城市基础地理信息数据库管理系统设计与实现

刘世平 董国华

摘 要：该文基于笔者多年从事地理信息系统的相关工作经验，以基于ArcEngine的城市基础地理信息数据库管理系统设计实现为研究对象，论文首先从其中涉及的关键技术开始研究分析，在此基础上，详细论证了该数据库管理系统的设计和实现方法，该文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：ArcEngine 基础地理信息 数据库管理系统 设计

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-02

城市基础地理信息是诸多应用的基础信息源，如城市规划、国土资源调查以及农林水利、经济规划、能源交通、城市规划等，这也彰显出其在测绘行业中的重要性。特别地，伴随着一些新技术的飞速发展，如计算机、空间应用，通讯等等，测绘的应用范围更加广泛，应用方式也比原来更加新颖，所有这些使得测绘产业成为地理信息产业的支柱产业之一。然而，计算机、空间应用等新技术的普及并未带来城市基础地理信息管理的根本性变革，我国大部分的城市基础地理信息管理并未实现全数字化和自动化，很多仍处于手工阶段，不仅消耗了大量的人力物力资源去进行管理，而且工作效率低，工作中出现的问题较多。伴随着城市建设的加快，数据量的迅猛增加，传统的管理方式显然已经无法满足当前的需求，因此，我们当前亟须解决的一个重要问题是如何实现城市基础地理信息管理中接收、存储、管理、供应的数字化和自动化。

1 城市基础地理信息数据库管理系统相关技术研究

1.1 空间数据库技术

空间数据主要应用于表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等方面信息的数据，适用于描述二维、三维和多维分布的关于区域的现象。它不仅包括物体本身的空间位置及状态信息，还包括表示物体的空间关系的信息，用于描述空间物体的性质，对空间物体进行语义定义。

1.2 ArcEngine组件技术

ArcEngine是ESRI公司推出的ArcGIS9.0系列产品中新加入的一个产品，由ArcEngine DeveloperKit和ArcEngine Runtime两部分组成，是个包含完整类库的嵌入式GIS软件，它支持多种语言（COM，JAVA，.NET以及VB/VC十+等）和多种操作系统（Windows和Unix等），开发者通过ArcEngine除了可以定制完整的GIS软件以外，还可以使GIS功能嵌入到其他已经存在的软件中去。如图1，ArcEngine和ArcGIS其他产品一样都是基于Arcobjects构建的。（图1）

2 城市基础地理信息数据库管理系统设计

2.1 系统总体设计

（1）数据操作功能：①数据录入。②数据更新。③数据删除。

（2）数据检索统计功能。该模块是整个系统的核心模块，要求能够以多种方式进行数据检索，它主要包括：图形交互检索、坐标检索、统计。图形交互检索包括按圆、矩形、多边形、缓冲区等查询。坐标检索通过输入左下角、右上角坐标来查询出此范围内的控制点。统计功能是统计出等级平面控制点的数量。

（3）控制点管理功能。控制点管理功能是系统的一大特色模块。①添加控制点。②删除控制点。③控制点查询。

（4）坐标转换功能。

（5）竣工成果管理。

（6）安全管理。

2.2 系统数据

在地理信息系统中，用来描述各种事物和现象的是数据，因此，数据是地理信息系统的核心，是系统操作的对象。本系统涉及到的数据有两种：即空间数据和属性数据。根据二次开发的特点，进一步把系统处理的数据分为背景数据和基础地理信息数据两部分，背景数据是系统进行操作时，作为背景进行显示，并非系统处理的主要对象；基础地理信息信息才是系统处理的主要对象，也是数据分析的重点。

2.2.1 背景数据

城市空间基准信息的形式主要包括：数字线划矢量数据（DLG）、数字正射影像数据（DOM）、数字高程模型数据（DEM）、数字栅格数据（DRG）以及相应的属性数据。

2.2.2 城市基础地理信息

一个优秀的城市基础地理信息管理系统必定是建立在对城市基础地理信息本身具有相当雄厚的基础知识之上，否则很难开发出一个现实可用的基础地理信息管理系统。因此，有必要在分析一下城市基础地理信息的现状、特点以及应用等有关方面的知识。

城市基础地理信息主要包括控制测量成果与竣工测量成果。我国的控制测量成果，由于历史的原因和受经济发展等因素的影响，在各地有很大的差别。早在建国初期，由于我国急需进行国家基础设施建设，而当时我国还没有自己的大地控制网，所以采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球系统及由其衍生的一系列坐标系统并将其成果推算至我国，此即1954北京坐标系。目前，我国将近有一半控制测量成果仍是出于此系统。后来，又采用国际大地测量协会推荐的IAA75椭球，建立了1980西安坐标系统。由于采用IAA75椭球形状更接近我国版土，所以，很多地区又在国家统一组织下，进行了坐标转换。然而，由于经济等因素，一些地方并没有把这项工作彻底进行下去，最终导致了今天的多种坐标系统共存的现状。事实上，在实际工程应用时，我们会看到不同设计部门不仅会给出不同的平面坐标系统，有时，高程系统也是不同的，这是因为我国的高程系统也有两套，即1956黄海高程基准和1985国家高程基准。

竣工测量是城市工程建设中不可缺少的重要环节，它不仅为工程的交工验收及将来进行的维修、改建、扩建提供依据，同时为城市的规划和城市管理提供完整、准确的基础资料，为数字城市的建设提供必备的数据。

2.3 系统数据库设计

GIS数据库是对空间数据与属性数据存放的一个集合。建立数据库不仅仅是为了保存数据，更主要的是为了帮助人们管理和控制与这些数据相关联的事物。在地理空间数据管理中以多种方式录入的地理数据，用有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、快速查询检索，多种方式输出决策所需的地理空间信息。本系统实际上也可看成是GIS与企业管理信息系统的结合，从而形成信息集成的管理方式。这种管理模式融合了现有信息管理系统的通用性和地理信息管理的实用性，以地理信息为纽带连接整个企业相关信息，将整个企业的信息内容自然、一致地整合于一个统一的可视化管理信息系统平台下。根据空间位置关系，对企业信息作检索、查询、分析、统计，构建一个完整的可视化数据库系统。数据库的组织和管理是信息系统的基础，直接影响工作效率和用户的

使用。

2.3.1 数据库设计的基本思想

地理信息数据库的设计以实现资源共享为前提；以数据的收集、汇总、更新为主线来动态满足实际需要；以统一管理数据为目的，但不影响数据的共享；最终建立一个完善的、实用性和通用性强的自动化管理信息

系统。

2.3.2 数据库的详细设计

对于空间数据库，采用的是ArcInfo软件提供的数据库结构（Geodatabase）。在空间上，把数据组织成一个整体；在内容上，把数据组织成层（Layer）结构。分幅存放的基础地形图进入数据库后，在逻辑上是无缝的，没有图幅的概念。内容上，空间数据库主要包括测量控制点、居住建筑、工矿设施、交通、管线设施、水系、境界、地质土貌、农田植被等九大类基础数据及元数据信息。根据具体的入库需求，在测量控制点、居住建筑、工矿设施、交通、管线设施、水系、境界、地质土貌、农田植被九类数据中，按照不同的内容进一步细化，共分为37层数据。

3 基于ArcEngine的数据库管理系统

实现

3.1 系统特点与功能

该系统主要用于地理信息的管理，可管理各等级控制点点号，点名，等级，所属区域，该点的54坐标，80坐标，国家高程等各种控制点信息以及竣工平面图图形，竣工日期，竣工单位等竣工测量成果信息。系统采用GIS技术来对地理信息进行可视化管理，竣工平面图等图形数据直接存于数据库中。

系统具有的主要功能如下：

（1）可进行控制点信息的输入、更改、删除操作。（2）可进行图形的基本操作，如平移、放大、缩小、漫游。（3）可根据点号、点名等信息查询控制点。（4）可以通过画矩形，画圆，画多边行以及输入缓冲半径等查询其范围内的控制点。（5）可进行报表的生成与制作，并可以把生成的报表以Excel、pdf等多种格式输出。（6）可以通过输入竣工日期、施测单位、项目名称等查询竣工测量工程项目。（7）可以通过选择所属工程项目信息查询竣工平面图，并可以双击查询到的图形文件名自动打开cad图形。

图2 系统主界面

系统操作简洁、方便，主界面如图2所示：系统主界面包括：系统菜单、系统工具栏、图形显示区和系统状态栏。系统菜单栏：提供系统操作的菜单选项。系统工具栏：提供系统操作的工具按钮。图形显示区：显示当前图层的图形。

3.2 文件管理

文件管理主要包括添加数据、新建地图文档、打开地图文档、保存地图文档、另存为地图文档、退出系统。

（1）添加数据：单击添加数据可以把数据库中的数据添加到系统中。（2）新建：单击新建可以新建一幅空白的地图。（3）打开：单击打开可以打开一幅以.mxd为后缀的地图。（4）保存：单击保存可以把打开的地图保存起来。（5）另存为：单击另存为可以把打开的地图另存到指定的地方。（6）退出：单击退出就可以退出整个系统。

本模块用到的逻辑与算法：

（1）获取MXD文件的路径；

（2）检查路径是否正确；

（3）在MapControl中显示地图信息；

主要用到的方法：（1）CheckMxFile（）检查路径是否正确；（2）LoadMxFile（）路径正确，则在MapControl控件加载地图；

3.3 数据操作

数据操作主要包括数据录入、数据更新、数据删除。

（1）数据录入：单击数据录入子菜单，就可以把数据录入到系统中。

（2）数据更新：单击数据更新子菜单，系统弹出图3-4所示界面。

数据更新主要是修改控制点的可修改的属性信息（如点名、点号一般是不允许修改的），本系统的更新是打开控制点的属性表，然后在表里面进行修改，修改后单击更新按钮，数据就进行了更新。

（3）数据删除：单击数据删除子菜单。

数据删除是选择要删除的一行，单击删除按钮就可以对无效的控制点成果数据进行删除。由于控制点成果数据是重要而且需严格保密的数据，在使用删除按钮时应慎重小心，系统用提示的方式提醒用户，待用户确认后方可删除此控制点信息。该模块用dataGridView控件显示出控制点的属性，然后再更新数据或删除数据。

3.4 查询统计

查询统计主要包括图形交互检索、坐标检索和统计功能。下面以图形交互检索为例说明：

图形交互检索：它包括按矩形、圆、多边形、缓冲区、属性查询。选择矩形，拖动鼠标在图形区绘制一个矩形区域，系统会显示位于该区域内的控制点，并高亮显示出来。

选择圆，拖动鼠标在图形区绘制一个圆区域，系统会显示位于该区域内的控制点，并高亮显示出来。

选择圆，拖动鼠标在图形区绘制一个多边形区域，系统会显示位于该区域内的控制点，并高亮显示出来。选择缓冲区查询，在图形区内单击鼠标左键，系统弹出对话框，提示输入缓冲半径，输入以后，单击确定，系统显示位于该缓冲区内的控制点。

4 结语

随着城市建设规模的不断扩大，城市地理信息管理信息量也会大大增加，传统的城市地理信息管理方式已不能满足现代化的需要，因此，有必要对地理信息进行科学、合理、有效的组织和进行动态的采集、存储、管理及利用。地理信息涉及地理空间数据、属性数据、社会经济、法律法规等，内容多，处理过程复杂。采用以GIS技术和IT技术为核心的新技术、新方法对城市的地理信息信息进行管理，是地理信息及其日常管理工作发展的趋势和现实可行的选择。

参考文献

[1] 李炼恒，赵俊三，赵耀龙.城市基础地理信息系统的功能与总体设计研究[J].昆明理工大学学报，2002，27（3）.

[2] 孙怡，陈强，沈玉英，等.基于组件对象的地图数据管理方法[J].吉林大学学报（信息科学版），2008（S1）.

[3] 田茂义，卢秀山，张燕.等.基于oracle的“数字城市”基础地理空间数据库的实现[J].测绘科学，2005，30（3）.

[4] 王铁军，张达，张金良.“4D”测绘产品更新问题研究[J].测绘通报，2008（1）.

[5] 龚健雅.空间数据库管理系统的概念与发展趋势[J].测绘科学，2001（3）.