大面积区域水准资料综合信息管理系统的设计与实现1

刘文龙 郑智江 董运洪 许明元

（中国地震局第一监测中心，天津 300180）

大面积区域水准资料综合信息管理系统的设计与实现1

刘文龙 郑智江 董运洪 许明元

（中国地震局第一监测中心，天津 300180）

基于Oracle的区域水准数据库并采用C/S结构（客户机/服务器结构），本文设计和开发了基于该数据库的信息管理软件平台。将大面积区域水准资料经过规范化整理及数据恢复处理后通过软件导入数据库，并通过数据检索、浏览、编辑、备份、恢复等功能实现了对水准数据的有效管理。

区域水准 数据库 管理系统 数据恢复

刘文龙，郑智江，董运洪，许明元，2015.大面积区域水准资料综合信息管理系统的设计与实现.震灾防御技术，10（4）：996—1003. doi：10.11899/zzfy20150418

引言

大面积区域水准观测作为地震预测预报科学研究的一种重要手段，具有点网布设范围广且相对稳定、观测时间跨度长、观测数据精度高、更新周期短等特点。如何对大面积区域水准数据进行有效管理是一个具有重要意义的课题。而当前工作人员仍延续了逐年累积纸质资料和光盘数据的传统数据管理方式，该管理方式为中国地震局第一监测中心保存了几十年的水准观测资料，这些资料充分完整，数据可查可读，对大面积水准数据管理具有重要价值。但是随着水准数据的逐年累加，长达几十年的水准点之记、观测文件、观测成果以及仪器检查等数据越来越显得臃肿，并且由于水准资料数据量大、涉及的种类繁多、数据格式不规范等问题，使工作人员无法方便快速的查询，这给平时资料管理工作带来了很大的困难（郑智江，2012）。在这种情况下，传统数据管理方式已经不能满足当前的业务需求，因此很有必要建设一个能对大面积区域水准资料进行规整入库、数据信息浏览及快速查询、提取的系统，提高工作效率，减少工作失误。本文开发的大面积区域水准资料综合信息管理系统，基于Oracle数据库及C/S结构（客户机/服务器结构）实现了对历年水准数据的批量入库、数据备份及转移、数据查询浏览、数据输出打印等功能，该系统的开发对大面积区域水准资料的管理运行、用户使用具有重要意义。

1 系统开发

1.1 数据库设计

该系统数据库由水准区域表、水准点表、水准测线表、水准测线节点表、水准仪和水准标尺表、水准仪器检查表、水准标尺组合表、水准标尺检查表、水准测段表、水准测段观测表、水准测段成果表11个表组成。数据库逻辑关系如图1所示。

图1 数据库E-R图Fig.1 E-R diagram of the database

11个表的定义如下：

（1）水准大区域表：水准大区域名称、位置、形状等特性定义。一个区域分划一条记录。

（2）水准点表：水准点属性定义，可生成点之记。一个水准点一条记录。

（3）水准测线表：水准测线名称、位置、形状等特性定义。水准测线必定属于某一水准区域（不跨越区域），一条测线一条记录。

（4）水准点测线节点表：①定义所有的水准点在测线上的顺序号；②定义节点。节点指属于两条水准测线以上共有的水准点。同时定义水准点在各个水准线上的顺序号。一个测线中水准点对应一条记录。

（5）水准测段表：测段是指两个相邻水准点间的部分。定义测段名称、起始点、启用废止年月等。如水准点被破坏或更新，则需重新创建测段。一个水准测段一条记录。

（6）水准测段观测表：水准测段实测数据记录（包含未合限的测段记录），一个水准单程观测数据一条记录。

（7）水准测段成果表：本表为水准实测测段最终成果记录表，以任务为单位编制（可代替高差表），一次任务一个测段结果一条记录。

（8）水准仪器及标尺主表：记录水准仪器和标尺基本信息，一台仪器或标尺一条记录。

（9）水准仪器检查表：记录水准仪器检查信息，一台仪器一次检查一条记录。

（10）水准标尺组合主表：记录一对水准标尺组合信息。一对标尺组合一条记录。

（11）水准标尺检查表：记录水准仪标尺组合检查信息，一对标尺组合一次检查一条记录。

在数据库的建设中，以《中华人民共和国行政区划代码》、《地震测项分类与代码》、《地震数据分类与代码第2部分：观测数据》、《地震观测仪器分类与代码》为依据，按照专业性、可操作性等原则，对涉及的测区、水准点、测线、测段、测点、仪器及组合等所属数据进行编码。数据编号具有唯一、简洁合理、规范等特点。

1.2 数据规范化整理

该系统需要整理的数据为1995—2010年水准点之记、高差表、观测文件、仪检文件等，由于时间跨度广、数据量大、数据逻辑关系错综复杂，并且受观测仪器、观测手段、数据处理手段等影响，数据载体形式不统一（纸质、图片、Excel、Word等），有的甚至存在少量隐蔽错误。因此，在数据批量入库前，必须对数据格式进行规范，对数据资料进行整理，形成准确无误、逻辑关系清晰、格式统一的数据。此项工作量庞大而复杂，是该系统建设中最为费时费力的工作。

经过近6个月的时间，共完成1995—2010年8080个水准点，824条测线，543个测线节点，14428条测段及对应测段观测信息和成果信息，以及90条仪器及标尺信息的统计整理工作。数据整理难点及处理方法如下：

（1）水准点坐标信息缺失及错误。当水准点之记信息不完整且存在信息错误时，必须开展水准点的信息恢复补救工作。本文采用ArcGIS软件，将具有经纬度信息的水准点以测线形式展布到地图中，如果一条测线中存在经纬度不准确或者缺失的水准点，该点在地图上将以“跳点”或缺失的形式显示，通过上下点的经纬度可插值得到该点概略经纬度，最后将整条测线的水准点属性表导出即可。

（2）水准大区域与测线从属关系的确定。同样用ArcGIS软件将测线要素和水准大区域要素展布到地图中，对水准测线和水准区域数据进行叠加分析，通过测线与面状区域的位置关系确定测线所属的水准大区域，将区域名称编辑到测线属性表中，最后将属性表导出，即可获得带有“水准区域”字段的测线数据，如图2所示。

1.3 系统设计和实现

该系统采用微软C#语言在.NET2010平台下，结合Devexpress辅助设计工具对软件进行设计和开发，在体系结构设计上采用C/S模式。系统由五大功能模块组成：

（1）数据管理模块。该模块是数据的安全性和数据库的管理模块，实现了数据库的备份和恢复，数据库从一个平台到另一个平台的转移，以及操作日志查看等功能。

（2）数据浏览模块。该模块包括在Gridview数据表浏览查看数据记录，在图片浏览器中浏览图片、文本浏览器查看文本文件、文档浏览器查看Word及Excel文件等一系列数据浏览操作。其中在数据记录中如果存在字段信息缺失的情况，该字段将以高亮的方式提示用户，具体如图3所示。

（3）数据操作模块。数据的删除、修改、查询功能将在此模块中实现。其主要包括：记录删除、文字信息的编辑、图片及文档信息的编辑，具体如图4所示。用户常用的查询检索功能可在此模块中实现，同时用户也可使用高级查询功能自己编写查询脚本检索，以及通过Gridview的Filter Editor对话框查询检索兴趣记录，具体如图5所示。

图2 水准测线与测区叠加示意图Fig.2 Illustration of overlying level line with level area

图3 数据浏览Fig.3 Data browsing

图4 数据编辑Fig.4 Data editing

图5 数据检索Fig.5 Data searching

（4）数据导入导出模块。数据智能批量导入功能是该系统的核心也是亮点，在保证数据逻辑关系准确的同时高效地将数据批量入库，其中涉及到相关数据表的遍历，区位码解译，水准点自动添加，相似水准点智能匹配等。导出功能可以将数据库中的数据按照用户自定义的格式导成Excel报表，具体如图6所示。

图6 数据导入和导出Fig.6 Data importing and exporting

（5）系统管理模块。系统管理模块可以方便用户熟悉和使用该软件，其主要包括：系统帮助、版权信息、界面风格调整，以及常用的最大化、最小化和退出功能等。

1.4 系统关键技术

该系统需要解决的关键技术主要有：批量数据智能入库和区位码解译。

（1）批量数据智能入库。各类数据之间在逻辑上是相互关联的，在入库之前必须充分考虑各类数据之间的逻辑关系，不能简单孤立的入库。例如：测段观测数据入库时必须保证对应该测段记录的存在，而测段又依托于测线和水准点，因此在观测信息入库时系统需要依次查询水准点表、水准测线表和水准测段表，当三个条件同时具备时，测段观测数据才能写入数据库。在数据入库过程中，如果系统检索不到对应水准点的信息，系统将自动查询与该水准点名称相似的水准点记录，并将查询结果放入列表框中，用户可自行选择是否替换。若选择否，说明该水准点不存在，系统将从观测文件中自动提取并整合有限的水准点信息将其入库。具体流程如图7所示。

（2）区位码解译。2000年前的水准观测文件中水准点汉字的表达方式为区位码。区位码是我国汉字的代码，其唯一参考标准为《信息交换用汉字编码字符集》基本集，这个字符集是我国中文信息处理技术的发展基础，也是目前国内所有汉字系统的统一标准。在.net中能使用system.text来处理所有语言的编码。在system.text命名空间中包含众多编码的类，可供操作及转换。具体方法如下：

①计算汉字的区码和位码：

②区码位码转换为byte［］类型：

③system.text解码：

图7 观测数据入库流程图Fig.7 Flow chart for observation data storage

2 结论

大面积区域水准资料综合信息管理系统较传统数据管理方式具有以下优势：

（1）采用关系型数据库建立了数据之间的逻辑关系，较之传统数据相互独立的存储方式，关系型数据存储方式更为科学，对数据的完整性更具约束力。

（2）数据浏览和查询更为清晰快捷。系统数据显示区不但可以查看数据文字记录，还可以浏览数据库中的流文件（图片、txt文本、word文档、Excel文档等）。同时，系统还提供了数据快速查询模块，可方便用户更精准定位到自己所需数据。另外，清晰的数据浏览模块和快速的查询方式把工作人员从海量纸质数据的查阅工作中解脱出来，大大提高了数据检索效率，这是传统数据管理方式下所做不到的。

（3）提高了数据存储效率。在传统工作模式下，由于数据规范无明确定义，数据质量的好坏甚至由工作人员凭经验判断，由于人与人之间存在认知差异和不可避免的失误，导致数据需经过几轮反复修改才可以存储备案。而大面积区域水准资料综合信息管理系统建立了数据入库规范，开发了人机交互的数据存储模式，较之传统的数据存储方式，能够阻断工作人员在数据交换时产生的错误，大大降低了工作人员的失误机率，使得数据存储速度更快，准确性更高。

（4）数据导出更加安全。在传统管理方式下，由于数据资料介质为纸质及光盘，资料无法进行电子备份，因此数据在借出过程中若发生丢失或损坏情况，会造成数据的永久性破坏，同时数据的借出及归还也存在安全隐患。而系统的导出功能从根本上解决了这个问题，工作人员只需将感兴趣的数据利用系统导出报表功能生成Excel格式报表即可，数据库中原始数据不会发生变动。

综上所述，大面积区域水准资料综合信息管理系统的设计和开发，建立了数据之间的逻辑关系，提高了数据检索和存储效率，具有较强的适用性和可操作性，该系统的研发成功可有效提高大面积区域水准资料管理服务的保障能力。同时，为了使系统发挥应有的作用，针对用户在使用过程中反馈的问题和意见，还需对系统进行必要的升级和维护。

郑智江，2012.陆态网络资料综合信息管理系统的开发.大地测量与地球动力学，32（增刊）：61—63.

Design and Development of Management System for Large Area Leveling Data

Liu Wenlong， Zheng Zhijiang， Dong Yunhong and Xu Mingyuan

（First Crust Deformation Monitoring and Application Center， CEA， Tianjin 300180， China）

Based the C/S （client/server） mode on Oracle， we have designed and constructed the regional database management system for large area leveling data. After standardization and recovery the large area leveling data was imported into the system. And then the system can manage the data effectively by using data searching， data browsing， data backup and data recovery.

Regional leveling； Database； Management system； Data recovery

中国地震局第一监测中心科技创新主任基金（FMC2014007）和地震行业科研专项（201308009）共同资助

2015-02-03

刘文龙，男，生于1987年。硕士。主要从事地图学与地理信息系统方面的研究。E-mall：liuwenlon1987@126.com