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1、河道地理信息系统的设计与实现张正禄!，莫登华，姜贤瑞（!#武汉大学 测绘学院，湖北 武汉$%&(；#长江水利委员会 长江中游水文水资源勘测局，湖北 武汉$%&!）摘要：论述了河道地理系统的设计与实现，就软件平台选择、系统设计、系统的主要功能及实现等方面进行了详细论述。系统开发目的是为充分利用长江不同时期的河道观测成果，提高河道及水文分析计算水平，加速河道管理的信息化，优化河道演变分析计算方法，实现河道信息的自动采集、存储、分析、查询、管理、输出和应用。关键词：软件平台；)*+,-./；河道地理信息；数据库；信息系统中图分类号：0&1文献标识码：2文章编号：!&34($(（&%）&$4&!(4&
2、$!#$%&()*)$+,-%+%).*./)/0 123 0/4 45%4 6/74&%!#$%!&()*+,!-./0()*&,1-23#$%451(*6,5#!$567/8/.9:/;:*?6A BC7*-D-E:F?=A BC7*-$%&(A G7-*H#ICF:*C/.,-E:F?J*?/-*-;5CFE:=/.K=;F/8/J=*-;B*?:F L:/CF6:/.);8:M*-J?:LE:FA GBLGA BC7*-$%&!A G7-*）89&.4*6.:,-?7+*+:F N:;6C?7:;:+8:-?*?/-/.N*?:F 6/CF*?/-=A?7F/CJ7 N767*-6*-
3、*O:J/;C:/./P:FE*?/-.-;-JC8*?:;-;.:F:-?+:F/;+F/E:?7:8:E:8/.*-*8=*-;6*86C8*?/-./F FE:F 6/CF*?/-/.FE:F 6/CF*-*J:-?A/+?R:?7:?7/;/.*-*8=*-;6*86C8*?/-/.FE:F 6/CF:-?*-;F:*8R:?7:*C?/*?6 J*?7:F-JA?/F:A*-*8=*-*J:-?*-;*+86*?/-#S-*88=A?7:67/6:/.A;:*-.C-6?/-*-;+8:-?*?/-:?6/.?7:=*F:*8/;6C:;#;%=/4$&:H)*+-./H FE:F
4、6/CF*?/-H;*?*P*?/-=&引言长江中下游自上世纪T&年代到现在，已经积累了十几个测次的全程水道地形!U!&测图。近十年来，随着测绘部门数字化成图技术的广泛开展，9,5建库工作将变得更加容易。河道地理信息系统的设计与实现，就是在分析了长江河道测绘信息现状基础上，在9,5以数据采集、存储、管理和查询检索功能为重心的初级阶段向以空间分析、预报预测为重心的高级阶段转移的过程中，首先提出河道地理信息的分类建库，将数字化地图根据其各自属性的不同特点建立满足用户需要和地理信息系统要求的数据库。然后利用9,5开发平台及高级编程环境，通过空间分析计算，建立满足用户需求和9,5设计要求的智能化信息系
5、统。为河道演变分析及其它水利工程规划部门的决策提供可靠依据。!系统设计!#!软件平台选择根据当前国内外软件状况及河道资料实际情况，我们选用)*+,-./T#&作为开发应用平台。)*+,-./T#&是一种理想的客户V服务器环境下可视性强的桌面地理信息系统，内置关系型数据库，可运用地理编码功能将数据库数据与其相关的图形元素一一对应，实现在图形的基础上对数据库进行操作，对地理空间实体的空间数据的采集、存储、处理、分析和输出等具有强大的功能。系统提供了开发语言)*+I*6，可供开发者直接用于二次开发。用户可以用)*+I*6进行人机界面、地理数第!卷 第$期测绘工 程W/8#!A X/#$&%年!月YX
6、9,XYYL,X9 ZS 5DLWYM,X9 2X)200,X9YG#A&%收稿日期：&%4&4作者简介：张正禄!($，男，武汉大学测绘学院教授，博士生导师。测绘工程第!卷据分析等方面的程序编写工作，以设计、建立符合自己工作特点和要求的用户化应用系统。系统采用跨平台集成开发方法，使用进程间的通讯技术即对象链接嵌入自动化（#$%&()*+,(-).），用软件开发工具（如/-0+1 2+0-3 456）开发前台可执行应用程序，以动态数据交换（77%）或对象的链接嵌入自动化（#$%&()*+(-).）方式后台启动地理信息系统商用软件（如8+9:.;)），跨平台实现应用程序中的地理信息系统功能。!=模
7、型设计!）用户需求分析建立科学性和实用性的信息管理系统的关键是系统设计者对用户需求的了解程度。对河道地理信息管理系统有以下几个方面的需求：（!）建立基于?:管理的不同测量时期河道地理信息数据库。（）数据库管理（包括历史、现状数据的输入及图幅检查查询）。（A）数据分析计算（包括空间分析计算、专业分析、统计分析等）。（B）地理信息查询（包括时空变化信息、地理数据信息等）。（）图表输出。）信息管理流程设计任何信息的管理都涉及到数据的来源、编码、数据库的建立、数据的处理等一系列问题。又由于用户对各种信息的管理需求不同，信息管理的流程无一不是共性和个性的统一反映。根据信息管理的一般模式及河道地理信息的特
8、点，在用户需求分析的基础上，设计出信息管理流程如图!所示。!=A数据库系统设计信息管理的核心是数据库系统。数据库系统设计的基础是数据库结构设计，以满足用户需求分析及数据分析为目的。本系统数据库结构设计主要考虑了存图的空间、调图速度、数据库维护等原则，以便对该系统进行修改、扩充、优化等工作。!）图形数据库的结构设计河道地理信息系统的数据库结构根据用户需要分为空间数据库、专题数据库、图像库、文档库。空间数据库包括反映河道地形原貌的等高线数据图形库、高程点数据图形库、堤线数据图形库、坎线数据图形库及其它数据图形库五个层次。它们是数据库系统的基础。一般以万分之一国际分幅的图幅大小为基本单元存取。专题数
9、据库主要是为了满足专题分析计算需要，从空间数据库中分离出来的单值等高线数据库、经过空间分析计算形成的深泓线数据库、断面成果数据库以及反映某一位置地理信息（如水文站、水位站、河道地质条件、洲滩、险工险段等）的地理信息数据库。图像数据库主要是收集反映河道历史变迁的图像资料。文档数据库主要是收集有代表性的文献资料。）属性数据库结构属性数据库主要是指对各种图形单元的信息描述。本系统包括：（!）数据说明信息：是指描述等高线、测点等图形单元的测次、高程的信息。（）背景资料信息：是指某一面状单元（如河段区间、洲难等）的历史变迁、地质条件、文献记载等信息。（A）水文信息：是指水文站、水位站等点状符号，用于描述
10、测站水沙特征的信息。!=B系统功能和结构设计河道地理信息系统在8+9:.;)提供的基本功能（数据获取、维护、格式转换、多边形剪切、面积量算等）的基础上，开发了满足用户需求分析的业务化功能，见图。系统主要功能及实现=!断面计算断面计算是河道分析的重要内容。断面计算就是利用等高线、高程点的属性数据和图形数据（!、坐标值），在设定区段名、区段号、断面间距、水位的基础上，生成断面线；并测算出与断面线相交的等高线及高程离散点的坐标，以此计算起点距和高程。通过起点距和高程数据，描绘出断面图。本系统采用以下四步实现断面计算：（!）读取离散高程点数据，构建覆盖河道底部的三角形网，以二维数组CDE(DF（#，A
11、）的形式，记录图!信息管理流程设计图图系统功能和结构设计图6=第!期张正禄等河道地理信息系统的设计与实现组成三角形网的各小三角形的顶点信息。（#）为了便于计算和数据管理，把河段划分为若干区段，并设定每一区段的起止截面空间位置。根据计算精度的不同要求，在区段起止截面间内插若干一定间距的断面。（$）计算每一断面与等高线及三角形网内三角形各边的交点。通过计算各交点的坐标（!，#）及交点与所在断面起始点的距离，获得完整描述一个断面的信息，并将这一断面信息作为记录插入相应的%&表中。（!）通过访问%&表，根据断面各点的起点距高程绘制断面图，并将不同测次的断面图叠加显示，见图(、图!。#)*槽蓄量计算槽蓄
12、量计算是河道分析的关键。通过对不同测次同一区段槽蓄量的计算、比较，可以对区段乃至整个河段的冲淤变化有一个定量描述，从而为河道演变分析提供科学的依据。槽蓄量计算依据积分的思路，在河道中划分若干个断面，根据从断面分析中获得的断面数据，计算断面面积；根据断面面积及断面间距计算相邻断面间几何体的体积；通过累加，即可获得区段及整个河段的槽蓄量。但该方法的缺点在于精度不高，本系统采用三角棱柱解算法计算槽蓄量，见图+。*,(多幅地图的物理连接-./0123为用户提供了无缝表，是将多个结构相同的-./0123基于“缝合”在一起而构成的一个集合表。在许多情况下，可以简单地把无缝表看成是一个表。无缝表使用户能够一
13、次对整组表进行改变显示属性、使用或改变标注、使用“图层控制”对话框等操作，也可以用信息工具来检索信息及选择或浏览图层中任何一张基础表。但是，有些-./40123操作不能在无缝表中进行，例如：不能在无缝表中进行跨图幅空间分析；不能在地图窗口中设置无缝表为可编辑状态；不能在无缝表中生成专题地图。这样，就制约了应用系统的空间分析功能。在应用软件开发时，我们编写一段程序来实现在属性数据结构相同的情况下对多幅地图（$,56&），尤其是不同图幅范围的多个表进行物理连接，产生一个新表。这样，我们就可在新表中实现跨图幅空间分析、设置为可编辑状态、生成专题地图等功能。具体实现如下：（7）获取所要合并表的路径及文
14、件名；（#）获取各表的图幅范围，并取得包含各表的最小矩形范围；（(）获取各表的字段信息，包括字段数、字段名和字段类型；（!）依据（#）、（(）获得的信息生成一个空表；（+）通过循环，将各表记录插入到新表中；（8）保存新表。河道信息系统中的河道断面分析、区间槽蓄量计算等功能的实现，就是通过多幅地图的物理连接实现跨若干个图幅操作的功能。此外，系统还具有通过-0格式实现数据的转出与转入，以及动态生成可视的-./0123表等功能，此处从略。(结论河道地理信息系统是在建立满足90:设计要求的河道信息数据库基础上，为充分利用长江不同时期的河道观测成果，实现河道信息采集、存储、分析、查询、管理、输出，为河道
15、演变分析及河道管理提供准确的数据，同时也为其他有关部门决策、生产及研究及时提供可靠依据。本系统涉及许多空间分析和地理实体的有关操作，如：水文站和水位站（下转第;页）图(断面计算界面图+槽蓄量计算与叠加图!断面图和断面图叠#7)第!期陈先伟等#$%&(在城市地价监测体系建设中的应用)系统实现整个系统基于*+,-./0平台构建。系统采用1$.2$-+3#$%435作为地图发布的6(平台。服务器操作系统为*+,-./0 7888 9-:3,;$-$=:$=，*$%服务器为?8，开发语言为A(;=+5B和C3:3(;=+5B，开发工具为4+;=.0.DB E=.,BF3G$和9(F，客户端操作系统为*
16、+,-./0HIJ7888，客户端浏览器全部为,B$=,$B KL5M.=$=。系统网络采用成都市国土资源局办公自动化系统网络平台。网络协议采用NOOP和OQPJRP。图S为该系统运行结果。目前该系统已经在成都市国土资源局内部网（T,UB=3,$B）上运行使用。由于系统每幅地图都是由服务器生成并传送到客户端，对于配置为PVJW7XJV8Y的计算机，一幅地图文件大约VZ88Z。进行地图操作时，响应时间大约为W0W80。结束语本文讨论了*$%YT(应用于城市地价监测体系建设中地价信息发布的实现方法。实践表明，*$%YT(大大拓宽了传统YT(的应用范围，丰富了YT(查询的手段。这种基于(体系结构下的
17、应用系统还易于和同一体系结构下的办公自动化系统相结合。本文介绍的“成都市地价信息网”就完全集成在成都市国土资源局办公自动化系统中。在以计算机网络为时代特征的今天，*$%YT(将是未来YT(理论和应用研究的重要方向。参考文献_W刘南，刘仁义a*$%YT(原理及其应用主要平台开发实例_2?北京：科学出版社，7887?_7李国建?分布式地理信息系统的体系结构研究_b?湖北：武汉大学，788W?_S刘荣高，庄大方，刘纪远?*$%环境下实现空间数据表达的框架研究_c?测绘学报，788W，（S）?_V宋关福，钟耳顺，王尔琪?*$%YT(基于T,B$=,$B的地理信息系统_c?中国图像图形学报，WddI，（
18、S）?_杜清运，邬国锋?万维网电子地图_c?测绘信息与工程，7888，（S）?_)刘卫华，赵清世?网上房地产信息发布系统的设计与实现_c?测绘信息与工程，Wddd，（S）?_张怀莉?基于*$%YT(的房地产信息发布系统_c?测绘工程，7887，（W）?_I eMM3,=./,f g+;.M+,$hii$=3,-c$=.$,:3,-$,*.=ijk3=B.G=35l+;b$0+G,3,-5=.-m;B+.,+,Bl$T,B$=,$B h=3Ol$hL3i5M$.D O.m=+0B*$%i350 _cjOl$k3=B.G=35l+;c.m=,3M，788Wf（SI），W_责任编校：王黎图S系统运行
19、结果的图形属性的互动查询、图幅管理、历史测次数据（如等深线、等高线）叠加显示、河道演变分析等，这些都使用235T,D.的功能来完成。但是本系统所涉及的河道断面计算、断面图生成、历史断面数据叠加显示、槽蓄量计算与冲淤分析等功能在235UT,D.中不能实现或实现较复杂。这样，我们既利用了235T,D.完备的空间数据分析功能，又可利用n高效、方便地开发应用软件的功能。河道信息系统研制与开发过程中，充分应用了“跨平台集成开发”的方法。它的研制成功，必将对河道信息管理、河道演变分析发挥积极的作用。参考文献_W李德仁j地理信息系统导论_2j北京：测绘出版社，Wddj_7张剑平j地理信息系统与235T,D.应用_2j北京：科学出版社，Wdddj_S王晓武，陈宗敏，杜兴国j 235n30+;程序设计_2j北京：电子工业出版社，7888j_V熊明，莫登华j长江河道地理信息（YT(）的总体设计_cj水利水电测绘，Wddd，（S）：S8SSj_责任编校：王黎!（上接第7W页）7djj