基于GIS的港口信息管理系統的研究

摘 要：建立基于GIS的港口信息管理系統，在可視化數字地圖平臺上，實現港口相關信息的顯示、定位、查詢等

功能，為港口管理、船舶調度、貨物裝卸及事故搶救等提供輔助決策。

關鍵詞：GIS 港口信息管理系統 數據庫

系統開發環境

本系統以WindowsXP操作系統為軟件開發的基礎，以GIS二次開發組件MapX5.0控件為圖形顯示平臺。圖形顯示、處理等均在該平臺上實現。編程語言采用VB編程語言，后臺數據庫采用SQLServer2000。

MapX5.0控件是MapInfo公司專為用戶進行二次開發地理信息系統所發布的具有強大的地圖分析功能的基于ActiveX（OCX）技術的可編程控件產品。它使用了與MapInfo一致的地圖數據格式，而且在這個控件中實現了MapInfo的大部分功能。例如：地圖顯示、地圖瀏覽、專題地圖制作、數據綁定、生成和編輯地圖對象、地理數據查詢、自動和動態注釋、提供強大的遠程數據庫連接等。由于它是一種Windows操作系統下的標準控件，因而能支持絕大多數標準的可視化開發環境諸如：VC++、VB、Power Builder等。編程人員可以根據自己個人條件選擇最熟悉的語言，輕松的將地圖功能嵌入到應用系統當中，并且可以脫離MapInfo的軟件平臺運行。

系統功能設計

建立港口地理信息系統，即構建以港口為中心，包含港口范圍內海域、陸域、港口及港口周邊相關區域地理環境的可視化數字顯示平臺。在此平臺上集合文字、數據、圖形等一切與港口相關的信息，以形象直觀的方式展現給用戶，提高港口管理的信息化水平。為實現這一功能及實現系統設計需求，應具備如下主要功能：

數據庫設計

1、空間數據庫

GIS空間數據結構是基于空間實體和空間索引相結合的。空間實體是地理圖形的抽象模型，點、線、面是GIS抽象表達空間地理實體類型的三個基本要素。空間數據庫設計的主要任務就是把空間數據進行分類、組織，以用戶的觀點描述空間數據的結構。設計的過程主要包括圖塊結構的設計和圖層的組織。圖塊結構和圖層結構是空間數據庫縱、橫兩個方向的延伸，空間數據庫通過它們將空間數據和屬性數據有機的結合起來。

在GIS的空間數據庫中，往往根據對象類型和屬性的差異，把現實世界中的地理物標抽象存儲于不同的圖層當中。不同的類別或專題的信息放置在不同的圖層當中，這樣一幅地圖可以包括許多圖層。例如在港口地理信息系統中，陸地一個圖層、海洋一個圖層、道路一個圖層、航道一個圖層等等。

2、屬性數據庫

屬性數據是指與代表現實世界物標實體的空間數據相對應的各種信息。如：航標的基本數據（包括名稱、編號、種類、位置等信息）。為了使屬性數據具有良好的結構，并提高數據的可操作性，系統屬性數據庫采用關系型數據庫。

3、多媒體數據庫

多媒體數據能增強系統的表現能力，是系統的數據顯示與表現更加直觀生動，同時能使用戶直接從圖形上獲取更多關于空間實體的信息。多媒體數據庫可以包括文本文件、圖像文件、視頻文件、聲音文件及其它與港口相關的文檔或設計圖紙等。

系統主要功能實現

1、數據采集

實現港口及港口相關的空間數據和屬性數據的采集，就是把現有資料按照統一的參考坐標系統、統一的編碼、統一的標準和結構組織轉換為計算機可以處理的形式，輸入到數據庫中的過程。MapInfo對空間數據的采集提供多種方式：①已經具有的數據，可以通過MapInfo直接打開，MapInfo支持多種數據類型文件；或者通過格式轉化工具將其它格式的文件轉換為MapInfo支持的格式；②通過數字化儀通過手扶跟蹤的方式把紙質文件掃描成矢量圖文件；③圖形掃描矢量化。同時還可以采用其他非地圖形式，如RS（遙感技術）數據和GPS（全球定位系統）數據等也已成為GIS的重要數據來源。在建立空間數據庫的過程中同時輸入圖形對象的基本屬性，實現空間數據和屬性數據的同步采集，建立起地物的空間位置與實體屬性的對應關系。

2、空間數據管理

作為以矢量地圖為平臺的信息管理系統，電子地圖的顯示與實時更新就成了系統的基礎，為了實現該功能，系統設置了地圖顯示和更新模塊，以實現矢量地圖的顯示與更新。

地圖瀏覽：地圖的隨意瀏覽是電子地圖所特有的也是必須具備的功能。為實現對地圖任意部分細節的瀏覽，系統必須具備如放大、縮小、漫游、定位等基本功能。MapX5.0控件在地圖顯示方面功能強大，利用其自帶的函數即可非常簡單的實現這些功能。

圖層控制：系統初始設計，包羅萬象，幾乎包含港口相關的一切信息，但在使用過程中，用戶并不能全部用到，因此必須對圖層信息進行選擇。該功能即是對圖層進行設置，以方便用戶的瀏覽使用，包括:圖層可見（設置某單一圖層是否顯示）、圖層標注（設置某單一圖層的標注是否顯示）等。

鷹眼圖功能：鷹眼圖是GIS中的一個基本功能，它是為了方便用戶瀏覽地圖而設，用戶可以通過鼠標在鷹眼圖中任意位置單擊，原地圖窗口將同步顯示用戶指定的矩形區域內的地圖，從而實現地圖的快速定位和瀏覽。

空間數據修改：矢量地圖數據在使用過程中，根據實際實況的變更，需要實時修改，以達到與現實情況的一致。輸入經緯度坐標數據，系統設有自動添加圖元模塊，在手動輸入或從外部數據庫讀入坐標數據后，由用戶設置需要添加圖元的圖層，圖元的類別和樣式（點、線、面等及其樣式），然后系統即可根據用戶設置自動批量完成圖元的添加，操作迅速、精確。

3、屬性數據管理

系統設有屬性數據庫管理的窗口，用來完成對屬性數據管理的所有操作。系統中的數據由SQLServer數據庫存儲，因此，對屬性數據的管理即對SQLServer數據庫的調用與管理，具體操作主要有三部分：一、屬性數據瀏覽與查詢操作；二、屬性數據的錄入與更新操作；三、數據的備份和恢復。

4、綜合數據查詢

對數據的查詢操作是地理信息系統重要的組成部分，也是系統的重要部分。該部分通過對空間數據庫和屬性數據庫的檢索查詢，供用戶查詢各種關于碼頭、錨地、堆場、燈浮、航道等信息。系統提供三種查詢方法：基本條件查詢、目錄查詢和多媒體查詢。

范圍查詢：該功能是查詢以某點為中心以用戶自定義的距離為半徑的圓形區域內所有物標為目的。通過MapX5.0函數AreaToolSearch實現。系統調用該函數后，鼠標將會變成一個“十”型符號，然后在所要查詢的地圖區域中心單擊，根據系統提示輸入查詢的范圍，單擊確定后，在系統的信息顯示窗口中會顯示出查詢范圍內所包含的所有圖層以及各圖層中物標的名稱及相關內容。

地物查詢：該功能是通過鼠標查詢的方法，查詢某一點或某一特定區域內的物標信息，具體分為：鼠標單點查詢、矩形范圍查詢、圓形范圍查詢和多邊形范圍查詢。該功能屬于MapX5.0的基本功能，使用Selection集合來獲取用戶所選定的圖元，系統自動高亮（紅色）顯示被選中的圖員。

模糊查詢：該模塊使用Find對象定位地圖中圖元的方法。通過設置Find對象的屬性，以Search方法查詢圖元或地物。具體內容如下：OBJECT.Search(Address，[Boundary])參數Address是要尋找的地物名稱，Boundary是搜索范圍，可選項，可以為一個地物或一個地域范圍。Find.Search方法返回查找到圖元存儲在FindFeature對象中。FindFeature對象把查找到的Feature對象的屬性作為自身的屬性。系統在查找到目標圖元之后，系統自動以合適的縮放比例把所要查找的圖元顯示在屏幕的中心，同時該圖元會出現閃爍，以提示用戶目標圖元所在。

精確查詢：使用Find對象的SearchEx方法；該方法是向函數返回“精確匹配”來擴展Search搜索功能。通過設置參數可以精確得到匹配結果，如果不能精確匹配，該方法可以返回最接近的匹配結果。使用方法：FindResult=OBJECT.SearchEx(Address，[Boundary]) 參數與Search方法相同。Find.SearchEx返回FindResult對象，FindResult對象包含了查找結果圖元的集合，這些圖元或者是一個匹配圖元，或者是多個匹配圖元，其具體由布爾值MultipleMatches判斷，如為真則為多個匹配圖元，如為假則為一個匹配圖元。

目錄查詢：在系統的“港口信息表”中集合了系統所有的圖層及圖層中圖元的信息，以目錄樹的形式排列，在該目錄樹中可以選擇所要查詢的物標，地圖將自動定位到以該物標為中心的位置，并根據實際情況縮放地圖的顯示比例，并實現查詢物標的閃爍顯示。同時在信息顯示窗口顯示出該物標的所有信息。

多媒體查詢：為了提高系統的表現能力，使系統的數據顯示與表現更加直觀和生動，系統還集成了與港口有關的圖片、圖紙、視頻等信息。文本、圖片及視頻資料放在系統的文件夾中，通過系統的初始配置文件（init.ini）文件記錄了存儲這些文件的路徑。系統再經過基本查詢或目錄查詢后，獲得的物標要素后，即可連接到多媒體數據庫獲得與物標相關的多媒體信息。

5、緩沖區分析

緩沖區分析是針對點、線、面對象，自動或根據條件建立其周圍一定范圍內的緩沖區域，然后利用圖層疊置功能進行分析。例如港口內某一區域發生火災，那么可以以發生火災的區域為中心，生成緩沖區，用于分析火災可能影響的范圍，以及分析火災影響范圍內是否有易燃易爆的物資存在，判斷貨物或設備是否需要轉移，同時可以利用緩沖區顯示火災周圍都有哪些消防設施等。緩沖區的生成可以利用MapX的FeatureFactory.BufferFactory變量，然后使用BufferFeatures方法：FeatureFactory.BufferFeatures（source，Distance，[Units]，[Resolution]）其中Source是指需要進行緩沖區分析的圖形對象，Distance用于設定緩沖區的大小，Units設定Distance參數的單位，Resolution用于設定緩沖區邊界的光滑程度。

6、自定義工具

為了滿足系統的要求，系統還自定義了一些實用的工具，如：距離測算工具和面積測算工具等。利用MapX.CreateCustomTool方法即可實現：

OBJECT.CreateCustomTool(ToolNumber，Type，Cursor，[ShiftCursor]，[CtrlCursor]，[InfoTips])

其中，ToolNumber是用來創建代表該工具的常量，Type參數定義了用戶自定義工具的類型，Cursor以及可選參數ShiftCursor和CtrlCursor分別定義了在用戶使用該工具和在按下Shift鍵或Ctrl鍵時光標的形狀。

（作者單位：大連海事大學)