基于GIS的民族自然村管理信息系統(tǒng)開發(fā)

馬園園，梁 虹

（1.云南大學(xué) 信息學(xué)院，云南 昆明 650091）

自然村是自然形態(tài)的居民聚落，它是村民長時間在某處自然環(huán)境中聚居而自然形成的村落。民族自然村是少數(shù)民族人口占全村總?cè)丝谝欢ū壤淖匀淮迓洹Ｗ鳛樯贁?shù)民族生存依托和民族文化的搖籃，自然村的存在和保護能有效地維護民族地區(qū)的人倫關(guān)系，也蘊藏著豐富的社會資本[1]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)字顯示，我國從2000～2010年10 a間消失了90萬個自然村，1 d消失的自然村大概有80～100個，保護傳統(tǒng)自然村落迫在眉睫。民族自然村是歷史文化遺產(chǎn)的一部分，每個自然村都是中國傳統(tǒng)歷史文化的縮影。每個自然村的形成都具有一定的空間相關(guān)性，建立一個綜合可視化的民族自然村管理信息系統(tǒng)，可對保護民族自然村落起到重要作用。民族自然村信息包括人口、民族、經(jīng)濟、地理位置等，傳統(tǒng)的民族自然村信息管理只局限于數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計，對自然村的空間位置信息沒有體現(xiàn)。GIS的發(fā)展為空間分析提供了強大的技術(shù)支持，本文基于ArcGIS Server和Flex開發(fā)一個民族自然村管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于地圖對民族自然村進行可視化統(tǒng)計、管理以及空間分析，為民族事務(wù)管理部門提供基于空間的信息存儲與管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 研究區(qū)介紹

云南是少數(shù)民族人口大省，云南少數(shù)民族人口占全省總?cè)丝诘?3.37%。云南省加快少數(shù)民族和民族地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃指出，要加強民族工作信息化建設(shè)，建立民族關(guān)系檢測評估系統(tǒng)、少數(shù)民族和民族地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展統(tǒng)計分析等。隨著信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，民族工作實現(xiàn)信息化的統(tǒng)計和管理已是大勢所趨，相關(guān)民族事務(wù)管理部門也迫切需要有新的信息技術(shù)來對民族自然村信息進行更有效的管理。

1.2 架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用Flex Viewer框架[2]，采用C/S和B/S相結(jié)合的混合體系架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)圖

1）B/S體系結(jié)構(gòu)部分基于ArcGIS Server發(fā)布地圖，實現(xiàn)民族自然村基礎(chǔ)信息的在線展示，用戶可通過Web瀏覽器實現(xiàn)民族自然村信息的空間可視化瀏覽、查詢與分析等功能。

2）C/S體系結(jié)構(gòu)部分為相關(guān)管理部門提供民族自然村信息的高效存儲和管理，實現(xiàn)自然村數(shù)據(jù)的可視化編輯、更新和維護。該部分基于Flex進行定制和二次開發(fā)。

1.3 功能設(shè)計

系統(tǒng)建設(shè)的目的是為了便于相關(guān)部門對該地區(qū)的民族自然村分布及人口、教育、生活等各方面的基礎(chǔ)信息進行可視化的管理、統(tǒng)計和展示。系統(tǒng)實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理底圖的瀏覽、自然村要素屬性查詢和定位、密度分析及統(tǒng)計分析等功能，為相關(guān)部門的規(guī)劃、管理工作提供支持。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1）基本地圖功能。基本功能包括：①基本的地圖操作，如地理底圖導(dǎo)航（如放大、縮小、平移、全圖、鷹眼等）；②查詢定位，用戶在客戶端系統(tǒng)內(nèi)點擊自然村查詢定位，輸入需要查詢的自然村名，地圖就會定位到該自然村的位置并閃爍顯現(xiàn)，鼠標(biāo)移動到該點的位置，將顯示該自然村的字段信息；③地圖量測，用戶可以使用鼠標(biāo)在地圖上畫折線量取任意2點間的距離，也可以在地圖上畫閉合的多邊形測量某一區(qū)域的面積；④地圖打印，用戶可以打印當(dāng)前瀏覽的地圖界面。

2）分析功能。分析功能包括：①密度分析，主要是對民族自然村空間分布狀況的分析和呈現(xiàn)；②統(tǒng)計分析，主要是對該縣民族自然村各項屬性要素，如少數(shù)民族人口比例、農(nóng)民人均純收入、人均糧食產(chǎn)量等數(shù)字信息的統(tǒng)計和比較，并可生成報表；③緩沖區(qū)分析，是針對道路的緩沖分析，選定好緩沖對象和緩沖距離，系統(tǒng)會將緩沖區(qū)內(nèi)的自然村要素高亮顯示。

3）屬性編輯。屬性編輯實現(xiàn)了地圖在線編輯功能，即客戶端就可以自主地對自然村屬性和圖層要素進行添加、修改、刪除等操作，便于管理人員對數(shù)據(jù)的更新維護。

1.4 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)

該系統(tǒng)的民族自然村基本數(shù)據(jù)來源于云南省某縣的民族自然村統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括自然村名稱、自然村總?cè)丝跀?shù)、少數(shù)民族人口數(shù)、人均收入等基本信息。該縣的道路數(shù)據(jù)是以在線地圖為基礎(chǔ)自行繪制的Shape文件。

空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與構(gòu)建是民族自然村管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計，既要充分考慮關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論，建立準(zhǔn)確反映客觀現(xiàn)實的關(guān)聯(lián)關(guān)系，減少數(shù)據(jù)冗余[3]，還要結(jié)合系統(tǒng)建設(shè)的目的和相關(guān)管理部門的需求。

1）空間數(shù)據(jù)模型。本文采用面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型Geodatabase作為民族自然村管理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)模型。該模型采用標(biāo)注數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)地理信息的數(shù)據(jù)模型，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成到后臺的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的無縫集成，是建立在RDBMS上的智能化的空間數(shù)據(jù)模型。Geodatabase采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)將現(xiàn)實世界抽象為包含空間信息的要素類（點、線、面）和不包含空間信息的對象類（要素屬性）組成。每個要素類和對象類都具有屬性、行為和規(guī)則，要素之間又通過關(guān)系類、幾何網(wǎng)絡(luò)等對象進行關(guān)聯(lián)[4]。民族自然村管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)模型如圖3所示。

圖3 民族自然村管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)模型

2）數(shù)據(jù)分層設(shè)計。在該空間數(shù)據(jù)庫中，空間數(shù)據(jù)都以圖層的方式進行組織和管理，即一個地理要素是一個圖層。根據(jù)需求分析，該民族自然村管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)包含民族自然村數(shù)據(jù)和背景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2類空間數(shù)據(jù)。民族自然村數(shù)據(jù)為一個圖層，該圖層是點要素。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、道路中心線。其中行政區(qū)劃是面狀要素，道路是線要素。

3）概念設(shè)計。通過對民族自然村信息管理業(yè)務(wù)的需求及圖層設(shè)計，民族自然村管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫主要包括民族自然村、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、縣（市、區(qū)）、道路等實體。圖4是民族自然村管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫中各實體的E-R圖。

圖4 實體E-R圖

4）邏輯設(shè)計。民族自然村管理數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理和存儲該系統(tǒng)所有相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括自然村數(shù)據(jù)、行政村數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)主要地理要素的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計見表1。

表1 系統(tǒng)主要地理要素的邏輯結(jié)構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)和方法

2.1 基于ArcGIS Server的Web地圖發(fā)布技術(shù)

本文采用ArcGIS Server實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的Web發(fā)布。ArcGIS Server是用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶的企業(yè)級GIS應(yīng)用平臺，具有強大的數(shù)據(jù)空間管理、空間分析、地圖可視化、數(shù)據(jù)編輯等功能，還可以發(fā)布網(wǎng)絡(luò)GIS服務(wù)，并在分布式環(huán)境下實現(xiàn)GIS功能[5]。該產(chǎn)品把GIS的核心功能（專題圖、空間分析等）以服務(wù)的形式體現(xiàn)出來，為用戶提供更加便捷的企業(yè)級GIS解決方案[6]。開發(fā)人員可以使用ArcGIS Server構(gòu)建開發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)常用的GIS功能。地圖發(fā)布成功后只需在IE瀏覽器地址欄輸入ArcGIS Server服務(wù)發(fā)布的地址，就可以瀏覽特定服務(wù)器上的資源信息。

2.2 基于Flex的框架開發(fā)技術(shù)

Flex是Adobe公司的一套Web應(yīng)用開發(fā)框架，可用于構(gòu)建具有強大表現(xiàn)力的Web應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可通過Adobe公司的Flash Player實現(xiàn)跨桌面、瀏覽器、操作系統(tǒng)的一致部署。ESRI公司發(fā)布了一套強大的開發(fā)工具ArcGIS API for Flex，能夠在ArcGIS Server上開發(fā)豐富的RIA應(yīng)用程序，為ArcGIS Server提供了一套全新的開發(fā)方式，可以顯示地圖數(shù)據(jù)并與之交互、在服務(wù)器上執(zhí)行空間處理模型并顯示結(jié)果、基于ArcGIS Online的地圖服務(wù)顯示自己的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、根據(jù)屬性或者位置查找數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果、查找地址并顯示結(jié)果、創(chuàng)新結(jié)果的顯示方式、創(chuàng)建Mushups應(yīng)用[7]。

3 平臺實現(xiàn)

3.1 地圖服務(wù)發(fā)布

利用ArcGIS發(fā)布地圖服務(wù)包括以下幾個步驟：① 利用ArcMap創(chuàng)建地圖文檔（*.mxd），地圖文檔中的數(shù)據(jù)可以來自ShapeFile、File Geodatabase，也可以來自ArcSDE，包括道路圖層、民族自然村圖層等；②利用ArcCatalog中的ArcGIS Server將地圖文檔發(fā)布成服務(wù)。這樣，GIS資源就實現(xiàn)了Web共享，用戶就能通過輸入URL訪問地圖服務(wù)，系統(tǒng)主界面如圖5所示。

圖5 民族自然村空間可視化分布

3.2 平臺功能實現(xiàn)

1）基本功能。地圖操作，發(fā)布在線地圖后，就可以實現(xiàn)遠程客戶端的地圖訪問，并對地圖進行瀏覽、放大、縮小等操作；用戶在客戶端點擊自然村查詢定位功能，輸入要查詢的自然村名稱，點擊查詢觸發(fā)鼠標(biāo)點擊事件，系統(tǒng)自動調(diào)用處理點擊事件的查詢函數(shù)，該函數(shù)讀取服務(wù)器端專題圖層的屬性字段，將結(jié)果返回客戶端進行顯示。

圖6 密度分析

2）分析功能。①密度分析，調(diào)用了ArcGIS的空間密度分析功能，以自然村為點要素進行點密度分析，分析結(jié)果結(jié)合該縣道路圖層可以發(fā)現(xiàn)，民族自然村的空間分布與道路分布具有空間關(guān)聯(lián)性，如圖6所示。②統(tǒng)計分析，針對各屬性要素的相關(guān)數(shù)值進行統(tǒng)計，例如各個自然村的總?cè)丝跀?shù)、少數(shù)民族人口數(shù)、貧困人數(shù)的統(tǒng)計是通過調(diào)用服務(wù)器端發(fā)布的地圖服務(wù)，讀取其屬性字段，利用Flex的各種圖標(biāo)控件（柱狀、餅狀、折線）實現(xiàn)。③緩沖區(qū)分析，是針對道路進行的緩沖分析。用戶可對緩沖對象，例如某一條縣級公路設(shè)置緩沖距離，系統(tǒng)會將緩沖半徑內(nèi)的自然村要素高亮顯示，并將要素識別出來。該功能可有助于分析民族自然村通道路的情況。

3）自然村屬性在線編輯。傳統(tǒng)的編輯屬性一般先要編輯ArcMap文件然后存入空間數(shù)據(jù)庫，再發(fā)布地圖，最后重新調(diào)用地圖服務(wù)，才能獲得更改的信息。屬性在線編輯實現(xiàn)了地圖在線編輯功能，即客戶端就可以自主地對自然村屬性和圖層要素進行添加、修改、刪除等操作，便于管理人員對數(shù)據(jù)的更新維護。

4 結(jié) 語

本文針對民族自然村的特點以及管理問題，采用ArcGIS Server、Flex技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在建立民族自然村綜合信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了民族自然村可視化管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了民族自然村的空間定位和查詢、密度分析、圖表分析和民族自然村屬性在線編輯等功能，能有效提高民族工作管理部門的管理效率。

[1]魏海東.西部民族地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)中自然村保護的價值[J].淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報:哲學(xué)社會科學(xué)版,2010,31(4):79-82

[2]蔣文明,盛業(yè)華,嚴巖.基于FDS的RIA WebGIS研究[J].微計算機信息,2007,23(11):178-180

[3]周張琪.基于Geodatabase的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計[J].測繪信息與工程,2009,34(4):48-49

[4]Zhang Z B,Shang Y J.Design of Object-oriented Spatial Database Based on Geodatabase[J].Geospatial Information,2005,20(2):72-76

[5]吳功和,眾明日.基于ArcGIS Server的分布式GIS應(yīng)用[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報,2006(1):52-54

[6]張維.基于Flex和ArcGIS Server的WebGIS研究和實現(xiàn)[D].撫州:東華理工大學(xué),2012

[7]賈慶雷,萬慶,邢超.ArcGIS Server開發(fā)指南——基于Flex和.NET[M].北京:科學(xué)出版社,2011