基于Arcgis Engine 10.2（C#）+PostgreSQL 11（Postgis 3）+pgRouting 3.0实现使用数据库进行路径规划

前言：最近在（被迫）使用ArcGIS Engine10.2（.NET平台）进行二次开发（桌面应用），因为想做一个最短路径查询的功能，而arcgis的网络分析又比较麻烦，于是想到了使用Postgis。但这样就需要将本地shp存到数据库，在程序中连接数据库。

百度了半天发现Arcgis Engine直接连接PostgreSQL数据库需要用到ArcSDE。ArcSDE还需要另外安装，而且我用的ArcGIS Engine10.2只支持PostgreSQL 9.x（我的数据库版本是11），这样似乎就很麻烦了啊（。）

行叭，另辟蹊径，因为Arcgis和Postgis肯定都遵循OGC的SFS规范，只需要在postgis中把最短路径规划函数写好，导出结果的wkb/wkt，然后用C#连接数据库（使用Npgsql）获取wkb/wkt，最后用ArcGIS Engine把wkb/wkt转成IGeometry类对象，显示到地图上就行了。

整体思路就是这样，其实很类似于WebGIS中路径规划的思路，下面详细介绍一下：

---

一、PostgreSQL的最短路径函数

这一步网上有很多文章，写的也还不错，但是大部分比较古老了，用的还是pgRouting 1.x或者2.0的函数，这给我造成了很多困扰。

这里我使用PostgreSQL11+postgis 3+pgRouting 3.0来实现。

1、准备数据

准备路网数据，需要将所有线段连接的地方全部断开，这样便于以后的分析。

如果数据在交叉处没有断开，可以在ArcgisDesktop中的ArcToolBox 找到数据管理工具（Data management tools）——>要素（Features）——>要素转线（Feature to line）

2、创建空间数据库，开启扩展

在新的空间数据库里添加空间扩展，使用如下SQL语句：

CREATE EXTENSION postgis;

CREATE EXTENSION pgrouting;

CREATE EXTENSION postgis_topology;

CREATE EXTENSION fuzzystrmatch;

CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder;

CREATE EXTENSION address_standardizer;

3、导入数据

这一步应该都懂，就不过多介绍了。

值得注意的是，有人说导入时应该勾选下图的选项（生成简单要素），否则自动生成为Multi要素（多面、多线、多点）路径规划会失败。但是我自己做的时候没遇到这种问题，以防万一，可以勾上。

4、添加路网拓扑结构

这里我就只考虑无向图的情况，有向图是类似的可以自行百度。

--添加起点id

ALTER TABLE public.whu_road ADD COLUMN source integer;

--添加终点id

ALTER TABLE public.whu_road ADD COLUMN target integer;

--添加道路权重值

ALTER TABLE public.whu_road ADD COLUMN length double precision;

--为sampledata表创建拓扑布局，即为source和target字段赋值

SELECT pgr_createTopology('public.whu_road',0.0001, 'geom', 'gid');

--为source和target字段创建索引

CREATE INDEX source_idx ON whu_road("source");

CREATE INDEX target_idx ON whu_road("target");

--为length赋值

update whu_road set length =st_length(geom);

--为road_xblk表添加reverse_cost字段并用length的值赋值

ALTER TABLE whu_road ADD COLUMN reverse_cost double precision;

UPDATE whu_road SET reverse_cost =length;

5、创建最短路径函数，返回路径线段序列

其中最短路径使用dijkstra算法，调用pgrouting的pgr_dijkstra函数。

网上有很多教程使用pgr_kdijkstraPath，这种就是比较老的版本，pgrouting3.0是不能使用的。

--删除已存在的函数
DROP FUNCTION pgr_fromAtoB(tbl varchar,startx float, starty float,endx float,endy float);

--DROP FUNCTION pgr_fromAtoB(varchar, double precision, double precision
--                           double precision, double precision);
--基于任意两点之间的最短路径分析
CREATE OR REPLACE FUNCTION pgr_fromAtoB(
    IN tbl varchar,--数据库表名
    IN x1 double precision,--起点x坐标
    IN y1 double precision,--起点y坐标
    IN x2 double precision,--终点x坐标
    IN y2 double precision,--终点y坐标
    OUT seq integer,--道路序号
    OUT gid integer,
    OUT name text,--道路名
    OUT heading double precision,
    OUT cost double precision,--消耗
    OUT geom geometry--道路几何集合
                )
RETURNS SETOF record AS
$BODY$
DECLARE
sql     text;
rec     record;
source    integer;
target    integer;
point    integer;

BEGIN
-- 查询距离出发点最近的道路节点
EXECUTE 'SELECT id::integer FROM '|| quote_ident(tbl) ||'_vertices_pgr
                            ORDER BY the_geom <-> ST_GeometryFromText(''POINT('
                                || x1 || ' ' || y1 || ')'',4326) LIMIT 1' INTO rec;
                    source := rec.id;

 -- 查询距离目的地最近的道路节点
EXECUTE 'SELECT id::integer FROM '|| quote_ident(tbl) ||'_vertices_pgr
                            ORDER BY the_geom <-> ST_GeometryFromText(''POINT('
                                || x2 || ' ' || y2 || ')'',4326) LIMIT 1' INTO rec;
                    target := rec.id;

-- 最短路径查询
seq := 0;
sql := 'SELECT gid, geom, node as name, cost, source, target,
                                ST_Reverse(geom) AS flip_geom FROM ' ||
                           'pgr_dijkstra(''SELECT gid as id,
                                source::integer,target::integer,'
                               || 'length::float AS cost FROM '
                               || quote_ident(tbl) || ''', '
                               || source || ', ' || target
                               || ' ,false) as di, '
                               || quote_ident(tbl) || ' WHERE di.edge = gid ORDER BY seq';

-- Remember start point
point := source;

FOR rec IN EXECUTE sql
                        LOOP
                            -- Flip geometry (if required)
                            IF ( point != rec.source ) THEN
                                rec.geom := rec.flip_geom;
                                point := rec.source;
                            ELSE
                                point := rec.target;
                            END IF;

                            -- Calculate heading (simplified)
                            EXECUTE 'SELECT degrees( ST_Azimuth(
                                ST_StartPoint(''' || rec.geom::text || '''),
                                ST_EndPoint(''' || rec.geom::text || ''') ) )'
                                INTO heading;

                            -- Return record
                            seq     := seq + 1;
                            gid     := rec.gid;
                            name    := rec.name;
                            cost    := rec.cost;
                            geom    := rec.geom;
                            RETURN NEXT;
                        END LOOP;
                    RETURN;
                END;
$BODY$
LANGUAGE 'plpgsql' VOLATILE STRICT;

6、测试

select * from sqlpgr_fromAtoB('whu_road',114.3560,30.5362,114.3683,30.5484);

随便选两个点测试一下，OK，已经返回了路径的线段序列。

7、 路线合并，转换为wkb或wkt

因为最终我们需要将最短路径传到桌面端显示，为了方便，使用ST_Union将这些线段合并成一个完整的线路。使用方法如下：

select ST_Union(geom) as route from pgr_fromAtoB('whu_road'::text,114.353,30.539,114.367,30.544) ;

合并的路径我们看不出来是什么，不过将他转成wkt就能理解了：

select ST_astext(ST_Union(geom)) as route from pgr_fromAtoB('whu_road'::text,114.353,30.539,114.367,30.544) ;

当然，为了方便C#读取，还是使用ST_asbinary转换为wkb（二进制）比较好，这也是我们后面需要用到的语句：

select ST_asbinary(ST_Union(geom)) as route from pgr_fromAtoB('whu_road'::text,114.353,30.539,114.367,30.544) ;

二、C#连接读取数据库

到这里事情就简单了。

1、安装Npgsql

在VS中打开项目-管理NuGet程序包

搜索安装Npgsql

2、读取数据库

创建一个DAO类，写一个路经查询函数，这里给一个简单的例子：

namespace WHUGIS.Classes
{
    class DAO
    {

        private static string connectionString = "User ID=postgres;Password=admin;Server=localhost;Port=5432;Database=GIS_engine;";
        public DAO()
        {

        }
        public static Byte[] executeRouteQuery(string sqlstr)
        {
            NpgsqlConnection sqlConn = new NpgsqlConnection(connectionString);
            try
            {
                sqlConn.Open();
                NpgsqlCommand objCommand = new NpgsqlCommand(sqlstr, sqlConn);
                Byte[] routeWKB = (byte[])objCommand.ExecuteScalar();
                return routeWKB;
            }
            catch(Exception ee)
            {
                MessageBox.Show(ee.Message);
                return null;
            }
            finally
            {
                sqlConn.Close();
            }

        }

    }
}

三、使用ArcGIS Engine在AxMapControl中绘制最短路径

让我们随便创建一个RouteForm，设计一个界面用于获取点坐标。

关于C#的界面设计和交互的实现我在这里就不多说了，下面是在AxMapControl绘制最短路径的简单实现（在RouteForm类当中）：

private IElement pElement = null;
//路径起止点
private double startX = 0, startY = 0;
private double endX = 0, endY = 0;
//主界面地图控件的引用
private AxMapControl mMapControl;
//确定按钮被点击函数
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //连接数据库，路径规划
            string sqlstr = null;
            if ((startX * startY * endX * endY) != 0)
                sqlstr = "select ST_asbinary(ST_Union(geom)) as route from pgr_fromAtoB('whu_road_feature2line'::text," + startX + "," + startY + "," + endX + "," + endY + ") ;";
            else
            {
                MessageBox.Show("起始点或终止点不能为空");
                return;
            }
            Byte[] routeWKB = DAO.executeRouteQuery(sqlstr);
            IGeometry geom;
            int countin = routeWKB.GetLength(0);
            //地图容器，创建临时元素
            IMap pMap = mMapControl.Map;  //
            IActiveView pActiveView = pMap as IActiveView;
            IGraphicsContainer pGraphicsContainer = pMap as IGraphicsContainer;
            if (pElement != null)
            {
                pGraphicsContainer.DeleteElement(pElement);
            }
            //转换wkb为IGeometry
            IGeometryFactory3 factory = new GeometryEnvironment() as IGeometryFactory3;
            factory.CreateGeometryFromWkbVariant(routeWKB, out geom, out countin);
            IPolyline pLine = (IPolyline)geom;

            //定义要素symbol
            ISimpleLineSymbol pLineSym = new SimpleLineSymbol();
            IRgbColor pColor = new RgbColor();
            pColor.Red = 11;
            pColor.Green = 120;
            pColor.Blue = 233;
            pLineSym.Color = pColor;
            pLineSym.Style = esriSimpleLineStyle.esriSLSSolid;
            pLineSym.Width = 2;
            //线元素symbol绑定
            ILineElement pLineElement = new LineElementClass();
            pLineElement.Symbol = pLineSym;
            //添加geom
            pElement = pLineElement as IElement;
            pElement.Geometry = pLine;
            //加入地图并刷新
            pGraphicsContainer.AddElement(pElement, 0);
            pActiveView.Refresh();
        }

最后让我们看看效果：

参考资料：

关于在ArcGIS平台使用PostGIS，对Geometry字段的处理

ArcGIS Engine 几何对象和WKB的转换

ArcGIS实现在线与线交叉处打断线（批量）

pgrouting3.0官方文档

基于pgrouting的路径规划之一

GeoServer+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting实现最短路径查询

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