城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉世平 董國(guó)華

摘 要：該文基于筆者多年從事地理信息系統(tǒng)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以基于ArcEngine的城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為研究對(duì)象，論文首先從其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)開始研究分析，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)論證了該數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，該文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：ArcEngine 基礎(chǔ)地理信息 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-00-02

城市基礎(chǔ)地理信息是諸多應(yīng)用的基礎(chǔ)信息源，如城市規(guī)劃、國(guó)土資源調(diào)查以及農(nóng)林水利、經(jīng)濟(jì)規(guī)劃、能源交通、城市規(guī)劃等，這也彰顯出其在測(cè)繪行業(yè)中的重要性。特別地，伴隨著一些新技術(shù)的飛速發(fā)展，如計(jì)算機(jī)、空間應(yīng)用，通訊等等，測(cè)繪的應(yīng)用范圍更加廣泛，應(yīng)用方式也比原來更加新穎，所有這些使得測(cè)繪產(chǎn)業(yè)成為地理信息產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。然而，計(jì)算機(jī)、空間應(yīng)用等新技術(shù)的普及并未帶來城市基礎(chǔ)地理信息管理的根本性變革，我國(guó)大部分的城市基礎(chǔ)地理信息管理并未實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化和自動(dòng)化，很多仍處于手工階段，不僅消耗了大量的人力物力資源去進(jìn)行管理，而且工作效率低，工作中出現(xiàn)的問題較多。伴隨著城市建設(shè)的加快，數(shù)據(jù)量的迅猛增加，傳統(tǒng)的管理方式顯然已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求，因此，我們當(dāng)前亟須解決的一個(gè)重要問題是如何實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)地理信息管理中接收、存儲(chǔ)、管理、供應(yīng)的數(shù)字化和自動(dòng)化。

1 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究

1.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

空間數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于表示空間物體的位置、形狀、大小和分布特征等方面信息的數(shù)據(jù)，適用于描述二維、三維和多維分布的關(guān)于區(qū)域的現(xiàn)象。它不僅包括物體本身的空間位置及狀態(tài)信息，還包括表示物體的空間關(guān)系的信息，用于描述空間物體的性質(zhì)，對(duì)空間物體進(jìn)行語(yǔ)義定義。

1.2 ArcEngine組件技術(shù)

ArcEngine是ESRI公司推出的ArcGIS9.0系列產(chǎn)品中新加入的一個(gè)產(chǎn)品，由ArcEngine DeveloperKit和ArcEngine Runtime兩部分組成，是個(gè)包含完整類庫(kù)的嵌入式GIS軟件，它支持多種語(yǔ)言（COM，JAVA，.NET以及VB/VC十+等）和多種操作系統(tǒng)（Windows和Unix等），開發(fā)者通過ArcEngine除了可以定制完整的GIS軟件以外，還可以使GIS功能嵌入到其他已經(jīng)存在的軟件中去。如圖1，ArcEngine和ArcGIS其他產(chǎn)品一樣都是基于Arcobjects構(gòu)建的。（圖1）

2 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)操作功能：①數(shù)據(jù)錄入。②數(shù)據(jù)更新。③數(shù)據(jù)刪除。

（2）數(shù)據(jù)檢索統(tǒng)計(jì)功能。該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，要求能夠以多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，它主要包括：圖形交互檢索、坐標(biāo)檢索、統(tǒng)計(jì)。圖形交互檢索包括按圓、矩形、多邊形、緩沖區(qū)等查詢。坐標(biāo)檢索通過輸入左下角、右上角坐標(biāo)來查詢出此范圍內(nèi)的控制點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)功能是統(tǒng)計(jì)出等級(jí)平面控制點(diǎn)的數(shù)量。

（3）控制點(diǎn)管理功能。控制點(diǎn)管理功能是系統(tǒng)的一大特色模塊。①添加控制點(diǎn)。②刪除控制點(diǎn)。③控制點(diǎn)查詢。

（4）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能。

（5）竣工成果管理。

（6）安全管理。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

在地理信息系統(tǒng)中，用來描述各種事物和現(xiàn)象的是數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)操作的對(duì)象。本系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)有兩種：即空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)二次開發(fā)的特點(diǎn)，進(jìn)一步把系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)分為背景數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)兩部分，背景數(shù)據(jù)是系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，作為背景進(jìn)行顯示，并非系統(tǒng)處理的主要對(duì)象；基礎(chǔ)地理信息信息才是系統(tǒng)處理的主要對(duì)象，也是數(shù)據(jù)分析的重點(diǎn)。

2.2.1 背景數(shù)據(jù)

城市空間基準(zhǔn)信息的形式主要包括：數(shù)字線劃矢量數(shù)據(jù)（DLG）、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)（DOM）、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）、數(shù)字柵格數(shù)據(jù)（DRG）以及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。

2.2.2 城市基礎(chǔ)地理信息

一個(gè)優(yōu)秀的城市基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)必定是建立在對(duì)城市基礎(chǔ)地理信息本身具有相當(dāng)雄厚的基礎(chǔ)知識(shí)之上，否則很難開發(fā)出一個(gè)現(xiàn)實(shí)可用的基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)。因此，有必要在分析一下城市基礎(chǔ)地理信息的現(xiàn)狀、特點(diǎn)以及應(yīng)用等有關(guān)方面的知識(shí)。

城市基礎(chǔ)地理信息主要包括控制測(cè)量成果與竣工測(cè)量成果。我國(guó)的控制測(cè)量成果，由于歷史的原因和受經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素的影響，在各地有很大的差別。早在建國(guó)初期，由于我國(guó)急需進(jìn)行國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒有自己的大地控制網(wǎng)，所以采用了前蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球系統(tǒng)及由其衍生的一系列坐標(biāo)系統(tǒng)并將其成果推算至我國(guó)，此即1954北京坐標(biāo)系。目前，我國(guó)將近有一半控制測(cè)量成果仍是出于此系統(tǒng)。后來，又采用國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)推薦的IAA75橢球，建立了1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)。由于采用IAA75橢球形狀更接近我國(guó)版土，所以，很多地區(qū)又在國(guó)家統(tǒng)一組織下，進(jìn)行了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。然而，由于經(jīng)濟(jì)等因素，一些地方并沒有把這項(xiàng)工作徹底進(jìn)行下去，最終導(dǎo)致了今天的多種坐標(biāo)系統(tǒng)共存的現(xiàn)狀。事實(shí)上，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，我們會(huì)看到不同設(shè)計(jì)部門不僅會(huì)給出不同的平面坐標(biāo)系統(tǒng)，有時(shí)，高程系統(tǒng)也是不同的，這是因?yàn)槲覈?guó)的高程系統(tǒng)也有兩套，即1956黃海高程基準(zhǔn)和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

竣工測(cè)量是城市工程建設(shè)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它不僅為工程的交工驗(yàn)收及將來進(jìn)行的維修、改建、擴(kuò)建提供依據(jù)，同時(shí)為城市的規(guī)劃和城市管理提供完整、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料，為數(shù)字城市的建設(shè)提供必備的數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

GIS數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存放的一個(gè)集合。建立數(shù)據(jù)庫(kù)不僅僅是為了保存數(shù)據(jù)，更主要的是為了幫助人們管理和控制與這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。在地理空間數(shù)據(jù)管理中以多種方式錄入的地理數(shù)據(jù)，用有效的數(shù)據(jù)組織形式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理、更新、維護(hù)、快速查詢檢索，多種方式輸出決策所需的地理空間信息。本系統(tǒng)實(shí)際上也可看成是GIS與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的結(jié)合，從而形成信息集成的管理方式。這種管理模式融合了現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)的通用性和地理信息管理的實(shí)用性，以地理信息為紐帶連接整個(gè)企業(yè)相關(guān)信息，將整個(gè)企業(yè)的信息內(nèi)容自然、一致地整合于一個(gè)統(tǒng)一的可視化管理信息系統(tǒng)平臺(tái)下。根據(jù)空間位置關(guān)系，對(duì)企業(yè)信息作檢索、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建一個(gè)完整的可視化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)的組織和管理是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接影響工作效率和用戶的

使用。

2.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本思想

地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)資源共享為前提；以數(shù)據(jù)的收集、匯總、更新為主線來動(dòng)態(tài)滿足實(shí)際需要；以統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)為目的，但不影響數(shù)據(jù)的共享；最終建立一個(gè)完善的、實(shí)用性和通用性強(qiáng)的自動(dòng)化管理信息

系統(tǒng)。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

對(duì)于空間數(shù)據(jù)庫(kù)，采用的是ArcInfo軟件提供的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)（Geodatabase）。在空間上，把數(shù)據(jù)組織成一個(gè)整體；在內(nèi)容上，把數(shù)據(jù)組織成層（Layer）結(jié)構(gòu)。分幅存放的基礎(chǔ)地形圖進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)后，在邏輯上是無縫的，沒有圖幅的概念。內(nèi)容上，空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括測(cè)量控制點(diǎn)、居住建筑、工礦設(shè)施、交通、管線設(shè)施、水系、境界、地質(zhì)土貌、農(nóng)田植被等九大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)信息。根據(jù)具體的入庫(kù)需求，在測(cè)量控制點(diǎn)、居住建筑、工礦設(shè)施、交通、管線設(shè)施、水系、境界、地質(zhì)土貌、農(nóng)田植被九類數(shù)據(jù)中，按照不同的內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)化，共分為37層數(shù)據(jù)。

3 基于ArcEngine的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)與功能

該系統(tǒng)主要用于地理信息的管理，可管理各等級(jí)控制點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，點(diǎn)名，等級(jí)，所屬區(qū)域，該點(diǎn)的54坐標(biāo)，80坐標(biāo)，國(guó)家高程等各種控制點(diǎn)信息以及竣工平面圖圖形，竣工日期，竣工單位等竣工測(cè)量成果信息。系統(tǒng)采用GIS技術(shù)來對(duì)地理信息進(jìn)行可視化管理，竣工平面圖等圖形數(shù)據(jù)直接存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。

系統(tǒng)具有的主要功能如下：

（1）可進(jìn)行控制點(diǎn)信息的輸入、更改、刪除操作。（2）可進(jìn)行圖形的基本操作，如平移、放大、縮小、漫游。（3）可根據(jù)點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)名等信息查詢控制點(diǎn)。（4）可以通過畫矩形，畫圓，畫多邊行以及輸入緩沖半徑等查詢其范圍內(nèi)的控制點(diǎn)。（5）可進(jìn)行報(bào)表的生成與制作，并可以把生成的報(bào)表以Excel、pdf等多種格式輸出。（6）可以通過輸入竣工日期、施測(cè)單位、項(xiàng)目名稱等查詢竣工測(cè)量工程項(xiàng)目。（7）可以通過選擇所屬工程項(xiàng)目信息查詢竣工平面圖，并可以雙擊查詢到的圖形文件名自動(dòng)打開cad圖形。

圖2 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)操作簡(jiǎn)潔、方便，主界面如圖2所示：系統(tǒng)主界面包括：系統(tǒng)菜單、系統(tǒng)工具欄、圖形顯示區(qū)和系統(tǒng)狀態(tài)欄。系統(tǒng)菜單欄：提供系統(tǒng)操作的菜單選項(xiàng)。系統(tǒng)工具欄：提供系統(tǒng)操作的工具按鈕。圖形顯示區(qū)：顯示當(dāng)前圖層的圖形。

3.2 文件管理

文件管理主要包括添加數(shù)據(jù)、新建地圖文檔、打開地圖文檔、保存地圖文檔、另存為地圖文檔、退出系統(tǒng)。

（1）添加數(shù)據(jù)：?jiǎn)螕籼砑訑?shù)據(jù)可以把數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)添加到系統(tǒng)中。（2）新建：?jiǎn)螕粜陆梢孕陆ㄒ环瞻椎牡貓D。（3）打開：?jiǎn)螕舸蜷_可以打開一幅以.mxd為后綴的地圖。（4）保存：?jiǎn)螕舯４婵梢园汛蜷_的地圖保存起來。（5）另存為：?jiǎn)螕袅泶鏋榭梢园汛蜷_的地圖另存到指定的地方。（6）退出：?jiǎn)螕敉顺鼍涂梢酝顺稣麄€(gè)系統(tǒng)。

本模塊用到的邏輯與算法：

（1）獲取MXD文件的路徑；

（2）檢查路徑是否正確；

（3）在MapControl中顯示地圖信息；

主要用到的方法：（1）CheckMxFile（）檢查路徑是否正確；（2）LoadMxFile（）路徑正確，則在MapControl控件加載地圖；

3.3 數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)操作主要包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)刪除。

（1）數(shù)據(jù)錄入：?jiǎn)螕魯?shù)據(jù)錄入子菜單，就可以把數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)中。

（2）數(shù)據(jù)更新：?jiǎn)螕魯?shù)據(jù)更新子菜單，系統(tǒng)彈出圖3-4所示界面。

數(shù)據(jù)更新主要是修改控制點(diǎn)的可修改的屬性信息（如點(diǎn)名、點(diǎn)號(hào)一般是不允許修改的），本系統(tǒng)的更新是打開控制點(diǎn)的屬性表，然后在表里面進(jìn)行修改，修改后單擊更新按鈕，數(shù)據(jù)就進(jìn)行了更新。

（3）數(shù)據(jù)刪除：?jiǎn)螕魯?shù)據(jù)刪除子菜單。

數(shù)據(jù)刪除是選擇要?jiǎng)h除的一行，單擊刪除按鈕就可以對(duì)無效的控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。由于控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)是重要而且需嚴(yán)格保密的數(shù)據(jù)，在使用刪除按鈕時(shí)應(yīng)慎重小心，系統(tǒng)用提示的方式提醒用戶，待用戶確認(rèn)后方可刪除此控制點(diǎn)信息。該模塊用dataGridView控件顯示出控制點(diǎn)的屬性，然后再更新數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù)。

3.4 查詢統(tǒng)計(jì)

查詢統(tǒng)計(jì)主要包括圖形交互檢索、坐標(biāo)檢索和統(tǒng)計(jì)功能。下面以圖形交互檢索為例說明：

圖形交互檢索：它包括按矩形、圓、多邊形、緩沖區(qū)、屬性查詢。選擇矩形，拖動(dòng)鼠標(biāo)在圖形區(qū)繪制一個(gè)矩形區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)顯示位于該區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)，并高亮顯示出來。

選擇圓，拖動(dòng)鼠標(biāo)在圖形區(qū)繪制一個(gè)圓區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)顯示位于該區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)，并高亮顯示出來。

選擇圓，拖動(dòng)鼠標(biāo)在圖形區(qū)繪制一個(gè)多邊形區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)顯示位于該區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)，并高亮顯示出來。選擇緩沖區(qū)查詢，在圖形區(qū)內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)彈出對(duì)話框，提示輸入緩沖半徑，輸入以后，單擊確定，系統(tǒng)顯示位于該緩沖區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市地理信息管理信息量也會(huì)大大增加，傳統(tǒng)的城市地理信息管理方式已不能滿足現(xiàn)代化的需要，因此，有必要對(duì)地理信息進(jìn)行科學(xué)、合理、有效的組織和進(jìn)行動(dòng)態(tài)的采集、存儲(chǔ)、管理及利用。地理信息涉及地理空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、法律法規(guī)等，內(nèi)容多，處理過程復(fù)雜。采用以GIS技術(shù)和IT技術(shù)為核心的新技術(shù)、新方法對(duì)城市的地理信息信息進(jìn)行管理，是地理信息及其日常管理工作發(fā)展的趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)可行的選擇。

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