基于MapGIS 的礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

樊旭東，潘玉青，陳愛明

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034)

0 引言

湖北省于2008年開始組織編制《2006年—2020年湖北省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃》(下稱《規(guī)劃》)。本次《規(guī)劃》的成果表達方式完全摒棄了以往的手工編圖方式，全程應(yīng)用GIS 空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，采用計算機進行數(shù)據(jù)處理，空間成果數(shù)據(jù)涵蓋了基礎(chǔ)地理要素、基礎(chǔ)地質(zhì)要素、礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀要素、規(guī)劃要素等多種要素圖層［1］?！兑?guī)劃》空間數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件有很大的差異，空間數(shù)據(jù)庫是將地球表層信息按其特性的不同進行分層，每個圖層存儲特征相同或相似的事物對象集，如湖泊、道路、地質(zhì)地層等構(gòu)成不同的圖層，然后分層管理和存儲。每個圖層有一個唯一的數(shù)據(jù)庫表與其相對應(yīng)，這個數(shù)據(jù)庫表成為屬性數(shù)據(jù)庫，庫中內(nèi)容稱空間數(shù)據(jù)［2］。

MapGIS 是集圖形圖像、計算機科學(xué)于一體的基礎(chǔ)GIS 軟件平臺，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、礦產(chǎn)、測繪以及土地管理等行業(yè)。MapGIS 提供了完整的API 函數(shù)和COM組件，并且可以利用編程語言調(diào)用這些函數(shù)和類庫，單獨開發(fā)應(yīng)用模型，面向各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和管理?武漢中地數(shù)碼，MapGIS 地理信息系統(tǒng)開發(fā)手冊，2005。。因此，筆者利用GIS 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以《國土資源部礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》為藍本，以其定義的數(shù)據(jù)要素模型為基礎(chǔ)，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫技術(shù)，按照反映數(shù)據(jù)、實體之間的聯(lián)系以及有關(guān)語義約束規(guī)則的表述方式，設(shè)計完成了湖北省礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

本次《規(guī)劃》除了MapGIS 格式的空間數(shù)據(jù)庫外，還有Word、Excel、FoxPro 等格式的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)間關(guān)系復(fù)雜，管理和使用者需要熟練的操作MapGIS、Office、數(shù)據(jù)庫軟件才能利用這些數(shù)據(jù)。對于所需要的各種統(tǒng)計、查詢、更改數(shù)據(jù)，需要繁瑣的操作才能完成，給管理工作和成果應(yīng)用帶來極大的不便。

湖北省礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計過程遵循了以下原則:

(1)向?qū)讲僮?，簡單幾步就能隨時修改或提取所需要的數(shù)據(jù);

(2)數(shù)據(jù)組織靈活，任意組織數(shù)據(jù)以供所需;

(3)多條件、任意范圍內(nèi)的查詢、檢索;

(4)通過復(fù)制、粘貼即可完成數(shù)據(jù)的輸入;

(5)礦權(quán)空間核查利用最新的規(guī)劃數(shù)據(jù)，滿足現(xiàn)在及將來一定時間內(nèi)工作的需要;

(6)設(shè)置與金土礦權(quán)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，隨時導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可以保持在最新狀態(tài);

(7)保留與專題規(guī)劃和市縣規(guī)劃數(shù)據(jù)的接口，方便擴展。

2 系統(tǒng)模式與軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)模式設(shè)計

系統(tǒng)采用Client/Server 模式，即客戶機/服務(wù)器模式，如圖1 所示。該模式充分發(fā)揮客戶端PC 機處理能力，把計算和數(shù)據(jù)管理合理地分配在客戶機和服務(wù)器兩端，有效的降低網(wǎng)絡(luò)通信量和服務(wù)器運算量。由于服務(wù)器與客戶機具有一對多的關(guān)系和運行環(huán)境，因此所有數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器上，既有效的實現(xiàn)資源共享，同時保證了數(shù)據(jù)的安全，客戶機只執(zhí)行本地前端應(yīng)用，而將數(shù)據(jù)庫的操作交由服務(wù)器去完成，可以合理均衡事務(wù)的處理，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的完整性。

圖1 系統(tǒng)采用Client/Server 模式Fig.1 Client/Server model in system

2.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計思想，包括用戶管理、圖層管理、表數(shù)據(jù)管理、文檔管理、字典庫管理、工程圖件管理、數(shù)據(jù)編輯、地圖顯示與輸出等模塊，而投影變換、屬性查詢與統(tǒng)計等模塊則根據(jù)需要嵌入到各個相關(guān)的模塊中，軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

常用的功能以圖形導(dǎo)航的方式排列，通過快速導(dǎo)航菜單即可使用相關(guān)功能，系統(tǒng)多個功能窗口可同時打開，設(shè)置和改變實時就可以看到效果。

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure of software

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)功能包括用戶管理、成果數(shù)據(jù)管理、圖件工程管理、項目管理、礦權(quán)管理以及地圖顯示與屬性查詢、多條件數(shù)據(jù)檢索、地圖拓樸裁剪、數(shù)據(jù)編輯等。

(1)用戶管理 實行三級用戶認證管理，分別為Windows 認證、SQL Server 認證、系統(tǒng)用戶認證，并根據(jù)用戶劃分出三種類型，分別為系統(tǒng)管理員、專業(yè)用戶和瀏覽用戶，每類用戶授予不同的權(quán)限，保證數(shù)據(jù)安全與完整。

(2)成果數(shù)據(jù)管理 《規(guī)劃》成果數(shù)據(jù)包括圖層數(shù)據(jù)、表數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)。圖層數(shù)據(jù)是MapGIS 格式的點、線、面圖層文件(帶屬性結(jié)構(gòu)與屬性)，而表數(shù)據(jù)就Excel、ForPro 格式的DBF 后數(shù)據(jù)庫文件，文檔是Excel、Word 格式的文本文件，所有這些數(shù)據(jù)最終以數(shù)據(jù)表的形式存貯在服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，在客戶端完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的上載、下載、刪除、更新及修改。

(3)圖件工程管理 將上載的圖層數(shù)據(jù)、附表數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)任意進行組合，即可形成一幅新的圖件。圖件包含的內(nèi)容有:圖層(點圖層、線圖層、區(qū)圖層)、附表、文檔等。

(4)項目管理 將各類圖件按照不同的需求進行組合，形成不同的工程組，每一個工程組就是一個項目。項目以文件的形式保存在本機磁盤，只要打開項目文件，就可以快速裝入各式圖件。項目、圖件和各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的組合關(guān)系如圖3 所示。

圖3 項目、圖件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的組合關(guān)系Fig.3 Combination relation of project，map and fundamental map

(5)礦權(quán)管理 礦權(quán)管理是對省級探礦權(quán)、采礦權(quán)的設(shè)置、分布、空間位置以及核查過程與結(jié)果進行管理，包括每宗礦權(quán)的基本信息、狀態(tài)和核查意見等，是礦權(quán)設(shè)立與管理的重要依據(jù)。

(6)地圖顯示與編輯 地圖顯示功能用于查看和檢索任意圖層、文檔、表數(shù)據(jù)以及多種方式打印輸出、圖件裁剪。圖件編輯功能則完成本地及網(wǎng)絡(luò)圖層的編輯和輸出。

(7)數(shù)據(jù)同步與備份 為保證礦權(quán)管理數(shù)據(jù)的實時性、有效性，設(shè)置與國土資源管理部門金土礦權(quán)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和交換功能，快速導(dǎo)入其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要對數(shù)據(jù)在服務(wù)器上進行實時備份，保證數(shù)據(jù)的安全。

(8)數(shù)據(jù)檢索 根據(jù)輸入條件實現(xiàn)檢索圖元，并快速定位到相應(yīng)圖元，也可根據(jù)定位范圍內(nèi)的圖元檢索其屬性值。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 開發(fā)平臺

數(shù)據(jù)庫平臺采用Microsoft SQL Server 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存貯和管理，采用MapGIS 作為GIS 平臺，利用Windows API、ADO 組件、Office COM+組件以及MapGIS 開發(fā)接口提供的API、COM 組件和ActiveX 控件進行開發(fā)和數(shù)據(jù)處理，并采用Visual Studio 套件作為主要開發(fā)工具。

MapGIS 組件不依賴于某一種開發(fā)語言，它可以直接嵌入到通用的開發(fā)環(huán)境(如VB 或VC++)中實現(xiàn)GIS 功能。通過調(diào)用MapGIS 組件的基本功能，并結(jié)合其他專業(yè)模型，可以快速地開發(fā)GIS 應(yīng)用程序。利用MapGIS 組件開發(fā)GIS 應(yīng)用程序分以下幾個步驟:①選擇應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具;②將MapGIS 組件引用到開發(fā)環(huán)境中;③調(diào)用MapGIS 組件的屬性和方法完成GIS 基本功能;④開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)專用的功能?武漢中地數(shù)碼，MapGIS 組件開發(fā)手冊，2005。。

4.2 主要功能

系統(tǒng)具有用戶管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、圖件工程管理、項目管理、礦權(quán)管理等多個管理功能，以及數(shù)據(jù)同步更新與備份、地圖顯示與屬性查詢、多條件數(shù)據(jù)檢索、地圖拓樸裁剪、數(shù)據(jù)編輯等實用功能。其主要功能如下:

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是《規(guī)劃》成果數(shù)據(jù)以及工程圖件、項目等數(shù)據(jù)。成果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括以下幾種:

①圖層數(shù)據(jù)(Layer):主要為MapGIS 的點、線、面等圖層文件。

②表數(shù)據(jù)(Table):包括FoxPro 格式DBF 文件、帶格式的EXCEL 文件。

③文檔數(shù)據(jù)(Documents):包括WORD 文件和EXCEL 文件等文本格式的文件。

④屬性字典:各類屬性代碼的中文名稱和含義，可以將屬性代碼轉(zhuǎn)換為注釋。

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的Windows API、MapGIS API 接口操作，可以對服務(wù)器上完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的上載、下載、刪除、更新及修改等操作，保證數(shù)據(jù)的完整性和共享性［3］。

(2)多條件數(shù)據(jù)檢索與查詢 系統(tǒng)可以實現(xiàn)多條件的數(shù)據(jù)檢索，可以根據(jù)屬性值檢索圖元，也可以根據(jù)定位范圍內(nèi)的圖元檢索屬性值。根據(jù)屬性值檢索圖元，只要輸入檢索條件，即可快速定位到相應(yīng)圖元(圖4)。

圖4 根據(jù)屬性條件檢索圖元Fig.4 Primitive retrieval according to attribute condition

根據(jù)定位范圍檢索圖元首先輸入檢索范圍，檢索范 圍輸入包括屏幕鼠標(biāo)拉框、手工輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)、從文件中導(dǎo)入坐標(biāo)數(shù)據(jù)等。輸入或?qū)氲淖鴺?biāo)類型可以是地理經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以高斯平面直角坐標(biāo)。對查詢后得到的結(jié)果，支持多種方式保存:復(fù)制到剪貼板，供其它程序使用;保存為文本文件或EXCEL 電子表格文件等。

(3)礦權(quán)管理 礦權(quán)管理是系統(tǒng)一個重要功能，針對礦權(quán)核查、管理日常工作進行單獨設(shè)置。礦權(quán)管理可以對省級采礦權(quán)項目和探礦權(quán)項目進行登記、修改項目類型等。項目類型分為劃定礦區(qū)范圍、礦權(quán)新立、礦權(quán)延續(xù)、礦權(quán)轉(zhuǎn)讓、礦權(quán)注銷、礦權(quán)保留等，同時標(biāo)識每個項目的當(dāng)前狀態(tài)，如礦權(quán)已核查、核查通過、核查未通過、項目調(diào)整等，系統(tǒng)對每個項目狀態(tài)以醒目方式進行區(qū)分，符合工作習(xí)慣，提升工作效率，使設(shè)置礦權(quán)有章可循(圖5)。

圖5 礦權(quán)管理Fig.5 Mining right management

(4)礦權(quán)空間數(shù)據(jù)核查 在礦產(chǎn)資源規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)礦權(quán)核查、規(guī)劃實施輔助工具，為提高規(guī)劃實施管理的效率和質(zhì)量提供有效的技術(shù)手段。礦權(quán)空間位置輔助核查根據(jù)礦權(quán)項目坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用空間分析技術(shù)將項目的位置、區(qū)域形狀再現(xiàn)，并與開發(fā)利用規(guī)劃圖等空間數(shù)據(jù)進行疊置分析，列出分析運算結(jié)果，輔助用戶判斷項目在空間上是否滿足規(guī)劃要求(圖6)，并可以隨時記錄礦權(quán)狀態(tài)、核查意見等基礎(chǔ)信息。

圖6 礦權(quán)空間數(shù)據(jù)核查Fig.6 Data check of mining right space

5 總結(jié)

本系統(tǒng)對礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)進行有效的組織管理，數(shù)據(jù)安全性高，系統(tǒng)界面友好、操作簡單實用，改變了以往用戶應(yīng)對繁雜的電子數(shù)據(jù)無從下手的局面，將工作重心從管理組織數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變到利用數(shù)據(jù)進行業(yè)務(wù)管理，極大地提高了工作效率和工作難度。

隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化的發(fā)展，使用現(xiàn)有的MapGIS數(shù)據(jù)和技術(shù)平臺，利用GIS 開發(fā)接口可以開發(fā)出各種面向應(yīng)用的管理系統(tǒng)，有效的提升工作效率，同時，也為現(xiàn)有的各類地質(zhì)成果信息化、應(yīng)用化提供了新的途徑。

［1］中國地質(zhì)調(diào)查局.礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國地質(zhì)調(diào)查局，2008.

［2］(美)Lang-taung Chang.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論［M］.陳健飛，張筱林，譯.北京:科學(xué)出版社，2006.

［3］李勁，謝兆陽.SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與系統(tǒng)管理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.