基于GIS的黑龍江資源信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文慧，孫書言，王翰琦，賀龍華，陳曉東，董麗昕，李繼紅

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

黑龍江省的礦產(chǎn)資源不僅種類繁多，而且儲量豐富。目前我國發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)總計(jì)234種，其中黑龍江省就有132種，已查明儲量的礦產(chǎn)為81種。其中，礦產(chǎn)資源以石油、煤炭、黃金、石墨最為著名，除此之外，鐵礦和金礦等也比較豐富。僅就煤礦而言，黑龍江省擁有黑河、雞西、鶴崗、七臺河和雙鴨山五個礦區(qū)，是中國重要的煤炭產(chǎn)地之一。雖然擁有豐富的礦產(chǎn)資源，但是礦業(yè)發(fā)展不平衡，開發(fā)程度和市場程度明顯不足[1]。為科學(xué)管理、有效運(yùn)營礦產(chǎn)資源，提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏?，建立綜合性的礦產(chǎn)資源信息管理系統(tǒng)是非常有必要的。

國內(nèi)的研究主要集中在礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理。葉玉豐[2]、王繼瑩[3]、劉哲[4]、華曉燕[5]和閆金梅[6]等對GIS礦產(chǎn)資源系統(tǒng)的研究比較多。近年來，隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，在礦產(chǎn)資源管理、數(shù)字礦山的建立和礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境評價(jià)等方面的應(yīng)用也不斷加強(qiáng)[7-10]。但是客觀地說，我國在應(yīng)用GIS技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源管理方面的研究還相對落后[11-12]。本文基于GIS的黑龍江省礦產(chǎn)資源信息管理系統(tǒng)將應(yīng)用于黑龍江省的礦產(chǎn)管理與分析，從而更好地進(jìn)行安全生產(chǎn)管理工作。

1 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)基于 ArcGIS Engine 組件開發(fā)技術(shù)，使用Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下的C#作為開發(fā)語言，選擇C/S即客戶端/服務(wù)器作為運(yùn)行模型。這種運(yùn)行模型的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠提高對圖形數(shù)據(jù)的編輯處理能力，提高空間數(shù)據(jù)的存儲效率，實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的保密性和安全性。由于礦產(chǎn)資源不僅包含空間數(shù)據(jù)又包含屬性數(shù)據(jù)，即各種地理數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、各種信息表、文字信息等，因此選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008來存儲和管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該平臺主要由表現(xiàn)層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層組成。其中，表現(xiàn)層是以C#語言開發(fā)的桌面客戶端，包括菜單欄、工具欄、地圖顯示窗體、制圖窗體、狀態(tài)欄等。數(shù)據(jù)層作為一個實(shí)體層，用以存放該平臺的信息資源，一方面用于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的“讀”數(shù)據(jù)操作，另一方面用于對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的“寫”操作。應(yīng)用層是使用ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，幫助用戶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問、地圖顯示、地圖分析等基本的服務(wù)。

2 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)需求分析是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)效能良好發(fā)揮的關(guān)鍵，明確系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目的對于系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義。根據(jù)分析目前我國礦產(chǎn)資源的管理情況，結(jié)合礦產(chǎn)資源在黑龍江省的具體分布狀態(tài)，確定系統(tǒng)需求為：實(shí)現(xiàn)對黑龍江省礦產(chǎn)資源信息的顯示與更新、空間信息檢索、屬性信息統(tǒng)計(jì)以及其他的空間分析等內(nèi)容。針對需求分析，確定了系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，同時(shí)選用數(shù)據(jù)流程圖分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求模型，如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

在目前的地理信息系統(tǒng)中，主要存在兩種運(yùn)行模式，即C/S模式和B/S模式，雖然B/S模式操作相對簡單，但是在這種模式下，圖形編輯處理能力明顯不足，在資源信息管理系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中，采用的是C/S模式，以此來滿足系統(tǒng)處理海量數(shù)據(jù)的要求。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合需求分析的內(nèi)容，得到系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)需求模型

圖2 系統(tǒng)總體體系結(jié)構(gòu)圖

3.2 模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析得到的結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)內(nèi)容，在對系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)中，礦產(chǎn)資源信息監(jiān)測系統(tǒng)主要分為地圖瀏覽、空間分析、數(shù)據(jù)更新、查詢分析、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)管理七大模塊，如圖3所示。項(xiàng)目實(shí)施的步驟包括資料收集與需求分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)環(huán)境配置、數(shù)據(jù)建庫與系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)集成與測試。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.3.1 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)

礦產(chǎn)資源監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建庫前提是要有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和規(guī)劃專題數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實(shí)體之間存在著各種關(guān)系。其中，在基礎(chǔ)地質(zhì)信息中，包括地質(zhì)、成礦區(qū)、巖體。在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中，交通信息包括公路信息和鐵路信息；水系信息包括水庫、湖泊等面狀信息和水渠、河流等線狀信息；行政區(qū)域信息中包含省、市、縣、鄉(xiāng)四級信息等等。此外，行政界線是以黑龍江省行政區(qū)劃為準(zhǔn)，高程信息由黑龍江省地形圖提取獲得。

圖3 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 空間數(shù)據(jù)庫的建立

空間數(shù)據(jù)庫，即圖形數(shù)據(jù)庫，記錄的是研究區(qū)域內(nèi)圖元和矢量圖形的基本信息。建立空間數(shù)據(jù)庫的目的是實(shí)現(xiàn)對研究區(qū)域內(nèi)圖形數(shù)據(jù)的組織和管理。在建庫之前，要明確數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的類型。在本研究中，空間數(shù)據(jù)庫主要分為地形圖層、礦產(chǎn)資源專題圖層和地質(zhì)信息層，而地形圖圖層中又有描述地形的各類地理要素，即居民點(diǎn)、交通線路、水系和地形地貌等。建庫的過程是將收集來的紙質(zhì)數(shù)據(jù)通過地圖數(shù)字化，建立地理、地質(zhì)等圖層，然后通過點(diǎn)編輯和線編輯建立拓?fù)?，研究空間數(shù)據(jù)庫的圖形特征參數(shù)、圖層編碼與分類方式和數(shù)據(jù)格式，結(jié)合屬性數(shù)據(jù)庫的連接方式，將處理后的地圖數(shù)據(jù)檢查后建庫處理。

3.3.3 屬性數(shù)據(jù)庫的建立

屬性數(shù)據(jù)庫是用以存儲圖元要素的特征值、文本信息和相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的信息庫。屬性數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計(jì)、查詢和更新等操作密切相關(guān)，是通過將收集來的資料進(jìn)行預(yù)處理，編輯圖元編號等字段后得到的。屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫通過關(guān)鍵字連接，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫建立之后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后的屬性連接，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式得到礦產(chǎn)資源信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的核心部分。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 功能界面設(shè)計(jì)

在Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境中通常所使用的控件被封裝起來，當(dāng)使用的時(shí)候只進(jìn)行實(shí)例化調(diào)用即可。根據(jù)以上進(jìn)行的系統(tǒng)功能框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，使用Visual Studio 2008可視化開發(fā)功能完成系統(tǒng)功能界面的設(shè)計(jì)。即在窗體上添加MenuStrip、MapControl、TOCControl、Linsence、TextBox、Label和Button等控件，并為相應(yīng)控件按照系統(tǒng)需要重新進(jìn)行規(guī)范化命名。然后根據(jù)美觀對系統(tǒng)進(jìn)行布局調(diào)整，并為系統(tǒng)窗體，以及相應(yīng)的按鈕添加背景圖片。以上完成了系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。

4.2 系統(tǒng)的邏輯功能的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)以及界面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過C#語言調(diào)用ArcGIS Engine的IMap、IFeature等接口實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、空間分析、數(shù)據(jù)更新等地圖操作。使用C#的ADO·NET對象完成數(shù)據(jù)庫的相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的增刪改查功能。使用相應(yīng)的邏輯代碼實(shí)現(xiàn)每個系統(tǒng)控件的功能。

4.3 系統(tǒng)的測試與封裝

在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的具體功能以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行測試并根據(jù)測試提交的漏洞進(jìn)行代碼的修改。主要進(jìn)行的系統(tǒng)測試有功能測試，兼容性測試、健壯性測試，性能測試，強(qiáng)度測試，用戶界面測試，安全測試、可靠性測試、安裝/卸載測試、恢復(fù)測試等。在系統(tǒng)測試完成后，將系統(tǒng)進(jìn)行打包封裝成可安裝的EXE程序，完成系統(tǒng)的開發(fā)過程。

5 結(jié)束語

本文是在Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境下，使用SQL Server 2008作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，C#語言作為開發(fā)語言，在ArcGIS Engine的基礎(chǔ)上進(jìn)行的GIS二次開發(fā)的實(shí)例。旨在介紹設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)黑龍江省礦產(chǎn)資源信息管理系統(tǒng)的整體流程。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對黑龍江省礦產(chǎn)資源專題圖的瀏覽、查詢、編輯、空間查詢和分析等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)能夠?yàn)榈V產(chǎn)資源信息管理人員快速掌握所屬地區(qū)的礦產(chǎn)資源信息提供技術(shù)支持，可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對礦產(chǎn)資源進(jìn)行有效的管理，從而使礦產(chǎn)資源管理進(jìn)入一個嶄新的數(shù)字化管理時(shí)代，同時(shí)也大大提高工作效率，在該領(lǐng)域具有重要的意義。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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