基于ArcGIS Engine的地震应急自动成图系统设计与实现

张树君，肖 健，王辉山，王青平，林岩钊，吴楠楠，郑 韵，王遹其，王 旭

（1.福建省地震局，福建 福州350000）

地震应急专题图是指地震发生后，为政府部门实施应急救援行动提供的准确直观、方便易用的专题地图。它综合表达了地震灾区的地形地貌、人口分布、水库、交通道路、学校和医院等重要信息[1]。与普通地图相比，地震应急专题图既能表示震区各种要素的分布现状，又能直观展示地震应急救援过程中各要素的动态变化和发展规律，如地震后救援力量动态变化、救灾物资分布、地质灾害变化等，在地震救援过程中发挥着重要作用。

目前，常用的地震应急专题图制作方法是通过ArcGIS软件人工配置好MXD模板，地震发生后将评估系统生成的地震影响场添加到专题图模板图层，从而产出不同图幅的专题图件[2]。该方法要求操作人员既具有基本制图知识，又具备熟练使用 ArcGIS 等软件的能力，而普通工作人员很难高效准确地完成各类地震应急专题图件的制作，更为重要的是这种出图方法的时效性较差，无法满足当前地震应急工作的需求。

本文首先制作了一套适用于地震应急救援的地震应急专题图模板；再利用ArcGIS Engine平台，采用C#语言进行二次开发，建立脱离专业GIS制图软件的地震应急专题图产出平台即地震应急自动成图系统[3]；最后将制作好的模板录入自动成图系统，根据地震应急工作的具体需求产出相应的专题图。

1 ArcGIS Engine平台

ArcGIS Engine是ESRI公司为开发嵌入式GIS和独立运行的GIS桌面端应用程序而推出的二次开发组件库。技术人员可通过该组件库向现有应用软件系统添加各种GIS制图功能或构建自定义制图与GIS解决方案[4]。ArcGIS Engine 平台包括3个关键部分，即控件、工具条和对象库。控件是GIS用户界面的组成部分，通过嵌入方式应用到程序中，如地图控件（Map-Control）、布局控件（Page Lay-out Control）等；工具条是GIS工具的集合，系统应用该工具条进行地理信息的交互，如平移、缩放等；对象库是几何图形、GIS数据源和Geodatabase等一系列ArcObjects组件的集合。ArcGIS Engine平台提供了ArcGIS应用的核心功能以及基于Java、.NET和C的API，能实现跨平台部署[5]。

2 系统设计

2.1 系统数据库设计

数据是制图的基础，图件是数据的再现，地震应急专题图就是对地震应急基础数据直观、形象的展示。因此，保证数据质量是科学、美观制图的前提。

如图1所示，在数据入库前，先对各类数据进行收集整理，再进行重分类与编码，通过对其空间属性、表格属性以及拓扑关系的检查，将符合条件的数据输入应急数据库。现有地震应急数据库中的数据大致分为空间数据和属性数据（图2）。

在进行空间数据库设计时，建立公里格网数据库和配套数据库。系统通过Oracle10g进行存储，空间数据库采用ArcSDE数据库引擎[6]。ArcSDE可提供高效率的空间和非空间数据的数据库服务；还有密码保护功能，确保数据的保密性。公里格网数据存储采用影像金字塔存储机制，对于一个栅格数据子库建立多个栅格目录，在每个栅格目录下存储相同格式和相同比例尺的影像数据，以提高数据的访问效率。

图2 地震应急数据库数据构成图

图1 数据入库流程图

在进行属性数据库设计时，采用 Oracle 10g 大型数据库管理系统。客户端应用程序执行与用户的交互活动，接收用户信息，并向服务器端发送请求；服务器端负责管理数据信息和各种操作数据活动，建立统计年鉴数据表、模型数据表等属性数据表和系统维护数据表。属性数据库设计主要包括表和索引数据量估算以及物理存储参数的设置。表和索引数据量估算是根据其记录长度以及估算的最大记录数确定的，估算中考虑了数据块的头开销和记录以及字段的头开销。数据表根据上述数据库逻辑设计，定义划分具体的表和视图、外键约束、存储过程、触发器、索引、序列等具体的物理实体。

2.2 技术框架设计

本文设计的地震应急自动成图系统采用C/S技术架构，基于地震应急指挥技术系统构建而成，实现了地震应急专题图的分阶段自动成图和输出[7]。系统提供了标准 Windows 应用程序、更为高效的系统运行机制以及更为安全的客户端权限控制，从而保证了系统运行的稳定性和可靠性。系统以标准的Web Service进行应用功能组件封装，可对外兼容服务接口，实现系统级的功能与数据集成[8]。系统中各功能模板均为相对独立的组件，其开发和部署都保持相对的独立性，支持不同技术平台的开发和部署。因此，系统是一个“高内聚、松耦合”的架构，各Web 服务组件通过定义良好的接口，向外部提供服务。这种基于服务组件的设计可实现良好的重用性和扩展性。

图3 技术框架图

如图3所示，按照多层体系结构设计观点，系统可分为基础设施层、信息资源库层、软件基础架构平台层、应用支撑层、业务服务层、用户层以及安全保障和标准规范体系。基础设施层为系统建设的软硬件设施，主要包括进行数据分析处理、存储等操作所需的各类服务器、存储设备、网络设备以及输入输出设备等，是系统开发的前期底层基础建设。信息资源库层即多种数据库，是数据的管理核心，主要包括地震应急基础数据库、配套数据库、公里格网数据库和系统运维管理库。软件基础架构平台层主要提供系统运行所必须的各类软件，包括ArcGIS Engine开发组件、DotNET运行框架以及 Oracle 数据库等[9]。应用支撑层主要为系统提供应用支撑的各类功能模块，包括通信与数据中间件、输出结果调整接口、地震应急专用图例、专用态势图、空间信息域划分以及空间数据组织等。

2.3 系统功能设计

系统的主要功能包括自动化成图模块、专题图分类管理模块、专题图模板管理模块和专题图输出模块。

1）自动化成图模块：先通过专业化制图软件对获取的数据包进行数据组织、预处理和检查，再对数据进行符号化展示、专题图图幅整饰（图例、指北针、比例尺、图廓等）以及专题图版式定义等，从而实现自动专题化成图。

2）专题图分类管理模块：负责添加、删除、修改专题图分类，并根据操作生成专题图分类树。通过该功能可调用专题图模板制作功能，根据各专题图的分类制作模板。

3）专题图模板管理模块：负责专题图模板的新建、修改、删除等功能。

4）专题图输出模块：地震发生后，将通过系统生产两类专题图，根据地震专题图成图规范，生产符合要求图幅、输出时间、专题图内容的图件。

3 系统实现

按照用户界面的设计原则，系统界面友好、直观，采用Office 2007的风格，包括框架、菜单操作方式、菜单表达方式、色彩等[10]。所有窗体中的按钮以及其他控件（下拉框、文本框等）均采用左对齐方式，完全符合视觉流程和用户使用心理。系统的主界面见图4。

图4 系统界面

通过系统界面可以看到，系统左侧是专题图模板管理区，右侧是图层管理区，上部是菜单栏。整个界面友好、美观，操作性强，专业与非专业人员均能很好地接受和使用该系统。系统的菜单栏包括文件、插入、专题图管理、输出、系统和帮助等6个主菜单。各主菜单下面都有2、3级菜单，为菜单栏的具体功能菜单。

表1是通过该系统自动产出的地震应急专题图目录。通过该系统可产出A1、A3、A4等不同幅面大小的图件，达到了预期的设定目标。

表1 地震应急专题图目录

4 结 语

本文主要是通过ArcGIS提供的二次开发功能，建立了一套脱离ArcGIS平台的地震应急自动成图系统，将用ArcMap预先制作好的 MXD 模板文件装载到该系统中，再通过简单的人机交互，使得没有 GIS 软件专业知识背景的工作人员也能在地震发生后快速制作专题图。通过该系统，福建省地震局实现了地震应急自动、科学、美观出图，满足了当前地震应急工作的需求，为福建省地震应急工作提供了扎实有效的图件保障。

[1] 杨理臣,樊光洁.ArcGIS高级制图技术在地震应急专题图中的应用[J].地震工程学报,2015,37( 增刊2):230-235

[2] 魏艳旭,贾军鹏,杨凡,等.河北省地震应急专题图模板化及快速出图技术研究[J].国际地震动态,2016,28(6):20-25

[3] 和朝霞,贾宁.基于ArcGIS的地震专题图快速生成技术研究[J].四川地震,2013,13(1):45-48

[4] 吴建华.基于ArcGIS Engine的GIS软件开发方法[J].测绘通报,2010(11):54-57

[5] 金靖.基于ArcGIS Engine的地理信息系统二次开发原理和方法[J].测绘与空间地理信息,2012,35(3):46-49

[6] 任金铜,饶萍,左太安.基于ArcGIS Engine9.3的专题地图制图系统的研究[J].测绘标准化,2012,28(1):15-16

[7] 焦汉科,黄悦.基于ArcEngine的插件式GIS开发框架设计与应用研究[J].测绘与空间地理信息,2017,40(1):128-131

[8] 左文娜,禄丰年,刘杰,等.基于ArcGIS Server水利信息管理与服务系统设计与实现[J].地理信息世界,2014,21(2):93-97

[9] 钟远军,李照林,澍哲,等.国土“一张图”移动系统的设计与实现[J].地理信息世界,2015,22(2):117-119

[10] 张旗升,王艳慧.基于ArcGIS Engine的自主旅游信息系统的设计和实现[J].地理信息世界,2014,21(6):94-99