基于GIS的山東省河流信息查詢與展示

摘 要：河流數(shù)據(jù)作為一種地理信息，一般由地圖進(jìn)行保存、展示，而地理信息系統(tǒng)（GIS）比傳統(tǒng)地圖的表現(xiàn)形式和內(nèi)容更加豐富。利用GIS可以更方便地展示、存儲(chǔ)和查詢河流信息，并對(duì)河流數(shù)據(jù)進(jìn)行空間緩沖區(qū)查詢，為相關(guān)部門制定決策提供依據(jù)。基于此，首先，選擇適用的軟件開發(fā)環(huán)境和開發(fā)語(yǔ)言，確定系統(tǒng)需要的開發(fā)技術(shù)和開發(fā)方法。其次，收集整理資料和數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的制作。再次，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建，建立河流信息查詢系統(tǒng)，開發(fā)用戶管理，GIS地圖顯示，河流信息的顯示、存儲(chǔ)和信息查詢等功能。最后，使用山東省河流數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，驗(yàn)證研究預(yù)期

目的。

關(guān)鍵詞：河流數(shù)據(jù)；屬性信息查詢；空間信息查詢；GIS二次開發(fā)

中圖分類號(hào)：P331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

以往，河流信息以傳統(tǒng)地圖的形式存儲(chǔ)與顯示，但傳統(tǒng)地圖不利于河流信息的屬性查詢、空間查詢等操作，基于地理信息系統(tǒng)的河流信息查詢與展示系統(tǒng)有利于處理和查詢相關(guān)地理數(shù)據(jù)，從而解決傳統(tǒng)地圖限制地理數(shù)據(jù)操作的問題[1]。因此，主要模擬山東省的河流信息查詢與展示操作，研究過程中以山東省的河流信息為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將河流信息的展示、存儲(chǔ)、查詢操作作為系統(tǒng)目標(biāo)?；贕IS的河流信息查詢與展示有利于突破傳統(tǒng)地圖保存地理數(shù)據(jù)的瓶頸，以便利用地理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、查詢操作，并有利于地理數(shù)據(jù)的更新與保存，推動(dòng)山東省河流數(shù)據(jù)信息化[2]。

1 需求分析

1.1 數(shù)據(jù)需求分析

數(shù)據(jù)需求分析是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)是確定系統(tǒng)需要的各種數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的過程，為后續(xù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1.1.1 基本數(shù)據(jù)收集

基于GIS的山東河流信息查詢與展示系統(tǒng)以山東省的河流信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需要山東省范圍內(nèi)的河流和省市行政區(qū)的基礎(chǔ)信息和地理信息，收集到的數(shù)據(jù)資料主要是全國(guó)范圍的信息，后期還需要處理數(shù)據(jù)。收集到的數(shù)據(jù)分為地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類。第一，地理空間數(shù)據(jù)以Shapefile格式進(jìn)行文本存儲(chǔ)，包括全國(guó)范圍的河流空間數(shù)據(jù)Rivers.shp、省市行政區(qū)數(shù)據(jù)Cities.shp、Provinces.shp等。其中，Rivers.shp屬于線圖層，Cities.shp、Provinces.shp屬于面圖層[3]。第二，屬性數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)、河流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和山東省各市區(qū)信息等，河流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的屬性表主要包含河流流域面積、河流長(zhǎng)度等信息，山東省各市區(qū)數(shù)據(jù)表主要包括占地面積等信息[4]。

1.1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理過程是對(duì)收集的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取需要的數(shù)據(jù)范圍。根據(jù)此系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的需求，將對(duì)以上全國(guó)范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行山東省范圍的提取操作。

將Cities.shp、Provinces.shp等矢量圖在ArcMap中打開（屬性表），通過屬性值選擇要素。在Cities.shp中選擇PROVINCE字段值為“山東省”的數(shù)據(jù)，并保存選擇要素為City.shp；在Provinces中選擇NAME字段值為“山東省”的數(shù)據(jù)，并保存選擇要素為Province.shp。將Rivers.shp在ArcMap中打開，并打開Select By Location對(duì)話框，設(shè)置Cities為Target layer、River.shp為Source layer，分別設(shè)置兩者相交的關(guān)系以及Target feature包括Source feature的關(guān)系，最后將兩個(gè)圖層合并，得到River.shp圖層。

將經(jīng)過以上處理得到的City.shp、Province.shp和River.shp文件進(jìn)行集成，在ArcMap中另存為地圖文件data.mxd。

1.2 功能需求分析

按照系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)，基于GIS的河流信息查詢與展示系統(tǒng)的基本功能包括用戶管理功能、地圖顯示功能和各種數(shù)據(jù)查詢功能等。各功能的具體內(nèi)容如下。第一，數(shù)據(jù)管理功能。此功能用于用戶信息管理，包括用戶注冊(cè)、用戶登錄[5]。第二，地圖顯示功能。此功能包括加載圖層文件，能實(shí)現(xiàn)地圖縮放、平移、漫游、鷹眼等基本的地圖顯示操作，保存地圖數(shù)據(jù)、圖層文件。第三，數(shù)據(jù)查詢功能。此功能包括屬性信息查詢和空間位置信息查詢[6]。屬性信息查詢主要按照屬性字段查詢河流信息，空間位置信息查詢主要在省市行政區(qū)確定的范圍內(nèi)查詢滿足相應(yīng)位置關(guān)系的河流。第四，空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)查詢功能。此功能主要是對(duì)地區(qū)的查詢，選擇河流和緩沖區(qū)大小，查詢哪些地區(qū)與該緩沖區(qū)相交。

2 系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇

數(shù)據(jù)庫(kù)是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)可以更好地管理和使用各種數(shù)據(jù)信息。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有Microsoft SQL Server、Oracle和Access等，本系統(tǒng)考慮操作界面的友好性、處理數(shù)據(jù)的能力和效率等因素，綜合考慮使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以存儲(chǔ)和管理屬性數(shù)據(jù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不能存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，遂采用傳統(tǒng)的Shapefile文件以存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

屬性數(shù)據(jù)包括用戶信息表、河流基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)表、山東省各市區(qū)信息的數(shù)據(jù)表等。其中，空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地圖文件中，但數(shù)據(jù)信息并未直接存儲(chǔ)其中，而是存儲(chǔ)在與該地圖文件相關(guān)聯(lián)的.shp、.prj、.dbf等文件中。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

根據(jù)系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容和需求分析，系統(tǒng)的總體架構(gòu)可以分為1個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)、1個(gè)非空間數(shù)據(jù)庫(kù)及1個(gè)統(tǒng)一的信息查詢與展示平臺(tái)。由VS 2013軟件開發(fā)平臺(tái)和ArcObjects二次開發(fā)組件完成河流信息查詢與展示系統(tǒng)的建立，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)配合系統(tǒng)完成系統(tǒng)整體工作。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能主要分為4個(gè)部分，每個(gè)部分的具體功能如下。第一，用戶數(shù)據(jù)管理功能。此功能主要用于系統(tǒng)用戶注冊(cè)和登錄賬號(hào)。第二，地圖顯示功能。用戶利用加載圖層的功能，向系統(tǒng)中添加地圖數(shù)據(jù)，以便地圖數(shù)據(jù)獲得縮放、平移、漫游、鷹眼等基本的地圖顯示功能，并可將查詢結(jié)果進(jìn)行展示、保存。第三，數(shù)據(jù)查詢功能。用戶可以數(shù)據(jù)借助此功能查詢河流信息的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶將鼠標(biāo)滑過地圖中的河流要素時(shí)，彈出的toolTip控件會(huì)顯示河流的屬性信息；用戶也可以根據(jù)河流的屬性信息進(jìn)行查詢，按照屬性字段值查詢河流信息；用戶還可以根據(jù)空間位置查詢，在省市行政區(qū)確定的范圍內(nèi)對(duì)滿足相應(yīng)位置關(guān)系的河流進(jìn)行查詢。第四，空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)查詢功能。用戶可以根據(jù)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)查詢功能查詢地區(qū)數(shù)據(jù)，確定河流和緩沖區(qū)的大小，查詢哪些地區(qū)與該緩沖區(qū)相交。

2.2.3 開發(fā)平臺(tái)

根據(jù)系統(tǒng)的各功能模塊，本系統(tǒng)采用的開發(fā)平臺(tái)是Visual Studio 2013。Visual Studio是Windows平臺(tái)應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，適合用于桌面應(yīng)用程序和移動(dòng)應(yīng)用程序的開發(fā)。該系統(tǒng)主要是由多個(gè)窗體組成的桌面應(yīng)用程序，因此Visual Studio是本系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序的良好選擇。

2.2.4 開發(fā)語(yǔ)言

該系統(tǒng)采用的開發(fā)語(yǔ)言是C#，這是一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，保留了C++的強(qiáng)大功能，具有友好的圖形界面特性。C#還可以進(jìn)行大量簡(jiǎn)單的窗體操作，如窗體顯示、傳值、移動(dòng)、關(guān)閉等，非常適合該系統(tǒng)的開發(fā)。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 地圖顯示

系統(tǒng)主頁(yè)面主要由1個(gè)axTOCControl控件、1個(gè)menuStrip控件、1個(gè)ToolbarControl控件、一個(gè)toolTip控件、一個(gè)ContextMenuStrip控件和2個(gè)axMapControl控件構(gòu)成。

主界面如圖2所示。

設(shè)置空間的Buddy屬性使得內(nèi)容表控件的圖層列表、工具條的操作數(shù)據(jù)與地圖顯示控件1的數(shù)據(jù)內(nèi)容保持一致。主頁(yè)面中的axMapControl控件1和axMapControl控件2形成鷹眼功能，使兩個(gè)控件中顯示的內(nèi)容保持一致，并讓控件1根據(jù)控件2中繪畫和移動(dòng)的矩形方框顯示地圖范圍。鷹眼通過在窗體加載時(shí)，應(yīng)用函數(shù)KeepLayerSame（）方法，使axMapControl控件2中地圖與axMapControl控件1的地圖保持一致。此外，axMapControl控件1中的顯示范圍會(huì)根據(jù)axMapControl控件2中畫的方框大小和位置而改變。

當(dāng)axMapControl控件2點(diǎn)擊右鍵畫矩形框時(shí)，axMap- Control控件1會(huì)根據(jù)矩形框的大小顯示地圖范圍；當(dāng)點(diǎn)擊左鍵時(shí)，axMapControl控件2中的對(duì)話框會(huì)隨點(diǎn)擊位置移動(dòng)，此時(shí)axMapControl控件1顯示的地圖范圍也會(huì)隨之變化。

ContextMenuStrip控件可以顯示菜單，并可以不固定在某一位置，而是根據(jù)具體需要進(jìn)行顯示。當(dāng)在axTOCControl控件中某一圖層上點(diǎn)擊右鍵時(shí)，界面會(huì)顯示ContextMenuStrip控件，并彈出對(duì)的刪除圖層、添加圖層、清空?qǐng)D層、圖層上移、圖層下移及打開屬性表的選項(xiàng)。ContextMenuStrip控件表單設(shè)計(jì)如圖3所示。

打開屬性表功能主要通過dataGridView控件完成，先利用圖層的FeatureClass獲得該圖層的各屬性名并賦值給dataGridView控件，作為屬性表的表頭；再使用FeatureClass的Search方法，并將查詢條件設(shè)置為NULL，以獲得所有要素；最后對(duì)每一個(gè)要素進(jìn)行遍歷，dataGridView控件使用Rows.Add方法將其添加到dataGridView表中，以獲得完整的屬性表。

3.2 數(shù)據(jù)查詢

3.2.1 屬性數(shù)據(jù)查詢

屬性數(shù)據(jù)查詢主要針對(duì)河流的基礎(chǔ)信息進(jìn)行查

詢。當(dāng)鼠標(biāo)從axTOCControl控件1上劃過時(shí)，界面會(huì)顯示河流的名字、長(zhǎng)度和流域面積。這主要是axTO- CControl控件1的onMouseMove事件所起的作用，在觸發(fā)該事件后，使用FeatureLayer的get_TipText方法，傳入鼠標(biāo)此時(shí)的坐標(biāo)作為參數(shù)，根據(jù)設(shè)置圖層的DisplayField（顯示字段），返回鼠標(biāo)所指要素的字段值，并由toolTip控件顯示返回內(nèi)容。

3.2.2 空間數(shù)據(jù)查詢

空間數(shù)據(jù)查詢主要根據(jù)省市行政區(qū)的要素范圍與河流的空間位置進(jìn)行空間查詢。算法實(shí)現(xiàn)通過ArcObjects組件提供的QueryFilter和SpatialFilter對(duì)象創(chuàng)建查詢。查詢河流信息時(shí)，首先，應(yīng)在選擇地區(qū)時(shí)創(chuàng)建QueryFilter對(duì)象，對(duì)其whereclause屬性設(shè)置過濾條件“NAME=comboBox1.SelectedItem.ToString（）”，

查詢?cè)摰貐^(qū)要素CityFeature；其次，創(chuàng)建兩個(gè)SpatialFilter

對(duì)象，并將這兩個(gè)對(duì)象的Geometry屬性設(shè)為polygon，

將其SpatialRel屬性分別設(shè)為esriSpatialRelCrosses和

esriSpatialRelContains；最后，根據(jù)RiverFeature的Feature-

Class的Search方法創(chuàng)建FeatureCursor對(duì)象。

3.3 緩沖區(qū)查詢

河流的緩沖區(qū)查詢也屬于空間屬性查詢，主要根據(jù)所選的河流要素及緩沖區(qū)的尺寸建立Polyline緩沖區(qū)，以獲得一個(gè)多邊形區(qū)域，再查詢?cè)摱噙呅螀^(qū)域與市級(jí)行政區(qū)域圖中各要素之間的空間關(guān)系。緩沖區(qū)的空間查詢操作借助了ITopologicalOperator接口，此接口主要是對(duì)已存在的一個(gè)或多個(gè)圖形進(jìn)行拓?fù)溥壿嬯P(guān)系運(yùn)算，繼而產(chǎn)生一個(gè)新的緩沖區(qū)圖形，借助該圖形再進(jìn)行空間查詢操作。

首先，創(chuàng)建QueryFilter對(duì)象時(shí)應(yīng)先查找和選擇河流要素riverFeature，再通過riverFeature的Geometry屬

性創(chuàng)建TopologicalOperator對(duì)象，選擇TopologicalOperator

對(duì)象的緩沖區(qū)大小。由于行政區(qū)圖的單位為角度，并且ITopologicalOperator接口中Buffer方法的單位與地圖單位一致，因此該緩沖區(qū)的距離單位也是角度。通過分析得到新的緩沖區(qū)圖形后，創(chuàng)建SpatialFilter對(duì)象，對(duì)該緩沖區(qū)與City要素查詢相交關(guān)系，顯示地區(qū)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

GIS系統(tǒng)采用自頂向下、逐步求精和模塊化的程序編寫原則，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的整體功能，四個(gè)功能模塊層次清晰，用戶能夠便捷地使用本系統(tǒng)。通過灌區(qū)需水量預(yù)報(bào)系統(tǒng)，用戶可以進(jìn)行以下操作：（1）進(jìn)行賬號(hào)注冊(cè)、賬號(hào)登錄；（2）利用加載圖層功能，向系統(tǒng)中添加地圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)縮放、平移、漫游、鷹眼等基本地圖顯示功能，并將查詢結(jié)果進(jìn)行展示、保存；（3）可以根據(jù)數(shù)據(jù)查詢功能對(duì)河流信息進(jìn)行屬性信息查詢和空間位置信息查詢；（4）可以根據(jù)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)查詢功能來查詢地區(qū)數(shù)據(jù)，確定河流和緩沖區(qū)的大小，查詢哪些地區(qū)與該緩沖區(qū)相交。

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收稿日期：2024-10-22

作者簡(jiǎn)介：王喜華（1973—），女，山東莘縣人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象服務(wù)。#通信作者：張慶雷（1992—），男，山東陽(yáng)谷人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象服務(wù)，E-mail：zql3550@126.com。