基于GIS 的鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)*

劉若翔，劉 剛

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪院勘查院，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

傳統(tǒng)的鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃多是基于文檔型的說明，難以直觀地充分反應(yīng)規(guī)劃的地理空間位置信息。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)是在計算機軟硬件支持下，以采集、存儲、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，并回答用戶問題等為主要任務(wù)的計算機系統(tǒng)［1］。系統(tǒng)設(shè)計支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題，基于影像圖和規(guī)劃圖展示鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，方便管理者對規(guī)劃的精確掌握，并在實施過程中進行調(diào)度。用戶通過對規(guī)劃內(nèi)容的選取，可動態(tài)的查看各類規(guī)劃內(nèi)容，同時還可以根據(jù)規(guī)劃的實施進度調(diào)整規(guī)劃方案，發(fā)揮規(guī)劃實施調(diào)度作用。

1 應(yīng)用區(qū)概況

甘肅省西和縣，位于隴南山區(qū)，偏僻而貧窮，既沒有高速公路，也沒有直達火車，屬于國家級貧困縣。2012 年甘肅省開展了“聯(lián)村聯(lián)戶，為民富民”行動，目的就是共同發(fā)展共同致富。甘肅省地礦局幫扶西和縣蘇合鄉(xiāng)和石堡鄉(xiāng)共19 個村，為了提高幫扶質(zhì)量，將幫扶做實，甘肅省省地礦局協(xié)助各村編制了5 年發(fā)展規(guī)劃，同時利用地圖展示規(guī)劃項目，達到協(xié)助各村實施和調(diào)度規(guī)劃項目的目的。系統(tǒng)建設(shè)以19 個村的地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加載鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，建設(shè)鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃與實施調(diào)度系統(tǒng)。

2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)預(yù)處理

2．1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

針對蘇合鄉(xiāng)和石堡鄉(xiāng)19 個村處理基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，對蘇合鄉(xiāng)和石堡鄉(xiāng)影像數(shù)據(jù)及線劃數(shù)據(jù)進行拼接和裁切處理以滿足平臺使用。線狀要素為:行政村界線數(shù)據(jù)，道路數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)。點狀要素為:行政村名，道路名和河流名。對線狀要素和點狀要素進行脫密、分層、符號化，整飾等處理以滿足平臺使用。本項目采用第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)，進行平臺數(shù)據(jù)入庫。

2．2 規(guī)劃數(shù)據(jù)

規(guī)劃數(shù)據(jù)集包括5 年規(guī)劃數(shù)據(jù)，通過收集相關(guān)資料，進行整理入庫，主要有:新修道路，新修引水工程，地災(zāi)防治工程等近中遠規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2．3 輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)

用戶根據(jù)實際情況利用收集整理土地資源、植物及種植養(yǎng)殖資源、水力資源、交通資源、人力財力資源、建設(shè)項目資源、環(huán)境資源、文化資源、信息資源用于輔助規(guī)劃。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3．1 地理數(shù)據(jù)庫技術(shù)

空間對象如何得到統(tǒng)一有序的管理，實現(xiàn)動態(tài)存儲、高效檢索，這些都離不開空間數(shù)據(jù)庫所提供的技術(shù)［2］。地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)是目前對地理數(shù)據(jù)存儲和操作的主流數(shù)據(jù)庫技術(shù)，系統(tǒng)利用地理數(shù)據(jù)庫技術(shù)將19 個村的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一分層命名并存入數(shù)據(jù)庫，這樣方便了數(shù)據(jù)的組織和操作。

3．2 面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計方法

面向?qū)ο蠹夹g(shù)日趨成熟，并在計算機軟件設(shè)計、工程應(yīng)用和項目開發(fā)等領(lǐng)域得到日益廣泛的采納［3］。面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計方法是當(dāng)今大型軟件系統(tǒng)開發(fā)使用的主要設(shè)計、分析、實現(xiàn)方法，利用這種方法系統(tǒng)設(shè)計人員能夠掌握系統(tǒng)的本質(zhì)，提高了開發(fā)的效率和質(zhì)量，同時系統(tǒng)也相對穩(wěn)定。

3．3 模塊化設(shè)計方法

模塊化設(shè)計方法的優(yōu)點:首先是各個模塊之間相對獨立，可以對模塊單獨進行設(shè)計、調(diào)試、修改和存儲，不同開發(fā)人員都可以進行開發(fā)使用;其次模塊接口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，模塊間可以相互交換，從而使模塊滿足更大數(shù)量的需要;最后就是模塊化設(shè)計方法通用性強，有利于實現(xiàn)橫系列、縱系列軟件間的模塊的通用，實現(xiàn)跨系統(tǒng)模塊的通用。

系統(tǒng)模塊主要有:規(guī)劃展示模塊，符號庫管理模塊、圖件標(biāo)繪與輸出模塊、多媒體展示模塊、三維展示模塊、地圖瀏覽模塊、數(shù)據(jù)集成模塊和地圖打印模塊。系統(tǒng)各個模塊之間的關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)模塊關(guān)系圖Fig．1 The relationship diagram of rural planning and implementation scheduling system module

3．4 COM(組件)技術(shù)

組件技術(shù)的發(fā)展為快速高效定制應(yīng)用型GIS 系統(tǒng)提供了支持［4］。組件式軟件技術(shù)可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具進行集成開發(fā)，形成最終的GIS 應(yīng)用?？紤]到功能適應(yīng)性和開發(fā)可靠性，本系統(tǒng)開發(fā)的總體思路是采用VC 可視化開發(fā)語言+ArcObjects+空間數(shù)據(jù)庫引擎+關(guān)系數(shù)據(jù)庫，形成中型地理信息系統(tǒng)的典型解決方案。通過引用ArcObjects 組件或控件實現(xiàn)特定功能［5］。在組件對象的基礎(chǔ)上開發(fā)強大、靈活的應(yīng)用系統(tǒng)，以適應(yīng)運行的各種需求，同時又力求成本低、穩(wěn)定性高、功能全面。提交使用后，系統(tǒng)運行不需要依賴專用軟件平臺環(huán)境。

4 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)基于ArcGIS 平臺開發(fā)，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和輔助規(guī)劃數(shù)據(jù)為系統(tǒng)應(yīng)用核心，通過數(shù)據(jù)的集成以及對功能的開發(fā)，系統(tǒng)接口遵循基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，滿足信息系統(tǒng)使用。系統(tǒng)設(shè)計包括:基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)預(yù)處理和入庫、系統(tǒng)開發(fā)與功能實現(xiàn)，三維場景構(gòu)建。

4．1 技術(shù)路線

構(gòu)建系統(tǒng)基礎(chǔ)框架，完成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計、開發(fā)，進行系統(tǒng)調(diào)試和試運行;進行數(shù)據(jù)收集、整理、入庫，結(jié)合應(yīng)用專題實現(xiàn)系統(tǒng)貫通。系統(tǒng)技術(shù)路線，見圖2。

圖2 鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)技術(shù)路線Fig．2 The technology route of rual planning and implementation scheduling system

4．1．1 前期準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備工作有:前期需求調(diào)研分析，基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)置，相關(guān)文檔的編寫。

4．1．2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與開發(fā)

實現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、調(diào)用、管理等功能。整個項目的最終成果即一套應(yīng)用系統(tǒng)、一套數(shù)據(jù)庫成果。系統(tǒng)的正常運行離不開數(shù)據(jù)庫的支撐，數(shù)據(jù)庫是整個信息系統(tǒng)的基石，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)劣成為影響整個系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)庫的性能直接影響整個系統(tǒng)的性能，在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，主要從以下幾個方面出發(fā):滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲、讀取需求，能夠滿足數(shù)據(jù)存儲需求，數(shù)據(jù)便于最終用戶訪問，具有良好的數(shù)據(jù)庫安全機制，數(shù)據(jù)庫整體性能合理，盡可能少地存儲冗余數(shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)現(xiàn)實性。數(shù)據(jù)良好的存貯結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的，同時應(yīng)最大程度地減少數(shù)據(jù)冗余，保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性、安全性和時效性。

4．1．3 系統(tǒng)功能開發(fā)

開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計模塊功能，實現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。本系統(tǒng)開發(fā)采用TEpro 的擴展模塊TerraDeveloper，集成二次開發(fā)模式進行，利用C#語言進行二次開發(fā)。

4．1．4 數(shù)據(jù)資料分析、整理、入庫

將系統(tǒng)所需基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的申請、整理和整合，形成整合的空間數(shù)據(jù)信息。

4．1．5 調(diào)試與試運行

系統(tǒng)建設(shè)初步完成后進行試運行，進行調(diào)試修改，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，經(jīng)過相關(guān)部門的驗收投入正式使用。

4．2 系統(tǒng)基本框架

鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)通過核心數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)管理與邏輯實現(xiàn)層和系統(tǒng)模塊層3 層結(jié)構(gòu)予以實現(xiàn)。核心數(shù)據(jù)層以數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的存儲;系統(tǒng)管理與邏輯實現(xiàn)層為系統(tǒng)開發(fā)管理整合，包括開發(fā)語言、GIS 組件及數(shù)據(jù)庫引擎，管理調(diào)用基礎(chǔ)地理信息和輔助規(guī)劃信息;系統(tǒng)模塊層主要是系統(tǒng)的各個模塊的實現(xiàn)。系統(tǒng)基本框架，見圖3。

圖3 鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)基本框架Fig．3 The basic framework of rural planning and implementation scheduling system

5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要功能模塊包括:規(guī)劃展示模塊、圖件標(biāo)繪與輸出模塊、符號庫管理模塊、三維展示模塊、數(shù)據(jù)集成模塊，地圖瀏覽模塊和多媒體展示模塊。

5．1 規(guī)劃展示模塊

用戶通過對多個分層規(guī)劃數(shù)據(jù)進行選取，將規(guī)劃展示數(shù)據(jù)加載至基礎(chǔ)地理要素層上，這里平臺提供影像底圖進行規(guī)劃展示。便于用戶查看規(guī)劃數(shù)據(jù)。規(guī)劃展示，如圖4 所示。

圖4 規(guī)劃展示Fig．4 Planning results exhibition

5．2 圖件標(biāo)繪與輸出模塊

用戶選擇標(biāo)繪的圖層，利用平臺提供簡單的點線面、文字標(biāo)繪、撤銷，重復(fù)以及刪除工具，在底圖為影像的基礎(chǔ)上繪制規(guī)劃內(nèi)容或刪除規(guī)劃內(nèi)容，便于用戶對規(guī)劃的添加與修改。同時平臺提供屏幕截圖預(yù)覽與輸出功能，用戶對感興趣的規(guī)劃內(nèi)容可以進行屏幕截圖并保存為圖片，便于對規(guī)劃項目的直觀描述與查看。

5．3 符號庫管理模塊

對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)的符號文件(* ．Style)進行管理，用戶可以選擇相應(yīng)的符號對標(biāo)繪的規(guī)劃數(shù)據(jù)進行符號制定與修改，完成規(guī)劃數(shù)據(jù)的符號化。

5．4 三維展示模塊

平臺集成長壩鎮(zhèn)三維場景數(shù)據(jù)集，并加載主要基礎(chǔ)地理要素，實現(xiàn)各村的三維瀏覽，如圖5 所示。

圖5 三維展示Fig．5 3D display

5．5 數(shù)據(jù)集成模塊

對基礎(chǔ)地理要素和規(guī)劃數(shù)據(jù)進行分層集成管理。

5．6 地圖瀏覽模塊

對地圖進行放大、縮小、漫游，刷新和復(fù)位功能，便于對基礎(chǔ)地理要素和規(guī)劃內(nèi)容的瀏覽，尤其針對用戶感興趣的某個項目可以結(jié)合影像與線劃圖進行查看。同時平臺提供距離量算和面積量算，便于用戶對現(xiàn)狀規(guī)劃項目長度以及面狀規(guī)劃項目面積的精確量算。

5．7 多媒體展示模塊

集成雙聯(lián)工作影像和工作亮點資料數(shù)據(jù)，為展示匯報服務(wù)。工作影像，如圖6 所示。

圖6 工作影像Fig．6 Work pictures

6 集成創(chuàng)新

鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)在甘肅省屬于首次建設(shè)應(yīng)用，其建設(shè)的意義不僅僅在于一兩個鄉(xiāng)村使用地理空間技術(shù)，而是在于通過可視化的技術(shù)支撐鄉(xiāng)村規(guī)劃的實施調(diào)度、信息輔助、項目運作，具有大面積的推廣應(yīng)用價值，能方便地在鄉(xiāng)村定制，通過正常有序的運行，能夠促進鄉(xiāng)村的整體有序和可持續(xù)的發(fā)展。

作為鄉(xiāng)村規(guī)劃實施調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用簡單，能夠適應(yīng)鄉(xiāng)政府的日常工作。系統(tǒng)充分考慮了鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃圖件編制流程，使技術(shù)員能夠利用系統(tǒng)快速成圖，為鄉(xiāng)村項目立項、規(guī)劃運作、實施調(diào)度提供及時的地理空間技術(shù)支撐。同時，系統(tǒng)設(shè)計采用數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)無關(guān)的模式，其優(yōu)點在于信息系統(tǒng)的可定制和強通用性，系統(tǒng)可以在任何鄉(xiāng)政府安裝，數(shù)據(jù)獨立處理打包后只需要進行數(shù)據(jù)的加載即可使用。

7 結(jié)束語

本文的目的在于以地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加載鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，建設(shè)鄉(xiāng)村規(guī)劃調(diào)度系統(tǒng)，挖掘地理信息數(shù)據(jù)和技術(shù)在鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃與建設(shè)實施調(diào)度過程中的服務(wù)價值和作用，探索地理信息技術(shù)服務(wù)于鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃與建設(shè)實施調(diào)度領(lǐng)域的方法和模式。

應(yīng)用地理信息技術(shù)，在鄉(xiāng)村規(guī)劃調(diào)度系統(tǒng)上整合各類資源，布局和運作鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃，調(diào)度重大項目實施，顯化和展示規(guī)劃實施成效。開發(fā)地圖標(biāo)繪、輸出工具，協(xié)助分村規(guī)劃方案的編制，方便鄉(xiāng)村項目立項申報和空間調(diào)度協(xié)調(diào)，服務(wù)于鄉(xiāng)政府在鄉(xiāng)村發(fā)展規(guī)劃中的決策。

［1］ 吳信才． 地理信息系統(tǒng)原理與方法［M］． 北京:電子工業(yè)出版社，2009．

［2］ 東凱，方裕．空間數(shù)據(jù)庫模型概念與結(jié)構(gòu)研究［J］．地理信息世界，2004(2):8 -13．

［3］ 王洪濤．基于ArcSDE 的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究［D］．武漢:武漢理工大學(xué)，2009．

［4］ 羅芳，安廷波．基于組件技術(shù)進行應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)開發(fā)［C］．廣州:廣東省測繪學(xué)會，2010．

［5］ 張正祥． 基于Arcobjects 的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)與實現(xiàn)——以東北師范大學(xué)校園信息管理系統(tǒng)為例［D］． 長春:東北師范大學(xué)，2003．