基于GIS 的河南省航运经济信息分析系统的设计与开发

2013-12-29常静崔雅博窦晓楠

电脑知识与技术 2013年2期

摘要：该文基于内河航运与经济发展的关系，借助SuperMap GIS软件开发平台，采用C#编程语言开发了河南省航运经济信息分析系统，实现了研究区域内航运信息的存储、显示、管理和分析；同时引入了地理空间自相关模型和灰色关联度模型，对河南省航运发展和地区经济发展的相关性进行了分析，还利用指数平滑模型预测了河南省未来年份内河航运货运吞吐量，为航运管理部门的规划与决策提供了科学依据和技术支持。

关键词：GIS；内河航运；航运经济信息分析系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-5039（2013）02-0269-03

自改革开放以来，河南省的航运事业得到了长足的发展，货运量逐年增长，船舶吨位逐年提高，航运效益明显改善。目前，河南省的航运已经成为综合交通运输体系中不可替代和缺少的重要组成部分，在国民经济和社会发展中发挥出越来越重要的作用[1]。该文借助SuperMap GIS软件开发平台，采用C#编程语言开发了河南省航运经济信息分析系统，实现了研究区域内航运信息的管理、分析和共享，有效地推动了航运信息化的进程，为航运管理部门的规划与决策提供了科学依据，提高了航运管理的科学性和高效性。

1 系统的总体设计

河南省航运经济信息分析系统采用了三层结构框架，即数据库层、模型层和功能层。该系统的总体结构框架如图1所示。

图1 系统框架结构图

2 系统的技术路线

河南省航运经济信息分析系统是借助SuperMap GIS软件开发平台，采用C#编程语言进行开发的，其技术路线如图2所示。该系统首先借助于SuperMap GIS平台进行数据库的构建，实现属性数据和空间数据的一体化存储和管理；其次根据内河航运的实际需求建立航运经济分析和预测模型；然后根据系统的设计目标和功能需求，借助于SuperMap Objects组件进行河南省航运经济信息分析系统的研发，实现对河南省航运数据的处理、显示、管理、查询和分析等功能。

图2 系统技术路线图

3 系统的数据库设计

河南省航运经济信息分析系统的数据库包括了两部分，即属性数据库和空间数据库。其中空间数据主要包括了大、中河流、航道、水库、湖泊、渡口、各级地市等，属性数据主要包括了河南省各市的GDP总量和第一、二、三产业的总量、各市的港口分布、港口吞吐量和航运信息情况以及三十一个通航库区或水域通航情况等等。

1）空间数据库的建立

空间数据库的建立就是将空间实体数据抽象概化为点、线、面等数据结构，不同类型的数据采用不同的空间数据结构来进行组织表达。河南省航运经济信息分析系统的空间数据库设计主要采用了分层设计的方式，即空间数据组织的基本要素是地图的图层信息。该系统的空间数据库设计是借助于SuperMap SDX+平台完成的，数据格式为SDD数据格式。

2）属性数据的建立

与空间数据相比，属性数据由于不具有空间的概念，其数据结构相对要简单，通常属性数据采用关系型数据库来进行存储管理。河南省航运经济信息分析系统的属性数据库采用的是SQL Server 2000 数据库管理库管理系统建立的。

3）空间数据和属性数据的关联

为了更好地组织地理空间数据，构建GIS数据库，该系统将空间数据库和属性数据库通过唯一标识符来进行连接，即空间数据库中的空间数据的属性信息中仅仅记录该地理要素的必要几何信息，该要素的其他属性信息均存储于SQL Server数据库中，然后通过关键词将该地理要素和属性数据库中的信息进行关联。

4 河南省航运经济信息分析系统的开发

河南省航运经济信息分析系统借助于SuperMap GIS软件开发平台，采用C#程序开发语言和SQL Server数据库进行开发。该系统主要包括了地图操作、查询、基础资料显示、航运经济信息分析、信息预测、系统管理等功能模块。

4.1 地图操作模块

地图操作模块主要包括了地图放大、地图缩小、地图漫游、自由缩放和全图显示功能。

4.2 查询模块

查询模块主要包括了地图点击查询和属性查询。地图点击查询就是用户在地图上通过点击的方式选择想要查询的地物要素，然后系统会通过对话框的方式将被查询地物的相关信息显示出来。例如，用户点击地图上的“淮河航道”，然后系统会将“淮河航道”的航道里程、通航里程、航道状况等相关信息显示出来。

属性查询的实现原理就是对属性数据表中的所有字段值进行过滤，根据查询条件筛选出满足查询要求的空间实体的ID号，然后再根据ID号到空间数据库中检索对应的空间实体并在地图上将该实体高亮显示出来。

4.3 基础资料显示模块

基础资料显示模块主要是将河南省的航道信息情况、港口分布和现状、通航库区的情况等基础资料以文本、图表的方式直观显示出来，便于用户对于河南省航运信息的了解和查看。

4.4 航运经济信息分析模块

航运经济信息分析模块主要包括了地理空间自相关分析和灰色关联度分析。

4.4.1 地理空间自相关分析

地理空间自相关是指同一个变量在不同空间位置上的相关性，它是认识空间分布特征常用的方法，它可以计算出地理空间现象的变化是否存在相关性[2]。该系统采用了全局空间自相关分析和局域空间自相关分析的方法来分析河南省航运的经济发展状况。

1）全局空间自相关分析

全局空间自相关分析是指通过属性值来表示整个区域的空间特征。全局空间自相关分析所采用的评价指数有很多，该系统采用了Moran’s I指数来实现全局空间自相关分析，即当Moran’s I接近于1时，表示研究区域的空间要素整体上呈现出正空间自相关，空间属性呈现空间聚集格局；而当Moran’s I接近-1时，表示研究区域的空间要素整体上呈现出负空间自相关，空间属性呈现空间离散格局。当Moran’s I值等于0时，空间要素不存在空间自相关，即空间属性呈现空间随机分布。

航运经济信息分析系统中的全局空间自相关是利用河南省各市年港口的货运吞吐量来表征全省内河航运的空间分布特征。例如，根据2008年河南省各市港口的货运吞吐量来进行河南省内河航运空间自相关性的计算，得出2008年河南省内河航运空间自相关性整体上很弱，空间积聚现象不明显，全省总体上呈现随机分布的状态。

2）局部空间自相关分析

局部空间自相关分析是指通过分析研究区域内各子区域的属性值来分析每个子区域与周边地区间的空间差异程度。局部空间自相关分析的评价指数也很多，其中最为常用的是Local Moran’s I指数，即Moran’s I指数在某个区域单元内的指数值。

局部Moran’s I指数的大小反映了一城市与周边相邻城市之间航运发展的关联程度。例如根据2008年河南省各市港口的货运吞吐量，利用局部Moran’s I指数计算公式计算得到各地市港口吞吐量Moran’s I值，可以分析得出如下结论：安阳、新乡和郑州这三个城市航运的发展存在很大的一致性，即这三个城市的航运均属于欠发达。南阳、周口、驻马店和信阳这个座城市航运的发展存在很大的一致性，即南阳、周口、驻马店和信阳的航运均属于较发达[3]。

4.4.2 灰色关联度分析

灰色关联度分析是依据系统中各因素的曲线形状的接近程度分析各因素之间的关联度，即当序列曲线几何形状越接近，则发展变化态势越接近，相应序列之间的灰色关联度就越大，反之就越小[4]。

该系统中的灰色关联度分析主要是分析河南内河航运发展对河南省18个城市经济发展的影响程度。

4.5 信息预测模块

信息预测模块的功能主要是货运总量的预测，即预测河南省的货运需求量。该系统的预测方法采用的是指数平滑法即指数滑动平均法。该系统利用河南省1990年至2007年的货运量，采用指数平滑法预测了2013年至2020年的河南省全货运量。

4.6 系统管理模块

系统管理模块主要包括了数据备份、数据恢复等功能。

5 结束语

本文借助SuperMap GIS软件开发平台，采用C#编程语言开发了河南省航运经济信息分析系统，实现了河南省内航运信息的高效管理和共享，分析了河南内河航运发展对河南省各地市经济发展的影响，预测了河南省未来年份内河航运货运吞吐量，为河南省未来航运的发展提高了科学、合理和有效的理论依据和技术支持。

参考文献：

[1] 河南省交通厅.河南省内河航运发展规划（2006-2020年）[Z].2006.

[2] 倪万魁，牛富俊，刘东燕.黄土土性的空间自相关性研究[J].西安工程学院学报，2002，24（2）：4-9.