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摘要：随着数字技术的不断发展，信息技术已经深入到生活的方方面面，市政管理也迅速地吸收新技术，将最新的技术运用到城市规划、市政建设、设施管理等方面，并根据新的技术，不断提出新的管理思路和要求，例如上海就提出了智慧城市的概念，充分借助物联网、传感网，运用智能技术，使城市的关键基础设施通过组成服务，使城市的服务更有效，为市民提供人與社会、人与人的和谐共处。
关键词：地理信息系统；市政信息化
中图分类号：C35文献标识码： A
一、当前市政管理存在的问题
伴随着城市数量的增加，以及城市化水平的提高，我国城市的规模结构也发生了巨大的变化。首先，在数量方面，1985年我国地级及以上城市为165个，人口超过100万的城市仅21个，但是到2007年，已经增加到287个，13个城市人口超过400万，100万以上人口的城市117个，50万以上人口的城市由52个增加到226个，50万以下人口的城市有245个增加到430个;20万到50万人口规模的小城市的比例，在2000年之前不断增加，但之后由于城市规模的扩大，比例持续下降;中等城市的比例则正好相反，2000年后不断增加，原来一部分的小城市的规模迅速增大，发展成为了中等城市。这些发展起来的新城市，市政设施的种类、数量急剧增加，己经远远突破了原有的规模。
在这一背景下，市政管理上的各种问题层出不穷。传统的管理方法主要依赖人工，辅助一些基本的通讯设施，管理人员依靠个人的经验，通过相当长时间学习积累，刁一能基本熟悉所辖区域的大致情况，但是对大量出现的新设施，则很难及时了解，对设施的详细情况更加难以掌握;当发生与市政设施相关的突发情况时，如台风、热带风暴等极端恶劣天气下，排水设施、供电设备的高负荷运行，则没有很好的应对措施，由于管理、决策人员没有足够的信息，不能及时掌握当时的现场情况，从而可能导致应急、管理决策上的失误，甚至造成重大人员、财物的损失。因此，我们迫切需要应用地理信息技术对海量的市政设施进行管理。将地理信息技术应用到城市市政管理中，可以极大地提高市政管理的工作效率，在基于地理信息系统的管理平台上，管理人员发现问题的时间可以大大缩短，并且能够更加快速地确定事件，并快速方便地查找所需要的信息，作为决策的支持，提高决策的准确程度，更好地解决各类事件。
1、城市市政管理数字化的必要性
城市市政管理系统是保证城市正常运行和维护城市次序的基础，城市市政管理是一个广泛的概念，广义的城市市政管理涵盖了城市工作的方方面面。常见的市政管理涵盖了城市生活的各个方面，如城市道路，城市照明系统，上下水系统，通信线路和设备，电力线路，燃气管路等等。城市市政管理就是将这些方方面面都协调起来，执行日常的建设、维护、保养等任务，但是由于每个与城市市政管理相关的工作部门都有自己的管理队伍，各自为政，互不往来，这样就造成了一个简单的管理工作还需多个不同部门反复协商现象。
如果采用地理信息技术，将各类城市市政设施进行统一管理，整合到一个统一的共享地理信息数据库，各个设施均有唯一性标识及设施的相关信息，均存储在这个公共数据库中，并在地图上区分显示，也可以根据需要显示相应的内容;相关人员可以根据不同的职责，对各类信息进行修改，及时更新数据库，在运行过程中，可以随时根据管理的要求，统计各类设施或事件的信息，为管理部门进行综合管理和决策提供重要的信息支持。
依靠地理信息系统，可将城市市政管理提升到一个新的高度，极大地提高市政管理的效率，减少浪费。传统的城市管理方法下，各个市政部门各自为政，缺乏沟通，信息未能得到有效的使用;采用了地理信息系统的市政综合管理则有效地整合了整个市政管理所涉及的各个部门，在各个部门之间建立起良好的沟通、交流机制，充分利用了各个部门的设施、地理信息，并且由于每个市政施和管理事件都有唯一性标识，统一存储在地理信息数据库中，市政综合管理实现了市政化，因而能够更加精确地进行管理。
2、城市市政数字化综合管理的目的及意义
2.1城市市政数字化综合管理的目的
城市市政数字化综合管理的地理信息系统就是将地理信息系统技术和市政管理的专业要求相结合，集采集、更新、分析、管理城市市政管理系统信息等功能于一身的面向对象的应用系统。面向城市市政数字化综合管理地理信息系统将对象的空间地理信息和对象本身属性结合在一起，集数字图像、空间数据及对象信息于一体，即能存储空间信息，又可以处理这些信息，可以根据需要，用图文并茂的方式，准确地将信息提供给用户，满足市政管理部门对运行、维护市政设施的管理、查询的需要，同时，借助地理信息系统强大的空间数据分析能力及可视化、多方式的表达能力，进行各种高效的决策和分析。借助市政数字化综合管理地理信息系统这一公共平台，市政管理人员可以方便地检索、更新市政设施的各种信息，从而提高管理部门对市政设施系统现状的了解程度，加快管理部门对市政设施系统事件的反应速度、丰富应对事件的措施。
2.2城市市政信息化管理的意义
对庞大复杂的城市市政设施实施科学管理是当前市政设施管理迫切需要解决的问题，建立城市设施信息化管理系统，可产生良好的效益，具有重要的实践意义:
(1)城市市政地理信息数据库的建立，可实现全市范围内市政设施信息的计算机管理，便于信息的日常管理工作及设施的维护等;
(2)将城市市政设施地理信息输入计算机，建立起市政设施系统动态分析平台;
(3)可优化城市设施系统的设计和规划等:
(4)可了解城市市政设施运行现状，使得调度人员、管理人员可以了解市政设施在不同时段下的运行情况，了解城市设施运行特性，可有效指导方案决策。
2.3论文的主要研究内容
本文所研究的地理信息系统是在ARCGIS的基础上进行了二次开发。充分利用了ARCGIS提供的针对地理信息数据库的显示、编辑、分析等强大的功能，根据软件的需求，进行了针对性的完善，建立了适合于数字市政管理的地理信息数据库，根据市政管理的需求，开发了用户界面友好、实用性强的软件功能，使得用户能够更加方便地使用地理信息系统，而不必掌握软件方面的专门知识，大大降低了数字市政管理地理信息系统的使用门槛。
而在地理信息数据库部分，针对用户的需求，建立起了一个完善的空间数据库，对空间数据和属性数据进行管理，并且根据其特点，对其进行了优化，建立了索引，极大地提高了使用数据库的效率。
二、基于ArcObjects的地理信息系统的开发
1 .ArcGIS和ArcObjects
ArcGIS是开放的地理信息处理平台，具有强大的地理数据管理、编辑、显示、分析等功能。它主要有ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox,ArcScene(Desktop一桌面系统冷14个功能子系统。组成Desktop ArcG工S的ArcMap,ArcCatalog和ArcScene的基础是微软的组件对象模型(COM)。由于ArcGIS完全COM化，对于需要进行结构定制和功能扩展以及独立程序开发的高级应用来说具有非常大的吸引力，并提供了前所未有的灵活性。
ESR工的ArcObjects是ArcGIS的功能核心，是ArcMap, ArcCatalog,ArcScene等Desktop应用程序的开发平台。ArcObject:是一种集成的面向对象的地理数据模型的软件组件库，提供了ArcGIS中全部的功能，是开发GIS应用程序的基础。开发人员可以利用ArcObjects框架进行编程，以提高ArcGIS的性能或扩展其应用。它是以完整有序的对象组件的集合形式发布的。ArcObjects不是一种独立的商业软件，它包含在ArcGIS产品中。ArcObjects提供的组件为用户提供了进行二次开发和功能扩展的能力，能够实现ArcGIS的所有功能。基于ArcObjects开发的应用软件也必须要有ArcGIS的License才能运行。
构成ArcMap, ArcCatalog和ArcScene等的ArcObject:的组件具有层次关系o Application处于ArcObjects框架的最高层，拥有Display(显示)、Document(文档)、Extension(扩展功能)三个组成部分;Document位于稍低的一个层次，但它可同時拥有几个下一级的Map对象，每个Map对象又可以拥有多个Layer对象。.ArcObjects提供的Mapcontrol控件和Sceneviewercontrol控件位于Map( Scene)层。各级的各个对象(类)都有其自身的接口、属性、方法。
2.ArcObjects中的基本编码技术
2 .1使用esriCore .olb对象库
ArcObjects使用的类都包含在esriCore.olb对象库中。对象库是包含有关ArcMap和ArcCatalog的接口、组件、组件对象类、属性、方法、事件的描述的文件。
无论所用的开发环境如何，将对象声明为对象的有效类可以提高代码运行速度，同时开发环境的智能化代码执行特征在编写代码时可以检测到程序错误、校正语法并匹配对象库中的对象类型。为了查看运行用的智能化代码，可以声明变量是esriCore库的组成部分，然后再添加库名。对象库中的COM类提供了一个或多个接口的代码，把所有的功能完整地封装在类里面。两个类可以有相同的接口，但是实现的代码不同，通过这种方式COM类就有了多态行为。COM不支持多重继承。COM类有三种:抽象类(Abstract Class)、组件类(CoClass)和类(Class)。抽象类是不能被创建的，它只能作为其它类的父类。类是不能被创建的，但是该类的对象能被其它类创建，并作为该类的一个属性，或者是被其它类的对象实例化。组件类即可以被创建，也可以显式地创建。
2.2使用esriCore.olb对象库中的对象
esriCore.olb对象库中的大部分对象将工Unknown作为它们的缺省接口，但有几个是例外，如ArcCatalog和ArcMap中的Application对象的缺省接口就设为工application。重要的是工Unknown拥有的三个方法(AddRef, Release, Query工nterface)不能在祀中调用。
在使用对象时必须得到相关的对象支持接口的参考，然后调用该接口的方法。
3.使用ArcObjects进行二次开发的层次
通过ArcObjects在从数据对象到菜单、工具以及系统功能等方面的应用，可以在以下三级水平进行开发:
1)通过定制或客户化进行ArcMap, ArcCatalog和ArcScene等的界面定制(对于简单用户，无须编程):使用菜单驱动客户化是最简单的操作，只需对菜单、工具等控件进行开关、移位或增删就可以完成。
2)采用VB和内置的VBA语言进行界面制作和功能扩充(满足大多数用户需要，应用编程)进行嵌人式开发:使用系统内置的VBA脚本编程能力，在ArcMap和ArcCatalog中能很容易地加人各种窗体和控件，修改系统界面、增删各种功能，是进行应用的快速定制以及集成现有的数据与系统的手选开发技术。
3)使用编程语言和工具软件调用ArcObjects的控件和各种功能组件，开发独立的应用程序，开发独立应用程序(高级开发需求):使用支持COM的编程语言(如Visual Basic, VisualC++，Delphi, Visual)++等)将ArcObjects所提供的1800多个组件、几百个接口和数千个方法嵌人到应用中，开发出独立完整的应用程序。
用户应用ArcMap, ArcCatalog, ArcScene中内置的VBA语言方式进行开发，可以充分利用管理对象集合的Application对象。以ArcMap为例，它包括MxDocument, AppDisplay, SelectionEnvironment对象和其它任意注册的扩展功能(如Editor等)，同时还管理使用着StatusBar,Templates, Paper和Printer等对象。以Application为起点并被创建之后，其它ArcObjects的低层组件都能由其依次获得，这是一种由高到低的应用开发模式。
独立应用程序的开发方式由于脱离了ArcGIS软件环境，不能使用Application对象组件，因此由Application对象组件所建立的应用程序框架及其管理的对象都不能使用。只能使用Mapcontrol控件和Sceneviewercontrol控件和它们所支持的下层组件，并且是下层组件对象实现以后，已创建的上层组件对象才能使用。因此，这是一种由低到高的开发模式，开发难度较大。
3.1定制开发ESRI应用程序
ArcGIS对象模型定制框架包含多个对象，用户可以修改内置的工具条或编程进行定制。定制框架包括的对象有应用程序对象、模板对象、状态条(Status Bar)、文档对象、快捷键(Accelerator)、命令条(CommandBar)、命令项(Command Item)、COM命令、宏、UIControls等。
3.1.1使用模板
模板是一个ArcMap文档文件，其它的文件都是从模板开始创建。模板包含数据参考、符号设置、各种设置和定制信息，如定制工具条、菜单、快捷键等。每个模板又包含VBA工程，它包含Visual Basic子程序、函数窗体和控件、模块和类。新的文档可以在ArcMap提供的已有模板的基础上创建，当基于ArcMap文档的模板被装载时，模板文件也被装载。
.Normal模板
任何特定模板文档都是基于Normal模板创建的。Normal模板是全局模板，包含所有文档可能需要的定制项和VBA代码。在打开和创建新文档时Normal模板为缺省设置，被自动调用。模板文件被称为Normal.mxt,并存储在默认的模板目录下。ArcCatalog与ArcMap的模板模型不同，它只有一个Normal模板(Normal.gxt )
·由VBA工程创建模板
每个文档或模板文件有相关的VBA工程，每个文档的VBA工程被缺省命名为原始文档名。最初的文档被叫做工程(Project)，基本模板叫做工程模板，Normal模板文件的VBA工程称为Normal。当编写VBA代码时，可以通过编程访问宏和其它装人模板的对象。
当前装载的文档文件和与之相关的每个模板都可以看成是存储栈的层。首先装人的Normal模板形成存储栈的基础，然后是工程模板，最后装载的是基本的文档文件，并形成存储栈最上层。定制设置在这些层次的相关一层中完成。位于Customization对话框左下角的Save In组合框控制着定制行为与哪个层相关。这些层的次序很重要，高层次的模板能覆盖低层次模板中的定制内容。
3.1.2定制工具条和命令
ESRI所有应用程序都有主菜单和标准工具条。所有菜单都与工具条相关联。工具条包括菜单(Menu)、按钮(Button )、工具(Tool )组合框( Combo Box )、编辑框(Edit Box)等。用户可以对工具条的建立、显示、删除、重命名、内容、安全性等方面进行定制。
3.1.3开发独立应用程序的一般步骤
1)开发环境的选择凡是支持COM协议，能调用COM组件的面向对象的编程语言都能够用于ArcObjects的二次开发。实际常用的主要有Visual C++、Visual Basic和Delphi。其中使用最多的是佣，这是因为VB与VBA是同一种语言，使用手册和例程等都是使用VBA编写的，其可读性和移植性好，这样就提供了极大的便利。但是VB在一些需要进行自定义要素等需要COM底层实现的开发技术方面就有些力不从心了，而VC则没有这样的限制。
2)程序功能和结构框架设计根据程序应用的专业领域方向和用户需求以及用户的层次、水平等确定程序的功能。其后根据功能模块的不同进行总体结构框架设计，其目的是减少后面编程的复杂度，协调和促进分工合作。
3)编程理念在程序编写时要注意代码的通用性、可移植性和可重用性。因此一定要按照COM标准进行编写，对可重用模块的代码编译成DLL库文件(动态连接库)，提高开发效率，增强系统的安全性。
4)建立工程
5)引用控件一MapControl、编程语言标准控件等
6)引用组件库esriCore.olb
7)在窗体中加人控件
8)进行界面设计
9)编写代码
10)实现程序功能
三、GIS空间数据查询、删除等方式及内容
用户在使用地理信息系统时，不仅仅只是查看大地图，更多时候还是需要对某些特定的对象进行查询并了解其信息，这就需要快速、准确、高效地查詢到所需的对象，并进行定位，显示此对象的属性，或将某些对象进行统计，并以报表的形式提供给用户，或者通过打印机输出。因此，查询统计功能主要实现空间数据的基本查询和特殊查询，并把查询结果进行统计。
基本要素查询:有两种方式，一种是通过选择某些特定的条件，筛选出符合条件的结果，在结果中选择所需查询的对象，然后将地图定位到该对象，并根据需要，对其进行操作;另一种是通过用画框的方式选取某一特定范围内的对象，在统计出的结果中选择所需要的对象，并进行定位及操作。
分类查询统计:该功能提供区域统计电源点数量、灯杆数、线路长度的功能。用户通过输入区域名称(包括行政区名、道路名、街名、管护区名)，查询统计选择区域内的电源点数量、灯杆数、线路长度，并列出查询结果，也可以导出统计报表。
拓扑关系查询:该功能可以实现根据某一要素，选取出与该要素相邻、相交或是在该要素范围内的其他要素。
故障点统计:统计地图中有故障的电源点等信息。任意选点统计:通过选择一个或一个以上电源点，统计已选择电源点的相关数据。
1.添加/删除要素
这一功能可以通过从GPS数据采集终端导入数据，或者手动添加或删除要素，达到添加或者删除地图中的各种要素的目的。
GPS采集数据导入:用户使用GPS数据采集终端，从现场采集数据，数据的内容包括要素的种类、编号、规格参数、空间地理信息等;采集完成后通过读取GPS采集到的终端、灯杆、电缆井的空间信息，将这些数据直观、准确的显示在电子地图上，并根据数据在地图上直接绘制出采集的数据点，同时将相应的属性信息赋给要素。
单个要素添加:主要是为了满足添加单个路灯部件的要求，如果GPS采集的数据有遗漏，需要补充遗漏的终端、灯杆、电缆井、附着物时，可以用此功能。用户可以通过“增加单点要素”对话框进行操作，其后续操作会根据所添加要素的类型不同而有些差异，具体如下:当选择灯杆、电缆井、终端这三个要素时，需要输入对应的电源点编号;当选择故障点时，需要输入日期;当选择电缆头2、电缆井3、电缆井4、单相变压器、三相变压器这五个要素时，由于它们是附着物类型，因此要从终端、灯杆、电缆井这三个类型选择一个去附着，然后再输入电源点编号、灯杆编号、电缆井编号，点击确定，，在地图上用左键点击添加部件，按鼠标右键结束。
删除要素:当需要删除一些不需要的要素时可以使用此功能。先开启需要进行编辑的对象，然后选择相应的图层后就可以通过鼠标对对应的要素进行选择并进行删除操作。
2.管理/修改
当系统运行一段时间后，由于现场情况的变化，比如维修设备时更换了设备的型号，或者变更了线路，需要对地理信息系统中的数据进行更新。这一功能主要实现对资产信息进行管理，并实现属性信息的查看、修改。由于要素的特点不一样，操作的方法也不尽相同。
电源点管理:实现对电源点相关属性的录入、修改、电源点多媒体信息的上传，并可以查看电源点的属性信息和多媒体信息。当系统进入电源点管理状态后，用户选中相应要素后右击便会弹出属性对话框，有单要素和多要素两种方式，然后便可以对属性进行修改更新。
电缆井管理:对电缆井属性信息的管理，包括电缆井相关属性的录入、修改、查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标按选择的选取方式选取要素，选取完成后，通过弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种状态。单点操作直接输入要素属性，提交保存;多点操作有选择的录入修改属性值，提交保存。
灯杆信息管理:实现对灯杆相关属性的录入、修改，灯杆多媒体信息的上传，灯值的录入、修改和对灯杆的属性信息和多媒体信息的查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标左键按选择的选取方式选取要素，选取完成后，按鼠标右键弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种方式，修改完要素属性后选择保存。
线路属性管理:实现对线路属性信息进行管理，包括线路相关属性的录入、修改、查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标左键按选择的选取方式选取要素，选取完成后，按鼠标右键弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种方式，修改完要素属性后选择保存。
附着物属性管理:实现对附着物属性信息的管理，包括附着物相关属性的修改、查看。当进入附着物管理状态，在地图上用鼠标左键选取要素，按标右键弹出所选要素属性对话框，可以管理附着物的相关信息。
3.连接
GPS数据采集终端只是采集了单个的要素的信息，并没有在各个点之间建立相应的拓扑关系，因此还需要地理信息系统将各个要素连接。这一主要实现资产信息的管理和各数据类型拓扑关系的构建，以及统计报表。
自动连接:该功能主要在己导入的点部件要素的基础上实现在地图上对路灯线路的绘制。当进入连接状态后，在地图上选择要连线的地图部件(电源点、电缆井、灯杆)，选择完成后按鼠标右键结束，弹出提示窗口，选择是否结束此次连线，选择是，将弹出输入第几回路对话框，输入第几回路，点击提交，在保存编辑对话框中选是，将生成线路，选择否将终止此次画线操作;选择否，将可继续连线。
手动连接:功能与自动连接相似，在此不再详解。
4.移动
由于从GPS采集数据中获取的要素空间数据存在误差，在导入到地图上有些偏差比较大，为了较为准确放置部件，提供该功能。目的就是将点部件移动到相应的位置。点要素移动:用户可以通过选择操作图层，进入单点移动状态，在地图上选中需要移动的要素，将其移动到目标位置，即可实现移动的目的。
线要素移动:用户可以通过进入线路移动状态，在地图中选取线路部件，此时被选线路高亮显示，同时其节点会用红点显示出来，此时选择要移动的节点并拖动到要移动到部件位置，实现线路节点移动。
多要素移动:主要是针对点要素，当进入多点移动状态，其操作流程与单点移动相似，拉框选中多个要素后移动鼠标便实现多点移动。
5.输出
为了便于管理人员进行资料分析、归纳，需要将地理信息用不同的方式进行输出，具体可分为地图打印输出和统计报表导出。
地图打印输出:根据需要，将不同的地图打印出来。地图打印有两种方式，一是将当前屏幕地图输出为图片形式，其要输出的图片可以在页面视图中预览，用户可以在文件菜单里启动输出图片菜单，弹出输出图片对话框，选择输出路径，输出格式，以及图片分辨率等参数，将当前地图显示内容导出为选择输出格式的图片;二是用户可以在电源点选择“台区图打印”，可以把关联到该电源点所有的灯杆和灯线打印出图。
四、地理信息系统使用效果
通过前面的设计，我们已经基本完成了城市市政数字化综合管理地理信息系统的设计，在这个系统中，我们对空间信息数据库进行了优化，在保证精度的前提下，对矢量数据进行了压缩，优化了显示性能，同时对属性数据建立了索引，改进了查询的功能。
在使用过程中，由于合理设計数据库的数据结构及索引，地理信息系统的运行流畅，可以在普通配置的计算机上快速运行，对地图的显示、缩放、查询等操作响应时间很快，例如，在ArcGIS上显示这一地理信信息系统时，打开地图、对地图进行缩放等操作，有明显的时间滞后感，尤其是大幅度的缩放地图时，不仅操作不灵敏，而且耗时也多，通常需要1秒左右，而在本系统中，由于对显示进行了优化，对地图进行缩放等操作时，系统能够根据显示的比例，自动调节显示内容，当比例小时，仅显示诸如主要道路、河流等大型对象，并且精度较低，当显示比例放大时，逐渐将灯杆、电源点等对象也显示出来，同时用更多的点绘制道路、河流等大型对象，由于此时显示的精度虽然高，但是对象少了，因此速度大大提高，几乎感觉不到时滞，显示效果比较满意。
在ArcGIS中，由于这是一个通用的平台，没有针对性，如果需要进行查询操作，用户要对软件相当熟悉，并且查询条件的选择也很不方便，同时因为数据的结构没有优化，查询耗时较多。在本文所设计的地理信息系统中，由于对查询进行了针对需求的优化，开发了面向对象的查询模块，因此查询即方便又迅速，大大提高系统的查询性能。
五、总结
本文仔细分析了城市市政数字管理的需求，在这基础上给出了城市市政数字管理地理信息系统的需求分析以及功能设计的方案，充分应用了ARCGIS提供的空间数据、显示、分析等方面的功能，针对市政管理的特点，开发了地理信息系统。同时，根据地理信息系统数据库的具体特点，对数据库建立了索引;根据系统操作的特点，对查询操作进行了优化，极大地提高了系统的性能。
参考文献
[1]刘乃全，刘学华，赵丽岗.中国城市体系规模结构演变:1985-2008 [J].《山东经济))，2011年第02期
[2]许定富等.基于ArcGIS的线状要素标注实现过程探讨[J].《绵阳师范学院学报))，2010
[3]汤武辉.基于WebGIS的电子商务系统设计与实现[D].厦门:厦门大学，2006
关键词：地理信息系统；市政信息化
中图分类号：C35文献标识码： A
一、当前市政管理存在的问题
伴随着城市数量的增加，以及城市化水平的提高，我国城市的规模结构也发生了巨大的变化。首先，在数量方面，1985年我国地级及以上城市为165个，人口超过100万的城市仅21个，但是到2007年，已经增加到287个，13个城市人口超过400万，100万以上人口的城市117个，50万以上人口的城市由52个增加到226个，50万以下人口的城市有245个增加到430个;20万到50万人口规模的小城市的比例，在2000年之前不断增加，但之后由于城市规模的扩大，比例持续下降;中等城市的比例则正好相反，2000年后不断增加，原来一部分的小城市的规模迅速增大，发展成为了中等城市。这些发展起来的新城市，市政设施的种类、数量急剧增加，己经远远突破了原有的规模。
在这一背景下，市政管理上的各种问题层出不穷。传统的管理方法主要依赖人工，辅助一些基本的通讯设施，管理人员依靠个人的经验，通过相当长时间学习积累，刁一能基本熟悉所辖区域的大致情况，但是对大量出现的新设施，则很难及时了解，对设施的详细情况更加难以掌握;当发生与市政设施相关的突发情况时，如台风、热带风暴等极端恶劣天气下，排水设施、供电设备的高负荷运行，则没有很好的应对措施，由于管理、决策人员没有足够的信息，不能及时掌握当时的现场情况，从而可能导致应急、管理决策上的失误，甚至造成重大人员、财物的损失。因此，我们迫切需要应用地理信息技术对海量的市政设施进行管理。将地理信息技术应用到城市市政管理中，可以极大地提高市政管理的工作效率，在基于地理信息系统的管理平台上，管理人员发现问题的时间可以大大缩短，并且能够更加快速地确定事件，并快速方便地查找所需要的信息，作为决策的支持，提高决策的准确程度，更好地解决各类事件。
1、城市市政管理数字化的必要性
城市市政管理系统是保证城市正常运行和维护城市次序的基础，城市市政管理是一个广泛的概念，广义的城市市政管理涵盖了城市工作的方方面面。常见的市政管理涵盖了城市生活的各个方面，如城市道路，城市照明系统，上下水系统，通信线路和设备，电力线路，燃气管路等等。城市市政管理就是将这些方方面面都协调起来，执行日常的建设、维护、保养等任务，但是由于每个与城市市政管理相关的工作部门都有自己的管理队伍，各自为政，互不往来，这样就造成了一个简单的管理工作还需多个不同部门反复协商现象。
如果采用地理信息技术，将各类城市市政设施进行统一管理，整合到一个统一的共享地理信息数据库，各个设施均有唯一性标识及设施的相关信息，均存储在这个公共数据库中，并在地图上区分显示，也可以根据需要显示相应的内容;相关人员可以根据不同的职责，对各类信息进行修改，及时更新数据库，在运行过程中，可以随时根据管理的要求，统计各类设施或事件的信息，为管理部门进行综合管理和决策提供重要的信息支持。
依靠地理信息系统，可将城市市政管理提升到一个新的高度，极大地提高市政管理的效率，减少浪费。传统的城市管理方法下，各个市政部门各自为政，缺乏沟通，信息未能得到有效的使用;采用了地理信息系统的市政综合管理则有效地整合了整个市政管理所涉及的各个部门，在各个部门之间建立起良好的沟通、交流机制，充分利用了各个部门的设施、地理信息，并且由于每个市政施和管理事件都有唯一性标识，统一存储在地理信息数据库中，市政综合管理实现了市政化，因而能够更加精确地进行管理。
2、城市市政数字化综合管理的目的及意义
2.1城市市政数字化综合管理的目的
城市市政数字化综合管理的地理信息系统就是将地理信息系统技术和市政管理的专业要求相结合，集采集、更新、分析、管理城市市政管理系统信息等功能于一身的面向对象的应用系统。面向城市市政数字化综合管理地理信息系统将对象的空间地理信息和对象本身属性结合在一起，集数字图像、空间数据及对象信息于一体，即能存储空间信息，又可以处理这些信息，可以根据需要，用图文并茂的方式，准确地将信息提供给用户，满足市政管理部门对运行、维护市政设施的管理、查询的需要，同时，借助地理信息系统强大的空间数据分析能力及可视化、多方式的表达能力，进行各种高效的决策和分析。借助市政数字化综合管理地理信息系统这一公共平台，市政管理人员可以方便地检索、更新市政设施的各种信息，从而提高管理部门对市政设施系统现状的了解程度，加快管理部门对市政设施系统事件的反应速度、丰富应对事件的措施。
2.2城市市政信息化管理的意义
对庞大复杂的城市市政设施实施科学管理是当前市政设施管理迫切需要解决的问题，建立城市设施信息化管理系统，可产生良好的效益，具有重要的实践意义:
(1)城市市政地理信息数据库的建立，可实现全市范围内市政设施信息的计算机管理，便于信息的日常管理工作及设施的维护等;
(2)将城市市政设施地理信息输入计算机，建立起市政设施系统动态分析平台;
(3)可优化城市设施系统的设计和规划等:
(4)可了解城市市政设施运行现状，使得调度人员、管理人员可以了解市政设施在不同时段下的运行情况，了解城市设施运行特性，可有效指导方案决策。
2.3论文的主要研究内容
本文所研究的地理信息系统是在ARCGIS的基础上进行了二次开发。充分利用了ARCGIS提供的针对地理信息数据库的显示、编辑、分析等强大的功能，根据软件的需求，进行了针对性的完善，建立了适合于数字市政管理的地理信息数据库，根据市政管理的需求，开发了用户界面友好、实用性强的软件功能，使得用户能够更加方便地使用地理信息系统，而不必掌握软件方面的专门知识，大大降低了数字市政管理地理信息系统的使用门槛。
而在地理信息数据库部分，针对用户的需求，建立起了一个完善的空间数据库，对空间数据和属性数据进行管理，并且根据其特点，对其进行了优化，建立了索引，极大地提高了使用数据库的效率。
二、基于ArcObjects的地理信息系统的开发
1 .ArcGIS和ArcObjects
ArcGIS是开放的地理信息处理平台，具有强大的地理数据管理、编辑、显示、分析等功能。它主要有ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox,ArcScene(Desktop一桌面系统冷14个功能子系统。组成Desktop ArcG工S的ArcMap,ArcCatalog和ArcScene的基础是微软的组件对象模型(COM)。由于ArcGIS完全COM化，对于需要进行结构定制和功能扩展以及独立程序开发的高级应用来说具有非常大的吸引力，并提供了前所未有的灵活性。
ESR工的ArcObjects是ArcGIS的功能核心，是ArcMap, ArcCatalog,ArcScene等Desktop应用程序的开发平台。ArcObject:是一种集成的面向对象的地理数据模型的软件组件库，提供了ArcGIS中全部的功能，是开发GIS应用程序的基础。开发人员可以利用ArcObjects框架进行编程，以提高ArcGIS的性能或扩展其应用。它是以完整有序的对象组件的集合形式发布的。ArcObjects不是一种独立的商业软件，它包含在ArcGIS产品中。ArcObjects提供的组件为用户提供了进行二次开发和功能扩展的能力，能够实现ArcGIS的所有功能。基于ArcObjects开发的应用软件也必须要有ArcGIS的License才能运行。
构成ArcMap, ArcCatalog和ArcScene等的ArcObject:的组件具有层次关系o Application处于ArcObjects框架的最高层，拥有Display(显示)、Document(文档)、Extension(扩展功能)三个组成部分;Document位于稍低的一个层次，但它可同時拥有几个下一级的Map对象，每个Map对象又可以拥有多个Layer对象。.ArcObjects提供的Mapcontrol控件和Sceneviewercontrol控件位于Map( Scene)层。各级的各个对象(类)都有其自身的接口、属性、方法。
2.ArcObjects中的基本编码技术
2 .1使用esriCore .olb对象库
ArcObjects使用的类都包含在esriCore.olb对象库中。对象库是包含有关ArcMap和ArcCatalog的接口、组件、组件对象类、属性、方法、事件的描述的文件。
无论所用的开发环境如何，将对象声明为对象的有效类可以提高代码运行速度，同时开发环境的智能化代码执行特征在编写代码时可以检测到程序错误、校正语法并匹配对象库中的对象类型。为了查看运行用的智能化代码，可以声明变量是esriCore库的组成部分，然后再添加库名。对象库中的COM类提供了一个或多个接口的代码，把所有的功能完整地封装在类里面。两个类可以有相同的接口，但是实现的代码不同，通过这种方式COM类就有了多态行为。COM不支持多重继承。COM类有三种:抽象类(Abstract Class)、组件类(CoClass)和类(Class)。抽象类是不能被创建的，它只能作为其它类的父类。类是不能被创建的，但是该类的对象能被其它类创建，并作为该类的一个属性，或者是被其它类的对象实例化。组件类即可以被创建，也可以显式地创建。
2.2使用esriCore.olb对象库中的对象
esriCore.olb对象库中的大部分对象将工Unknown作为它们的缺省接口，但有几个是例外，如ArcCatalog和ArcMap中的Application对象的缺省接口就设为工application。重要的是工Unknown拥有的三个方法(AddRef, Release, Query工nterface)不能在祀中调用。
在使用对象时必须得到相关的对象支持接口的参考，然后调用该接口的方法。
3.使用ArcObjects进行二次开发的层次
通过ArcObjects在从数据对象到菜单、工具以及系统功能等方面的应用，可以在以下三级水平进行开发:
1)通过定制或客户化进行ArcMap, ArcCatalog和ArcScene等的界面定制(对于简单用户，无须编程):使用菜单驱动客户化是最简单的操作，只需对菜单、工具等控件进行开关、移位或增删就可以完成。
2)采用VB和内置的VBA语言进行界面制作和功能扩充(满足大多数用户需要，应用编程)进行嵌人式开发:使用系统内置的VBA脚本编程能力，在ArcMap和ArcCatalog中能很容易地加人各种窗体和控件，修改系统界面、增删各种功能，是进行应用的快速定制以及集成现有的数据与系统的手选开发技术。
3)使用编程语言和工具软件调用ArcObjects的控件和各种功能组件，开发独立的应用程序，开发独立应用程序(高级开发需求):使用支持COM的编程语言(如Visual Basic, VisualC++，Delphi, Visual)++等)将ArcObjects所提供的1800多个组件、几百个接口和数千个方法嵌人到应用中，开发出独立完整的应用程序。
用户应用ArcMap, ArcCatalog, ArcScene中内置的VBA语言方式进行开发，可以充分利用管理对象集合的Application对象。以ArcMap为例，它包括MxDocument, AppDisplay, SelectionEnvironment对象和其它任意注册的扩展功能(如Editor等)，同时还管理使用着StatusBar,Templates, Paper和Printer等对象。以Application为起点并被创建之后，其它ArcObjects的低层组件都能由其依次获得，这是一种由高到低的应用开发模式。
独立应用程序的开发方式由于脱离了ArcGIS软件环境，不能使用Application对象组件，因此由Application对象组件所建立的应用程序框架及其管理的对象都不能使用。只能使用Mapcontrol控件和Sceneviewercontrol控件和它们所支持的下层组件，并且是下层组件对象实现以后，已创建的上层组件对象才能使用。因此，这是一种由低到高的开发模式，开发难度较大。
3.1定制开发ESRI应用程序
ArcGIS对象模型定制框架包含多个对象，用户可以修改内置的工具条或编程进行定制。定制框架包括的对象有应用程序对象、模板对象、状态条(Status Bar)、文档对象、快捷键(Accelerator)、命令条(CommandBar)、命令项(Command Item)、COM命令、宏、UIControls等。
3.1.1使用模板
模板是一个ArcMap文档文件，其它的文件都是从模板开始创建。模板包含数据参考、符号设置、各种设置和定制信息，如定制工具条、菜单、快捷键等。每个模板又包含VBA工程，它包含Visual Basic子程序、函数窗体和控件、模块和类。新的文档可以在ArcMap提供的已有模板的基础上创建，当基于ArcMap文档的模板被装载时，模板文件也被装载。
.Normal模板
任何特定模板文档都是基于Normal模板创建的。Normal模板是全局模板，包含所有文档可能需要的定制项和VBA代码。在打开和创建新文档时Normal模板为缺省设置，被自动调用。模板文件被称为Normal.mxt,并存储在默认的模板目录下。ArcCatalog与ArcMap的模板模型不同，它只有一个Normal模板(Normal.gxt )
·由VBA工程创建模板
每个文档或模板文件有相关的VBA工程，每个文档的VBA工程被缺省命名为原始文档名。最初的文档被叫做工程(Project)，基本模板叫做工程模板，Normal模板文件的VBA工程称为Normal。当编写VBA代码时，可以通过编程访问宏和其它装人模板的对象。
当前装载的文档文件和与之相关的每个模板都可以看成是存储栈的层。首先装人的Normal模板形成存储栈的基础，然后是工程模板，最后装载的是基本的文档文件，并形成存储栈最上层。定制设置在这些层次的相关一层中完成。位于Customization对话框左下角的Save In组合框控制着定制行为与哪个层相关。这些层的次序很重要，高层次的模板能覆盖低层次模板中的定制内容。
3.1.2定制工具条和命令
ESRI所有应用程序都有主菜单和标准工具条。所有菜单都与工具条相关联。工具条包括菜单(Menu)、按钮(Button )、工具(Tool )组合框( Combo Box )、编辑框(Edit Box)等。用户可以对工具条的建立、显示、删除、重命名、内容、安全性等方面进行定制。
3.1.3开发独立应用程序的一般步骤
1)开发环境的选择凡是支持COM协议，能调用COM组件的面向对象的编程语言都能够用于ArcObjects的二次开发。实际常用的主要有Visual C++、Visual Basic和Delphi。其中使用最多的是佣，这是因为VB与VBA是同一种语言，使用手册和例程等都是使用VBA编写的，其可读性和移植性好，这样就提供了极大的便利。但是VB在一些需要进行自定义要素等需要COM底层实现的开发技术方面就有些力不从心了，而VC则没有这样的限制。
2)程序功能和结构框架设计根据程序应用的专业领域方向和用户需求以及用户的层次、水平等确定程序的功能。其后根据功能模块的不同进行总体结构框架设计，其目的是减少后面编程的复杂度，协调和促进分工合作。
3)编程理念在程序编写时要注意代码的通用性、可移植性和可重用性。因此一定要按照COM标准进行编写，对可重用模块的代码编译成DLL库文件(动态连接库)，提高开发效率，增强系统的安全性。
4)建立工程
5)引用控件一MapControl、编程语言标准控件等
6)引用组件库esriCore.olb
7)在窗体中加人控件
8)进行界面设计
9)编写代码
10)实现程序功能
三、GIS空间数据查询、删除等方式及内容
用户在使用地理信息系统时，不仅仅只是查看大地图，更多时候还是需要对某些特定的对象进行查询并了解其信息，这就需要快速、准确、高效地查詢到所需的对象，并进行定位，显示此对象的属性，或将某些对象进行统计，并以报表的形式提供给用户，或者通过打印机输出。因此，查询统计功能主要实现空间数据的基本查询和特殊查询，并把查询结果进行统计。
基本要素查询:有两种方式，一种是通过选择某些特定的条件，筛选出符合条件的结果，在结果中选择所需查询的对象，然后将地图定位到该对象，并根据需要，对其进行操作;另一种是通过用画框的方式选取某一特定范围内的对象，在统计出的结果中选择所需要的对象，并进行定位及操作。
分类查询统计:该功能提供区域统计电源点数量、灯杆数、线路长度的功能。用户通过输入区域名称(包括行政区名、道路名、街名、管护区名)，查询统计选择区域内的电源点数量、灯杆数、线路长度，并列出查询结果，也可以导出统计报表。
拓扑关系查询:该功能可以实现根据某一要素，选取出与该要素相邻、相交或是在该要素范围内的其他要素。
故障点统计:统计地图中有故障的电源点等信息。任意选点统计:通过选择一个或一个以上电源点，统计已选择电源点的相关数据。
1.添加/删除要素
这一功能可以通过从GPS数据采集终端导入数据，或者手动添加或删除要素，达到添加或者删除地图中的各种要素的目的。
GPS采集数据导入:用户使用GPS数据采集终端，从现场采集数据，数据的内容包括要素的种类、编号、规格参数、空间地理信息等;采集完成后通过读取GPS采集到的终端、灯杆、电缆井的空间信息，将这些数据直观、准确的显示在电子地图上，并根据数据在地图上直接绘制出采集的数据点，同时将相应的属性信息赋给要素。
单个要素添加:主要是为了满足添加单个路灯部件的要求，如果GPS采集的数据有遗漏，需要补充遗漏的终端、灯杆、电缆井、附着物时，可以用此功能。用户可以通过“增加单点要素”对话框进行操作，其后续操作会根据所添加要素的类型不同而有些差异，具体如下:当选择灯杆、电缆井、终端这三个要素时，需要输入对应的电源点编号;当选择故障点时，需要输入日期;当选择电缆头2、电缆井3、电缆井4、单相变压器、三相变压器这五个要素时，由于它们是附着物类型，因此要从终端、灯杆、电缆井这三个类型选择一个去附着，然后再输入电源点编号、灯杆编号、电缆井编号，点击确定，，在地图上用左键点击添加部件，按鼠标右键结束。
删除要素:当需要删除一些不需要的要素时可以使用此功能。先开启需要进行编辑的对象，然后选择相应的图层后就可以通过鼠标对对应的要素进行选择并进行删除操作。
2.管理/修改
当系统运行一段时间后，由于现场情况的变化，比如维修设备时更换了设备的型号，或者变更了线路，需要对地理信息系统中的数据进行更新。这一功能主要实现对资产信息进行管理，并实现属性信息的查看、修改。由于要素的特点不一样，操作的方法也不尽相同。
电源点管理:实现对电源点相关属性的录入、修改、电源点多媒体信息的上传，并可以查看电源点的属性信息和多媒体信息。当系统进入电源点管理状态后，用户选中相应要素后右击便会弹出属性对话框，有单要素和多要素两种方式，然后便可以对属性进行修改更新。
电缆井管理:对电缆井属性信息的管理，包括电缆井相关属性的录入、修改、查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标按选择的选取方式选取要素，选取完成后，通过弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种状态。单点操作直接输入要素属性，提交保存;多点操作有选择的录入修改属性值，提交保存。
灯杆信息管理:实现对灯杆相关属性的录入、修改，灯杆多媒体信息的上传，灯值的录入、修改和对灯杆的属性信息和多媒体信息的查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标左键按选择的选取方式选取要素，选取完成后，按鼠标右键弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种方式，修改完要素属性后选择保存。
线路属性管理:实现对线路属性信息进行管理，包括线路相关属性的录入、修改、查看。首先选择要素选取方式，然后在地图上用鼠标左键按选择的选取方式选取要素，选取完成后，按鼠标右键弹出选择要素属性对话框，包括单要素和多要素两种方式，修改完要素属性后选择保存。
附着物属性管理:实现对附着物属性信息的管理，包括附着物相关属性的修改、查看。当进入附着物管理状态，在地图上用鼠标左键选取要素，按标右键弹出所选要素属性对话框，可以管理附着物的相关信息。
3.连接
GPS数据采集终端只是采集了单个的要素的信息，并没有在各个点之间建立相应的拓扑关系，因此还需要地理信息系统将各个要素连接。这一主要实现资产信息的管理和各数据类型拓扑关系的构建，以及统计报表。
自动连接:该功能主要在己导入的点部件要素的基础上实现在地图上对路灯线路的绘制。当进入连接状态后，在地图上选择要连线的地图部件(电源点、电缆井、灯杆)，选择完成后按鼠标右键结束，弹出提示窗口，选择是否结束此次连线，选择是，将弹出输入第几回路对话框，输入第几回路，点击提交，在保存编辑对话框中选是，将生成线路，选择否将终止此次画线操作;选择否，将可继续连线。
手动连接:功能与自动连接相似，在此不再详解。
4.移动
由于从GPS采集数据中获取的要素空间数据存在误差，在导入到地图上有些偏差比较大，为了较为准确放置部件，提供该功能。目的就是将点部件移动到相应的位置。点要素移动:用户可以通过选择操作图层，进入单点移动状态，在地图上选中需要移动的要素，将其移动到目标位置，即可实现移动的目的。
线要素移动:用户可以通过进入线路移动状态，在地图中选取线路部件，此时被选线路高亮显示，同时其节点会用红点显示出来，此时选择要移动的节点并拖动到要移动到部件位置，实现线路节点移动。
多要素移动:主要是针对点要素，当进入多点移动状态，其操作流程与单点移动相似，拉框选中多个要素后移动鼠标便实现多点移动。
5.输出
为了便于管理人员进行资料分析、归纳，需要将地理信息用不同的方式进行输出，具体可分为地图打印输出和统计报表导出。
地图打印输出:根据需要，将不同的地图打印出来。地图打印有两种方式，一是将当前屏幕地图输出为图片形式，其要输出的图片可以在页面视图中预览，用户可以在文件菜单里启动输出图片菜单，弹出输出图片对话框，选择输出路径，输出格式，以及图片分辨率等参数，将当前地图显示内容导出为选择输出格式的图片;二是用户可以在电源点选择“台区图打印”，可以把关联到该电源点所有的灯杆和灯线打印出图。
四、地理信息系统使用效果
通过前面的设计，我们已经基本完成了城市市政数字化综合管理地理信息系统的设计，在这个系统中，我们对空间信息数据库进行了优化，在保证精度的前提下，对矢量数据进行了压缩，优化了显示性能，同时对属性数据建立了索引，改进了查询的功能。
在使用过程中，由于合理设計数据库的数据结构及索引，地理信息系统的运行流畅，可以在普通配置的计算机上快速运行，对地图的显示、缩放、查询等操作响应时间很快，例如，在ArcGIS上显示这一地理信信息系统时，打开地图、对地图进行缩放等操作，有明显的时间滞后感，尤其是大幅度的缩放地图时，不仅操作不灵敏，而且耗时也多，通常需要1秒左右，而在本系统中，由于对显示进行了优化，对地图进行缩放等操作时，系统能够根据显示的比例，自动调节显示内容，当比例小时，仅显示诸如主要道路、河流等大型对象，并且精度较低，当显示比例放大时，逐渐将灯杆、电源点等对象也显示出来，同时用更多的点绘制道路、河流等大型对象，由于此时显示的精度虽然高，但是对象少了，因此速度大大提高，几乎感觉不到时滞，显示效果比较满意。
在ArcGIS中，由于这是一个通用的平台，没有针对性，如果需要进行查询操作，用户要对软件相当熟悉，并且查询条件的选择也很不方便，同时因为数据的结构没有优化，查询耗时较多。在本文所设计的地理信息系统中，由于对查询进行了针对需求的优化，开发了面向对象的查询模块，因此查询即方便又迅速，大大提高系统的查询性能。
五、总结
本文仔细分析了城市市政数字管理的需求，在这基础上给出了城市市政数字管理地理信息系统的需求分析以及功能设计的方案，充分应用了ARCGIS提供的空间数据、显示、分析等方面的功能，针对市政管理的特点，开发了地理信息系统。同时，根据地理信息系统数据库的具体特点，对数据库建立了索引;根据系统操作的特点，对查询操作进行了优化，极大地提高了系统的性能。
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