基于ArcGIS Engine的農(nóng)村土地信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王曉燕， 陳宏斐

(東華理工大學(xué)，江西撫州 344000)

利用GIS平臺(tái)的土地信息系統(tǒng)對(duì)土地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，能充分展示GIS在圖形處理、空間分析與統(tǒng)計(jì)、屬性信息存儲(chǔ)與查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、決策支持等方面的巨大優(yōu)勢(shì)(張海軍，2006)。

目前，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都已完成基于地理信息系統(tǒng)(GIS)和互聯(lián)網(wǎng)(Internet)技術(shù)的土地信息系統(tǒng)建設(shè)，在土地利用規(guī)劃與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮了重要的作用(劉健等，2010;高寵等，2008)。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地利用、土地規(guī)劃等工作的深入開展，各級(jí)國(guó)土部門建立土地信息系統(tǒng)的需求愈加強(qiáng)烈(鄒建成等，2009;張海軍，2007;張艷，2007;張會(huì)會(huì)，2011;李兵，2003;王曉霞，2005;劉小慶，2009)。很多城市都成立了專門的地理信息研究中心，進(jìn)行土地信息系統(tǒng)的建設(shè)，取得了不少的研究成果，但卻忽略了農(nóng)村土地利用管理的系統(tǒng)化建設(shè)，為此非常有必要建立農(nóng)村土地信息系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則

1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)農(nóng)村土地業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)來源多樣性的特征，充分利用GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，保證農(nóng)村土地信息的現(xiàn)實(shí)性和連續(xù)性。通過開發(fā)農(nóng)村土地信息系統(tǒng)，完成地籍調(diào)查、土地登記、土地利用情況和土地權(quán)屬情況、地類查詢、統(tǒng)計(jì)匯總、分析、土地專題地圖的制作與輸出等工作。

1.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

為了使本系統(tǒng)適用于農(nóng)村土地資源管理的要求，發(fā)揮出較好的實(shí)用價(jià)值，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下原則:

(1)易操作性。本系統(tǒng)是面向用戶實(shí)際使用的，以業(yè)務(wù)流程為主，因此，簡(jiǎn)單、友好的界面是實(shí)用系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要使使用者通過界面就能知道所操作的內(nèi)容，且易于掌握、便于使用，聯(lián)機(jī)幫助完備，便于推廣應(yīng)用。

(2)易于擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)過程中需要留有升級(jí)接口和升級(jí)空間，以適應(yīng)將來新技術(shù)或新的功能模塊的擴(kuò)展。

(3)實(shí)用性。系統(tǒng)應(yīng)能滿足日常管理、成果管理、規(guī)劃實(shí)施的要求，并具有一定的通用性和針對(duì)性，符合土地管理工作人員的習(xí)慣。

(4)系統(tǒng)兼容性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種操作系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，為了滿足該系統(tǒng)在不同操作系統(tǒng)下的順利運(yùn)行，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過程中要遵循系統(tǒng)兼容性的原則。

(5)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化。為了確保系統(tǒng)信息共享的目標(biāo)，必須建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)交換體系，以及系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 空間數(shù)據(jù)引擎(ArcSDE)

ArcSDE是ArcGIS和RDBMS之間的GIS通道，是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的一個(gè)中間件。從空間數(shù)據(jù)的管理角度來看，ArcSDE是一個(gè)連續(xù)的空間數(shù)據(jù)模型，借助這一空間數(shù)據(jù)模型，可以實(shí)現(xiàn)利用RDBMS來存儲(chǔ)和管理海量的空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。GIS的客戶可以通過空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，將自身的數(shù)據(jù)提交給RDBMS統(tǒng)一管理。同樣，客戶也可以通過空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎從RDBMS中獲取各種GIS數(shù)據(jù)。ArcSDE的這種空間數(shù)據(jù)引擎采用的是客戶端/服務(wù)器(C/S)的體系結(jié)構(gòu)來完成數(shù)據(jù)之間的通信(嚴(yán)榮華等，2006)，如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)組件(ArcGIS Engine)

ArcGIS Engine是一套完整二次開發(fā)功能工具庫(kù)或組件包，開發(fā)人員用來開發(fā)新的應(yīng)用程序。這種開發(fā)模式完全沒必要再依賴ArcGIS Desktop環(huán)境，只需安裝一個(gè)運(yùn)行時(shí)(ArcGIS Engine Runtime)，這樣就大大減少了ArcGIS Desktop的大量?jī)?nèi)存開銷和所占用的磁盤空間。另外ArcGIS Engine封裝了大量的對(duì)象類庫(kù)，如System類庫(kù)、Geometry類庫(kù)、Display類庫(kù)、Output類庫(kù)、Geodatabase類庫(kù)、Carto類庫(kù)、Controls類庫(kù)等，使用這些庫(kù)，開發(fā)者可以方便的開發(fā)出從低級(jí)到高級(jí)各種定制的應(yīng)用。這種開發(fā)方式完全獨(dú)立于Arc Objects編程環(huán)境，而且編寫的程序非常簡(jiǎn)單，只需知道程序定制的GIS功能，查找ArcGIS Engine封裝對(duì)象類庫(kù)，直接調(diào)用相應(yīng)的接口就可以快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Server2005)

在農(nóng)村土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與建庫(kù)中，采用ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型建立農(nóng)村土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，通過空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE，由數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server2005來組織和管理農(nóng)村土地?cái)?shù)據(jù)。其圖層屬性分層及結(jié)構(gòu)見表1所示。

圖1 ArcSDE體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The architecture of ArcSDE

表1 圖層的屬性分層及結(jié)構(gòu)Table 1 Attribute hierarchical and structure of the layer data

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求及開發(fā)方式

本系統(tǒng)采用組件式開發(fā)模式來完成的，即在Windows操作系統(tǒng)下，采用.NET平臺(tái)，以 Visual Studio 2010為集成開發(fā)環(huán)境，C#語(yǔ)言作為主要開發(fā)語(yǔ)言，基于ArcGIS Engine插件式集成系統(tǒng)的開發(fā)。這種開發(fā)方式既可以充分利用GIS工具軟件對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、分析功能，又可以利用可視化開發(fā)語(yǔ)言的高效、編程方便等優(yōu)點(diǎn)，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序其外觀效果更好，數(shù)據(jù)庫(kù)功能強(qiáng)大，具有可靠性好、易于移植、便于維護(hù)等特點(diǎn)。

3.2 系統(tǒng)功能模塊

該土地信息系統(tǒng)平臺(tái)主要的功能模塊有:數(shù)據(jù)加載模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)編輯模塊和數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊(圖2)。

圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Function modules of system

(1)數(shù)據(jù)加載模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的加載及訪問，這里的數(shù)據(jù)主要有ShapeFile(*.shp)矢量數(shù)據(jù)、PersonGeodatabase(*.mdb)個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)、CAD線劃圖數(shù)據(jù)、Raster柵格數(shù)據(jù)等。由于數(shù)據(jù)存在著現(xiàn)勢(shì)性問題，數(shù)據(jù)處于不斷更新狀態(tài)，有些新數(shù)據(jù)并未及時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，為此有必要添加此模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的更新與使用。

(2)數(shù)據(jù)顯示模塊。對(duì)于一個(gè)GIS工程項(xiàng)目，該模塊在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)中是不可缺少的，旨在使用戶對(duì)數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行瀏覽，為雙方提供一個(gè)更好的交互方式，在不同的應(yīng)用需求情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的不同操作過程。該顯示模塊中包括地圖版面(View)和制版版面(PageLayout)的切換顯示，基本的GIS工具條，工具條定制功能的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的鷹眼圖顯示。

(3)數(shù)據(jù)查詢模塊。該模塊是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性查詢?yōu)g覽、根據(jù)圖形查屬性、根據(jù)屬性查空間對(duì)象、以及拉框查詢。

(4)數(shù)據(jù)編輯模塊。該模塊是系統(tǒng)中一個(gè)重要的模塊，通過該模塊可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯，保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)性和準(zhǔn)確性;該模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量圖形文件的繪制、刪除、復(fù)制、移動(dòng)以及對(duì)屬性數(shù)據(jù)的編輯;生成專題地圖，提供給各業(yè)務(wù)部門應(yīng)用。

(5)數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)了將最終的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為圖片格式的數(shù)據(jù)、或另存為矢量格式的數(shù)據(jù)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)所加載的數(shù)據(jù)是某村鎮(zhèn)1∶5萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行界面見圖3所示。根據(jù)設(shè)計(jì)的各個(gè)功能模塊的應(yīng)用情況不同，分別對(duì)各個(gè)功能模塊執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作，由于篇幅有限，下面只列舉顯示了數(shù)據(jù)查詢模塊。

(1)對(duì)于根據(jù)屬性查詢圖形模塊，首先要定義查詢條件，如圖4所示，所定義的查詢條件為“V12_USESTA=‘規(guī)劃區(qū)’”，對(duì)于查詢到的結(jié)果，可以進(jìn)行高亮顯示(圖5)。

(2)對(duì)于根據(jù)圖形查詢屬性，首先要拉框選擇圖形區(qū)域(圖6)，根據(jù)選擇的圖形區(qū)域，查詢出所在區(qū)域內(nèi)所有圖層要素的屬性信息(圖7)。

4 結(jié)論

圖3 系統(tǒng)界面Fig.3 System GUI

圖4 定義查詢條件Fig.4 Definition inquires condition

建設(shè)一個(gè)功能完善、運(yùn)行高效的農(nóng)村土地信息系統(tǒng)是當(dāng)前農(nóng)村土地管理的重要任務(wù)。此系統(tǒng)采用ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型建立了農(nóng)村土地?cái)?shù)據(jù)庫(kù);并在Visual C#環(huán)境下，基于ArcGIS開發(fā)組件ArcGIS Engine，采用C/S體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村土地信息系統(tǒng)，便于管理和利用農(nóng)村土地，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

對(duì)空間數(shù)據(jù)模型建立的好壞，直接影響到了該系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)的有效管理。為此，建立合理適用的空間數(shù)據(jù)模型，是下一步需要研究的工作。

高寵，劉強(qiáng).2008.基于ArcGIS Engine的羊安鎮(zhèn)土地利用信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［C］//《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集.北京:測(cè)繪出版社:1750-1755.

李兵.2003.基于GIS的土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)建設(shè)研究［D］.重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué).

劉健，劉強(qiáng).2010.基于ArcGIS Engine的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，(6):26-28.

劉小慶.2009.農(nóng)村國(guó)土調(diào)查信息提取及信息管理系統(tǒng)研制［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

王曉霞.2005.基于GIS的土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué).

嚴(yán)榮華，廖安平，陳利軍，等.2006.基于ArcSDE的國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)研究與實(shí)踐［J］.地理信息世界，(5):29-33.

張海軍，韓曉永，邊柳.2007.基于ArcGIS Engine的縣級(jí)土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.南陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，6(12):43-46.

張海軍.2006.基于ArcGIS Engine的縣級(jí)土地利用應(yīng)用系統(tǒng)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué).

張會(huì)會(huì).2011.基于ArcGIS Engine的縣域開發(fā)區(qū)土地集約利用評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究——以山東招遠(yuǎn)市為例［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué).

張艷.2007.基于.NET平臺(tái)和ArcGIS Engine的土地利用規(guī)劃信息系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué).

鄒建成，孫國(guó)平.2009.基于ArcGIS Engine與C#下城鎮(zhèn)地籍管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.城市勘測(cè)，(4):29-31.