基于GIS的黑龙江资源信息管理系统的设计与实现

2014-08-23李文慧孙书言王翰琦贺龙华陈晓东董丽昕李继红

森林工程 2014年6期

李文慧，孙书言，王翰琦，贺龙华，陈晓东，董丽昕，李继红

(东北林业大学林学院，哈尔滨 150040)

黑龙江省的矿产资源不仅种类繁多，而且储量丰富。目前我国发现各类矿产总计234种，其中黑龙江省就有132种，已查明储量的矿产为81种。其中，矿产资源以石油、煤炭、黄金、石墨最为著名，除此之外，铁矿和金矿等也比较丰富。仅就煤矿而言，黑龙江省拥有黑河、鸡西、鹤岗、七台河和双鸭山五个矿区，是中国重要的煤炭产地之一。虽然拥有丰富的矿产资源，但是矿业发展不平衡，开发程度和市场程度明显不足[1]。为科学管理、有效运营矿产资源，提高当地居民的生活水平，建立综合性的矿产资源信息管理系统是非常有必要的。

国内的研究主要集中在矿产资源规划管理。叶玉丰[2]、王继莹[3]、刘哲[4]、华晓燕[5]和闫金梅[6]等对GIS矿产资源系统的研究比较多。近年来，随着GIS技术的不断发展，在矿产资源管理、数字矿山的建立和矿产资源开发环境评价等方面的应用也不断加强[7-10]。但是客观地说，我国在应用GIS技术进行矿产资源管理方面的研究还相对落后[11-12]。本文基于GIS的黑龙江省矿产资源信息管理系统将应用于黑龙江省的矿产管理与分析，从而更好地进行安全生产管理工作。

1 系统的开发环境

本系统基于 ArcGIS Engine 组件开发技术，使用Visual Studio 2008开发环境下的C#作为开发语言，选择C/S即客户端/服务器作为运行模型。这种运行模型的优点在于，能够提高对图形数据的编辑处理能力，提高空间数据的存储效率，实现更加稳定的保密性和安全性。由于矿产资源不仅包含空间数据又包含属性数据，即各种地理数据、统计数据、专题数据、各种信息表、文字信息等，因此选择关系型数据库SQL Server 2008来存储和管理基础数据。该平台主要由表现层、应用层和数据层组成。其中，表现层是以C#语言开发的桌面客户端，包括菜单栏、工具栏、地图显示窗体、制图窗体、状态栏等。数据层作为一个实体层，用以存放该平台的信息资源，一方面用于数据库中数据的“读”数据操作，另一方面用于对数据库中数据的“写”操作。应用层是使用ArcGIS Engine进行二次开发，帮助用户实现数据访问、地图显示、地图分析等基本的服务。

2 系统需求分析

系统需求分析是系统优化设计、系统效能良好发挥的关键，明确系统的实现目的对于系统的应用具有重要意义。根据分析目前我国矿产资源的管理情况，结合矿产资源在黑龙江省的具体分布状态，确定系统需求为：实现对黑龙江省矿产资源信息的显示与更新、空间信息检索、属性信息统计以及其他的空间分析等内容。针对需求分析，确定了系统的基础数据要求，基础数据主要分为属性数据和空间数据，同时选用数据流程图分析系统数据需求模型，如图1所示。

3 系统设计

3.1 总体设计

在目前的地理信息系统中，主要存在两种运行模式，即C/S模式和B/S模式，虽然B/S模式操作相对简单，但是在这种模式下，图形编辑处理能力明显不足，在资源信息管理系统的开发设计中，采用的是C/S模式，以此来满足系统处理海量数据的要求。在该系统设计过程中，结合需求分析的内容，得到系统的总体设计框架结构，如图2所示。

图1 数据需求模型

图2 系统总体体系结构图

3.2 模块设计

根据需求分析得到的结果，结合系统总体设计内容，在对系统功能模块的设计中，矿产资源信息监测系统主要分为地图浏览、空间分析、数据更新、查询分析、数据编辑、数据统计和系统管理七大模块，如图3所示。项目实施的步骤包括资料收集与需求分析、系统分析与设计、系统环境配置、数据建库与系统开发、系统集成与测试。

3.3 数据库设计

3.3.1 数据库逻辑设计

矿产资源监测系统的数据建库前提是要有基础数据，这些数据包括基础地质数据、基础地理数据和规划专题数据，数据实体之间存在着各种关系。其中，在基础地质信息中，包括地质、成矿区、岩体。在基础地理数据中，交通信息包括公路信息和铁路信息；水系信息包括水库、湖泊等面状信息和水渠、河流等线状信息；行政区域信息中包含省、市、县、乡四级信息等等。此外，行政界线是以黑龙江省行政区划为准，高程信息由黑龙江省地形图提取获得。

图3 系统功能模块结构图

3.3.2 空间数据库的建立

空间数据库，即图形数据库，记录的是研究区域内图元和矢量图形的基本信息。建立空间数据库的目的是实现对研究区域内图形数据的组织和管理。在建库之前，要明确数据库中数据的类型。在本研究中，空间数据库主要分为地形图层、矿产资源专题图层和地质信息层，而地形图图层中又有描述地形的各类地理要素，即居民点、交通线路、水系和地形地貌等。建库的过程是将收集来的纸质数据通过地图数字化，建立地理、地质等图层，然后通过点编辑和线编辑建立拓扑，研究空间数据库的图形特征参数、图层编码与分类方式和数据格式，结合属性数据库的连接方式，将处理后的地图数据检查后建库处理。

3.3.3 属性数据库的建立

属性数据库是用以存储图元要素的特征值、文本信息和相关调查统计数据的信息库。属性数据库与属性数据的存储、统计、查询和更新等操作密切相关，是通过将收集来的资料进行预处理，编辑图元编号等字段后得到的。属性数据库和空间数据库通过关键字连接，以实现系统查询、统计等功能。属性数据库和空间数据库建立之后通过数据转换处理后的属性连接，转换数据格式得到矿产资源信息管理系统数据库的核心部分。

4 系统实现

4.1 功能界面设计

在Visual Studio 2008集成开发环境中通常所使用的控件被封装起来，当使用的时候只进行实例化调用即可。根据以上进行的系统功能框架结构的设计结果，使用Visual Studio 2008可视化开发功能完成系统功能界面的设计。即在窗体上添加MenuStrip、MapControl、TOCControl、Linsence、TextBox、Label和Button等控件，并为相应控件按照系统需要重新进行规范化命名。然后根据美观对系统进行布局调整，并为系统窗体，以及相应的按钮添加背景图片。以上完成了系统界面设计。

4.2 系统的逻辑功能的实现

在系统功能模块设计以及界面设计的基础上，通过C#语言调用ArcGIS Engine的IMap、IFeature等接口实现地图浏览、空间分析、数据更新等地图操作。使用C#的ADO·NET对象完成数据库的相关操作，实现对系统数据的增删改查功能。使用相应的逻辑代码实现每个系统控件的功能。

4.3 系统的测试与封装

在实现系统的具体功能以后，要对系统进行测试并根据测试提交的漏洞进行代码的修改。主要进行的系统测试有功能测试，兼容性测试、健壮性测试，性能测试，强度测试，用户界面测试，安全测试、可靠性测试、安装/卸载测试、恢复测试等。在系统测试完成后，将系统进行打包封装成可安装的EXE程序，完成系统的开发过程。

5 结束语

本文是在Visual Studio 2008集成开发环境下，使用SQL Server 2008作为系统的数据库，C#语言作为开发语言，在ArcGIS Engine的基础上进行的GIS二次开发的实例。旨在介绍设计和实现黑龙江省矿产资源信息管理系统的整体流程。该系统实现了对黑龙江省矿产资源专题图的浏览、查询、编辑、空间查询和分析等功能，这些功能的实现能够为矿产资源信息管理人员快速掌握所属地区的矿产资源信息提供技术支持，可以通过该系统实现对矿产资源进行有效的管理，从而使矿产资源管理进入一个崭新的数字化管理时代，同时也大大提高工作效率，在该领域具有重要的意义。

【参考文献】

[1]魏景明，曹光.黑龙江省矿产资源形势与对策[J]，资源经济，2006，12(3)：21-31.

[2]叶玉丰.基于GlS技术的矿产资源规划管理信息系统[J]，地质与资源，2004，13(l)：52-55.

[3]王继莹，董云飞，杨春飞，等.GIS在矿产资源规划管理中的实践7月，吉林地质，2007，26(4)：89-90.

[4]刘哲，甘德清，赵红蕊.基于GIS的矿产资源规划信息系统[J]，金属矿山，2006，36(4)：58-60.

[5]华晓燕，黎雷.省级矿产资源规划数据库系统设计和应用[J]，矿产保护与利用，2004(3)：1-5.

[6]闰金梅，刘云勇.基于MapGIS的矿产资源规划数据库系统构建[J]，资源环境与工程，2005，19(3)：235-238.

[7]张力岩.数字矿山中三维地质模拟与体视化研究[D].北京：中国科学院(遥感应用研究所)，2006.

[8]王晓红，聂洪峰，李成尊，等.不同遥感数据源在矿山开发状况及环境调查中的应用[J].国土资源遥感，2006(2)：69-71.

[9]刘忠诚，张学勇，蒋宇，等.基于GIS的林地“一张图”在森林资源管理中的应用[J].四川林业科技，2013，34(4)：104-106.

[10]王登亮.基于C_S的远程数据采集系统的设计和实现[D].上海：同济大学，2008.

[11]廖正武.平坝县森林资源动态变化与发展对策[J].四川林业科技，2014，35(3)：83-86.