基于MapInfo的全國物化探地理信息系統的研究與應用

王 斌，張晨光，董 濤，李 杰，張明華，張立海

（1．國土資源實物地質資料中心，北京101149；2．山東省國土資源資料檔案館，山東濟南，250100；3．中國地質調查局發展研究中心，北京100037）

近幾十年來，隨著新一輪地質調查勘察工作的開展，我國部署開展了大規模的地球物理地球化學勘探工作，獲得了大量的原始地質資料數據信息。充分利用這些地球物理和地球化學數據信息，能夠有效降低地質工作風險和資金浪費。為了更好的整理、數字化、保存這些老舊的物化探異常數據資料，實現對物化探數據進行全面、科學、有效的計算機化管理，實現物化探數據的檢索查詢和服務利用，實現物化探資料的信息共享、資源共享和成果共享，更好地服務經濟社會發展、生態文明建設和找礦突破戰略行動，提高已有資源的利用效率，基于GIS技術設計開發完成能夠滿足我國物化探數據管理工作的全國物化探管理信息系統具有重要的現實意義和經濟價值。

1 國內外GIS在物化探管理工作中的應用

國外發達國家非常重視物化探原始數據資料的管理和數字化工作，利用GIS技術開發形成了地球物理和地球化學方面數據管理、解譯反演、處理分析系統和數據庫。例如美國在二十世紀七八十年代建立了地球物理數據庫，并具備檢索、查詢和提供社會服務功能；1997年美國阿肯色州的地球物理學家研制出了第一個完全可以和地震軟件聯合解釋的重磁成像與模擬軟件［1］。澳大利亞于1999年完成了全國大陸與海域的重力數據整理與GIS數據庫［1］。

在我國，利用GIS技術進行物化探數據信息的管理、解譯反演、處理分析起步較早。自1979年以來，先后開發了化探專用處理系統、航磁數據庫、省級區域化探數據庫信息系統、物探信息可視化系統、地物化遙綜合信息礦產預測圖庫管理系統等［1］。但是，利用GIS技術實現對全國物化探數據進行有效管理和利用的專業系統還沒有。

2 系統總體設計

2．1 系統分析

物化探數據是地質工作形成的原始地質資料重要的組成部分之一，是對地下地質情況進行解譯反演最有效的資料之一。區域地質調查工作以來，我國獲得了大量的十分珍貴的高質量的地球物理化學勘探數據資料。這些地球物理化學勘探數據資料大部分是由人工進行數據整理、管理、出圖等，工作量非常大，耗費時間長，并且效果不理想［2］。為了加強對物化探數據的管理，整理和搶救一些面臨嚴重老化和報廢危險的物化探異常數據資料，提高對數據的處理、分析和使用效率，完成屬性數據和空間數據之間的相互調用、瀏覽和查詢等功能，必須借助GIS獨有的空間分析和可視化功能開發物化探管理信息系統來滿足工作需要，提高工作效率。

2．2 系統設計目標

隨著GIS技術的發展，國內外物化探數據的GIS專業化建庫管理成為目前各類數據建庫的主流發展趨勢之一。例如，中國地質調查局組織開發的區域地球化學數據管理信息系統。為了有效管理物化探數據，要求建立的系統是以管理和利用物化探數據為目的，采用GIS圖形技術和數據庫技術在GIS平臺上開發研制的應用型地理信息系統。該系統設計要求操作簡便、功能實用、模塊化設計、系統兼容性好。系統設計的主要目標為以下三方面。

1）實現對海量物化探數據的管理如屬性記錄的增加、刪除、修改、備份以及批量數據的導入、導出等。

2）實現數據可視化顯示，具備基于GIS特性的各種空間范圍檢索及在此基礎上的各種條件檢索統計、空間分析和輸出等基本GIS功能。

3）子彈生成物化探異常專題圖和異常等值線圖等。

2．3 系統開發方式

根據實際工作應用情況，選擇合適的GIS二次開發方式，對于提高開發效率，縮短開發周期具有重要意義。目前，GIS二次開發主要有獨立開發、單純二次開發和集成二次開發等三種方式?，F將三種方式的優缺點簡要介紹如下所示［3］。

2．3．1 獨立開發

獨立開發是指由地理信息系統軟件開發人員不利用任何GIS軟件，獨自開發而成一個GIS系統。此方式不需要GIS作為支撐，軟件開發人員可進行總體設計開發控制，系統功能完善性，兼容性和操作性最高。但是開發時間長，工作量巨大。

2．3．2 單純二次開發

單純二次開發是指利用地理信息系統軟件提供的二次開發語言進行所需系統的設計開發，例如如MapInfo地理信息系統軟件提供的二次開發宏語言MapBasic等。

此方式開發周期短，節約時間和勞動力，但是由于需要地理信息系統軟件平臺做為支撐，所以運行效率較低，界面不友好。因此，該方法適用于開發周期短，任務要求緊，特別是用于對界面要求不高的項目。

2．3．3 集成二次開發

集成二次開發是指基于專業的地理信息系統軟件作為支撐，利用面向對象的可視化高級語言作為開發平臺，集二者之所長進行系統開發，實現地理信息系統專業化的數據管理、處理分析等應用功能。此方式可開發出用戶滿意的功能強大、界面友好的應用型管理系統，并且此方式開發效率高、可靠性優、系統穩定、移植性好。綜上所示，全國物化探管理系統的設計開發選用集成二次開發方式。

2．4 系統開發平臺和工具

目前，各進程之間數據的通信常用方法主要有動態數據交換、對象連接與嵌入、OLE自動化和控件技術（如MapX控件技術）等。OLE自動化作為Windows程序之間相互通信的技術，與DDE、控件技術等方式相比，它運行速度更快更可靠，能實現幾乎100%的GIS功能，并且在調試運行中可以獲得更多信息。經綜合分析，本系統的集成開發選用功能強大、價格便宜的MapInfo作為GIS平臺，利用VB和MapBasic作為二次開發語言，采用基于OLE自動化方式進行全國物化探地理信息系統的開發研究，以集成不同平臺的優勢，發揮各自的特點。本系統利用VB開發前臺可執行應用程序，將MapInfo作為OLE對象服務器，利用OLE自動化方式后臺啟動MapInfo，從而在應用程序中實現GIS功能。

MapInfo是個功能強大，操作簡便的桌面地圖信息系統，它具有圖形的輸入與編輯、圖形的查詢與顯示、數據庫操作、空間分析和圖形的輸出等基本操作。VB是一個可視化的面向對象的高級程序設計，通過OLE編程接口可以方便地將MapInfo的所有功能集成到應用程序。集二者之優點，既可以開發設計出符合要求的應用管理系統。

2．5 系統總體結構

根據物化探數據特征和系統設計目標，為不使系統過于龐大，避免產生數據冗余與數據處理和存儲過程中的混亂，本系統采用軟件工程的結構化、模塊化程序設計思想。各模塊之間相互獨立，各自完成相應的功能，各模塊共同組成一個統一的整體。各功能模塊之間通過實時數據連接，實現多種數據信息及圖件基于MapInfo平臺與技術的統一管理和應用。

該系統的設計開發繼承了MapInfo平臺的特點，由物化探數據庫管理模塊與查詢、分析和處理功能模塊等兩部分組成。管理系統的功能結構圖如圖1所示。數據庫模塊包括屬性數據庫和空間數據庫，二者之間通過ID目標標識碼進行連接，以此實現屬性數據和圖形數據的交互查詢；各應用子模塊是以數據庫為操作對象，讀取外部數據及系統內部的數據交換，達到對空間數據管理、檢索、處理和應用的目的。

圖1 系統總體結構圖

3 系統開發研究

全國物化探管理信息系統的開發是以MapInfo為GIS平臺，在Windows操作系統平臺下選用結構化高級程序設計語言VB調用MapInfo提供的二次開發函數庫，通過ADO數據控件來創建并實現與物化探信息數據庫（Microsoft Access）的連接和數據調用，從而實現系統的集成開發。

3．1 數據庫的建立

在利用管理系統對數據信息進行管理的同時，也要使數據庫中的信息資源得以開發，以滿足不同用戶不同層面的需求。全國物化探數據庫建設是一項系統性工作，需要全國各地勘單位共同參與完成。物化探管理系統的設計開發涉及到多學科的融合技術包括數據庫技術、計算機技術、地球物理解釋和反演、地球化學數據分析、圖形學等。為保證物化探數據得以有效管理和充分利用，根據地球物理化學的勘探技術方法特點，本數據庫主要是整理保存近30年取得的地球物理化學數據信息資料，以使全國物化探原始數據資料得到妥善保管和共享服務利用。

全國物化探數據的存儲，采用MapInfo雙數據庫存儲模式，即屬性數據庫和空間數據庫。屬性數據存儲在Microsoft Access數據庫中；空間數據則以MapInfo自定義格式保存在若干文件中。二者之間通過特定的目標標識碼進行連接，從而實現屬性數據和圖形數據的同一對象的統一化描述和交互查詢。其中，具有相同目標標識碼的屬性數據和圖形數據是對同一空間對象的描述。

物化探數據庫建立的主要工作是數據庫結構設計及數據項編碼的標準化設計。我們在充分考慮常用物化探技術方法的基礎上，根據專業子類代碼進行數據庫的建立。其中，將地球物理勘探數據分為航空重力測量、航空磁測、航空電法、地面重力測量、地面磁測、地面電法、地震測量、綜合物探測量和其它物探測量等數據庫；地球化學勘探數據分為巖石地球化學勘查、土壤地球化學勘查、水系沉積物地球化學勘查和綜合化探測量等數據庫。

數據庫的訪問和維護主要是利用ADO和DAO數據控件，使其直接與Access數據庫建立連接，實現數據錄入、修改、刪除和瀏覽等操作。通過數據控件可使數據表在記錄之間移動。

3．2 二次開發的關鍵技術

物化探管理信息系統的開發選用基于OLE Automation技術進行集成二次開發。VB與MapInfo集成的一般過程如下所示。

1）首先將MapInfo定義為一個OLE全局變量，用于后臺啟動MapInfo。其主要語句為：

Public MapInfo as object

Set Maplnfo＝ Createobject（"MapInfo．Application"）

2）為了在VB中將MapInfo功能本地化，需要利用Do、Eval、RunMenuCommand等方法重新定義各類窗口。定義好之后即可使用MapBasic語言與MapInfo進行交互來完成對空間數據的操作。定義各窗口主要語句為：①定義MapInfo主窗口，代碼為：MapInfo．Do"Set Application Window"＆frmMain．hwnd；②定義 MapInfo地圖、瀏覽、布局、統計和自建圖例窗口等，以定義地圖窗口為例代碼為（其中，frmtemp．hwnd為圖像框控件指定的子窗口）：MapInfo．Do"Set Next Document"＆frmtemp．hwnd ＆"Style 1"；③定義MapInfo的信息窗口、標尺窗口、消息窗口和統計窗口等，以定義信息窗口為例代碼為：MapInfo．do"Set Window Info Parent"＆ ActiveForm．hwnd ＆"Show"。

3）集成Mapbasic程序。在MapInfo二次開發中，對于復雜功能的開發，通常是利用MapBasic語言進行設計開發，實現其功能，然后將數據的處理結果返回給VB應用程序。在VB中調用MapBasic程序的具體方法是：首先需要聲明MBApplications作為對象，并創建MBApplications對象，然后利用MBApplications對象的屬性和方法進行程序的訪問操作。程序代碼為（其中，MbFilename是MapBasic程序名）：

Dim MapBasic as Object‘聲明對象

Set MapBasic＝MapInfo．MBApplications

‘創建MBApplications對象

MapBasic．Do"Run Application"＆ MbFilename

‘調用MapBasic程序

4）回調機制。VB可通過OLE對象對集成地圖窗口進行操作控制。當用戶在地圖窗口進行相關操作時，如選擇各工具按鈕、菜單等，其操作的事件只傳遞給MapInfo服務器，而不能直接傳遞給VB應用程序。為了在VB中實現對事件的處理，就需要利用MapInfo對象的SetCallBack（回調）方法來處理命令，并將其傳遞給VB應用程序。當MapInfo系統通過OLE來實現消息的傳遞與接收時，首先要建立消息接收和處理的OLE對象類，然后定義不同類型的操作方法，以便處理不同的消息。例如利用SetCallBack方法來獲得不同菜單命令信息回調的代碼為（首先在VB工程中自定義一個類模塊 MapSIS）：

Set theResponder＝New MapSIS‘創建OLE對象

MapInfo．SetCallback theResponder ‘實 現 信息的回調

對于其他操作的信息回調與此相似，只需定義相應的方法并對其進行聲明即可。例如要獲取MapInfo狀態欄的字符信息，只需定義一個SetStatusText方法，參數聲明為“ByVal MapInfostatusText As String”即可。

5）程序結束時，需要終止后臺運行的MapInfo對象，使其釋放MapInfo及其相關資源。其語句為：Set MapInfo＝Nothing。

3．3 系統功能實現

本文根據物化探數據管理特點和結構化程序設計思想設計，開發完成全國物化探管理信息系統。該系統實現了菜單視圖管理、數據可視化顯示、信息查詢、專題圖制作、數據網格化和異常等值線圖繪制等功能。

3．3．1 GIS圖形化技術

數據圖形化是管理信息系統應用GIS技術和可視化數據管理的基礎。圖形數據不僅是具有幾何意義的圖形或像元，而且是具有地理意義的空間實體。當建立起物化探數據庫與圖形數據的空間相互關系后，數據庫的空間操作、可視化檢索和查詢才得以實現。GIS是以地理實體的空間位置為核心，按空間實體的拓撲關系和相關屬性數據進行分析與處理的。建立GIS圖形數據與常規關系數據庫相聯系的切入點就是圖形數據和屬性數據的空間位置關系。GIS軟件提供的二次開發技術為建立基于GIS的數據可視化系統開發提供了高效適用的工具［2］。

3．3．2 數據信息查詢

本系統利用VB開發技術、GIS圖形技術和SQL（Structured Query Language）數據查詢語言技術，實現了數據檢索與查詢功能。根據物化探數據的空間分布特征，數據的檢索主要從域開始，即需要研究的區域。域的確定借助了GIS空間圖形操作，包括圖形的建立、選擇和顯示等。數據查詢的核心操作采用SQL查詢語言與用戶進行交互方式實現對數據庫或表的操作。檢索結果采用表的形式存放于當前工作區，也可為系統其它模塊提供數據源。同時，可應用數據瀏覽工具對當前檢索數據進行瀏覽和顯示其空間位置等［2］。該功能采用一種可視化的查詢手段，實現了從屬性信息查找空間對象，也可從空間對象查詢屬性信息，達到了所見即所得的查詢效果。

3．3．3 專題圖制作技術

專題地圖是分析和表現實際數據的一種強有力的方式，可以幫助用戶清楚地看到在數據列表中幾乎不可能發現的模式和趨勢。圖形數據是系統管理專題圖制作的基礎，也是數據交換的主要存儲空間。因此，在制作專題圖之前必須至少存在一個圖形數據，然后通過菜單及圖形用戶界面實現各類圖件的制作。制作技術采用了MapInfo構件功能，具有很強的針對性。

3．3．4 數據網格化處理技術

在地質、地球物理、地球化學等地學領域中，廣泛使用色塊圖、三元圖、曲面圖、剖面圖和等值線圖等。繪制這些圖件如果利用原始采樣點數據，這些數據往往受采樣環境、采樣人員及采樣所使用儀器的影響，或則分布不規則及采樣點數量不足，或則包含隨機性干擾。因此，在數據應用之前，需要通過人機交互的形式，采用數據網格化方法將原始采樣點數據轉化為規則網格化分布的數據，然后再來制圖或進行其它方面的處理應用。不同數據的處理與轉換方法所要求的參數不同，本系統設計的數據網格化方法有三角平面插值、三角曲面光滑插值、按距離平方反比加權插值、按方位點加權插值、趨勢面擬合和加權最小二乘曲面擬合等六種方法。

3．3．5 異常等值線繪制技術

異常等值線圖是對地球物理或地球化學復雜的多元素異常（或其他地球化學指標）按某個指標 （或元素）異常編制的單個圖件。它是以采樣線上經度為X坐標，緯度為Y坐標，各點元素（或指標）異常含量（或指標量值）為Z坐標繪制的變化曲線圖。為充分利用物化探數據資源，及時發現數據異常，本系統采用了三角法和網格法等兩種方法繪制異常等值線。繪制異常等值線運行實例如圖2所示。

圖2 生成異常等值線

4 系統調試與實例運行

系統測試是軟件開發過程中必不可少的環節。其目的是測試系統運行的可靠性，檢查設計的功能、指標和性能的實現程度，以便及時發現問題加以修改，從而為后期的軟件維護提供依據。本系統以生成全國1∶20萬航磁數據圖層為例，運行結果如圖3所示。經軟件調試和運行表明，該系統界面友好、操作簡單、運行可靠，除實現了GIS基本操作功能外還實現了數據可視化顯示、異常專題圖制作、數據網格化和異常等值線繪制等功能。該系統基本實現了利用計算機技術對物化探數據進行整理、保存、處理和利用的目的。

圖3 全國1∶20萬航磁數據圖

5 結 論

該系統選用MapInfo作為GIS平臺，利用VB和MapBasic語言采用基于OLE自動化技術進行集成二次開發。該系統實現了多種信息基于GIS平臺與技術的統一管理和應用。該系統的建立為物化探數據的管理提供了一個具有GIS可視化編輯、檢索、統計及成圖等功能的計算機管理和應用平臺，提高了數據處理、分析和利用效率，使得對物化探數據和各種異常等相關信息的實時動態管理成為可能，同時也可為其他用戶的應用和管理部門的決策提供綜合信息和圖件。該系統的開發實現為基于OLE Automation技術進行GIS二次開發提供了一種有效地解決方法，也為其他相關GIS的二次開發提供了很好的借鑒，具有一定的使用價值。

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