基于GIS的民族自然村管理信息系统开发

马园园，梁 虹

（1.云南大学 信息学院，云南 昆明 650091）

自然村是自然形态的居民聚落，它是村民长时间在某处自然环境中聚居而自然形成的村落。民族自然村是少数民族人口占全村总人口一定比例的自然村落。作为少数民族生存依托和民族文化的摇篮，自然村的存在和保护能有效地维护民族地区的人伦关系，也蕴藏着丰富的社会资本[1]。据相关统计数字显示，我国从2000～2010年10 a间消失了90万个自然村，1 d消失的自然村大概有80～100个，保护传统自然村落迫在眉睫。民族自然村是历史文化遗产的一部分，每个自然村都是中国传统历史文化的缩影。每个自然村的形成都具有一定的空间相关性，建立一个综合可视化的民族自然村管理信息系统，可对保护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、经济、地理位置等，传统的民族自然村信息管理只局限于数据的收集与统计，对自然村的空间位置信息没有体现。GIS的发展为空间分析提供了强大的技术支持，本文基于ArcGIS Server和Flex开发一个民族自然村管理信息系统，该系统基于地图对民族自然村进行可视化统计、管理以及空间分析，为民族事务管理部门提供基于空间的信息存储与管理。

1 系统设计

1.1 研究区介绍

云南是少数民族人口大省，云南少数民族人口占全省总人口的33.37%。云南省加快少数民族和民族地区经济社会发展“十二五”规划指出，要加强民族工作信息化建设，建立民族关系检测评估系统、少数民族和民族地区经济社会发展统计分析等。随着信息化建设的不断发展，民族工作实现信息化的统计和管理已是大势所趋，相关民族事务管理部门也迫切需要有新的信息技术来对民族自然村信息进行更有效的管理。

1.2 架构设计

系统采用Flex Viewer框架[2]，采用C/S和B/S相结合的混合体系架构，如图1所示。

图1 系统网络体系架构图

1）B/S体系结构部分基于ArcGIS Server发布地图，实现民族自然村基础信息的在线展示，用户可通过Web浏览器实现民族自然村信息的空间可视化浏览、查询与分析等功能。

2）C/S体系结构部分为相关管理部门提供民族自然村信息的高效存储和管理，实现自然村数据的可视化编辑、更新和维护。该部分基于Flex进行定制和二次开发。

1.3 功能设计

系统建设的目的是为了便于相关部门对该地区的民族自然村分布及人口、教育、生活等各方面的基础信息进行可视化的管理、统计和展示。系统实现了基础地理底图的浏览、自然村要素属性查询和定位、密度分析及统计分析等功能，为相关部门的规划、管理工作提供支持。系统功能结构如图2所示。

图2 系统功能结构图

1）基本地图功能。基本功能包括：①基本的地图操作，如地理底图导航（如放大、缩小、平移、全图、鹰眼等）；②查询定位，用户在客户端系统内点击自然村查询定位，输入需要查询的自然村名，地图就会定位到该自然村的位置并闪烁显现，鼠标移动到该点的位置，将显示该自然村的字段信息；③地图量测，用户可以使用鼠标在地图上画折线量取任意2点间的距离，也可以在地图上画闭合的多边形测量某一区域的面积；④地图打印，用户可以打印当前浏览的地图界面。

2）分析功能。分析功能包括：①密度分析，主要是对民族自然村空间分布状况的分析和呈现；②统计分析，主要是对该县民族自然村各项属性要素，如少数民族人口比例、农民人均纯收入、人均粮食产量等数字信息的统计和比较，并可生成报表；③缓冲区分析，是针对道路的缓冲分析，选定好缓冲对象和缓冲距离，系统会将缓冲区内的自然村要素高亮显示。

3）属性编辑。属性编辑实现了地图在线编辑功能，即客户端就可以自主地对自然村属性和图层要素进行添加、修改、删除等操作，便于管理人员对数据的更新维护。

1.4 空间数据库设计与实现

该系统的民族自然村基本数据来源于云南省某县的民族自然村统计数据。该统计数据包括自然村名称、自然村总人口数、少数民族人口数、人均收入等基本信息。该县的道路数据是以在线地图为基础自行绘制的Shape文件。

空间数据库的设计与构建是民族自然村管理信息系统的基础。空间数据库设计，既要充分考虑关系数据库的规范化理论，建立准确反映客观现实的关联关系，减少数据冗余[3]，还要结合系统建设的目的和相关管理部门的需求。

1）空间数据模型。本文采用面向对象的空间数据模型Geodatabase作为民族自然村管理信息系统的空间数据模型。该模型采用标注数据库技术来表现地理信息的数据模型，将空间数据和属性数据集成到后台的标准关系型数据库中进行统一管理，实现了空间数据与属性数据的无缝集成，是建立在RDBMS上的智能化的空间数据模型。Geodatabase采用面向对象技术将现实世界抽象为包含空间信息的要素类（点、线、面）和不包含空间信息的对象类（要素属性）组成。每个要素类和对象类都具有属性、行为和规则，要素之间又通过关系类、几何网络等对象进行关联[4]。民族自然村管理信息系统空间数据模型如图3所示。

图3 民族自然村管理信息系统空间数据模型

2）数据分层设计。在该空间数据库中，空间数据都以图层的方式进行组织和管理，即一个地理要素是一个图层。根据需求分析，该民族自然村管理信息系统空间数据库应包含民族自然村数据和背景基础数据2类空间数据。民族自然村数据为一个图层，该图层是点要素。基础数据包括行政区划、道路中心线。其中行政区划是面状要素，道路是线要素。

3）概念设计。通过对民族自然村信息管理业务的需求及图层设计，民族自然村管理信息系统空间数据库主要包括民族自然村、乡（镇）、县（市、区）、道路等实体。图4是民族自然村管理信息系统空间数据库中各实体的E-R图。

图4 实体E-R图

4）逻辑设计。民族自然村管理数据库统一管理和存储该系统所有相关的数据，包括自然村数据、行政村数据、道路数据等。系统主要地理要素的逻辑结构设计见表1。

表1 系统主要地理要素的逻辑结构

2 关键技术和方法

2.1 基于ArcGIS Server的Web地图发布技术

本文采用ArcGIS Server实现地图数据的Web发布。ArcGIS Server是用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用平台，具有强大的数据空间管理、空间分析、地图可视化、数据编辑等功能，还可以发布网络GIS服务，并在分布式环境下实现GIS功能[5]。该产品把GIS的核心功能（专题图、空间分析等）以服务的形式体现出来，为用户提供更加便捷的企业级GIS解决方案[6]。开发人员可以使用ArcGIS Server构建开发应用，实现常用的GIS功能。地图发布成功后只需在IE浏览器地址栏输入ArcGIS Server服务发布的地址，就可以浏览特定服务器上的资源信息。

2.2 基于Flex的框架开发技术

Flex是Adobe公司的一套Web应用开发框架，可用于构建具有强大表现力的Web应用程序，这些应用程序可通过Adobe公司的Flash Player实现跨桌面、浏览器、操作系统的一致部署。ESRI公司发布了一套强大的开发工具ArcGIS API for Flex，能够在ArcGIS Server上开发丰富的RIA应用程序，为ArcGIS Server提供了一套全新的开发方式，可以显示地图数据并与之交互、在服务器上执行空间处理模型并显示结果、基于ArcGIS Online的地图服务显示自己的业务数据、根据属性或者位置查找数据并显示结果、查找地址并显示结果、创新结果的显示方式、创建Mushups应用[7]。

3 平台实现

3.1 地图服务发布

利用ArcGIS发布地图服务包括以下几个步骤：① 利用ArcMap创建地图文档（*.mxd），地图文档中的数据可以来自ShapeFile、File Geodatabase，也可以来自ArcSDE，包括道路图层、民族自然村图层等；②利用ArcCatalog中的ArcGIS Server将地图文档发布成服务。这样，GIS资源就实现了Web共享，用户就能通过输入URL访问地图服务，系统主界面如图5所示。

图5 民族自然村空间可视化分布

3.2 平台功能实现

1）基本功能。地图操作，发布在线地图后，就可以实现远程客户端的地图访问，并对地图进行浏览、放大、缩小等操作；用户在客户端点击自然村查询定位功能，输入要查询的自然村名称，点击查询触发鼠标点击事件，系统自动调用处理点击事件的查询函数，该函数读取服务器端专题图层的属性字段，将结果返回客户端进行显示。

图6 密度分析

2）分析功能。①密度分析，调用了ArcGIS的空间密度分析功能，以自然村为点要素进行点密度分析，分析结果结合该县道路图层可以发现，民族自然村的空间分布与道路分布具有空间关联性，如图6所示。②统计分析，针对各属性要素的相关数值进行统计，例如各个自然村的总人口数、少数民族人口数、贫困人数的统计是通过调用服务器端发布的地图服务，读取其属性字段，利用Flex的各种图标控件（柱状、饼状、折线）实现。③缓冲区分析，是针对道路进行的缓冲分析。用户可对缓冲对象，例如某一条县级公路设置缓冲距离，系统会将缓冲半径内的自然村要素高亮显示，并将要素识别出来。该功能可有助于分析民族自然村通道路的情况。

3）自然村属性在线编辑。传统的编辑属性一般先要编辑ArcMap文件然后存入空间数据库，再发布地图，最后重新调用地图服务，才能获得更改的信息。属性在线编辑实现了地图在线编辑功能，即客户端就可以自主地对自然村属性和图层要素进行添加、修改、删除等操作，便于管理人员对数据的更新维护。

4 结 语

本文针对民族自然村的特点以及管理问题，采用ArcGIS Server、Flex技术、空间数据库技术，在建立民族自然村综合信息数据库的基础上，设计开发了民族自然村可视化管理信息系统，实现了民族自然村的空间定位和查询、密度分析、图表分析和民族自然村属性在线编辑等功能，能有效提高民族工作管理部门的管理效率。

[1]魏海东.西部民族地区新农村建设中自然村保护的价值[J].淮北煤炭师范学院学报:哲学社会科学版,2010,31(4):79-82

[2]蒋文明,盛业华,严岩.基于FDS的RIA WebGIS研究[J].微计算机信息,2007,23(11):178-180

[3]周张琪.基于Geodatabase的基础地理空间数据库设计[J].测绘信息与工程,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]吴功和,众明日.基于ArcGIS Server的分布式GIS应用[J].测绘科学技术学报,2006(1):52-54

[6]张维.基于Flex和ArcGIS Server的WebGIS研究和实现[D].抚州:东华理工大学,2012

[7]贾庆雷,万庆,邢超.ArcGIS Server开发指南——基于Flex和.NET[M].北京:科学出版社,2011