基于MapGIS 的矿产资源规划管理系统的设计与实现

2013-08-29樊旭东潘玉青陈爱明

资源环境与工程 2013年1期

樊旭东，潘玉青，陈爱明

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

0 引言

湖北省于2008年开始组织编制《2006年—2020年湖北省矿产资源总体规划》(下称《规划》)。本次《规划》的成果表达方式完全摒弃了以往的手工编图方式，全程应用GIS 空间数据库技术，采用计算机进行数据处理，空间成果数据涵盖了基础地理要素、基础地质要素、矿产资源现状要素、规划要素等多种要素图层［1］。《规划》空间数据库与传统的数据文件有很大的差异，空间数据库是将地球表层信息按其特性的不同进行分层，每个图层存储特征相同或相似的事物对象集，如湖泊、道路、地质地层等构成不同的图层，然后分层管理和存储。每个图层有一个唯一的数据库表与其相对应，这个数据库表成为属性数据库，库中内容称空间数据［2］。

MapGIS 是集图形图像、计算机科学于一体的基础GIS 软件平台，广泛应用于地质、矿产、测绘以及土地管理等行业。MapGIS 提供了完整的API 函数和COM组件，并且可以利用编程语言调用这些函数和类库，单独开发应用模型，面向各领域实现应用系统的开发和管理❶武汉中地数码，MapGIS 地理信息系统开发手册，2005。。因此，笔者利用GIS 技术、网络技术和数据库技术，以《国土资源部矿产资源规划数据库标准》为蓝本，以其定义的数据要素模型为基础，采用面向对象的数据库技术，按照反映数据、实体之间的联系以及有关语义约束规则的表述方式，设计完成了湖北省矿产资源规划管理系统。

1 系统设计原则

本次《规划》除了MapGIS 格式的空间数据库外，还有Word、Excel、FoxPro 等格式的数据文件，数据量大且数据间关系复杂，管理和使用者需要熟练的操作MapGIS、Office、数据库软件才能利用这些数据。对于所需要的各种统计、查询、更改数据，需要繁琐的操作才能完成，给管理工作和成果应用带来极大的不便。

湖北省矿产资源规划管理系统的设计过程遵循了以下原则:

(1)向导式操作，简单几步就能随时修改或提取所需要的数据;

(2)数据组织灵活，任意组织数据以供所需;

(3)多条件、任意范围内的查询、检索;

(4)通过复制、粘贴即可完成数据的输入;

(5)矿权空间核查利用最新的规划数据，满足现在及将来一定时间内工作的需要;

(6)设置与金土矿权管理系统数据接口，随时导入导出数据，使数据可以保持在最新状态;

(7)保留与专题规划和市县规划数据的接口，方便扩展。

2 系统模式与软件结构设计

2.1 系统模式设计

系统采用Client/Server 模式，即客户机/服务器模式，如图1 所示。该模式充分发挥客户端PC 机处理能力，把计算和数据管理合理地分配在客户机和服务器两端，有效的降低网络通信量和服务器运算量。由于服务器与客户机具有一对多的关系和运行环境，因此所有数据存放在服务器上，既有效的实现资源共享，同时保证了数据的安全，客户机只执行本地前端应用，而将数据库的操作交由服务器去完成，可以合理均衡事务的处理，充分发挥数据的完整性。

图1 系统采用Client/Server 模式Fig.1 Client/Server model in system

2.2 软件结构设计

软件结构采用模块化设计思想，包括用户管理、图层管理、表数据管理、文档管理、字典库管理、工程图件管理、数据编辑、地图显示与输出等模块，而投影变换、属性查询与统计等模块则根据需要嵌入到各个相关的模块中，软件系统结构如图2 所示。

常用的功能以图形导航的方式排列，通过快速导航菜单即可使用相关功能，系统多个功能窗口可同时打开，设置和改变实时就可以看到效果。

图2 软件系统结构Fig.2 System structure of software

3 系统功能设计

系统功能包括用户管理、成果数据管理、图件工程管理、项目管理、矿权管理以及地图显示与属性查询、多条件数据检索、地图拓朴裁剪、数据编辑等。

(1)用户管理实行三级用户认证管理，分别为Windows 认证、SQL Server 认证、系统用户认证，并根据用户划分出三种类型，分别为系统管理员、专业用户和浏览用户，每类用户授予不同的权限，保证数据安全与完整。

(2)成果数据管理《规划》成果数据包括图层数据、表数据、文档数据。图层数据是MapGIS 格式的点、线、面图层文件(带属性结构与属性)，而表数据就Excel、ForPro 格式的DBF 后数据库文件，文档是Excel、Word 格式的文本文件，所有这些数据最终以数据表的形式存贮在服务器的网络数据库中，在客户端完成基础数据的上载、下载、删除、更新及修改。

(3)图件工程管理将上载的图层数据、附表数据、文档数据任意进行组合，即可形成一幅新的图件。图件包含的内容有:图层(点图层、线图层、区图层)、附表、文档等。

(4)项目管理将各类图件按照不同的需求进行组合，形成不同的工程组，每一个工程组就是一个项目。项目以文件的形式保存在本机磁盘，只要打开项目文件，就可以快速装入各式图件。项目、图件和各类基础数据的组合关系如图3 所示。

图3 项目、图件和基础数据的组合关系Fig.3 Combination relation of project，map and fundamental map

(5)矿权管理矿权管理是对省级探矿权、采矿权的设置、分布、空间位置以及核查过程与结果进行管理，包括每宗矿权的基本信息、状态和核查意见等，是矿权设立与管理的重要依据。

(6)地图显示与编辑地图显示功能用于查看和检索任意图层、文档、表数据以及多种方式打印输出、图件裁剪。图件编辑功能则完成本地及网络图层的编辑和输出。

(7)数据同步与备份为保证矿权管理数据的实时性、有效性，设置与国土资源管理部门金土矿权管理系统的数据接口和交换功能，快速导入其系统的数据，并根据需要对数据在服务器上进行实时备份，保证数据的安全。

(8)数据检索根据输入条件实现检索图元，并快速定位到相应图元，也可根据定位范围内的图元检索其属性值。

4 系统实现

4.1 开发平台

数据库平台采用Microsoft SQL Server 网络数据库进行数据存贮和管理，采用MapGIS 作为GIS 平台，利用Windows API、ADO 组件、Office COM+组件以及MapGIS 开发接口提供的API、COM 组件和ActiveX 控件进行开发和数据处理，并采用Visual Studio 套件作为主要开发工具。

MapGIS 组件不依赖于某一种开发语言，它可以直接嵌入到通用的开发环境(如VB 或VC++)中实现GIS 功能。通过调用MapGIS 组件的基本功能，并结合其他专业模型，可以快速地开发GIS 应用程序。利用MapGIS 组件开发GIS 应用程序分以下几个步骤:①选择应用系统的开发工具;②将MapGIS 组件引用到开发环境中;③调用MapGIS 组件的属性和方法完成GIS 基本功能;④开发应用系统专用的功能❶武汉中地数码，MapGIS 组件开发手册，2005。。

4.2 主要功能

系统具有用户管理、基础数据管理、图件工程管理、项目管理、矿权管理等多个管理功能，以及数据同步更新与备份、地图显示与属性查询、多条件数据检索、地图拓朴裁剪、数据编辑等实用功能。其主要功能如下:

(1)基础数据管理基础数据主要是《规划》成果数据以及工程图件、项目等数据。成果基础数据包括以下几种:

①图层数据(Layer):主要为MapGIS 的点、线、面等图层文件。

②表数据(Table):包括FoxPro 格式DBF 文件、带格式的EXCEL 文件。

③文档数据(Documents):包括WORD 文件和EXCEL 文件等文本格式的文件。

④属性字典:各类属性代码的中文名称和含义，可以将属性代码转换为注释。

系统采用标准的Windows API、MapGIS API 接口操作，可以对服务器上完成基础数据的上载、下载、删除、更新及修改等操作，保证数据的完整性和共享性［3］。

(2)多条件数据检索与查询系统可以实现多条件的数据检索，可以根据属性值检索图元，也可以根据定位范围内的图元检索属性值。根据属性值检索图元，只要输入检索条件，即可快速定位到相应图元(图4)。

图4 根据属性条件检索图元Fig.4 Primitive retrieval according to attribute condition

根据定位范围检索图元首先输入检索范围，检索范围输入包括屏幕鼠标拉框、手工输入坐标数据、从文件中导入坐标数据等。输入或导入的坐标类型可以是地理经纬度坐标，也可以高斯平面直角坐标。对查询后得到的结果，支持多种方式保存:复制到剪贴板，供其它程序使用;保存为文本文件或EXCEL 电子表格文件等。

(3)矿权管理矿权管理是系统一个重要功能，针对矿权核查、管理日常工作进行单独设置。矿权管理可以对省级采矿权项目和探矿权项目进行登记、修改项目类型等。项目类型分为划定矿区范围、矿权新立、矿权延续、矿权转让、矿权注销、矿权保留等，同时标识每个项目的当前状态，如矿权已核查、核查通过、核查未通过、项目调整等，系统对每个项目状态以醒目方式进行区分，符合工作习惯，提升工作效率，使设置矿权有章可循(图5)。

图5 矿权管理Fig.5 Mining right management

(4)矿权空间数据核查在矿产资源规划成果数据的基础上，开发矿权核查、规划实施辅助工具，为提高规划实施管理的效率和质量提供有效的技术手段。矿权空间位置辅助核查根据矿权项目坐标数据，利用空间分析技术将项目的位置、区域形状再现，并与开发利用规划图等空间数据进行叠置分析，列出分析运算结果，辅助用户判断项目在空间上是否满足规划要求(图6)，并可以随时记录矿权状态、核查意见等基础信息。