi-touch technology;ArcGIS API for Silverlight

2014—05—16

孙成苗(1988—),女,助理工程师,硕士,研究方向为GIS应用与开发。