基于ARCGIS的台湾省国土资源信息系统

2007-8-10     作者:        编辑:眼镜丢了   点击进入论坛

  摘要  介绍了地理信息系统软件开发工具ARCGIS的基本功能和应用开发方法。以该地理信息系统开发工具为技术支撑,设计了台湾省土地资源信息系统的基本功能和数据库结构。我们采用了在ArcMap上进行二次开发的方法,即在ArcObjects和VBA环境下,使用了ESRI的GeoDatabase地理数据库,开发完成了台湾省国土资源信息系统。
  关键词 ArcGIS ArcObjects  Geodatabase  国土资源
  (本文所有的图略)
   0 引言
  组件式地理信息系统是进行地理信息系统应用开发的基本工具之一。用组件式地理信息系统开发工具开发出来的应用系统,可以实现专业模型与系统平台之间的无缝集成。目前,许多地理信息系统厂商都为用户提供了地理信息系统控件,ESRI公司的ArcGIS 8平台就是其中之一。台湾省国土资源遥感信息系统充分采纳了ArcGIS 8的特色和优点,运用其完善的空间分析工具对成果数据资料进一步分析,我们在GeoDatabase数据库管理系统中建立了空间和属性数据库,使用ArcObjects和VBA在可视化软件开发平台内使用该控件进行应用开发,完成了信息系统的开发任务。
  台湾省国土资源遥感信息系统建立在ESRI公司的ArcGIS 8平台上, ArcGIS 8作为一款优秀的GIS软件,在数据集成和系统开发方面提出了很多先进的方法和理念,为搭建一个数据结构合理、系统功能完善、操作简单快捷的地理信息系统提供了高效的软件环境。
  
1 系统设计及工作流程
1.1工作流程

  台湾省国土资源信息系统设计、开发的工作流程如图1所示
1.2系统设计

  系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型,设计内容随系统目标、数据性质和系统功能的不同而存在很大差异。首先,应根据系统研制的目标,确定系统功能;其次,是数据的分类和编码,完成空间数据的存储和管理;最后,是系统的建模和产品的输出。
  系统设计是台湾省国土资源信息系统整个研制工作的核心,不但要完成逻辑模型所规定的任务,而且要使所设计的系统达到最优化。它的主要任务是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分,说明它们在整个系统中的作用与相互关系,以及确定系统的软硬件配置,规定系统采用的合适技术规范,以保证系统总体目标的实现。依据上述观点,台湾省国土资源信息系统分解为如下几个子系统:土地资源子系统;矿产资源子系统;地质构造子系统;地质灾害子系统;海岸带调查子系统;
  台湾省国土资源信息系统包括自然资源信息、解译信息及模拟信息,系统的数据来源广泛,主要数据源为遥感信息、非遥感的前人成果和遥感影像解译信息。系统由以下几部分构成:技术层、数据层、应用层。
  图 1 台湾省信息系统设计开发工作流程图
  
  数据库是信息系统的核心,其设计内容包括:a. 数据录入设计,将各种来源的空间数据和属性数据以一定的格式输入,保证输入数据的拓扑一致性,建立图形数据文件和属性数据文件以及消除错误冗余数据等;b. 数据存储设计,指数据存储介质的选择、数据逻辑关系和数据存储结构的设计;c. 数据检索设计,指如何采用迅速高效检索方案在数据库中查找所需要的数据。与功能设计相对应,台湾省国土资源信息系统的数据库设计共分6个主要图层。
    
2 数据图层分类及内容
  
  2.1空间参考信息
  
  为了能够把各专题的空间数据集成到同一软件环境中,全部的矢量和栅格成果数据经过格式转换、拓扑重建和地理配准后,投影变换为同一个坐标系统。本课题采用1956黄海高程系高程基准和横轴墨卡托(Transverse Mercator)投影的1954北京大地坐标系。
  2.2 基础地理数据
  
  2.2.1 矢量数据图层名称及内容
  能够收集到的台湾省基础地理数据为1978年最后更新的1:25万比例尺数字地形图,我们依据ETM卫星影像进行了修编,本系统选择主要的地理和地形要素,并进行一定的删减后组成系统基础地理数据集,用来作为专题图形的地理底图和空间分析依据。
  2.2.2 属性数据编码方案
  
  基础地理数据要素代码采用国家基础地理信息中心发布的国家基础地理信息系统地形数据库编码方案,根据不同图层内容遵照国标代码构成二维数据库编码表格,包括中华人民共和国行政区划代码﹑居民地行政等级代码﹑铁路及附属要素代码﹑公路及其附属物分类代码﹑多边形表示的水系要素和以线表示的水系要素数据项代码,使用分类代码与矢量数据建立关联引用。
  
  2.3 专题成果数据
  本系统中的成果数据包括台湾省卫星遥感影像图、土地利用现状图、海岸带类型和资源调查图、地质构造图、地质灾害图、矿产资源和预测图六种图件,根据数据格式、拓扑结构和属性定义的不同,把这些数据组织成图层文件。
  
  2. 4 卫星影像数据
  
  项目采用LandSat 7 ETM卫星影像数据作为解译基础资料,采用741波段组合,空间分辨率60米,经过配准、纠正、镶嵌和投影转换后保存为带地理坐标的Tif格式,在系统中作为影像底图和虚拟现实的素材使用。
  
果3 空间数据库构建
  在上述数据准备和标准化的基础之上,本系统采用了ArcGIS 8的Personal GeoDatabase地理数据库软件,它是ESRI最新的基于关系型数据库的GeoDatabase系列产品之一,使用Access作为底层数据库管理系统。不但实现了地理数据库从传统的文件索引型到关系型的转变,而且首次在空间数据库中引入了地理对象的概念,提供了面向对象的数据模型。
  GeoDatabase本质上是一种空间信息和属性信息的存储机制,由于GeoDatabase具有内置的属性有效性规则﹑高级的数据存储选项﹑以及赋予GIS数据以自然行为的能力,使用者可以利用这些功能和优点设计和开发更为完美的空间数据库应用。
  
  3.1 数据库逻辑设计
  
  对于一个好的信息系统而言,数据库的设计是至关重要的,经过深入研究Personal GeoDatabase数据存储方式和存储能力,结合系统需要集成的数据类型,最终确定台湾省遥感信息系统数据库的框架分为两个部分。
  矢量数据和二维表格数据在空间和属性上具有和强的一致性和相关性,需要建立逻辑关系,适合在同一环境下存储和操纵,进入Personal GeoDatabase进行管理。
  栅格数据﹑文档数据和多媒体数据与其它数据在关系上相对独立,可以单独使用,因此不进入Personal GeoDatabase,而仍以文件目录的方式管理。
  
  3.2 创建TWDB数据库
  
  使用ArcGIS 8的ArcCatalog创建一个空的Personal GeoDatabase,重命名数据库为TWDB,然后就可以在TWDB数据库中定义数据存储结构,填充数据内容,建立数据关联,为对象属性赋值和建立有效性规则等数据操作。
  3.2.1 定义TWDB数据库结构
  
  Personal GeoDatabase中地理对象分为要素数据集﹑要素类﹑表和关联类四种类型,这些对象存储的数据类型和操纵数据的目的不同,入库的数据可以按照不同的层次和逻辑分别存储在要素数据集﹑要素类和表对象中,并且通过关联类建立有机的联系,实现数据之间的紧密结合。
  
  3.2.2 创建要素数据集
  
  要素数据集在本质上是为要素类提供一个建立拓扑关系的环境,存储在同一要素数据集中的所有要素类共用要素数据集的空间参考。与此同时也可以把要素数据集看作是一个要素类的包容器,在拓扑关系或属性内容上具有相关性的要素类可以存储在同一个要素数据集中,实现数据的集中管理。
  根据要素数据集提供的数据管理功能和特性,考虑入库数据之间的关系,在TWDB数据库中创建以下六个要素数据集分别存储各课题的成果数据。
  
  3.2.3 创建要素类
  
  要素类与ARC/INFO的特征类在数据存储形式上有一些类似,一个要素类包含了一系列相似的空间几何对象,也就是点﹑线﹑面这些几何图形的对象化,数学基础基本上是一致的。
  要素类的创建有两种方法,一是在数据库中直接生成一个新的要素类,需要为其填加空间参考信息和图形要素,二是把已有图形文件导入数据库产生要素类。本课题的TWDB数据库使用项目一至五课题的成果数据,因此采用第二种创建方法,将Coverage文件中保存的解译成果特征类和属性数据导入到相应的要素数据集中。
  
  3.2.4 创建表
  同创建要素类的方法类似,可以通过导入已有二维数据表格的方式创建GeoDatabase表,TWDB数据库中的表主要包括分类编码表和空间分析结果表,这些表是实现信息系统功能的重要信息源。有关表的详细信息前文已详细说明,在此不再赘述。
  
  3.2.5创建关联类
  GeoDatabase的关联类存储了两表之间的关联定义,使用关联类最强大的操作便是通过查询从一个表看到第二个表中的关联记录,可以把GeoDatabase中的要素类以及其他对象有机的结合起来,因此能够充分挖掘数据相互间的应用潜力,优化数据库存储和效率。
  
  在TWDB数据库中建立了大量的和复杂的关联类,在要素类﹑属性表和分析结果表之间架构了便捷的信息通道,实现了信息的高效传递和利用。通过数据库管理系统本身维护数据之间的关系和规则,实现数据的关联调用,可以简少系统代码开发的工作量,同时使系统更加强大。
  3.2.6建立文件目录空间
  
  系统中其它非入库文件存储在数据库所在目录的下一级目录空间中,根据存储的文件类型不同建立了三个目录,…\Images保存栅格文件, …\Docs保存文档文件,…\Medias保存多媒体文件。这些目录和文件的最终位置由系统安装程序完成。
4信息系统开发
  信息系统开发工作中充分利用了ArcGIS已有的代码资源,在ArcMap的基础上使用ArcObjects和VBA定制系统的各种功能,这样可以节省大量的编程工作量,同时也能够保证系统具备较高的适用性。系统的开发工作分解为以下四个过程。
  
  4.1 建立符号库
  
  系统中的几个课题数据,特别是地质和矿产数据显示需要专业的符号,因此制作合乎标准要求的点﹑线和填充符号,建立信息系统的符号库一直是系统开发的重要工作之一。课题的符号库命名为TaiWan.style,其中包含点(Marker)﹑线(Line)和填充(Fill)符号,并且根据专业分为不同的类别,具体分类方法见表1。以点符号库为例进行说明见图2、线符号库、填充符号库在此略。
     表2符号库内容和分类表                      
   图2 点(Marker)符号库
  
   4.2定制系统工程文档
  
  ArcMap提供给用户最方便和最实用的部件之一就是ArcMap文档(.Mxd),它能够使用ARC/INFO和ArcGIS的所有数据格式,可以保存当前工作的全部信息,包括文件的路径﹑数据库的引用﹑空间参考﹑符号和标注内容﹑图层显示方式等,满足了使用者定制特殊需要的要求。
  
  4.2.1图层组合
  台湾省国土资源遥感信息系统ArcMap文档按照TWDB数据库中要素数据集的定义设置了相应的6个图层组,每组中包含了要素数据集中的全部要素类。由于ArcMap文档全面支持GeoDatabase数据结构,因此在数据库中的数据添加到文档中后,所有的关联类也在系统中被引用。6个图层组包括:土地利用调查﹑海岸带调查﹑矿产资源调查﹑地质灾害调查﹑地质构造调查和基础地理数据,每个图层组对应一个课题图件。
  卫星遥感影像和专题图件栅格文件是台湾省国土资源遥感信息系统中又一种重要的数据资料,他们以文件的形式存储在文件目录库中,而在ArcMap文档作为单独的图层使用。
  
  4.2.2系统工程文档属性定义
  
  ArcMap文档在系统中作为一个对象具有非常丰富的属性内容,这些属性控制着系统的工作环境,从而实现使用者的个性化需要。台湾省国土资源遥感信息系统ArcMap文档的重要属性内容设置包括以下几点。
  常规(General):单位(米),比例尺(500000)。
  数据地理范围(Data Frame):自动(Automatic)。
  坐标系统(Coordinate System):Beijing_1954_GK_Zone_21N。
  
  4.2.3图层要素的符号化和标注
  
  符号化:各专题图层要素按照属性分类编码以唯一值(Unique Values)方法引用符号库内容,进行符号设置和显示。
  标注:辅助符号不能表示的内容,丰富图面表达的要求。
  图形内容显示控制:分为图层组和图层两级控制显示内容。
  图层组级:控制整个图层组内图层的显示与否,高于图层的优先级。
  图层级:控制某一个要素类的显示与否。
  
5结论
  本系统使用了ESRI的GeoDatabase地理数据库,存储了台湾省地理数据、ETM卫星遥感影像、四个专题的国土资源遥感解译成果数据、空间分析统计数据等多源数据,通过关联类把相关数据紧密的联系在一起,在同一个空间范围内集成了各种类型数据和属性信息。这种基于对象和关系的数据结构方便了数据的使用和管理,便于数据之间的相互引用。
  系统开发采用了在ArcMap上进行二次开发的方法,在保证系统图形数据显示、属性数据查询统计以及报告文档浏览和多媒体演示等功能的基础上,提高了工作效率。由于使用了ArcMap作为系统运行环境,因此保证了系统的运行稳定,而且便于系统的安装。
  运用ArcGIS数理统计和空间分析工具对成果数据进行了大量的统计分析运算,取得一些具有参考价值的分析成果。
  存在的问题
  由于可收集到的相关资料有限,系统中使用和参考的一些数据和信息在空间和时间上存在一定的误差。
  信息系统采用的是桌面型GIS软件,不利于数据的共享使用。
  
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