基于ＣＯＭ ＧＩＳ的循環經濟管理信息系統的設計開發

摘要：組件式 GIS是開發地理信息系統的最新技術手段，成為環境管理與GIS綜合集成的首選工具。以MapObjects為例，對基于組件式GIS開發循環經濟管理信息系統的設計技術進行了分析，提出擴展系統開放性的方法，對信息查詢、多源數據的圖層處理及GIS與環境模型的集成途徑進行了研究，結合程序代碼，對如何實現系統功能進行說明，提出對循環經濟管理中的特定對象進行動態跟蹤的實現方法。

關鍵詞：組件式地理信息系統；環境管理；信息系統；循環經濟

中圖分類號：TP311文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)03—0218—03

循環經濟發展戰略的提出，對環境和經濟的協調發展具有極其重要的意義。而循環經濟的實踐活動，離不開信息系統的支持，只有通過完善的信息交換系統，對企業、工業園和社會層面的物質循環和能量利用進行信息發布，促進彼此了解供求信息，才有利于實現資源的循環利用，促進循環經濟的發展。 

循環經濟管理信息系統，其主要設計目標是提高環境管理的水平，促進信息的共享，充分結合環境科學、計算機科學、信息技術及數據庫的最新發展趨勢，實現循環經濟相關信息的采集、處理、存儲、維護、利用和輸出等功能。系統的開發采用GIS與環境模型集成的方式[1]：一方面充分利用GIS強大的空間數據處理和分析功能，對一定地理區域的經濟活動進行空間標志，賦予空間位置相對應的經濟活動屬性數據；另一方面密切結合環境模型的時序預測功能，動態預測區域環境、經濟的發展變化。對于系統集成的方式，主要有三種：①利用GIS二次開發語言進行松散集成（Loose Coupling）；②利用OLE自動化技術，進行應用軟件的集成開發；③利用COM GIS方式進行環境模型與GIS無縫鏈接，又稱為緊密集成（Tight Coupling）。第三種開發方式已成為國內外GIS應用軟件系統開發的首選。因此在進行系統設計時，將GIS的組件式開發技術與環境模型無縫鏈接，采用面向對象的程序設計語言（VB、VC、Delphi、PB等），在Windows平臺上進行系統的研制開發。

1循環經濟環境管理信息系統的設計技術

循環經濟管理信息系統的設計，目前尚無計算機應用方面的文獻資料報道，而諸多有關循環經濟管理的文獻資料呼吁盡快建立信息系統平臺。為此，筆者在循環經濟創新基地的資助下，探索如何開發基于信息管理的系統平臺。由于循環經濟的發展與空間地理區域都有直接或間接的聯系，所以在進行設計技術分析時，主要從三個方面入手：①空間信息系統的設計；②管理信息數據庫的連接；③GIS與模型系統的集成。

1.1空間信息系統的設計

GIS 的發展經歷了集成式GIS、模塊化GIS、核心式GIS 和組件式GIS的發展過程，其中組件式GIS和WebGIS成為目前的最新研究熱點?；贕IS組件的系統開發，為地理信息系統的開發帶來了根本性的變革，即由過去的在GIS平臺提供的二次開發環境下進行開發轉變為在通用的軟件開發環境下進行開發。GIS組件遵循COM標準，可與可視化編程環境中的非GIS 組件一起協調工作，共同完成GIS 的功能。

由于軟件的組件化是面向對象技術與分布式計算技術發展的需要和必然結果，采用組件式結構的地理信息系統，在系統設計方面具有獨特的優越性：①降低了開發難度，提高開發效率，增強系統的靈活性和開放性；②組件式GIS無須專門的二次開發語言，只需實現GIS的基本功能函數，按照COM標準開發，就可在通用面向對象語言中使用；③易于推廣和系統調試及升級，組件式技術已成為工業標準，用戶可以像使用其他ActiveX控件一樣使用GIS 組件，使非專業用戶也能夠開發和集成GIS 應用系統，推動了GIS 的大眾化進程。

MapInfo、ESRI等GIS開發商均提供了自己研發的產品，如MapInfo 公司的MapX，ESRI公司的MapObjects及Arc Objects(AO)。AO是ESRI公司的最新研發產品，深受GIS開發者的喜愛，而ESRI公司的MapObjects組件，從功能和技術支持上都有獨特的優勢。MapObjects除了地圖控件（Mo20.OCX）以外，包括約45個自動化對象，這些對象是MapObjects區別于同類產品的制圖軟件組件，具有GIS 軟件的基本功能，如多種格式數據的讀取、分層顯示、編輯、圖形的縮放、漫游、多種方式的查詢、制圖等；還可與VB、C++、Delphi等開發平臺無縫鏈接，實現系統的集成，成為編寫交互式應用軟件的核心。因此，在開發循環經濟管理信息系統時，采用ESRI公司的MapObjects組件，具有技術設計的先進性，同時參考開發商提供的示例代碼，很容易設計出符合要求的自主開發軟件。

1.2數據庫的連接分析

GIS強大的空間分析功能離不開數據庫的支持，對于數據的管理，主要包括兩個方面，即空間數據和屬性數據。空間數據可采用面向對象的數據模型創建，利用ESRI公司的ArcGIS軟件來實現，盡量避免采用混合數據模型和擴展數據模型；屬性數據主要為與空間對象相關的信息數據以及環境模型的輸入/輸出數據，采用SQL Server等大型關系數據庫管理系統來進行統一管理，并利用ARCSDE提供數據通道。ARCSDE為DBMS提供了一個開放的接口，可對多種數據庫平臺進行連接，如Oracle、SQL Server、IBM DB2以及Informix等。

由于循環經濟涉及多要素、多變量的物流、能流分析，不可避免地要涉及多種數據源，無論這些數據是對空間地理信息的描述，還是區域循環經濟發展的分析計算結果，都應在管理信息系統中進行融合，為系統的綜合分析服務。在系統設計時，數據庫的連接可通過數據連接(Data Connection)對象來實現。該對象用來連接裝有Shape文件的文件夾或SDE數據庫，它是MapObjects與地圖數據的連接通道，結合程序代碼，通過屬性和方法來建立與地理數據集合(GeoDatasets)的聯系。地理數據集合對象代表制圖數據并可引用圖層，由所有Shape文件或SDE數據庫中所有SDE層構成。要連接特定位置中的Shape文件，需設置數據庫特性為文件所在的路徑，并應用Connect方法進行連接。連接SDE數據庫，需提供服務器名稱、用戶名稱、密碼以及SDE數據庫名稱[2]，但必須向服務器中安裝ESRI的SDE。核心代碼如下：

1.3GIS與模型系統的集成

在管理信息系統領域，將GIS與管理模型進行集成，已成為系統開發的熱點。通過集成，充分利用GIS在空間數據處理上的強大功能，同時采用數學模型彌補GIS在數據時序預測方面的不足，兩者優勢互補，實現了描述環境特性的屬性數據的空間定位顯示，圖形化反映環境質量的空間變化趨勢，在技術上和應用上呈現極大的優越性。

組件式GIS與數學模型可通過VB等面向對象語言實現無縫鏈接[3]，在系統中集成模型時，可采用三種方式來實現：①采用VB、VC、Delphi、C++ 等軟件開發平臺，將數學模型通過屬性、事件、方法等封裝在一個ActiveX組件內（*.OCX），供開發人員隨意調用；②采用Fortran、C等語言，將模型編譯成動態鏈接庫文件（*.DLL），通過DLL文件動態調用模型函數；③通過編制代碼，將數學模型模塊化、結構化，使其成為公用函數，直接在開發平臺上進行調用。

通過GIS與管理模型的集成，可以依據模型的分析、預測數據，利用GIS對其進行空間直觀顯示、輸出[1，4]，分析模型計算結果的空間規律及空間變化趨勢，實現復雜管理問題的空間決策，模擬區域循環經濟相關指標的時空變化軌跡。

2系統的功能及實現

循環經濟管理信息系統的主要功能包括空間信息圖層的加載，圖形的放大、縮小、推移及全圖顯示，圖層的位置移動及刪除，圖層信息的查詢，專題圖的生成，空間搜索信息的特定圖層的保存，分析模型的動態調用。以下結合具體的程序設計代碼，對這些功能的開發進行說明。

2.1空間信息圖層的加載

循環經濟管理信息系統必須具備信息的空間顯示、查詢、分析及管理功能，而這些功能的實現，必須與研究對象各組成部分的空間地理位置建立聯系。因此，信息系統首先應具備空間信息的調入功能，并以圖層的形式加載信息。圖層代表一些地理數據集合對象，以Shape文件的形式進行保存。Shape文件是ESRI提供的存儲地理數據的矢量格式，地圖元素以X，Y形式出現，其坐標系是笛卡爾坐標。一個Shape文件由三種文件組成：主文件(*.shp)包含幾何形狀；索引文件(*.shx)包含數據的索引；數據庫文件(*.dbf)包含Shape的屬性[5]。

通過代碼，MapObjects可以任意調用Shape文件，進行信息的編輯修改，最后保存所做的工作。在進行圖層調用時，采用動態添加的形式，運用VB中的通用對話框控件，選中要添加的圖層文件（*.shp），結合程序代碼即可將圖層文件加入到Map控件中，同理可不斷添加新的圖層（圖1）。實現該功能的關鍵代碼如下：

如果添加的圖層為SDE層，首先連接上一個DataConnection對象，GeoDatasets集將置于一個指定的SDE數據庫的SDE層中。而在Shape文件中，通常不用GeoDatasets集。當通過DataConnection對象的FindGeoDataset方法將圖層加到GeoDataset對象中時，以下操作將自動執行：

Extent屬性被更新為地圖的最大范圍。

Records屬性被分配了一Recordset目標。

ShapeType屬性將依據文件類型被設成moPoint，moLine，moPolygon。

Symbol設為缺省，并隨即賦予顏色。

如果FindGeoDataset方法成功，Valid屬性將被設成True。

2.2圖層的位置移動及刪除

循環經濟管理信息通過圖層進行加載后，圖層的管理和相應的操作成為系統開發的重要任務之一。一般來說，在空間信息系統中，必須具備圖層的刪除、修改、移動、保存等基本功能。MapObjects主要通過地圖控件的屬性和方法來實現上述功能。Clear和Remove方法可刪除層集中某層。MoveTo、MoveToBottom和MoveToTop方法可改變層集中層的順序。圖層在地圖控件中的顯示順序與其在層集中索引的順序相反，新增圖層的索引號總是0，現存圖層的索引號按順序遞增。因此，在應用程序中控制地圖的Layer時，可按 Layers 集里的索引值進行調用，并通過標簽控件顯示索引值。

2.3圖像文件的添加

在向地圖控件中的層集中加入圖層和影像層之前，需把層集與數據相連接，通過DataConnection和GeoDataset對象可從文件系統或SDE數據服務器中查找和連接數據。通過建立DataConnection、GeoDataset和圖層對象，采用向地圖對象的層集中添加數據的方法加入矢量地圖數據。通過建立影像層對象，向地圖對象的層集中添加影像層，顯示影像地圖數據并作為背景。

MapObjects能實現多種圖像文件的顯示功能，圖像主要為航空照片和衛星圖像。圖像文件依靠帶有灰度值或色標的一組像元來表示圖片，這些像元無屬性連接，其坐標系統與Shape文件不同。在層集中用Add方法可向地圖畫面中加入圖像文件，并使用層集中的MoveToBottom方法，將圖像文件移至最底層，這樣就不會覆蓋其他層。當將影像層添加到層集中時，Extent屬性就會被更新，最大限度地反映地理范圍。在同一地理坐標上，如果想使用其他圖層，必須把圖像文件精確重疊于大地坐標的Shape文件之上，還應有一個相關的配準文件來配準圖像。

2.4循環經濟相關信息的查詢及顯示

信息的查詢主要有以下三種方式：

（1）通過距離搜索信息。指在一個或多個形狀限定范圍內對環境信息進行定位。使用圖層對象上的 Search By Distance 法，距離值使用圖層的地圖單位：英尺、米或其他。Search By Distance 法接受一個圖層或一圖層集的點、線、矩形或多邊形目標，并且選定所有全部或部分在限定距離內的信息。

（2）通過表達式搜索信息。系統依據 ANSI SQL語句，返回包括所有滿足表達式的信息記錄集?？扇我獠捎肁NSI SQL語句限定選擇，所有符合空間搜索的信息將在記錄集中被選中。

（3）通過幾何圖形搜索信息。它涉及到三個自變量，即Shape、Search Method和Expression 。Shape 是一對象，它可以是點、線、矩形或多邊形或它們的集合，可以從MouseDown、Trackline、Track Polvgon 或 Track Rectangle 等地圖控制事件中定義，或通過鼠標繪制一幾何目標；Search Method 是一整型量，可以輸入搜索類型常數，也可以輸入搜索類型常量的整數值；Expression 是一字符串，是 ANSI SQL 語句的條件，此表達式是任意的，當調用此方法時， 必須放置兩個引號來構成空白表達式。

在MapObjects中，可以通過圖層對象上的三種方法來選擇信息資料，結果將以一個記錄集的形式返回。在軟件設計時，采用表格形式的控件（如Grid控件、MsFlexGrid控件等）顯示記錄集。

2.5屬性數據的圖形化顯示

信息的圖形化顯示包含兩方面的內容：①通過圖層來動態顯示信息。此種方法可在圖層設計時完成，通過特殊符號進行表示。②對已有數據生成專題地圖的方式加以顯示，即依據屬性數據生成直觀的專題圖。MapObjects提供了點密度圖、漸變色圖、獨立值圖等專題圖形式，通過選擇要生成專題圖的字段，利用Renderer生成器，合理設置Symbol或Value屬性值來實現。例如，生成點密度圖（圖2）的核心代碼如下：

2.6信息的動態跟蹤

MapObjects能夠用一個事件跟蹤層(TrackingLayer)來顯示區域的移動對象，主要采用類似VB中Timer控件的Timer事件來實現，這樣可通過GPS系統，對管理區域內的重點移動源，或者危險污染品的遷移過程進行動態跟蹤，并在地圖上繪制相關的運動軌跡。結合物流的空間運動過程，動態顯示廢物的循環分布圖，為制定物質的循環利用方式提供了很好的圖形化分析資料和決策依據。

動態跟蹤層最適合接收從GPS接收器中接收來的實際時間空間數據并在地圖上動態顯示。TrackingLayer和GeoEvent對象能顯示隨時間運動的模型。TrackingLayer對象代表一個地圖控件中的一層，它顯示于層集之后，并可相對圖層集獨立重顯。GeoEvent對象表達一些Tra￣cking￣Layer里的離散對象，這些對象可以用編程的方法移動[2]。向一個表單增加地圖控件后，自動產生一個TrackingLayer目標，這時Event組是空的，EventCount的值為0。使用TrackingLayer里的AddEvent方法可生成一個新的GeoEvent目標。加入GeoEvent后，它就被加入TrackingLayer目標的Event數組中，可通過分配TrackingLayer對象中的SymbolIndex給GeoEvent對象分配符號，還可通過編程控制符號的位置和方向。

2.7 空間搜索信息的特定圖層的生成

在循環經濟管理信息系統中，按照特殊要求搜索獲取的信息資料，可以圖層的方式對所有信息加以保存，并在需要時運用前面所論述的圖層加載功能將其調入。此項功能便于生成特定信息的圖層集。核心代碼如下：

3結束語

基于COM GIS的循環經濟管理信息系統的開發已成為國內外的研究熱點。國外已成功開發出生命周期評價信息系統，在工業生態學領域得到了廣泛應用，而國內目前處于嘗試探索階段。本文以MapObjects為例，對開發循環經濟管理信息系統的設計技術進行了分析，論述了系統應具備的功能及實際開發的關鍵代碼，系統經調試運行正常。本研究雖然完成了循環經濟空間信息管理的設計開發，但對于循環經濟模型系統的全面集成，還有一定的工作要做，有待于進一步完善。此外，由于MapObjects只具備許多基礎制圖功能，不能執行某些高級功能（如高質量地圖輸出、地圖坐標系投影、表面模型或網絡分析等高級空間分析），對此可利用ESRI的其他產品如ArcGIS來實現，然后在系統中對其進行調用。

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