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ArcHIGH水文水动力模型软件—接口与渲染

发布时间：2026-11-02 16:23:14 最近访问：2026-11-02 16:23:15

上一篇说到"要在 GIS 之上扩展通用的模型数据结构"，这听起来很美。但落到实处，有两个绕不过去的硬问题：数据结构用什么形式定义？定义了之后 GIS 凭什么认它、显示它？ 这一篇把这两个问题拆开讲。本篇也是ArcHIGH架构理论的最后一篇。

一、ArcHIGH 的编码核心思想

高内聚、低耦合是软件工程中的模块设计准则，通过这种设计思想可以使得软件的单元测试、修改、复用变得简单，并减少软件改一处大面积崩塌的弊端。COM组件思想就是这一理念的核心成果，它从模块编制方法上就强制了必须是高内聚、低耦合的。虽然这个思想是微软上世纪90年代左右提出的，但至今仍生命力旺盛。其有一条铁律：组件模块之间只通过接口（编码里以 interface为关键词）打交道。ArcGIS 是COM组件编程思想的集大成者，它将大量的GIS功能写成了可复用的 COM组件，然后像搭积木一样通过组件接口将模块连接起来，形成了功能强大的软件。这种程序设计的思想有一个严格的规范：不能直接访问一个 COM 组件的内部实现，只能按接口上声明的方法调用。这既保证了封装性，也带来一个后果——

想让模型和 ArcGIS 框架打交道，第一件事不是写实现，而是设计接口。

而且接口一旦发布就很难改，还得能应付各种没料到的场景。三条规则是答题纲要：

规则	要点	反例
一、符合 COM 规范	GUID 标识接口、IUnknown 基接口	不守规矩，组件注册不上去，平台根本扫不到
二、含各模型共性	放水文模型普遍都有的东西	把新安江的"蓄水容量曲线形状参数 B"塞进去——SWAT 没这东西
三、不能为特定模型设计	要能应付现在还想不到的需求	为某个模型定死接口，第二个模型来了就废

ArcHIGH 完全遵循COM组件设计思想，一切皆接口，接口后面是怎么设计的完全是内聚的部分，但对外看起来就只有接口。这就跟插座和插头的关系类似，插座规定了三孔和两孔，这个类似于组件的接口规范，至于插头后面连的是什么电器（组件），插座管不着，只要双方是按照规定的口对上的，连上就可以用。

二、设计模型要素

ArcGIS软件打开一个点图层、面图层或者线图层（在 ArcGIS 组件里面，它们都叫 FeatureLayer），属性表中的一行或者地图上显示的一个图形在 ArcGIS 组件中对应一个 Feature，这里翻译为"要素"，它们都是简单的点、线、面要素。

按照前一篇的说明，它们不足以表达复杂的水文模型，就必须建立更复杂的通用的模型要素：首先要通过定义接口，然后实现接口来完成。比如一个水文站，它在地图上就是一个点，但还有大量的水文站相关的一些操作，所以针对这种简单要素定义一个ISimpleFeature；针对新安江模型，它则包含子流域、水系、雨量分配泰森多边形等，就不再是一个简单的要素，而是要定义一个组合要素的接口IFeatureCollection，里面包含大量的ISimpleFeature。

这里的这些组合与 ArcGIS 中通过属性表关联有本质的区别，组合起来后实现了“高内聚”，对外则只能通过接口实现“低耦合”。另外为了实现在磁盘上存储，以及坐标的定义，还得实现IPersistStream和IGeometry等接口。

按这写设计，设计了四个核心接口（interface）以及它们的实现，在软件工程的 UML类图中表达是这样的：

上面两个蓝色是实现类，下面绿色是它们实现的接口。简单要素`SimpleFeature` 实现 `ISimpleFeature` + `IPersistStream`；组合要素`CombinedFeature` 除此之外还实现了 `IFeatureCollection`，一个组合要素由若干个简单要素组成

简单要素是不可再分的基本实体 —— 一个子流域可以当作一个多边形，一条河道可以当作一条折线。组合要素代表模型的全部数据，比如整个流域，由多个简单要素组成。

ISimpleFeature 的组成很简单：一个几何IGeometry，加几项基本属性。

组成	说明
唯一 ID	区分同一图层里的不同要素
名称	给要素打标签
几何	`IGeometry，复用 ArcGIS的设计，是自定义要素与平台的桥`
GetParameter / SetParameter	读写模型参数

上表中最后一行要特别说明，它是用来获取/设置模型参数的，水文模型的参数是附着在要素上的 —— 某个子流域的产流参数、某条河道的糙率，都属于它自己，所以参数管理必须放进要素接口。

而参数的存取方式，这里做了一个和 ArcGIS 软件内置要素不一样的选择：

	ArcGIS 内置要素	自定义要素
参数载体	属性表	键值对
对模型开发者	需要熟悉属性表机制	直观，不用学

差异看着小，但站在水文专家角度，模型的参数本来就是"名字 → 数值"，用属性表是自找麻烦。

在面向对象的组件编程思想中，CombinedFeature 继承 ISimpleFeature 的全部特性，再实现集合类型的 IFeatureCollection —— 管理内部的简单要素：添加、删除、获取数量。

这里有个关键细节，看 IFeatureCollection 这几个方法：

Add(strCate : string, pFeature : ISimpleFeature)
GetFeature(strCate : string, nIndex : long) : ISimpleFeature
FeatureCount(strCate : string) : long

每个方法都带一个 strCate 字符串参数 —— 因为组合要素内部的简单要素是分类存放的。子流域归为 "sub-basin"，河道归为 "channel"。有了类别标识才能有效组织管理。

三、设计模型图层（GIS基本能力）

接口设计好了，接下来是麻烦的部分。

虽然自定义要素是按 COM 规范设计的，但 ArcGIS 依然不能接纳它们。

现代GIS以图层作为要素承载体，GIS内置的FeatureLayer（对应点、线、面图层）、TinLayer（对应三角网图层）、RasterLayer（对应DEM图层） 的共同点是都只认内置要素。

塞自定义要素进去，平台直接不认识。既然GIS内置的图层不认模型要素，那就只能自己做一个模型图层，把这些自定义要素装起来，再加进GIS。

点图层、线图层、面图层都只认内置要素，塞不进自定义要素；模型图层是专门为模型要素设计的容器，一个图层容纳 N 个模型要素，由平台统一管理、显示、渲染

这个自定义的模型图层设计有个原则 —— 它要能容纳任何符合规范的模型要素，不只针对特定水文模型要素。这就是上一篇说的"通用模型图层"。实现门槛比写要素高得多：ArcGIS 规范里有大量强制要求，自定义图层必须继承指定的若干接口才能被平台接受，此外模型图层应该还有与模型相关的一些特性操作，为此我们可以自定义一个额外的图层接口ICustomLayer。