基于组件式GIS的滹沱河河道地理信息管理系统的研制.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.19M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 基于组件式 GIS 的滹沱河河道地理信息管理系统的研制王卓，樊贵盛太原理工大学，水利科学与工程学院，太原（030024） E-mai:wz031324@126.com 摘要：为全面提升河道管理水平和为河道提供规划决策,本文研制了滹沱河河道地理信息管理系统。该管理系统基于 Visual Basic6.0 与 ArcObjects 组件的方式构建,既实现了 GIS 的基本功能，又实现了图像、文档、表格的查询、显示以及一定的图形编辑操作等。研制的滹沱河河道地理信息管理系统基本满足了河道信息自动采集、存储、分析、查询、管理、输出和应用的需求，为河道管理决策、规划、治理提供了有力的技术支撑。关键字：ArcGIS；ArcObjects；河道地理信息；滹沱河中图分类号：TV212.5+2 1. 引言随着“数字化流域”的构建，水利信息管理现代化的要求，有着信息密集型特点的水利行业对信息的依赖程度越来越高，用传统的手工方式对河道进行管理的力不从心的问题日趋凸显，因此应用信息技术、计算机技术，加强水利非工程措施建设和水利政务办公自动化，实现水利信息的采集、传输、处理以及决策的现代化是一种必然。目前，国内在河道信息化的研究和建设中，以长江和黄河河道最具代表。长江河道重点研究河道演变，黄河河道重点研究泥沙治理。武汉大学和长江水利委员会共同编制的河道地理信息系统的设计与实现[1]，系统充分利用长江不同时期的河道观测成果，提高河道及水文分析计算，优化河道演变分析计算方法进行了详细论述。而黄河水利科学研究院编制的泥沙灾害数据库的研究与开发[2]，结合黄河水文、泥沙特点，建立了黄河泥沙灾害数据库,并且开发和编制了水文泥沙分析计算、洪水要素统计和数据、图象处理等软件包，与泥沙灾害数据库集成一体化，以构成适用于泥沙灾害防治决策支持系统的数据库系统。本系统针对滹沱河全长 605km，平均纵坡 2.17‰，流域面积 25168km2 的实际，定位中小流域的信息管理系统，建设与河道现代化管理要求和地区社会经济发展需求相适应的信息化管理系统。其基础工作是滹沱河流域所有河流的自然属性、水环境、建筑工程、流域管理方面的信息图库要达到水利工程信息化管理的要求。通过基于 Visual Basic6.0 与 ArcObjects 构建的滹沱河河道地理信息管理系统，实现的主要管理功能包括：滹沱河流域河道自然属性、河道水环境、河道建筑工程、河道流域管理的信息时空分析软件的应用；骨干河道信息采集系统的实现和管理。为滹沱河流域河道管理和规划决策提供了信息平台和科学依据。 2. 河道地理信息管理系统需求分析 2.1 河道管理的目标在分析了滹沱河河道信息现状基础上，首先提出河道地理信息的分类建库，将数字化地图根据其各自属性的不同特点建立满足用户和地理信息系统要求的数据库。以实现数据采集、存储、管理和查询检索功能，然后利用开发平台及高级编程环境，通过空间分析计算，建立满足用户需求和设计要求的智能化信息系统。为河道现代化管理及其它水利工程规划部 - 1 -

中国科技论文在线门的决策提供可靠依据。 2.2 河道管理的内容 http://www.paper.edu.cn 流域内所有河流的自然属性信息图库，包括等高点、等高线、村镇、公路、铁路、标志性建筑物、市县范围、流域范围；水环境信息库包括支流、引排水口、泵站、临时取水口、排污口；水利建筑工程信息库包括河道大型点工程、堤防，防护林；流域管理信息库包括水利管理机构、水质监测点、水文站等。 2.3 系统功能结构设计建立科学性和实用性的信息管理系统的关键是系统设计者对用户需求的了解程度。对河道地理信息管理系统有以下几个方面的需求：（1）建立基于 GIS 管理的不同测量时期河道地理信息数据库。（2）数据库管理（包括历史、现状数据的输入及信息检索查询）。（3）数据分析计算（包括空间分析、图形分析、统计分析等）。（4）地理信息查询（包括时空变化信息、地理数据信息等）。（5）图表输出。系统功能和结构设计见图 1. 地图基本操作滹沱河流域河道 GIS 信息管理系统地图操作 “空间-属性” 信息查询信息数据维护信息查询与输出地物名称查询河道信息查询水环境信息查询堤防信息查询河道信息维护堤防信息维护水库信息维护空间数据分析河道基本信息查询河道水文特征查询河道建筑物信息查询相关图像数据查询图1 滹沱河河道地理信息管理系统功能和结构设计 3. 滹沱河河道地理信息管理系统体系结构 3.1 开发方式的选择 GIS 的开发方式有 3 种：独立开发，二次开发和组件开发。前两种开发方式对于大多数 - 2 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 开发者来说，由于能力，时间，财力方面的限制或编程语言的限制，产品或程序的功能不尽如人意。GIS 组件为开发人员提供了一个快速、易用、功能强大的地图化组件，用户将 GIS 组件真正无缝地嵌入到可视化语言开发的应用程序中，方便地实现 GIS 功能，与其他开发方式相比，利用组件式 GIS 开发速度快，占用资源少，而且易实现许多底层的编程和开发功能[3]。结合已有的 ArcGIS 知识和此中小流域信息管理系统要实现的功能，本系统最终采用基于 Visual Basic6.0 与 ArcObjects 组件构建滹沱河河道地理信息管理系统。 3.2 河道地理信息管理系统体系结构终端用户终端用户终端用户终端用户终端用户目前比较流行的河道信息管理系统设计体系构架主要有两种：基于客户端/服务器（C/S）模式和基于客户浏览器/服务器（B/S）模式。C/S 模式的优点：系统运行稳定；技术实现成熟、简洁；安全性、保密性强；缺点是系统维护复杂和难于实现跨平台运行。B/S 模式的优点是：系统维护方便、简单；可跨平台操作；系统容易扩充；缺点是安全性能较差。经过比较，可以看出基于 B/S 构架的信息系统维护方便，快捷，但安全性能欠佳。基于 C/S 构架的信息系统运行稳定、安全性能好，但可维护性尚待改进。若两者结合，把保密性一般的用于信息发布和供查询检索的信息数据进行归类，开发成基于 B/S 构架的信息模块，把保密性强、 GIS 功能及应用平干支流共享信息平台空间数据库属性数据库图像数据库功能接口基于 WEB 的 B/S 浏览基于 GIS 的 C/S 浏览防洪预警平台水库管理系统堤防管理平台台功能接口图2 滹沱河河道地理信息管理系统体系框架图适于小范围操作的信息数据归类，开发成基于 C/S 构架的信息模块，然后通过系统整合，将两者无缝融合为一个信息管理系统的方法将是一个极好的解决方案[4]。所以本系统科学地采用 B/S 构架和 C/S 构架相结合的 C/A/S(客户端/应用服务端/数据服务端)三层体系结构方 - 3 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 式。这样不但降低了系统的通讯开销，而且使得系统安全性高，开发灵活，运行高效。整个系统由统一的数据库平台、GIS 功能及应用平台、客户端三大部分组成，其总体设计见图 2。数据库平台:是系统的底层,负责数据的采集、传输、管理以及数据挖掘系统几部分,它是整个系统搭建的基础。数据信息平台主要由数据自动采集设备及管理系统、人工数据录入、信息提取系统组成。数据库平台包含的数据库有: 空间数据库,属性数据库和图像数据库,还可根据系统需要,把用于实现模拟和对数据分析计算的模型存储为系统模型库。所包含的数据类型有:河道及其沿岸自然地貌数据、河道水环境信息数据、河道建筑工程数据、河道流域管理数据等。 GIS 功能及应用平台:是系统的核心,是整个信息系统的枢纽,也是所有应用系统的基础, 它提供的各种功接口有:堤防工程管理系统,干流与支流的信息共享平台,防洪预警平台，水库管理系统等, 不仅实现了河道管理的可视化功能，还满足了系统的各种要求。客户端:客户可以使用网络远程访问本系统。为了方便客户，我们向其端提供了 2 种浏览方式：（1）基于 WEB 的 B/S 浏览方式，一般用户只能使用这种浏览方式。它是轻量级的客户端，以浏览为主。信息流向为非对称结构，从数据平台输出的数据量较大，对网络性能要求较高。（2）基于 GIS 的 C/S 浏览方式，只有管理和维护人员才能使用这种浏览方式。以管理和维护为主的客户端，信息流向是交互式为主。 4. 滹沱河河道地理信息管理系统功能实现 4.1 数据库的建立河道地理信息数据库是河道信息管理系统实现的基础,也是系统各部分间信息传递的中转站。由于流域河道数据结构比较复杂,具有数据量大、结构复杂、时空数据密切关联等特性,因此，建立河道地理信息数据库是系统开发的重点内容和基本工作。数据库包括河道建筑工程空间数据库和图像数据库，河道及其沿岸自然地貌属性数据库三大组成部分,见图 3。其中图像数据库在 ArcGIS 软件系统中通过构建相应的图层,生成 MXD 工程文件,以便在组件式 GIS 系统 ArcObjects 中直接调用；属性数据库采用 Microsoft Access2003 数据库管理系统进行设计。为了方便管理空间数据,使用了 ArcSDE,它允许用户在多种数据管理系统中管理地理信息,并使所有的 ArcGIS 应用程序都能够使用这些数据[5]。它为数据库管理系统（DBMS）提供了一个开放的接口,允许 ArcGIS 在多种数据库平台上管理地理信息,实现了空间数据和属性数据的无缝连接。进行了归纳、分类整理的数据库的建立，使系统中的各模块功能可以直接访问滹沱河河道地理信息管理系统数据库中的数据。 - 4 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 滹沱河河道 GIS 信息管理数据库系统空间数据库基本地理特征数据水利工程空间数据河道空间数据堤防空间数据水环境空间数据属性数据库河道信息数据堤防信息数据水环境信息数据图像数据库河道图像库水环境图像库河道基本信息数据各监测点水文特征河道各类建筑物数据图 3 滹沱河河道地理信息管理系统数据库结构图 4.2 基本功能 GIS 的基本功能，如地理图层数据的放大、缩小、漫游，对图层信息、图形数据和流域河道属性数据的查询和显示,地理要素的添加、删除、移动等，均可以用 ArcObjects 提供的可视化控件和组件库来实现。实现方法：首先,添加 ArcObjects 提供的控件 MapControl(相当于 ArcMap 中的 DataView)；其次，选择需要的组件库,了解所选组件库的相应接口及其实现方法，在程序中为实现不同的功能添加不同的引用；最后,在相应的事件下完成代码编辑。 4.2.1 地图的放大、缩小及漫游地图的放大、缩小以及漫游可通过强大的人机交互功能来实现。此功能是在 MapControl 控件的 OnMouseDown、OnMouseMove 和 OnMouseUp 事件中实现的，同时还要添 ArcMapUI、 Carto、Display 等组件库。通过相应的接口实现简单的交互功能后,用户在视图上点击或拖曳地图,就可使地图视图的显示范围发生变化。 4.2.2 图层的操作此功能可以通过 IMap 接口所定义的方法来实现，如 Addlayer 方法可以将一个图层对象加入 Map 对象中；AddLayers 方法可一次加入多个图层；Clearlayers 方法可清除所有图层； LayerCount 方法则指明地图对象中包含多少个图层对象。 4.2.3 地图的修饰和整理地图的修饰和整理主要是对需要的图层添加标题、标注等，然后根据用户需求对地图做适度的放大或缩小，最后可打印为成品或按用户所需格式保存。该功能可利用ArcObjects的 - 5 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 另一控件PageLayoutControl来实现(相当于ArcMap中的LayoutView)，其作用是生成一幅成品地图。 4.3 信息的查询与数据输出研制滹沱河河道地理信息管理系统的目的,是全面建成与河道现代化管理要求和地区社会经济发展需求相适应的信息化管理系统，为防洪渡汛和水工程综合利用和管理研究搭建一个数据信息基础平台，即构建一个流域河道领域的基础空间信息设施框架。该系统先对空间数据、属性数据和其他数据进行采集、编辑,然后按照统一的格式分别存储到数据库中,以供用户查询。滹沱河河道地理信息管理系统数据的录入与输出见图 4。空间数据属性数据数据采集与编辑其它数据空间信息查询数据库简单地理分析应用模型分析地图制图图4 滹沱河河道地理信息管理系统数据的录入与输出在查询信息时,同样可以实现如 ArcMap 程序中的 Identify 功能。当在视图中点击地理数据时 , 属性页会自动显示所点击数据的要素属性。这一功能可通过 ArcObjects 中 IDentifyDialog 对象实现,并且这个功能只在 ArcObjects Desktop 版本中实现。输出功能主要是通 ArcObjects 的 Output 库来实现的,Output 库包括打印输出对象 Printer 和转换输出对象 Export。前者可将视图上的地图通过打印机输出；后者可将地图转换为多种格式的矢量或栅格形式的数据输出,其功能如 ArcMap 中的 Export Map。 5. 结语组件式 GIS 技术,已成为当前 GIS 二次开发的主要模式,采用该技术可以降低开发难度, 提高开发效率,增强系统的灵活性和开放性。本研究通过在 VB 环境下嵌入 ArcObjects 组件, 开发了滹沱河河道地理信息管理系统,实现了 GIS 的基本功能及多种格式的地理数据显示、查询等其他功能，基本满足了河道管理工作对数据管理、分析的要求。为滹沱河河道管理和规划决策提供了信息平台和科学依据。 - 6 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1] 张正禄,莫登华,姜贤瑞.河道地理信息设计与实现[J].测绘工程,2003,12(4). [2] 李文学,梁国亭,张晨霞.泥沙灾害数据库的研究与开发[J].泥沙研究,2002,(5):54-58 [3] 刘南,刘仁义. Web GIS 原理及应用—主要平台开发实例[M].北京:科学出版社,2002. [4] 王建武,陈永华,王宪章等.水利工程信息化建设与管理[M].北京:科学出版社,2004. [5] 吴秀芹,张洪岩,李瑞改等.ArcGIS 9 地理信息系统应用与实践[M].北京:清华大学出版社,2007. The research of management information system for HUTUO river based on component GIS College of Water Resources Science and Engineering of TUT, Taiyuan Shanxi (030024) Wang Zhuo, Fan Gui-sheng Abstract The research of management information system for HUTUO river based on Visual Basic6.0 and ArcObjects components has provided an information platform and scientific proof for river management. The system has some functions such as the basic functions of GIS; image, data management, file management display and edition in database. The successful research of this system can meet the automatic gathering, store, analysis, inquiring, management and application, which provides scientist proof for decision-making, planning on river management. Keywords : ArcGIS ; ArcObjects; river course geographic information; HUTUO river 作者简介：王卓，男，1983 年生，太原理工大学水利科学与工程学院在读硕士研究生，主要研究方向是灌排理论与技术。樊贵盛，男，1955 年生，教授，博士生导师。现在太原理工大学水利科学与工程学院任教，研究方向为节水灌溉理论与水土环境控制。主持国家级、省级和省科技厅科研项目 10 余项，获山西省科学技术进步一、二、三等奖各一项。出版专著 4 部，发表科技论文 50 余篇。 - 7 -

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