基于MapGIS 的礦產資源規劃管理系統的設計與實現

樊旭東，潘玉青，陳愛明

(湖北省地質調查院，湖北 武漢 430034)

0 引言

湖北省于2008年開始組織編制《2006年—2020年湖北省礦產資源總體規劃》(下稱《規劃》)。本次《規劃》的成果表達方式完全摒棄了以往的手工編圖方式，全程應用GIS 空間數據庫技術，采用計算機進行數據處理，空間成果數據涵蓋了基礎地理要素、基礎地質要素、礦產資源現狀要素、規劃要素等多種要素圖層［1］。《規劃》空間數據庫與傳統的數據文件有很大的差異，空間數據庫是將地球表層信息按其特性的不同進行分層，每個圖層存儲特征相同或相似的事物對象集，如湖泊、道路、地質地層等構成不同的圖層，然后分層管理和存儲。每個圖層有一個唯一的數據庫表與其相對應，這個數據庫表成為屬性數據庫，庫中內容稱空間數據［2］。

MapGIS 是集圖形圖像、計算機科學于一體的基礎GIS 軟件平臺，廣泛應用于地質、礦產、測繪以及土地管理等行業。MapGIS 提供了完整的API 函數和COM組件，并且可以利用編程語言調用這些函數和類庫，單獨開發應用模型，面向各領域實現應用系統的開發和管理?武漢中地數碼，MapGIS 地理信息系統開發手冊，2005。。因此，筆者利用GIS 技術、網絡技術和數據庫技術，以《國土資源部礦產資源規劃數據庫標準》為藍本，以其定義的數據要素模型為基礎，采用面向對象的數據庫技術，按照反映數據、實體之間的聯系以及有關語義約束規則的表述方式，設計完成了湖北省礦產資源規劃管理系統。

1 系統設計原則

本次《規劃》除了MapGIS 格式的空間數據庫外，還有Word、Excel、FoxPro 等格式的數據文件，數據量大且數據間關系復雜，管理和使用者需要熟練的操作MapGIS、Office、數據庫軟件才能利用這些數據。對于所需要的各種統計、查詢、更改數據，需要繁瑣的操作才能完成，給管理工作和成果應用帶來極大的不便。

湖北省礦產資源規劃管理系統的設計過程遵循了以下原則:

(1)向導式操作，簡單幾步就能隨時修改或提取所需要的數據;

(2)數據組織靈活，任意組織數據以供所需;

(3)多條件、任意范圍內的查詢、檢索;

(4)通過復制、粘貼即可完成數據的輸入;

(5)礦權空間核查利用最新的規劃數據，滿足現在及將來一定時間內工作的需要;

(6)設置與金土礦權管理系統數據接口，隨時導入導出數據，使數據可以保持在最新狀態;

(7)保留與專題規劃和市縣規劃數據的接口，方便擴展。

2 系統模式與軟件結構設計

2.1 系統模式設計

系統采用Client/Server 模式，即客戶機/服務器模式，如圖1 所示。該模式充分發揮客戶端PC 機處理能力，把計算和數據管理合理地分配在客戶機和服務器兩端，有效的降低網絡通信量和服務器運算量。由于服務器與客戶機具有一對多的關系和運行環境，因此所有數據存放在服務器上，既有效的實現資源共享，同時保證了數據的安全，客戶機只執行本地前端應用，而將數據庫的操作交由服務器去完成，可以合理均衡事務的處理，充分發揮數據的完整性。

圖1 系統采用Client/Server 模式Fig.1 Client/Server model in system

2.2 軟件結構設計

軟件結構采用模塊化設計思想，包括用戶管理、圖層管理、表數據管理、文檔管理、字典庫管理、工程圖件管理、數據編輯、地圖顯示與輸出等模塊，而投影變換、屬性查詢與統計等模塊則根據需要嵌入到各個相關的模塊中，軟件系統結構如圖2 所示。

常用的功能以圖形導航的方式排列，通過快速導航菜單即可使用相關功能，系統多個功能窗口可同時打開，設置和改變實時就可以看到效果。

圖2 軟件系統結構Fig.2 System structure of software

3 系統功能設計

系統功能包括用戶管理、成果數據管理、圖件工程管理、項目管理、礦權管理以及地圖顯示與屬性查詢、多條件數據檢索、地圖拓樸裁剪、數據編輯等。

(1)用戶管理 實行三級用戶認證管理，分別為Windows 認證、SQL Server 認證、系統用戶認證，并根據用戶劃分出三種類型，分別為系統管理員、專業用戶和瀏覽用戶，每類用戶授予不同的權限，保證數據安全與完整。

(2)成果數據管理 《規劃》成果數據包括圖層數據、表數據、文檔數據。圖層數據是MapGIS 格式的點、線、面圖層文件(帶屬性結構與屬性)，而表數據就Excel、ForPro 格式的DBF 后數據庫文件，文檔是Excel、Word 格式的文本文件，所有這些數據最終以數據表的形式存貯在服務器的網絡數據庫中，在客戶端完成基礎數據的上載、下載、刪除、更新及修改。

(3)圖件工程管理 將上載的圖層數據、附表數據、文檔數據任意進行組合，即可形成一幅新的圖件。圖件包含的內容有:圖層(點圖層、線圖層、區圖層)、附表、文檔等。

(4)項目管理 將各類圖件按照不同的需求進行組合，形成不同的工程組，每一個工程組就是一個項目。項目以文件的形式保存在本機磁盤，只要打開項目文件，就可以快速裝入各式圖件。項目、圖件和各類基礎數據的組合關系如圖3 所示。

圖3 項目、圖件和基礎數據的組合關系Fig.3 Combination relation of project，map and fundamental map

(5)礦權管理 礦權管理是對省級探礦權、采礦權的設置、分布、空間位置以及核查過程與結果進行管理，包括每宗礦權的基本信息、狀態和核查意見等，是礦權設立與管理的重要依據。

(6)地圖顯示與編輯 地圖顯示功能用于查看和檢索任意圖層、文檔、表數據以及多種方式打印輸出、圖件裁剪。圖件編輯功能則完成本地及網絡圖層的編輯和輸出。

(7)數據同步與備份 為保證礦權管理數據的實時性、有效性，設置與國土資源管理部門金土礦權管理系統的數據接口和交換功能，快速導入其系統的數據，并根據需要對數據在服務器上進行實時備份，保證數據的安全。

(8)數據檢索 根據輸入條件實現檢索圖元，并快速定位到相應圖元，也可根據定位范圍內的圖元檢索其屬性值。

4 系統實現

4.1 開發平臺

數據庫平臺采用Microsoft SQL Server 網絡數據庫進行數據存貯和管理，采用MapGIS 作為GIS 平臺，利用Windows API、ADO 組件、Office COM+組件以及MapGIS 開發接口提供的API、COM 組件和ActiveX 控件進行開發和數據處理，并采用Visual Studio 套件作為主要開發工具。

MapGIS 組件不依賴于某一種開發語言，它可以直接嵌入到通用的開發環境(如VB 或VC++)中實現GIS 功能。通過調用MapGIS 組件的基本功能，并結合其他專業模型，可以快速地開發GIS 應用程序。利用MapGIS 組件開發GIS 應用程序分以下幾個步驟:①選擇應用系統的開發工具;②將MapGIS 組件引用到開發環境中;③調用MapGIS 組件的屬性和方法完成GIS 基本功能;④開發應用系統專用的功能?武漢中地數碼，MapGIS 組件開發手冊，2005。。

4.2 主要功能

系統具有用戶管理、基礎數據管理、圖件工程管理、項目管理、礦權管理等多個管理功能，以及數據同步更新與備份、地圖顯示與屬性查詢、多條件數據檢索、地圖拓樸裁剪、數據編輯等實用功能。其主要功能如下:

(1)基礎數據管理 基礎數據主要是《規劃》成果數據以及工程圖件、項目等數據。成果基礎數據包括以下幾種:

①圖層數據(Layer):主要為MapGIS 的點、線、面等圖層文件。

②表數據(Table):包括FoxPro 格式DBF 文件、帶格式的EXCEL 文件。

③文檔數據(Documents):包括WORD 文件和EXCEL 文件等文本格式的文件。

④屬性字典:各類屬性代碼的中文名稱和含義，可以將屬性代碼轉換為注釋。

系統采用標準的Windows API、MapGIS API 接口操作，可以對服務器上完成基礎數據的上載、下載、刪除、更新及修改等操作，保證數據的完整性和共享性［3］。

(2)多條件數據檢索與查詢 系統可以實現多條件的數據檢索，可以根據屬性值檢索圖元，也可以根據定位范圍內的圖元檢索屬性值。根據屬性值檢索圖元，只要輸入檢索條件，即可快速定位到相應圖元(圖4)。

圖4 根據屬性條件檢索圖元Fig.4 Primitive retrieval according to attribute condition

根據定位范圍檢索圖元首先輸入檢索范圍，檢索范 圍輸入包括屏幕鼠標拉框、手工輸入坐標數據、從文件中導入坐標數據等。輸入或導入的坐標類型可以是地理經緯度坐標，也可以高斯平面直角坐標。對查詢后得到的結果，支持多種方式保存:復制到剪貼板，供其它程序使用;保存為文本文件或EXCEL 電子表格文件等。

(3)礦權管理 礦權管理是系統一個重要功能，針對礦權核查、管理日常工作進行單獨設置。礦權管理可以對省級采礦權項目和探礦權項目進行登記、修改項目類型等。項目類型分為劃定礦區范圍、礦權新立、礦權延續、礦權轉讓、礦權注銷、礦權保留等，同時標識每個項目的當前狀態，如礦權已核查、核查通過、核查未通過、項目調整等，系統對每個項目狀態以醒目方式進行區分，符合工作習慣，提升工作效率，使設置礦權有章可循(圖5)。

圖5 礦權管理Fig.5 Mining right management

(4)礦權空間數據核查 在礦產資源規劃成果數據的基礎上，開發礦權核查、規劃實施輔助工具，為提高規劃實施管理的效率和質量提供有效的技術手段。礦權空間位置輔助核查根據礦權項目坐標數據，利用空間分析技術將項目的位置、區域形狀再現，并與開發利用規劃圖等空間數據進行疊置分析，列出分析運算結果，輔助用戶判斷項目在空間上是否滿足規劃要求(圖6)，并可以隨時記錄礦權狀態、核查意見等基礎信息。

圖6 礦權空間數據核查Fig.6 Data check of mining right space

5 總結

本系統對礦產資源規劃數據進行有效的組織管理，數據安全性高，系統界面友好、操作簡單實用，改變了以往用戶應對繁雜的電子數據無從下手的局面，將工作重心從管理組織數據轉變到利用數據進行業務管理，極大地提高了工作效率和工作難度。

隨著網絡化、信息化的發展，使用現有的MapGIS數據和技術平臺，利用GIS 開發接口可以開發出各種面向應用的管理系統，有效的提升工作效率，同時，也為現有的各類地質成果信息化、應用化提供了新的途徑。

［1］中國地質調查局.礦產資源規劃數據庫標準［S］.北京:中國地質調查局，2008.

［2］(美)Lang-taung Chang.地理信息系統導論［M］.陳健飛，張筱林，譯.北京:科學出版社，2006.

［3］李勁，謝兆陽.SQL Server 2000 數據庫設計與系統管理［M］.北京:清華大學出版社，2001.