ArcGIS Engine实现图层间空间选择的优化策略
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2017-03-06
如果您是ArcGIS Engine开发人员，也许会有这样的困惑：为什么对两个要素图层进行空间选择，ArcMap中瞬间就出结果了，而Engine中则慢很多倍，尤其是当数据量大时，该速率甚至无法忍受。图层间如何实现高效的空间选择呢？相信阅读完下面的文章，答案会迎刃而解。
下面就带着问题来开始今天的讨论吧。
问题：
假如有一个居民点数据和一个建筑物数据，想要知道哪些居民点被建筑物所覆盖，如何实现？
答案：
ArcMap中如何实现？
ArcMap中实现此功能很简单，即使用菜单条上的Select By Location或者Select Layer By Location工具，数据（点要素类中含有600个点，面要素类中含有750个面）和结果如下图所示。
用时：0.06秒
ArcGIS Engine中如何实现呢？
ArcGIS Engine中（相信很多用户是不太喜欢直接调用GP工具的）如何实现该功能呢？一般情况下会考虑使用ISpatialFilter结合遍历面要素来实现：
ISpatialFilter可以进行空间查询和属性查询。其Geometry属性传入要查询的几何，仅可使用high-level geometry（如polygon、polyline、points、multipoints）、envelope和geometry bags，这里使用面要素的geometry；其GeometryField属性用于指定过滤所使用的几何字段，这里使用点要素类的几何字段pointFeatureClass.ShapeFieldName；其SpatialRel属性用于指定空间关系，公式为[query_geometry] [spatial_relationship] [feature]，这里的query_geometry为面，feature为点要素，空间关系就应该是包含，所以应该使用esriSpatialRelContains（注意与ArcMap中有所区别，ArcMap中需设置空间关系为CompletelyWithin）。SubFields可以指定查询后返回的属性字段，以逗号分隔。如果不设置的话会默认为“*”，即返回所有字段。如果需要获取要素属性值得话，最好设置该字段，可以提高性能。当然如果不获取属性的话，那这个字段可设可不设，比如选择要素。此外，如果还想同时进行属性查询，直接设置WhereClause语句即可。主要代码：
怎么和ArcMap中效率差这么多啊，别急，下面就来看优化方法。
优化1：创建空间缓存
使用ISpatialCacheManager接口对要素类创建空间缓存，然后使用上面的方法遍历选择。如果对同一个范围进行多次空间查询的话，先构建空间缓存会提升效率，因为其降低了数据库的访问次数，比如下面场景，当然也很适用于我们的问题。
使用方法就是打开进行查询的要素类，为该范围创建空间缓存，执行查询，最后释放缓存。主要代码：
用时：0.45秒
可见，创建空间缓存后效率有所提升，但与ArcMap中调用GP相比，效率还差了几乎一个数量级。怎么办？
优化2：使用IGeometryBag接口
细心的你也许会发现上述方法之所以慢，是因为执行了多次SelectFeatures方法，如果只执行一次，肯定会快很多。而我们开始介绍ISpatialFilter的Geometry属性时提到过，Geometry可以传入GeometryBag，那么GeometryBag是什么呢？GeometryBag是Geometry的集合，可以往里添加N个Geometry，好吧，既然GeometryBag是个集合，那我们就可以把遍历的面都添加进去，这样就可以只执行一次SelectFeatures，很显然可以提高效率。不过使用GeometryBag时有一点需要注意：必须为其设置空间参考，因为添加Geometry（即使原本有空间参考）到GeometryBag中时会丢失空间参考。此外，如果为该GeometryBag创建空间索引会提高效率。主要代码：
用时：0.045秒
喜大普奔！该方法居然比ArcMap中直接调用GP还要快？！可是我觉得代码稍显复杂，有没有更简化而且高效的方法呢？（居然还想要自行车…）
优化3：使用IQueryByLayer接口
IQueryByLayer接口就是用来进行图层间空间选择的！！！其FromLayer属性是指对哪个图层进行选择，这里即为点图层；其ByLayer属性是指查询几何所在的图层，即面图层；其LayerSelectionMethod就是两个图层间的空间关系，这里是esriLayerSelectCompletelyWithin（细心的同学注意到了吧，空间关系和ArcMap中使用的一模一样，ArcMap甚有可能就是用的该接口）；此外还有一个UseSelectedFeatures属性很重要，我开始没有设置，结果导致程序一直报下面的错误：
该属性是说ByLayer中是否进行了选择，如果面图层中没有选中要素的话，一定要设置为该属性为false，如果设为true或者不设置都会报这个错。但是，如果面图层中进行了选中，想用选中的面进行空间查询，就要将其设为true了，如果设为false是按整个面要素类进行查询的，如果不设置是按选中的面进行查询的，所以我认为该属性的默认值为true，但AO帮助中并没有说明。主要代码：
用时：0.038秒
这种方法的代码比上面那种简单的多，而且用时也更少，这就是我认为既简单又高效的方法。由上可见，ArcGIS Engine中进行图层间的空间选择，方法使用正确了，确实会与ArcMap效率相当，甚至还要更快哦！
总结一下：
本文仅以图层间的空间选择为例进行了优化，其实在进行空间查询时也可以采用文中的思想，比如：
1， 对同一区域进行多次查询时可以使用ISpatialCacheManager创建空间缓存；
2， 要使用多个geometry进行空间查询时，使用GeometryBag会提高效率；
3， 图层间的查询也是可以转化为空间选择的，使用IQueryByLayer接口获取ISelectionSet，进而获取到所有的要素；
4， 多次使用IRelationalOperator或者ITopologicalOperator接口进行空间关系的判断时也可以使用GeometryBag，但具体需要看所使用的方法是否支持GeometryBag。
Demo
使用ArcGIS Engine 10.5，Visual Studio 2015编写，创建了MapControlApplication模版工程，然后添加菜单栏，分别使用了上面提到的方法进行测试。界面为：
Tips：测试时是直接加载的已有mxd，然后获取的图层，如果直接从数据源获取要素类，然后创建图层，再查询会相对慢些。
工程下载地址：
QueryByLayer
文章来源：http://blog.csdn.net/xinying180/article/details/60580881
下面就带着问题来开始今天的讨论吧。
问题：
假如有一个居民点数据和一个建筑物数据，想要知道哪些居民点被建筑物所覆盖，如何实现？
答案：
ArcMap中如何实现？
ArcMap中实现此功能很简单，即使用菜单条上的Select By Location或者Select Layer By Location工具，数据（点要素类中含有600个点，面要素类中含有750个面）和结果如下图所示。
用时：0.06秒
ArcGIS Engine中如何实现呢？
ArcGIS Engine中（相信很多用户是不太喜欢直接调用GP工具的）如何实现该功能呢？一般情况下会考虑使用ISpatialFilter结合遍历面要素来实现：
ISpatialFilter可以进行空间查询和属性查询。其Geometry属性传入要查询的几何，仅可使用high-level geometry（如polygon、polyline、points、multipoints）、envelope和geometry bags，这里使用面要素的geometry；其GeometryField属性用于指定过滤所使用的几何字段，这里使用点要素类的几何字段pointFeatureClass.ShapeFieldName；其SpatialRel属性用于指定空间关系，公式为[query_geometry] [spatial_relationship] [feature]，这里的query_geometry为面，feature为点要素，空间关系就应该是包含，所以应该使用esriSpatialRelContains（注意与ArcMap中有所区别，ArcMap中需设置空间关系为CompletelyWithin）。SubFields可以指定查询后返回的属性字段，以逗号分隔。如果不设置的话会默认为“*”，即返回所有字段。如果需要获取要素属性值得话，最好设置该字段，可以提高性能。当然如果不获取属性的话，那这个字段可设可不设，比如选择要素。此外，如果还想同时进行属性查询，直接设置WhereClause语句即可。主要代码：
//从MapControl中获取的点图层
IFeatureLayer pointFeatureLayer = axMapControl1.get_Layer(0) as IFeatureLayer;
IFeatureSelection pointFeatureSelection = pointFeatureLayer as IFeatureSelection;
//从MapControl中获取的面图层
IFeatureLayer polygonFeatureLayer = axMapControl1.get_Layer(1) as IFeatureLayer;
//循环遍历面要素类内部的面，逐一进行查询
IQueryFilter queryFilter = new QueryFilterClass();
//Search如果返回属性值的话设置SubFields会提高效率
queryFilter.SubFields = "Shape";
IFeatureCursor cursor = polygonFeatureLayer.Search(queryFilter, true);
IFeature polygonFeature = null;
while ((polygonFeature = cursor.NextFeature()) != null)
{
IGeometry queryGeometry = polygonFeature.Shape;
//构建空间查询
ISpatialFilter spatialFilter = new SpatialFilterClass();
spatialFilter.Geometry = queryGeometry;
spatialFilter.GeometryField = pointFeatureLayer.FeatureClass.ShapeFieldName;
spatialFilter.SpatialRel = esriSpatialRelEnum.esriSpatialRelContains;
pointFeatureSelection.SelectFeatures(spatialFilter as IQueryFilter, esriSelectionResultEnum.esriSelectionResultAdd, false);
}
//释放游标
System.Runtime.InteropServices.Marshal.FinalReleaseComObject(cursor);怎么和ArcMap中效率差这么多啊，别急，下面就来看优化方法。
优化1：创建空间缓存
使用ISpatialCacheManager接口对要素类创建空间缓存，然后使用上面的方法遍历选择。如果对同一个范围进行多次空间查询的话，先构建空间缓存会提升效率，因为其降低了数据库的访问次数，比如下面场景，当然也很适用于我们的问题。
使用方法就是打开进行查询的要素类，为该范围创建空间缓存，执行查询，最后释放缓存。主要代码：
//填充Spatial Cache
ISpatialCacheManager spatialCacheManager = (ISpatialCacheManager)(pointFeatureLayer as IDataset).Workspace;
IEnvelope cacheExtent = (pointFeatureLayer as IGeoDataset).Extent;
//检测是否存在缓存
if (!spatialCacheManager.CacheIsFull)
{
//不过不存在，则创建缓存
spatialCacheManager.FillCache(cacheExtent);
}
//执行空间查询操作，与上文一样
...
//清空空间缓存
spatialCacheManager.EmptyCache();
用时：0.45秒
可见，创建空间缓存后效率有所提升，但与ArcMap中调用GP相比，效率还差了几乎一个数量级。怎么办？
优化2：使用IGeometryBag接口
细心的你也许会发现上述方法之所以慢，是因为执行了多次SelectFeatures方法，如果只执行一次，肯定会快很多。而我们开始介绍ISpatialFilter的Geometry属性时提到过，Geometry可以传入GeometryBag，那么GeometryBag是什么呢？GeometryBag是Geometry的集合，可以往里添加N个Geometry，好吧，既然GeometryBag是个集合，那我们就可以把遍历的面都添加进去，这样就可以只执行一次SelectFeatures，很显然可以提高效率。不过使用GeometryBag时有一点需要注意：必须为其设置空间参考，因为添加Geometry（即使原本有空间参考）到GeometryBag中时会丢失空间参考。此外，如果为该GeometryBag创建空间索引会提高效率。主要代码：
//构建GeometryBag
IGeometryBag geometryBag = new GeometryBagClass();
IGeometryCollection geometryCollection = (IGeometryCollection)geometryBag;
IGeoDataset geoDataset = (IGeoDataset)polygonFeatureLayer;
ISpatialReference spatialReference = geoDataset.SpatialReference;
//一定要给GeometryBag赋空间参考
geometryBag.SpatialReference = spatialReference;
IQueryFilter queryFilter = new QueryFilterClass();
//Search如果返回属性值的话设置SubFields会提高效率
queryFilter.SubFields = "Shape";
//遍历面要素类，逐一获取Geometry并添加到GeometryBag中
IFeatureCursor cursor = polygonFeatureLayer.Search(queryFilter, true);
IFeature polygonFeature = null;
while ((polygonFeature = cursor.NextFeature()) != null)
{
geometryCollection.AddGeometry(polygonFeature.ShapeCopy);
}
//为GeometryBag生成空间索引，以提高效率
ISpatialIndex spatialIndex = (ISpatialIndex)geometryBag;
spatialIndex.AllowIndexing = true;
spatialIndex.Invalidate();
//构建空间查询
ISpatialFilter spatialFilter = new SpatialFilterClass();
spatialFilter.Geometry = geometryBag;
spatialFilter.GeometryField = pointFeatureLayer.FeatureClass.ShapeFieldName;
spatialFilter.SpatialRel = esriSpatialRelEnum.esriSpatialRelContains;
//选择的话可以不设置SubFields
pointFeatureSelection.SelectFeatures(spatialFilter as IQueryFilter, esriSelectionResultEnum.esriSelectionResultAdd, false);
用时：0.045秒
喜大普奔！该方法居然比ArcMap中直接调用GP还要快？！可是我觉得代码稍显复杂，有没有更简化而且高效的方法呢？（居然还想要自行车…）
优化3：使用IQueryByLayer接口
IQueryByLayer接口就是用来进行图层间空间选择的！！！其FromLayer属性是指对哪个图层进行选择，这里即为点图层；其ByLayer属性是指查询几何所在的图层，即面图层；其LayerSelectionMethod就是两个图层间的空间关系，这里是esriLayerSelectCompletelyWithin（细心的同学注意到了吧，空间关系和ArcMap中使用的一模一样，ArcMap甚有可能就是用的该接口）；此外还有一个UseSelectedFeatures属性很重要，我开始没有设置，结果导致程序一直报下面的错误：
该属性是说ByLayer中是否进行了选择，如果面图层中没有选中要素的话，一定要设置为该属性为false，如果设为true或者不设置都会报这个错。但是，如果面图层中进行了选中，想用选中的面进行空间查询，就要将其设为true了，如果设为false是按整个面要素类进行查询的，如果不设置是按选中的面进行查询的，所以我认为该属性的默认值为true，但AO帮助中并没有说明。主要代码：
//从MapControl中获取的点图层
IFeatureLayer pointFeatureLayer = axMapControl1.get_Layer(0) as IFeatureLayer;
IFeatureSelection pointFeatureSelection = pointFeatureLayer as IFeatureSelection;
//从MapControl中获取的面图层
IFeatureLayer polygonFeatureLayer = axMapControl1.get_Layer(1) as IFeatureLayer;
//构建QueryByLayer
IQueryByLayer queryByLayer = new QueryByLayerClass();
queryByLayer.FromLayer = pointFeatureLayer;
queryByLayer.ByLayer = polygonFeatureLayer;
queryByLayer.LayerSelectionMethod = esriLayerSelectionMethod.esriLayerSelectCompletelyWithin;
//该参数需要设置
queryByLayer.UseSelectedFeatures = false;
ISelectionSet selectionSet = queryByLayer.Select();
pointFeatureSelection.SelectionSet = selectionSet;
axMapControl1.Refresh();
用时：0.038秒
这种方法的代码比上面那种简单的多，而且用时也更少，这就是我认为既简单又高效的方法。由上可见，ArcGIS Engine中进行图层间的空间选择，方法使用正确了，确实会与ArcMap效率相当，甚至还要更快哦！
总结一下：
本文仅以图层间的空间选择为例进行了优化，其实在进行空间查询时也可以采用文中的思想，比如：
1， 对同一区域进行多次查询时可以使用ISpatialCacheManager创建空间缓存；
2， 要使用多个geometry进行空间查询时，使用GeometryBag会提高效率；
3， 图层间的查询也是可以转化为空间选择的，使用IQueryByLayer接口获取ISelectionSet，进而获取到所有的要素；
4， 多次使用IRelationalOperator或者ITopologicalOperator接口进行空间关系的判断时也可以使用GeometryBag，但具体需要看所使用的方法是否支持GeometryBag。
Demo
使用ArcGIS Engine 10.5，Visual Studio 2015编写，创建了MapControlApplication模版工程，然后添加菜单栏，分别使用了上面提到的方法进行测试。界面为：
Tips：测试时是直接加载的已有mxd，然后获取的图层，如果直接从数据源获取要素类，然后创建图层，再查询会相对慢些。
工程下载地址：
QueryByLayer
文章来源：http://blog.csdn.net/xinying180/article/details/60580881
