基于ArcGIS的民政地理信息系統的設計與研究

熊華偉，朱文鋒，黃聯亮

(1.江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西贛州 341000;2.江西省贛州市章貢區水南鎮民政所，江西贛州 341000)

1 引言

隨著經濟社會發展和改革的不斷深入，各種社會關系和社會活動不斷增多，利益矛盾與沖突日益復雜化，社會問題層出不窮，民政部門的職能不斷拓展，工作任務越來越重，民政工作面臨著許多新的問題和挑戰［1］。在民政部門工作內容中，絕大部分的工作內容都與地理空間相關，各種統計分析數據更是離不開地域分布的基礎，民政工作對象的空間位置屬性特征逐漸地被納入到民政工作的分析、管理中。

當前，民政部門的民政信息管理系統或民政綜合服務系統實現了對民政數據的管理，但不能將空間數據和屬性數據集成，無法存儲空間數據之間的拓撲關系，難以完成民政管理中的一些高級分析。民政地理信息系統通過地理信息系統提供的視角和分析方法，針對民政工作的特點，利用計算機技術、網絡技術將民政機構、民政對象的分布、屬性及實時信息按其實際地理位置描述在地理背景圖上，實現相關數據的圖形化存儲、圖形化查詢、圖形化應用，形成集查詢統計、運行維護、分析管理等功能集合成一體的應用系統軟件。本文結合民政部門的實際工作需要，將GIS技術、計算機網絡技術、COM技術運用到民政工作中，基于Client/Server結構的關系數據庫技術開發了民政地理信息系統。

2 系統總體設計

2.1 系統設計目標

本系統的主要設計目標是結合民政部門的日常業務工作，建立民政專項應用系統，提供一套基于地理空間的分析工具，開發一套基于矢量的電子地圖，可以準確、快速地查詢民政機構設施、民政對象、基礎地理信息、非民政信息等各類綜合信息的地理信息系統，從而實現GIS和OA的高度整合。首先，建立民政專項應用系統。以民政業務應用支撐平臺為核心，以民政業務規范和數據標準為設計依據，以實現民政業務的計算機管理為目標，以數據中心為數據基礎，以數據中心管理平臺為數據組織和數據交換手段，全面建立先進、安全、可靠、靈活、方便擴展、操作簡單、易于維護的民政專項應用系統。其次，建立強大的基于地理空間的分析系統。隨著時間的推移，民政工作會積累大量數據，數據分析將針對民政不同的內容主題，能夠清楚地表征民政工作的運作狀況，從而指導民政部門工作人員做出最優的決策。比如在社會福利與救助方面，可以從時間、機構、地域經濟與人員結構等角度對救助對象進行全面分析，發現各救助對象的構成特點，地域活動基本態勢，為科學地進行社會救助需求預測和資金投入決策提供合理的依據。

2.2 系統框架設計

基于民政地理信息系統要達到的目標，結合實際現狀分析，本系統采用目前計算機系統中常見的Client/Server體系結構。C/S體系結構具有交互性強、提供數據和服務的無縫集成、提供高性能的業務處理、提供更安全的存取模式、提高應用開發效率、降低網絡通信量等多項優點。C/S體系結構不僅包括OA系統目前及未來的業務發展所需要的各種規模與處理能力的服務器、工作流管理及其相應的操作系統和數據庫，還包括系統中的各種網絡系統，主機系統，客戶端等［2］，能夠滿足工作人員同時并發訪問數據庫服務器、協同工作的需求。本系統的層次結構(如圖1所示)可分為操作系統層、數據層、系統功能層和用戶表示層:①操作系統層中客戶端操作系統采用Windows XP以上系統，服務器端操作系統采用Windows 2008 Server;②數據層中的空間數據和屬性數據存儲在SQL Server 2005中，通過空間數據引擎ArcSDE讀入應用程序并在客戶端顯示以及實現GIS基本功能;③系統功能層在C#語言環境下通過ADO.NET和ArcEngine組件負責圖形生成、編輯和管理，以及數據的存取、調度、查詢、統計和分析，用戶與數據不直接接觸;④用戶表示層即外部的系統用戶界面，采用以ArcEngine組件為主的圖形化界面，實現系統的基本管理功能和專業應用功能。

圖1 系統結構圖

3 系統功能模塊設計

根據系統的設計目標，詳細分析與總結出各功能需求，將系統劃分為幾大功能模塊，并確定每個模塊之間的相互聯系。系統的主要功能(如圖2所示)有以下幾個部分:

(1)基礎工具

主要功能包括:新建空白地圖;打開*mxd格式的地圖文檔;保存當前打開地圖為*mxd或*mxt格式地圖文檔;將當前地圖另存為;數據加載可以加載Shapefiles、geodatabases、Rasters、cad 等多種數據格式;選擇要素工具;放大和縮小地圖、漫游地圖、全圖顯示、地圖居中、中心放大、中心縮小、鷹眼視圖、測量距離等基本地圖操作。

圖2 系統功能圖

(2)布局視圖

在地圖布局視圖中，用戶可以處理地圖的頁面，包括地理數據視圖和其他地圖元素，功能有文本比例尺、圖像比例尺、圖例、指北針、邊框、背景、陰影和參照地圖等，可以將地圖組成頁面，以便打印。

(3)數據編輯

數據編輯用于改善繪圖精度、更新圖形內容、豐富圖形表現力，實現圖形綜合，同時對各種圖形文件(點、線、面、網等)或整個系統的儲存、更新、備份，管理著圖層和窗口的操作，其主要功能有:對點、線、面三種圖元的各種操作和編輯;對點、線、面三種圖元參數的編輯和修改;拓撲處理和系統庫編輯;提供各種圖形的矢量化功能;對各種工作區(點、線、區、光柵)和網絡的管理。利用窗口達到交互式圖形編輯使圖形的編輯、修改、設計、更新更加的方便、精確;提供圖形分層的編輯功能。

(4)GIS功能

①空間分析模塊

主要功能包括:插值分析——包括反距離權重法插值和克呂金法插值方法兩種常用插值方法;柵矢轉換——柵格數據和矢量數據的相互轉換;柵格計算器——一種空間分析函數工具，選擇圖層，使用運算符和函數來做數學計算，建立選擇查詢;密度分析——通過設置查詢條件，得出一定范圍內要素的密度分布情況;緩沖區分析——選擇需要進行緩沖分析的圖層，設定緩沖距離，分析得出要素的緩沖區;網絡分析——通過考察網絡元素的空間及屬性數據，以數學理論模型為基礎，對網絡的性能特征進行多方面研究;疊置分析——將同一地區的兩組或兩組以上的要素進行疊加，產生新的要素的分析方法。

②數據檢索模塊

主要功能包括屬性查詢和空間查詢。屬性查詢通過各圖層要素的屬性信息進行查詢;空間查詢根據要素的空間關系從圖層中選擇要素，查詢各要素之間是否存在相交、包含、相鄰等空間拓撲關系;除此之外還包括交互選擇方法、目標選擇、圖層選定和自定義多邊形等。

③空間數據符號化模塊

主要功能包括:字段與符號匹配符號化、單一符號化、唯一值符號化、點值符號化、分類符號化、分級色彩、餅狀專題圖化、面狀專題圖化、疊置專題圖化。

(5)民政專項應用

民政專項應用模塊包括以下子系統:救災救濟管理子系統、社會福利管理子系統、社會事務管理子系統、區劃地名管理子系統、老齡人管理子系統。

(6)數據輸出

數據輸出模塊包括圖形輸出和打印輸出。圖形輸出主要是讀取各種輸出數據，進行版面編輯處理、排版、圖形整飾，最終形成各種格式的圖形文件，其主要功能有:地形圖的輸出、各種圖形文件(點、;線、面、網等)的輸出、各種表格輸出。打印輸出中地圖數據可根據需要大小進行打印輸出，并提供了全面的頁面與打印控制，能很好滿足報表的展現需要。

(7)系統管理

方便靈活的設置系統權限，主要功能包括:用戶管理、功能權限配置、圖層權限配置、圖層控制、日志管理、修改密碼。

4 系統數據庫設計

本系統所需求的數據由空間數據和屬性數據兩大部分構成。空間數據主要描述對象的空間分布位置信息以及空間關系信息(例如拓撲關系、度量關系)，表達了地理實體對象的幾何定位特征。系統的空間數據包括地圖數據、影像數據和地形數據，以坐標數據表示，如民政機構的空間位置、民政對象與民政機構的拓撲關系等。屬性數據又分為兩類［3］，一類是與空間實體對應的屬性，如系統中的地名、門牌、行政區名稱等特征屬性;另一類是不與空間實體相關的屬性，如用戶權限表中的用戶名、密碼，城市經緯度表中的城市名稱、經度、緯度等屬性。

本系統數據庫設計的主要思想是:采用SQL Server 2005作為數據庫，通過ESRI公司提供的ArcSDE數據庫引擎對空間數據的管理分析能力，將地理空間數據和非空間數據放到SQL Server 2005中進行統一集中存管理，并利用SQL Server 2005強大的管理機制對數據進行高效的處理，使系統具有海量數據存儲和管理能力;采用面向對象的Geodatabase數據模型來設計和管理系統的地理空間數據庫，以層的方式來管理［4］;在數據庫中，屬性數據庫中的任何一個實體都有一個外鍵與圖形數據庫的主鍵對應相等，這樣即可完成連接，如表1所示;要通過圖形查屬性，就去查找與某屬性行對應的外鍵，當某外鍵的值與圖形實體標識碼相等時，就找到了;要通過屬性查圖形，就根據這一屬性的外鍵查找空間數據庫，即可檢索到空間信息［5］。

空間數據與屬性數據連接 表1

5 系統的實現與應用

5.1 GIS平臺的選擇

民政地理信息系統所處理的絕大多數信息均與空間地理位置相關，所以該系統需要在GIS軟件的基礎上作二次開發，GIS軟件的選擇在整個系統開發中具有舉足輕重的作用［3］。根據系統的建設目標和特點，選擇ESRI公司的ArcGIS平臺的系列產品。ArcGIS是一個全面的，可伸縮的GIS平臺，為用戶構建一個完善的GIS系統提供完整的解決的方案［6］。ArcGIS提供成熟穩定的GIS平臺，并具有豐富的GIS功能，采用流行通用架構設計，具有良好的開放性和可擴展性。同時，ArcGIS為開發人員提供了豐富多樣、基于IT標準的開發接口與工具，能夠輕松構建個性化的GIS應用。

5.2 開發環境及系統開發

系統的開發過程嚴格按照系統設計目標和設計原則進行，在Windows操作系統環境下，采用Visual Studio 2008和ArcGIS Engine 9.3作為系統的開發平臺，運用Visual C#高級語言作為開發語言，以贛州市為例，開發了贛州市民政地理信息系統的開發。本系統采用了用戶非常熟悉的Windows界面風格，使用窗口、菜單，圖標、對話框等圖形符號操作來完成系統應用，認真考慮系統界面好壞的三個主要因素，即系統界面的結構、系統界面的交互性和系統界面的視覺［7］。在工具條的設計方面，使用了第三方控件軟件DXperience，增強了界面的美觀，系統的主界面如圖3所示。

圖3 系統主界面

5.3 系統應用

(1)民政信息及民政對象展現

利用系統中的基礎工具，在電子地圖中能夠更加人性化的展示各類民政機構、對象、公共服務設置等內容。民政機構設施分社會福利類、社會救助類、老齡工作類、社區建設類、雙擁優撫類、婚姻收養類、殯葬設施類、社會團體類、社工類、福利彩票類、社區服務設施等類別的信息。民政對象包括殘疾人、老人、低保救濟人等。各種類別的信息能夠單獨展現也能夠使用系統中的疊置分析功能和其他類別的信息疊加展現。

(2)機構設施及屬性查詢

通過空間查詢功能可以查詢各個民政機構設施及其詳細屬性信息。屬性查詢先選擇查詢圖層，創建一個新的要素集，在字段列表中選擇要素的屬性字段，然后獲取唯一值，點擊確定獲得查詢結果，并且高亮顯示查詢結果。空間查詢根據要素的空間關系從圖層中選擇要素，通過相交、相接、重疊、包含等空間關系查詢符合條件的要素，并且高亮顯示查詢結果。

(3)區域劃分

系統能夠根據工作需要可任意劃分區域，并能夠查詢該區域內的民政機構設施;能夠快速完成區域的調研，并基于地圖的成果總結經驗，探索規律，因地制宜，分類指導。系統利用空間符號化功能使用不同的色系、直方圖和餅狀圖可實現行政區劃面特征的專題制作和統計功能;還能夠將各種不同數據源融合在一起，在單一的行政區劃圖上疊加人口、經濟、GDP、產業產值等信息，并利用基于地理學的分析方法，為行政區劃的變更提供詳盡的數據基礎，也能使區劃信息和地名信息相互查詢。

(4)選址分析

利用系統中的網絡分析，綜合某個區域的人口信息、社區信息、交通、商業信息等數據，建立數據模型，分析在某個地點建立民政機構(例如養老院、社區服務中心、救助捐贈接收點等)是否合理，為民政機構設施的新建提供決策支持;也可以為對民政特定對象的走訪路線、走訪次序、走訪時間做出合理的安排。

(5)民政專項分析

使用本系統GIS中的分析工具將能夠建立各種各樣的民政專題分析。民政工作專題是以某個民政工作內容為核心，整合各種民政信息和非民政信息數據，通過各種工具，深入、細致的展現和分析該工作專題的各個方面，為領導決策、該業務相關部門提供決策支持。民政對象專題是已某類民政對象為核心，在地圖上任意畫區域，根據民政對象的地址信息自動統計該區域的民政對象數量，并以顏色的深淺來表示各行政區域的數字高低。機構設施專題是以某個機構設施為核心，通過整合各種屬性數據、該機構設施相關的民政信息、非民政信息，用不同的手段和不同的角度來展示和分析該機構設施。

(6)遙感圖顯示與矢量圖疊置

遙感圖與矢量地圖可以疊加顯示，通過結合遙感影像，系統能夠有效地達到視覺效果和視野范圍的統一。

6 結語

民政地理信息系統的建成，有利于對民政部門錯綜復雜的數據進行高效、直觀、合理地管理，實現民政工作的數字化、規范化和決策分析科學化。此次開發的民政地理信息系統以Windows桌面平臺的形式發布，用戶通過安裝使用，無法實現網絡化Web頁面的應用。隨著WebGIS在Internet中應用的推廣，基于互聯網的民政地理信息系統能滿足更多用戶的使用需求，使GIS的應用得到更多人的認可，成為民政工作中必不可少的部分之一。

［1］趙義.當前民政工作面臨的挑戰及對策［J］.理論前沿，2007(04):25～26

［2］王振興，周文斌，孫國慶.配電網地理信息系統的設計與實現［J］.測繪科學，2011，36(2):236～238

［3］王平，陳新康.基于SuperMap的民政地理信息系統的設計與實現［J］.廣西科學院學報，2007(03):194～196

［4］鄒建成，孫國平.基于ArcGIS Engine與C#下的城鎮地籍管理信息系統的研究與實現［J］.城市勘測，2009(04):29～31

［5］趙俊蘭，鄔倫.校園地下管線綜合信息管理系統的研究與開發［J］.測繪科學，2007，32(5):117～120

［6］湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程［M］.北京:科學出版社，2006

［7］彭清山.GIS系統界面設計方法探討［J］.城市勘測，2008(01):49～52