城市基礎地理信息數據庫管理系統設計與實現

劉世平 董國華

摘 要：該文基于筆者多年從事地理信息系統的相關工作經驗，以基于ArcEngine的城市基礎地理信息數據庫管理系統設計實現為研究對象，論文首先從其中涉及的關鍵技術開始研究分析，在此基礎上，詳細論證了該數據庫管理系統的設計和實現方法，該文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：ArcEngine 基礎地理信息 數據庫管理系統 設計

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-02

城市基礎地理信息是諸多應用的基礎信息源，如城市規劃、國土資源調查以及農林水利、經濟規劃、能源交通、城市規劃等，這也彰顯出其在測繪行業中的重要性。特別地，伴隨著一些新技術的飛速發展，如計算機、空間應用，通訊等等，測繪的應用范圍更加廣泛，應用方式也比原來更加新穎，所有這些使得測繪產業成為地理信息產業的支柱產業之一。然而，計算機、空間應用等新技術的普及并未帶來城市基礎地理信息管理的根本性變革，我國大部分的城市基礎地理信息管理并未實現全數字化和自動化，很多仍處于手工階段，不僅消耗了大量的人力物力資源去進行管理，而且工作效率低，工作中出現的問題較多。伴隨著城市建設的加快，數據量的迅猛增加，傳統的管理方式顯然已經無法滿足當前的需求，因此，我們當前亟須解決的一個重要問題是如何實現城市基礎地理信息管理中接收、存儲、管理、供應的數字化和自動化。

1 城市基礎地理信息數據庫管理系統相關技術研究

1.1 空間數據庫技術

空間數據主要應用于表示空間物體的位置、形狀、大小和分布特征等方面信息的數據，適用于描述二維、三維和多維分布的關于區域的現象。它不僅包括物體本身的空間位置及狀態信息，還包括表示物體的空間關系的信息，用于描述空間物體的性質，對空間物體進行語義定義。

1.2 ArcEngine組件技術

ArcEngine是ESRI公司推出的ArcGIS9.0系列產品中新加入的一個產品，由ArcEngine DeveloperKit和ArcEngine Runtime兩部分組成，是個包含完整類庫的嵌入式GIS軟件，它支持多種語言（COM，JAVA，.NET以及VB/VC十+等）和多種操作系統（Windows和Unix等），開發者通過ArcEngine除了可以定制完整的GIS軟件以外，還可以使GIS功能嵌入到其他已經存在的軟件中去。如圖1，ArcEngine和ArcGIS其他產品一樣都是基于Arcobjects構建的。（圖1）

2 城市基礎地理信息數據庫管理系統設計

2.1 系統總體設計

（1）數據操作功能：①數據錄入。②數據更新。③數據刪除。

（2）數據檢索統計功能。該模塊是整個系統的核心模塊，要求能夠以多種方式進行數據檢索，它主要包括：圖形交互檢索、坐標檢索、統計。圖形交互檢索包括按圓、矩形、多邊形、緩沖區等查詢。坐標檢索通過輸入左下角、右上角坐標來查詢出此范圍內的控制點。統計功能是統計出等級平面控制點的數量。

（3）控制點管理功能。控制點管理功能是系統的一大特色模塊。①添加控制點。②刪除控制點。③控制點查詢。

（4）坐標轉換功能。

（5）竣工成果管理。

（6）安全管理。

2.2 系統數據

在地理信息系統中，用來描述各種事物和現象的是數據，因此，數據是地理信息系統的核心，是系統操作的對象。本系統涉及到的數據有兩種：即空間數據和屬性數據。根據二次開發的特點，進一步把系統處理的數據分為背景數據和基礎地理信息數據兩部分，背景數據是系統進行操作時，作為背景進行顯示，并非系統處理的主要對象；基礎地理信息信息才是系統處理的主要對象，也是數據分析的重點。

2.2.1 背景數據

城市空間基準信息的形式主要包括：數字線劃矢量數據（DLG）、數字正射影像數據（DOM）、數字高程模型數據（DEM）、數字柵格數據（DRG）以及相應的屬性數據。

2.2.2 城市基礎地理信息

一個優秀的城市基礎地理信息管理系統必定是建立在對城市基礎地理信息本身具有相當雄厚的基礎知識之上，否則很難開發出一個現實可用的基礎地理信息管理系統。因此，有必要在分析一下城市基礎地理信息的現狀、特點以及應用等有關方面的知識。

城市基礎地理信息主要包括控制測量成果與竣工測量成果。我國的控制測量成果，由于歷史的原因和受經濟發展等因素的影響，在各地有很大的差別。早在建國初期，由于我國急需進行國家基礎設施建設，而當時我國還沒有自己的大地控制網，所以采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球系統及由其衍生的一系列坐標系統并將其成果推算至我國，此即1954北京坐標系。目前，我國將近有一半控制測量成果仍是出于此系統。后來，又采用國際大地測量協會推薦的IAA75橢球，建立了1980西安坐標系統。由于采用IAA75橢球形狀更接近我國版土，所以，很多地區又在國家統一組織下，進行了坐標轉換。然而，由于經濟等因素，一些地方并沒有把這項工作徹底進行下去，最終導致了今天的多種坐標系統共存的現狀。事實上，在實際工程應用時，我們會看到不同設計部門不僅會給出不同的平面坐標系統，有時，高程系統也是不同的，這是因為我國的高程系統也有兩套，即1956黃海高程基準和1985國家高程基準。

竣工測量是城市工程建設中不可缺少的重要環節，它不僅為工程的交工驗收及將來進行的維修、改建、擴建提供依據，同時為城市的規劃和城市管理提供完整、準確的基礎資料，為數字城市的建設提供必備的數據。

2.3 系統數據庫設計

GIS數據庫是對空間數據與屬性數據存放的一個集合。建立數據庫不僅僅是為了保存數據，更主要的是為了幫助人們管理和控制與這些數據相關聯的事物。在地理空間數據管理中以多種方式錄入的地理數據，用有效的數據組織形式進行數據庫管理、更新、維護、快速查詢檢索，多種方式輸出決策所需的地理空間信息。本系統實際上也可看成是GIS與企業管理信息系統的結合，從而形成信息集成的管理方式。這種管理模式融合了現有信息管理系統的通用性和地理信息管理的實用性，以地理信息為紐帶連接整個企業相關信息，將整個企業的信息內容自然、一致地整合于一個統一的可視化管理信息系統平臺下。根據空間位置關系，對企業信息作檢索、查詢、分析、統計，構建一個完整的可視化數據庫系統。數據庫的組織和管理是信息系統的基礎，直接影響工作效率和用戶的

使用。

2.3.1 數據庫設計的基本思想

地理信息數據庫的設計以實現資源共享為前提；以數據的收集、匯總、更新為主線來動態滿足實際需要；以統一管理數據為目的，但不影響數據的共享；最終建立一個完善的、實用性和通用性強的自動化管理信息

系統。

2.3.2 數據庫的詳細設計

對于空間數據庫，采用的是ArcInfo軟件提供的數據庫結構（Geodatabase）。在空間上，把數據組織成一個整體；在內容上，把數據組織成層（Layer）結構。分幅存放的基礎地形圖進入數據庫后，在邏輯上是無縫的，沒有圖幅的概念。內容上，空間數據庫主要包括測量控制點、居住建筑、工礦設施、交通、管線設施、水系、境界、地質土貌、農田植被等九大類基礎數據及元數據信息。根據具體的入庫需求，在測量控制點、居住建筑、工礦設施、交通、管線設施、水系、境界、地質土貌、農田植被九類數據中，按照不同的內容進一步細化，共分為37層數據。

3 基于ArcEngine的數據庫管理系統

實現

3.1 系統特點與功能

該系統主要用于地理信息的管理，可管理各等級控制點點號，點名，等級，所屬區域，該點的54坐標，80坐標，國家高程等各種控制點信息以及竣工平面圖圖形，竣工日期，竣工單位等竣工測量成果信息。系統采用GIS技術來對地理信息進行可視化管理，竣工平面圖等圖形數據直接存于數據庫中。

系統具有的主要功能如下：

（1）可進行控制點信息的輸入、更改、刪除操作。（2）可進行圖形的基本操作，如平移、放大、縮小、漫游。（3）可根據點號、點名等信息查詢控制點。（4）可以通過畫矩形，畫圓，畫多邊行以及輸入緩沖半徑等查詢其范圍內的控制點。（5）可進行報表的生成與制作，并可以把生成的報表以Excel、pdf等多種格式輸出。（6）可以通過輸入竣工日期、施測單位、項目名稱等查詢竣工測量工程項目。（7）可以通過選擇所屬工程項目信息查詢竣工平面圖，并可以雙擊查詢到的圖形文件名自動打開cad圖形。

圖2 系統主界面

系統操作簡潔、方便，主界面如圖2所示：系統主界面包括：系統菜單、系統工具欄、圖形顯示區和系統狀態欄。系統菜單欄：提供系統操作的菜單選項。系統工具欄：提供系統操作的工具按鈕。圖形顯示區：顯示當前圖層的圖形。

3.2 文件管理

文件管理主要包括添加數據、新建地圖文檔、打開地圖文檔、保存地圖文檔、另存為地圖文檔、退出系統。

（1）添加數據：單擊添加數據可以把數據庫中的數據添加到系統中。（2）新建：單擊新建可以新建一幅空白的地圖。（3）打開：單擊打開可以打開一幅以.mxd為后綴的地圖。（4）保存：單擊保存可以把打開的地圖保存起來。（5）另存為：單擊另存為可以把打開的地圖另存到指定的地方。（6）退出：單擊退出就可以退出整個系統。

本模塊用到的邏輯與算法：

（1）獲取MXD文件的路徑；

（2）檢查路徑是否正確；

（3）在MapControl中顯示地圖信息；

主要用到的方法：（1）CheckMxFile（）檢查路徑是否正確；（2）LoadMxFile（）路徑正確，則在MapControl控件加載地圖；

3.3 數據操作

數據操作主要包括數據錄入、數據更新、數據刪除。

（1）數據錄入：單擊數據錄入子菜單，就可以把數據錄入到系統中。

（2）數據更新：單擊數據更新子菜單，系統彈出圖3-4所示界面。

數據更新主要是修改控制點的可修改的屬性信息（如點名、點號一般是不允許修改的），本系統的更新是打開控制點的屬性表，然后在表里面進行修改，修改后單擊更新按鈕，數據就進行了更新。

（3）數據刪除：單擊數據刪除子菜單。

數據刪除是選擇要刪除的一行，單擊刪除按鈕就可以對無效的控制點成果數據進行刪除。由于控制點成果數據是重要而且需嚴格保密的數據，在使用刪除按鈕時應慎重小心，系統用提示的方式提醒用戶，待用戶確認后方可刪除此控制點信息。該模塊用dataGridView控件顯示出控制點的屬性，然后再更新數據或刪除數據。

3.4 查詢統計

查詢統計主要包括圖形交互檢索、坐標檢索和統計功能。下面以圖形交互檢索為例說明：

圖形交互檢索：它包括按矩形、圓、多邊形、緩沖區、屬性查詢。選擇矩形，拖動鼠標在圖形區繪制一個矩形區域，系統會顯示位于該區域內的控制點，并高亮顯示出來。

選擇圓，拖動鼠標在圖形區繪制一個圓區域，系統會顯示位于該區域內的控制點，并高亮顯示出來。

選擇圓，拖動鼠標在圖形區繪制一個多邊形區域，系統會顯示位于該區域內的控制點，并高亮顯示出來。選擇緩沖區查詢，在圖形區內單擊鼠標左鍵，系統彈出對話框，提示輸入緩沖半徑，輸入以后，單擊確定，系統顯示位于該緩沖區內的控制點。

4 結語

隨著城市建設規模的不斷擴大，城市地理信息管理信息量也會大大增加，傳統的城市地理信息管理方式已不能滿足現代化的需要，因此，有必要對地理信息進行科學、合理、有效的組織和進行動態的采集、存儲、管理及利用。地理信息涉及地理空間數據、屬性數據、社會經濟、法律法規等，內容多，處理過程復雜。采用以GIS技術和IT技術為核心的新技術、新方法對城市的地理信息信息進行管理，是地理信息及其日常管理工作發展的趨勢和現實可行的選擇。

參考文獻

[1] 李煉恒，趙俊三，趙耀龍.城市基礎地理信息系統的功能與總體設計研究[J].昆明理工大學學報，2002，27（3）.

[2] 孫怡，陳強，沈玉英，等.基于組件對象的地圖數據管理方法[J].吉林大學學報（信息科學版），2008（S1）.

[3] 田茂義，盧秀山，張燕.等.基于oracle的“數字城市”基礎地理空間數據庫的實現[J].測繪科學，2005，30（3）.

[4] 王鐵軍，張達，張金良.“4D”測繪產品更新問題研究[J].測繪通報，2008（1）.

[5] 龔健雅.空間數據庫管理系統的概念與發展趨勢[J].測繪科學，2001（3）.