IDL在分布式GIS系统中的应用研究

摘要：以新型的面向图形对象、基于矩阵的交互式数据处理语言(idl)，与空间数据引擎(sde)结合来构建分布式gis应用，既发挥了idl在空间数据处理、三维显示方面的长处，又利用了sde在空间数据管理方面良好的性能及安全性，同时避免了在购买专业gis开发组件许可证上的巨额投入，在性能和开发成本之间做到了合适的平衡，是一种经济可行的应用方案。

关键词：地理信息系统；交互式数据处理语言；空间数据引擎；c#；分布式应用

0引言

进行gis应用开发，若直接从底层做起则开发周期长、成本高。目前应用最为广泛的模式是集成二次开发[1]，就是以当前成熟的商业gis平台为基础，以高级开发语言为支持来进行应用开发。然而目前的商业gis平台价格昂贵，并且由于提供厂商在知识产权保护方面的考虑和限制，有些还不能用来开发完全独立（standalone）的应用系统。

业界应用最广的esri[2]公司产品系列中提供了功能强大的基于com技术的arcobjects组件作为gis二次开发工具，开发者可以借助其成熟的空间分析技术以及其与arcsde空间数据库之间良好的协作特性，快速地实现gis应用系统的开发。然而在arcgis 9.0之前的版本中，arcobjects不是独立的软件开发工具包（software development kit,sdk），无法脱离arcgis环境开发独立的应用系统[2]；即便在新发布的arcgis 9.0开始支持独立开发的情形下，昂贵的发布许可费用仍然使得目标系统的应用成本非常高。WWw.11665.COM这对科研应用目的而言，不但开发成本太高，而且灵活性很差。因而尝试在系统的设计开发中，选择基于矩阵运算的交互式数据处理语言（interactive data language，idl），以及商业化的空间数据管理引擎arcsde的集成开发模式，以期在性能和开发成本之间达成一个合理的平衡。

1开发环境

idl是一种新型的面向图形对象、基于矩阵的数据处理语言，自带强大的数学库支持，在数据运算、分析和空间表现方面有出色的性能[3]。arcsde是非常成熟的空间数据库引擎。通过结合ms sql server或oracle大型关系数据库系统，可以建立具有良好性能的空间数据库[2]；并且通过利用arcsde提供的client apis（application programming interfaces，应用编程接口）接口进行开发，系统的自主性较强。

经过对多种开发环境和编程语言的比较，系统决定采用.net作为实现平台。c#是一种新的编程语言，它是专为生成运行在.net框架上的企业级应用程序而设计的，同时具备c/c++的强大功能及visual basic的快速开发能力，是面向下一代操作系统的开发语言[4]。

2系统开发方案

2．1系统体系结构

系统采用多层逻辑结构的胖客户端/瘦服务器端模式。服务器端由arcsde来实现空间数据的管理，结合服务器上的sql server构成空间数据库。客户端由c#构建，利用其在应用程序开发方面的性能、快捷性及交互界面开发方面的出色能力，以弥补idl在此方面的不足。idl在系统中主要负责实现空间数据(含二维和三维)的本地访问管理和表现，如空间数据的加载、本地管理、地图渲染、三维显示等；系统还可借助idl强大的数据处理能力实现基于矩阵运算的各种分析功能。idl部分经过良好的封装被嵌入在客户端的c# shell中。

2．2客户端程序框架

客户端交互界面由c#和经过.net封装的idl drawwidget开发控件构建。由于idl并没有像其他专业gis开发组件（如esri的mapobjects或arcobjects）一样直接提供对gis应用开发的支持，因而基本的gis功能需要利用idl自行实现。图层控件用标准的windows基本控件组合开发；鹰眼控件和地图控件由经过.net封装的idl drawwidget开发控件来实现；比例尺控件由windows绘图函数与idl函数共同实现。

2．3空间数据管理

系统中所有的空间数据由arcsde空间数据库统一管理，系统与arcsde的交互由c# shell负责管理，具体的交互功能在体系结构图的data acess组件中实现。其中主要使用了经过 .net封装的arcsde c apis空间数据库访问函数库。

2．4空间数据处理与显示

系统中使用idl语言来进行对空间数据的处理与运算。idl是目前对科学计算可视化支持较好的语言之一，是一种集成了所有科学计算环境中所需函数的面向矩阵运算、用于数据可视化研究与应用开发的第四代计算机语言，也是易于使用、面向矩阵的语言。它具有高级图像处理能力、交互式二维和三维图形技术、面向对象的编程方式、opengl 图形加速、量化可视化表现、集成的数学与统计学算法、灵活的数据输入/输出方式、跨平台图形用户界面工具包、连接odbc 兼容数据库存取及多种程序连接工具等功能，并且能够运行于多种操作系统和硬件平台之上。本质上，idl是一个巨大的c程序库，包括了编译器、解释器、图像、算术处理器、用户界面和大量依赖操作系统的代码[5]。利用c＃和idl语言混合开发的系统，既包含了idl语言强大的科学计算能力，又具备了c＃语言对系统开发的灵活性以及系统运行的稳定性，使得两种语言在系统中达到优势互补，是实现科学计算及可视化的一种有效途径。

3sde访问接口

系统采用了目前较为成熟的空间数据库引擎arcsde与大型关系数据库管理系统sql server来实现对空间数据的分布式存储和管理。需要解决的首要问题是如何建立与arcsde的远程连接，并与之实现交互操作。

arcsde提供的访问通道有三条[6,7] 。三条通道中：使用arcobjects成本太高；而直接数据库连接通过sql语言直接从关系型数据库中获取以表、行、列为基础的数据，这种方法绕过了arcsde，适合于对非空间信息的访问，但处理空间信息的难度很大；arcsde的client apis是较为基础的一种功能发布形式，具有较长的历史和非常广泛的应用，它面向开放式系统开发，可以用于客户端与arcsde的交互过程。系统中最终采用arcsde提供的c语言客户端api方式，以便在保证系统性能的前提下，降低系统的开发和运行成本。

arcsde的c apis具有较高的数据访问性能、较完整的矢量和栅格数据访问和管理能力。但是它是一个复杂的体系，包括30个结构、21个枚举以及757个函数，并且不支持面向对象，也没有提供对.net环境的支持（只提供了c和java两个版本），因而难以直接在.net环境中以不安全代码（unsafe）的方式访问。

为解决这一问题，系统开发中利用托管（managed）c++语言，将arcsde 的c apis封装为.net环境支持的模块，然后在.net环境中使用。

4idl与c#通信机制

4．1idl对混合编程的支持

idl为了更好地实现软件开发的灵活性和面向对象的功能，不断地对功能进行扩充，并且增加了许多与其他语言之间的通信接口，并提供了许多与其他语言进行混合编程的内部api函数。idl 6.0可以与标准c、unix c、visual c++、java、delphi等高级语言进行混合编程。

idl提供了以下几种混合编程方法[8]：

（1）管道；

（2）在idl中调用com对象或activex控件；

（3）idl drawwidget activex控件；

（4）在idl中使用java对象；

（5）通过rpc调用idl（unix）；

（6）通过call_external函数调用外部函数。

4．2目标系统适用的方式

由于目标系统是在c#编程环境中使用idl，idl的microsoft windows版本的activex控件，即idl drawwidget最适合本文目标系统开发的要求。idl drawwidget控件提供了在windows程序中以activex组件形式集成idl功能的机制，为这些程序提供数据的分析和可视化能力。

idl提供的idl drawwidget控件的主要特征如下[8]：

(1)idl activex控件能显示idl直接图形和对象图形，通过设置“图形显示方式”属性，控制图形的显示类型。

(2)idl activex控件能够响应鼠标事件。这些事件可以由外部程序触发，也可以由idl自己产生。

(3)idl activex控件提供了idl与外部应用环境之间的数据传输机制，使得idl与外部程序之间的数据传输变得十分简单。

(4) idl activex控件可以应用于任何支持activex控件的开发环境中。因此，可以将idl强大的图形显示功能集成到外部应用程序中，脱离idl环境，具有很强的可塑性。

4．3通信及数据支持

idl提供了以下method用于传递数据和命令[8]：

（1）setnameddata——向idl传递数据，支持所有的variant数据格式；

（2）getnameddata——支持vt_ui1、vt_i2、vt_i4、vt_r4、vt_r8和vt_bstr；

（3）copynamedarray——返回idl数组的复本；

（4）setnamedarray——在.net、delphi等环境下不能实现数据共享，只能传入数据；

（5）executestr——执行标准idl语句，也可以作为一种数据的传递方式；

（6）variableexists——用于判断idl环境中是否已经存在给定变量名称的变量；

事件传递：

（1）鼠标事件由.net环境处理；

（2）保留通过文本结果输出来实现由idl到.net环境的主动事件激发的方式。

idl对空间数据存储格式的支持:

（1）矢量——支持直接读写shapefile（通过idlffshape类 ）、dxf（idlffdxf）；

（2）栅格——不支持grid空间数据，只支持读写图像格式数据。

4．4c# 与idl间的数据传递机制

由于idl支持的空间数据格式有限，并且不支持arcsde，系统中不直接使用idl读取空间数据，而是由.net主环境中的c# shell负责从空间数据库读取数据，然后再传入idl环境。

idl与主环境之间的数据传递只处理单值或者数组数据；而点、线、多边形等较为复杂的矢量结构数据，需要首先分解为单值或数组后传递给idl，再由idl根据所给数据生成合适的对象图形，实现空间数据的表现和管理。　

5idl对象与gis对象

idl不直接支持gis中空间数据的管理和表现，需要自己定义和实现该部分功能。系统实现中采用从idl对象图形类继承的方式，扩展已有的idl图形功能，定义新的空间数据类。空间数据类完成从.net环境接收单值和表格数据，并进行管理和渲染表现等任务。

6结束语

利用idl、arcsde和c# 来集成开发分布式gis应用系统，三者相辅相成，优势互补。其不但在很短的开发周期内以极低的开发成本建立非常专业的gis应用系统，而且系统在保证数据安全性及性能的前提下，运行成本也很低廉，为gis的应用提供了一种新的途径。

参考文献：

［1］刘光. 地理信息系统二次开发教程——组件篇[m]. 北京：清华大学出版社，2003： 1－2.

[2]esri inc. esri：the gis software leader[eb/ol].[2005]..

[3]rsi inc. rsi:data analysis and visualization software[eb/ol].[2005]./pr/detail.asp?prid=46.

[4]microsoft inc. msdn home page[eb/ol].[2005]..

[5]闫殿武. idl可视化工具入门与提高[m]. 北京：机械工业出版社，2003:1－360.

[6]esri inc. understanding arcsde[m/cd].[s.l.]:[s.n.],2002.

[7]esri inc. arcsde 8.3 developer help guide[m/cd].[s.l.]:[s.n.],2003.

[8]rsi inc. external development guide[m/cd].[s.l.]:[s.n.],2003.