武紅宇，王 玥，胡慶武

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079）

插件式土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)框架研究

武紅宇1，王 玥1，胡慶武1

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079）

提出了一種插件式、開放的土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架；以ArcGIS Engine（AE）為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于AE的插件機(jī)制及插件開發(fā)平臺。在此基礎(chǔ)上，提出面向土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)的插件式開放框架，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于該插件框架的土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。以地圖分幅打印為例，在該插件式框架上擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)輸出功能，證明了其有效性和適用性。

土地規(guī)劃；輔助設(shè)計(jì)；插件；框架；分幅出圖

土地是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土地面積的有限性和土地需求增長的不協(xié)調(diào)，使得對土地資源合理分配和利用非常必要，土地規(guī)劃成為合理使用土地的有效途徑[1-2]。傳統(tǒng)土地規(guī)劃設(shè)計(jì)由于待規(guī)劃土地面積大、規(guī)劃過程復(fù)雜、工作量大、時間跨度長且需要大量手工作業(yè)及多部門溝通合作，并不適應(yīng)現(xiàn)階段土地規(guī)劃設(shè)計(jì)需要。當(dāng)前，土地規(guī)劃設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出對土地資源動態(tài)規(guī)劃需求，既需要全面、準(zhǔn)確且現(xiàn)勢性好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也需要開放的土地規(guī)劃方法和系統(tǒng)[1,3]。

GIS技術(shù)為改變土地規(guī)劃中統(tǒng)計(jì)變更信息、追溯變更歷史、查詢規(guī)劃成果信息費(fèi)時費(fèi)力的現(xiàn)狀提供了可能。基于GIS的土地規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵是如何構(gòu)建一個用于土地規(guī)劃管理和決策的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)[4-7]?，F(xiàn)有GIS平臺軟件功能完整，但價格昂貴且功能設(shè)計(jì)沒有針對專業(yè)部門的特定需求，因此需要進(jìn)行二次開發(fā)?；贕IS組件的二次開發(fā)逐漸成為專業(yè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的主流，其優(yōu)點(diǎn)也已為業(yè)界普遍認(rèn)可。然而，每一個行業(yè)應(yīng)用都要經(jīng)歷一 次完整的二次開發(fā)過程，設(shè)計(jì)開發(fā)者大部分時間都浪費(fèi)在菜單建立、工具欄按鈕設(shè)計(jì)、停靠窗體設(shè)計(jì)、增加映射代碼等基礎(chǔ)功能上；并且在系統(tǒng)完成后的維護(hù)中，每升級一個功能，都需經(jīng)過打開復(fù)制、粘貼、編輯、再編譯、再測試等工作十分繁雜[4]。這種方式開發(fā)出的土地規(guī)劃相關(guān)系統(tǒng)一般是針對特定應(yīng)用或僅涉及某一方面規(guī)劃和管理工作，缺乏統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的土地利用規(guī)劃信息管理和規(guī)劃業(yè)務(wù)的調(diào)控[8]。插件是很多通用或?qū)Ｓ贸绦蛱峁┙o應(yīng)用層用戶進(jìn)行二次開發(fā)的一種程序接口方式，其主要目的是為了提高軟件的重用性和可擴(kuò)展性，以延長軟件的生命周期[9]。因此插件式GIS應(yīng)用框架能提供一個具有良好復(fù)用性、靈活的可擴(kuò)展性平臺，為項(xiàng)目實(shí)施所面對的特定知識應(yīng)用領(lǐng)域提供一種新途徑[10]。

1 基于AE的插件開發(fā)平臺

基于AE的二次開發(fā)通常采取組建式開發(fā)。組件技術(shù)是一種軟件復(fù)用技術(shù)，而插件技術(shù)是軟件架構(gòu)技術(shù)[11]。以典型的GIS應(yīng)用系統(tǒng)軟件開發(fā)為例，組件式開發(fā)技術(shù)和插件式開發(fā)在面對應(yīng)用系統(tǒng)的需求、功能和模塊變更時的開發(fā)流程如圖1。

圖1 組件式系統(tǒng)與插件式系統(tǒng)對比

組件式開發(fā)將全部功能集中在主程序中，整個系統(tǒng)只包含一個主程序。插件式系統(tǒng)由宿主程序和插件對象兩部分組成，宿主程序是一個通用的插件框架，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示、用戶交互以及提供通信契約接口，既是整個插件平臺的入口，也是插件對象的管理者和依附對象；負(fù)責(zé)解析插件對象，并將插件對象事件進(jìn)行委托關(guān)聯(lián)以生成各種按鈕工具、工具條和菜單等用戶界面形式的對象[12]。數(shù)據(jù)處理、查詢分析等功能則由實(shí)現(xiàn)了相關(guān)通信契約接口的插件對象來實(shí)現(xiàn)，用于動態(tài)擴(kuò)充插件平臺功能。插件對象通過公共契約與宿主程序進(jìn)行交互來實(shí)現(xiàn)自身的邏輯以完成相應(yīng)功能。

當(dāng)需要增加或刪除某些功能時，組件式系統(tǒng)均需對主程序進(jìn)行修改，測試后重新打包、發(fā)布程序，增加了開發(fā)和維護(hù)難度。插件式平臺增加功能只需根據(jù)需求及相關(guān)通信契約接口來實(shí)現(xiàn)插件對象，并通過宿主程序加載插件對象，刪除功能只需卸載相關(guān)插件對象，可以快速擴(kuò)展和修改功能，真正實(shí)現(xiàn)針對各部門功能需求的快速擴(kuò)展。因此，基于插件式的開發(fā)框架和平臺是滿足土地規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中多個部門不同功能需求的絕佳方案。

在利用AE進(jìn)行插件式平臺開發(fā)時，應(yīng)將平臺所需要的功能分散到各個插件對象中完成，插件對象作為可獨(dú)立開發(fā)的程序模塊，根據(jù)用戶需求動態(tài)添加和刪除。本文以AE為基礎(chǔ)平臺，設(shè)計(jì)了基于AE的插件開發(fā)平臺，其體系結(jié)構(gòu)如圖2。

基于AE的插件框架的宿主程序是整個插件平臺的基礎(chǔ)，包括主界面程序、插件引擎和通信契約接口。主界面程序負(fù)責(zé)解析插件對象，并將插件對象事件進(jìn)行委托關(guān)聯(lián)以生成各種用戶界面形式的對象[12]；同時利用AE的MapControl控件負(fù)責(zé)地圖顯示，PagelayoutControl控件負(fù)責(zé)地圖制圖顯示，TOCControl控件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)圖層結(jié)構(gòu)顯示，并根據(jù)實(shí)際需求選用ToolbarControl作為工具欄。插件引擎用于解析程序集，提取其中包含的插件類型信息，在設(shè)計(jì)過程中可參照AE中的IApplication接口。通信契約接口是宿主程序和插件交互的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)不同類型的通信契約接口時可參考ArcGIS Engine中SystemUI庫的相關(guān)接口。

圖2 基于AE的插件開發(fā)平臺

2 開放式土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)框架

土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)通常包括數(shù)據(jù)可視化、文件管理、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)處理、查詢與統(tǒng)計(jì)、專題圖制圖和管理工具。土地規(guī)劃輔助編制軟件中數(shù)據(jù)可視化功能由宿主程序?qū)崿F(xiàn)，數(shù)據(jù)處理等功能則全部由插件對象實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理涉及的功能通?？煞譃橥ㄓ没A(chǔ)功能和部門專業(yè)功能及工作流程；通用基礎(chǔ)功能為數(shù)據(jù)管理、瀏覽、編輯、查詢和專題圖制作等，部門專業(yè)功能為碎斑合并、屬性融合、圖形轉(zhuǎn)換和連續(xù)分幅出圖等。綜合實(shí)際需求，開放式土地規(guī)劃輔助系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖3所示，圖中所列功能全部由插件對象實(shí)現(xiàn)。

盡管土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能較為明確，但土地規(guī)劃過程復(fù)雜，往往需要多個部門共同協(xié)作，因此設(shè)計(jì)開發(fā)該系統(tǒng)時應(yīng)利用插件開發(fā)模式，在系統(tǒng)提供通用功能的基礎(chǔ)上支持各部門根據(jù)自身需求擴(kuò)展軟件功能，從而以低成本、低開發(fā)代價的方式擴(kuò)展軟件功能。本文利用基于AE的插件開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了開放式土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其技術(shù)框架如圖4。

土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)框架中，主程序界面設(shè)計(jì)主要涉及工具欄設(shè)計(jì)和可視化功能設(shè)計(jì)，其中可視化功能中所要用到的AE控件為程序必不可少的組成部分。在通信契約接口設(shè)計(jì)中為了宿主程序能高效地識別插件對象類型，應(yīng)為所有類型的通信契約接口設(shè)計(jì)一個共同的父接口IPlugin，IPlugin接口中并不定義任何屬性和方法，僅作為通信契約接口中統(tǒng)一的標(biāo)識，再根據(jù)插件對象實(shí)際功能的用戶界面（UI）交互形式設(shè)計(jì)6 個類別的通信契約接口。插件引擎的設(shè)計(jì)包括用于存儲插件對象的插件容器的設(shè)計(jì)，插件對象的動態(tài)加載技術(shù)的設(shè)計(jì)以及針對插件容器中對象的分類方法的設(shè)計(jì)。在完成了宿主程序設(shè)計(jì)后，需要根據(jù)功能模塊中具體功能的實(shí)際操作方式，為功能選擇和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通信契約接口，在功能的具體實(shí)現(xiàn)過程中應(yīng)充分調(diào)用AE中的內(nèi)置類庫和Geoprocessing工具來快速、高效地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。當(dāng)系統(tǒng)需要添加新功能時，只需利用宿主程序添加相應(yīng)的插件對象即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)擴(kuò)展。

圖3 開放式土地規(guī)劃輔助系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖

圖4 技術(shù)框架圖

3 插件式土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)及擴(kuò)展實(shí)例

3.1 開發(fā)環(huán)境和工具

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面，依據(jù)插件平臺設(shè)計(jì)方法，以ArcGIS Engine10．1作為GIS引擎、DevExpress 12．2為系統(tǒng)控件，運(yùn)用C#開發(fā)語言在．NET Framework 3．5平臺上設(shè)計(jì)開發(fā)了插件式土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。主界面及功能模塊劃分如圖5。

3.2 地圖分幅打印功能插件擴(kuò)展實(shí)例

當(dāng)用某一部門需要一個新功能時，如制圖部門需要將地圖數(shù)據(jù)按1∶10 000的比例尺連續(xù)分幅出圖，根據(jù)分幅出圖的工作流程以及土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的分幅出圖插件，實(shí)現(xiàn)流程如圖6。

圖5 土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面圖

依據(jù)插件實(shí)現(xiàn)流程圖，將插件從功能角度劃分，并實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的Ribbon界面的參數(shù)設(shè)計(jì)。從插件實(shí)現(xiàn)角度，將插件根據(jù)操作及交互類型分類，然后確定繼承并實(shí)現(xiàn)ITool類型通信契約接口，再根據(jù)功能流程設(shè)計(jì)功能及交互界面，并實(shí)現(xiàn)分幅出圖功能，最終利用宿主程序添加分幅出圖插件對象，完成土地規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的動態(tài)擴(kuò)展。交互界面如圖7所示，出圖成功示例如圖8所示。

圖6 分幅打印功能插件實(shí)現(xiàn)流程圖

圖7 分幅出圖交互界面

圖8 分幅出圖結(jié)果

4 結(jié) 語

本文針對土地規(guī)劃過程中紛繁復(fù)雜的功能需求，提出了基于AE和．NET FrameWork平臺的開放式插件平臺的技術(shù)路線和系統(tǒng)設(shè)計(jì)；給出了插件平臺必要的宿主程序、插件引擎、通信契約接口的相關(guān)設(shè)計(jì)；并針對制圖部門所需的連續(xù)分幅出圖功能給出了通過插件方式擴(kuò)充平臺系統(tǒng)的技術(shù)流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的方法切實(shí)可行，可以有效地根據(jù)用戶需求擴(kuò)展現(xiàn)有插件平臺的功能。

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1672-4623（2016）09-0094-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.031

武紅宇，碩士研究生，研究方向?yàn)?S技術(shù)集成與應(yīng)用。

2015-07-14。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41271452）。