GIS开发（共11篇）
GIS开发 篇1
1、GIS概述
地理信息系统 (Geographic Information System简称GIS) 是用于回答具有物质属性和空间坐标且与时间相关联问题的艺术、科学、工程和技术的统称, 是以计算机为工具, 用来创建和描述地理实体和地理现象及其时空特征和时空关联特性的数字表达方法。GIS是集计算机科学、地理科学、测绘科学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。它作为对地域空间分布相关的地理数据及其属性数据进行采集、存储、管理、分析的软件系统和开发工具, 是一个图形与数据完美结合的系统, 它不仅能将所需要的数据更形象、更直观地与图形紧密联系起来, 而且能把结果以图形的方式显示出来, 这给管理决策人员更科学、更直观、更准确、更及时地制定计划、处理问题提供了依据。
目前GIS已经快速的应用到各个领域, 发展速度非常快, 好多高校相应也开设了相关专业, 然而GIS的开发平台众多, 开发平台也各有优势, 在进行GIS开发过程中, 选择一个好的平台无疑是尤为重要的。下面就对目前GIS开发平台做以分类阐述。
2、GIS开发平台阐述
2.1 国外商业平台
国外商业平台主要有:Mapxtreme, ArcIMS, Geomedia Webmap。
MapXtreme是MapInfo公司推出的基于因特网/内联网的地图服务器。通过对GIS软件MapInfo和MapX的功能集成, 信息管理员只需要在Web服务器上安装MapXtreme, 并对其进行编程和管理, 用户通过Web浏览器访问MapXtreme获取所提供的GIS功能。MapXtreme采用的是服务器端解决方案。MapXtreme系统主要由三个层次组成。顶层是因特网技术, 保证了系统的标准性、开放性和先进性;底层是图形平台MapInfo Professional和基于ActiveX技术的MapX控件技术;中间的是MapXtreme, 作为服务器端的新一代地图应用服务运行模式, 采用内置开发工具、进程调度器、分布应用模式等新技术。MapXtreme基本不改变服务器端原有的GIS系统函数, 几乎所有的操作分析。其特点, 所有的地图数据和应用程序都放在Server端, 客户端只是提出请求, 所有的响应都在Server端完成。只需在Server端进行系统维护即可, 客户端无须任何维护, 大大降低了系统维护的工作量。
ArcIMS是一个基于Internet的GIS应用系统开发软件, 它提供了多方位的Web GIS解决策略, 应用了JavaApplet, Java Servlet, XML等技术, 总体结构比较符合Web GIS模型, 在功能和效率上也优于其他同类产品 (尤其是在数据传输和浏览器端地图操作等方面) , ArcIMS总体上由4部分组成, 分别是客户端表示层、业务逻辑层、数据管理层和ArcIMS网站管理工具。ArcIMS是运行在Java2TM环境下的Internet应用程序。其特点, 可以在服务器和浏览器或其他客户间建立"数据流"。这一功能使得用户可以将本地数据与Internet上的数据结合起来, 从而为用户和数据发布者提供了一个更广阔的空间。
GeoMedia WebMap融入了崭新的OpenGIS思想, 采用分布式结构, 以HTML为应用层协议标准, 以通用的浏览器为客户端软件, 通过Microsoft Active Server Pages (微软开发的服务器端脚本环境) , 客户端浏览器向服务器提出申请, 所有程序都将在服务器端执行。当程序执行完毕后, 服务器仅将执行的结果返回给客户浏览器。其特点。直接访问多源数据;数据的标准化;动态发布ActiveCGM矢量图形, 实时发布、实时更新;客户端可进行空间分析;易于开发;维护简单、客户端操作简便。
Google Earth是进年来网络空间信息服务领域热门软件之一, 该软件提供应用开发接口API, 可以使得用户开发自己的应用系统。Google Maps API是Google自己推出编程API, 可以让全世界对Google Maps有兴趣的程序设计师自行开发基于Google Maps的服务, 建立自己的地图网站。
2.2 国内商业平台
SuperMap GIS是北京超图地理信息技术有限公司开发的具有完全自主知识产权的大型地理信息系统软件平台。平台应用对象:SuperMap GIS系列软件主要面向部门级以及企业级的大型GIS应用。技术特点:该系列平台在其技术内核即数据模型上, 多源数据集成, 海量空间数据管理, 地图编辑, 空间分析等方面都具有很强大的能力。该平台的各项功能和AcrInfo系列软件很相似, 但是在系统稳定性方面存在着不足。应用开发上:SuperMap组件对象封装粒度适中, 使用灵活且易于掌握。SuperMap III大型组件式GIS软件开发平台功能强大, 由一系列控件组成, 既可以协同工作, 也可以任意裁减, 具有高度的伸缩性和灵活性。
Mapbar拥有完全自主知识产权、国际领先的地图引擎技术, 开发出了符合电信级标准的"GEOSPATIAL"综合地图服务平台, 具有高度的灵活性, 拓展性和稳定性, 可统一支持网络地图 (WEBGIS) 和2G/3G无线网络地图应用, 专业的Web程序开发者, 更可通过API接口中的地址匹配和Ajax查询组件等与自己的应用数据库巧妙结合, 从而制作出一个动态更新的电子地图。
2.3 国外开源平台
GIS领域的应用级开发, 离不开底层平台的支持, 国外有ESRI、Intergraph、Mapinfo等知名的商业平台提供商, 也有数以百计的开源GIS项目组。由于GIS是一种可视化的信息管理技术, 和图形有着密切的关系, 所以开源GIS项目大多采用C、C++、Java语言编写, 其中又以Java开发的最多。
Deegree是一个德国的开源GIS项目, 它遵循OGC制定的国际规范, 服务器端兼容WMS、WFS、WCS标准。平台可以读写GML文件, ESRI的SHP文件, Mapinfo的MIF文件。空间数据库支持Oracle、MySQL、PostgreSQL/PostGIS, 可以用于开发C/S和B/S结构的GIS/WEBGIS系统。
Openmap是由美国BBN公司资助的开源GIS项目, 它采用JavaBean组件软件结构开发, 用它提供的JavaBean搭建一个C S软件非常简单。服务器端兼容WMS标准, 平台可以读写ESRI的SHP、E00文件, Mapinfo的MIF文件 (仅支持点) , 空间数据库支持My SQL。
2.4 自行开发平台
在GIS开发过程中还有一部分用户自行开发的平台, 这一部分平台在功能和使用范围方面都较弱。
3、GIS平台展望
目前GIS开发应用平台较多, 其中基于WEB的GIS开发平台发展最为迅速 (如J2EE, .NET开发平台) , 就未来GIS将向着数据标准化 (Interoperable GIS) 、数据多维化 (3D&4D GIS) 、系统集成化 (Component GIS) 、系统智能化 (Cyber GIS) 、平台网络化 (Web GIS) 和应用社会化 (数字地球DE) 的方向发展的趋势来, 对开发平台的要求越来越高, 要求GIS开发平台具备这方面的开发功能。
4、小结
GIS应用已经渗透到各行各业, 选择一个好的开发平台对GIS开发者来说尤为重要。本文针对目前GIS开发应用中的软件平台做了分类阐述, 并进行初步分析, 就未来GIS开发平台做了展望。希望通过本文为准备进行GIS开发的人员在开发平台选择方面起到借鉴作用。
摘要：本文针对目前GIS的开发软件平台进行阐述, 对各个平台做了初步分析, 并对未来开发GIS平台做了展望。
关键词：GIS,平台,开发
参考文献
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GIS开发 篇2
基于GIS的矿区技术信息管理系统的开发
针对传统煤矿企业技术信息管理系统对矿区空间信息管理的.不足,探讨了基于GIS技术的矿区技术信息管理系统的总体结构设计,包括技术路线、系统功能设计及数据库设计;重点阐述了系统实现过程中采用的若干关键技术.
作 者：刘群 张恒 LIU QUN ZHANG Heng 作者单位：四川建筑职业技术学院交通与市政工程系,四川德阳,618000刊 名：地理空间信息英文刊名：GEOSPATIAL INFORMATION年，卷(期)：20097(2)分类号：P208关键词：GIS 采矿信息 信息管理 可视化
GIS开发 篇3
关键词：GIS；油气；勘探开发；应用
中图分类号：P618.13文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-01
GIS Application and Development Trend in Oil and Gas Exploration and Development
Jiang Zejun
(Geological Logging Second Company of Daqing Drilling Company,Songyuan131400,China)
Abstract:GIS is described in detail the concept and content,based on the power of GIS in the oil and gas exploration and development of access to great economic and social benefits.
Keywords:GIS;Oil and gas;Exploration and development;Application
一、GIS是综合处理和分析地理空间数据的技术系统
从学科学角度讲，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系。GIS系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术的发展，数字时代的来临，理论上来说，GIS可以运用于现阶段任何行业。从技术和应用的角度，GIS是解决空间问题的工具、方法和技术。
GIS进过50年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统，GIS深入到各行各业甚至各家各户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。
二、GIS是支撑油气勘探开发的基础
在勘探成熟阶段的盆地中，油气勘查工作的规划部署和油气藏的综合预测研究需要考虑多种因素，包括含油气盆地已完成的勘探工作量及资料质量、已发现的油气资源量及其空间分布、区域地质和石油
地质研究成果、以及研究区域的地表地理环境等，其信息需求涉及到钻井、测井、地震勘探、非地震勘探和试油试采等勘探工作的资料现状，区域地质、构造区划、沉积古地理、油气藏及储量分布、油气资源潜力评价和生储盖分布等石油地质综合研究成果，地理位置、海拔高程、地貌、交通、水文、人文等地表地理状况。在油气勘探的规划部署和预测研究中，上述多种因素的综合考虑可有效提高油气勘查生产的研究和决策水平，从而提高油田的开发效益。
基于GIS的油气勘探开发基础主要表现在两个方面：第一，GIS是油气勘探开发的必要条件、可靠手段；第二，GIS在油气的勘探开发中起到关键的基础作用，为其他技术提供平台支持。
从油气勘探开发的空间特性来看，油气的勘探开发需要地理信息系统作为一个基础平台来组织数据、展示应用。否则勘探开发的组织和管理是空洞的、晦涩的，事实证明GIS确实有能力完成这项工作。
三、GPS的基本功能及其在油田勘探开发中的应用
（一）GPS的基本功能
GIS一般均具备数据采集与编辑功能、属性数据编辑、制图功能、空间数据库管理功能以及辅助决策等基本功能，它们分别是：
1.数据采集与编辑功能：GIS地面实体图形数据和描述它的属性数据输入数据，图形及文本数据进行编辑和修改。2.属性数据编辑与分析：由于GIS中各类地物的属性不同，系统须提供用户自定义数据结构的功能，提供修改结构的功能，以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能。3.制图功能：GIS是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。4.空间数据库管理功能：地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。5.辅助决策功能：GIS为用户提供决策服务，典型的为战争、应急处理（救灾、救护）、城市规划、市场分析等，它有灵活的可变化的获取信息和方案、策略比较选择的功能。
（二）GIS在油气勘探开发中的应用
油气勘探描述的对象与地理信息密切相关，其中以海量计的数据图形信息已不适应现代管理的要求，所以GIS在油气勘探过程中的利用已成为必然趋势。GIS技术的出现为其提供了解决方案。目前GIS在油气勘探开发中的应用主要集中于数据管理、专题制图、油气资源评价、油气勘探开发管理及辅助决策这几个方面。
1.数据管理：在油气勘探开发过程中，积累了大量的基础数据和图形数据，利用GIS技术对数据的存储和管理，为地质工作者提供一个完整、灵活和易于使用的资料管理和综合的环境。2.专题制图：借助GIS技术，可实现地质信息的分层、分区域管理，实现图件的灵活添加、信息的快速更新及多要素综合成图。3.油气资源评价：GIS软提供了高效、快速的信息提取和分析工具，实现从宏观评价一区带评价一圈闭评价，直到对油气资源作出更为具体精确的评价，大大提高了油气资源评价的可信度。4.油气勘探开发管理与辅助决策：基于G1S开发的油气勘探数据库应用与管理实现业务管理过程的程序化、规范化，对于开发中后期油田进行地质信息综合管理和应用有重要意义。GIS与砂岩盆地综合测井专家系统结合，可帮助地质工作者进行正确决策。
四、结语
电力应急指挥系统的GIS开发 篇4
地理信息系统是一项以计算机为基础的新兴技术,它是管理和研究空间数据的技术系统,在计算机软硬件支持下,对空间相关数据按属性信息或空间位置信息进行各种处理并进行有效管理,研究各种空间实体的相互关系。地理信息系统把地理空间位置和属性信息有机地结合在一起,根据实际需要图文并茂地输出给用户,并借助其独有的空间分析功能和可视化表达方式,提供各种管理和辅助决策支持功能。它既具有数据库的查询分析功能,又具有GIS特有的空间分析功能和直观的数据展示功能。
结合应急指挥系统的特点和应急指挥系统的具体要求,将地理信息系统引入电力通信应急指挥系统是可行的,也是必须的。当前各级电力部门通过多年的数据积累,已经具备了构建应急指挥系统Web GIS所需的电力相关基础数据,如发电厂,变电站,输电线路等。因此,将当前的基础GIS数据引入到应急指挥数据平台是可行的。
1 系统GIS服务端设计
传统Web GIS请求一次,生成一张图片的模式效率低下,浪费了大量的时间绘制背景底图,导致服务器端压力大,出图慢,利用预生成瓦片GIS系统可以很好的解决此问题。本系统后台地图服务的框架的原理是将原始的地图切割成不同级别的瓦片地图,客户端每次请求,服务端返回该请求相关的已经生成好的图片,将返回的图片按照规则在前端拼装成一幅完整的背景底图,和用户业务逻辑结合紧密的图层(如:发电厂、变电站、输电线路,相关的专题等)进行数据叠加,形成直观的数据展示。利用预生成瓦片技术将大大提高地图的浏览、查询、地理分析等出图效率,解决了传统Web GIS速度和效率瓶颈。尤其是对于高并发的重复性访问请求,这种技术优势将会更加明显。
1.1 服务器GIS数据分类存储
南方电网应急指挥系统采用两级部署,三级应用的部署方式。地形图的信息维护,采用地市网维护,省网级汇总,南网总部总调的方式,以实现南网总部、省网公司和地市网公司三级图形表1应急指挥系统资源对象信息数据一致。标注对象(发电厂、变电站、线路、局大楼、营业所、应急队伍、应急物资、移动指挥车、冰灾、台风、洪水、地震等)按照统一标注规范在现有行政区域背景的地形图上标注,系统中涉及到基础数据和存放位置如表1所示。
基础地图数据:作为专业数据叠加的参照,方便电力基础数据和应急专业数据的叠加,方便工作人员能快速的判断资源当前的状态和位置分布,直观的提供告警显示。由于基础地图数据变化相对比较慢,在本系统中以文件的形式存放,通过地图引擎实现矢量数据访问,定期对基础地图数据进行后台更新。在GIS环境搭建好后,将该部分数据在后台预生成瓦片地图,对外提供标准的WMSC服务接口。对IE即客户端来讲,访问统一的WMSC,屏蔽具体地图引擎,实现数据的透明访问。
电力基础数据:电力基础数据作为电力系统内部的专业数据,由专职人员进行数据更新,将其他系统(如输配电系统)中的数据直接抽取或者导出成通常的带位置信息的Excel表格,数据维护人员将这些数据导入到商业数据库中,生成带坐标信息的数据,通常对这类数据不进行批量的更改操作。该部分的数据在系统构建初期导入后,后期的维护主要是对数据进行少量的编辑,如位置微调、删除、单个的添加等。
应急专业数据:是应急专职人员数据操作对象,专职人员可在授权的情况下对数据进行位置移动,数据删除,数据添加。在线的用户能及时收到数据的变更通知,了解数据的状态、位置。这部分数据是空间分析的依据。
1.2 服务器端功能设计
应急指挥系统的GIS主要功能是将应急指挥所涉及的电网、队伍、物资和业务系统等信息,展示在地形图上,并通过地形图实现相关信息的链接,形象地展示突发灾害事件对线路、杆塔、变电站和重要用户等造成的损害或影响数据,同时显示周边可用电力应急抢修队伍,可用应急物资、应急装备信息、其他社会应急救援力量等信息,地形图综合应用是一个应急信息的图形化综合展示。
为了提高应急指挥系统GIS模块的响应速度和效率,在地图服务端,将原始配置好的地图设置多个比例尺,采用地图引擎对基础地图的矢量数据进行渲染,定期替换现有的基础地图矢量文件方式进行基础地图更新。浏览器端发送请求给地图缓冲服务器,地图资源缓冲服务器接受到请求后,首先判断在该视野范围内,图片是否存在,如存在,则直接从缓冲服务器中返回当前地图,否则,由地图缓冲服务器转发该请求到地图引擎,地图引擎接受到请求后,生成该区域内图片,并将生成的图片返回给地图缓冲服务器,地图缓冲服务器再将该生成的图片返回给客户端,这样完成地图的首次请求操作。当用户发送同样的地图区域和视野请求时,由于缓冲服务器当前视野等级下该区域的地图将在缓冲服务器中存在,中间地图缓冲服务器返回图片,将大大提高服务器响应速度和服务器的压力。
结合电力应急指挥系统的特点,将应急指挥系统的功能划分如下,基础的地图数据采用缓冲的方式能很好的解决,但业务数据由于动态变化频繁,因此该部分数据在设计中采用及时生成的方式,多个用户协同工作时能方便查看当前的数据状态。
除基础数据外,应急专业数据变化频繁,客户端Flex程序不能和后台数据库直接进行数据交互,在本系统设计中,通过Flex访问J2EE应用服务器,本系统设计通过客户端的Remote Object访问服务器上的业务中间件,业务中间件在商业数据库中查询到需要的数据并返回到浏览器端,浏览器根据返回的带有经纬度的数据在客户端动态绘制图形,叠加在基础地图数据上。
应急专题通常是根据现有的业务数据,在地形图上进行渲染。对于应急系统,通常是根据事件的发生点和事件的影响范围,计算事件的影响区域或事件的影响的资源,影响区域通常是以指一个行政区划,由于本系统设计中将基础地图数据和业务相关的数据在存储设计上采用分离的设计方式,所以在分析时是将该事件点的信息传入到后台,在后台编写算法,计算影响的资源和范围。再返回到前台显示。
2 系统GIS浏览器端设计
客户端界面直接面向各级用户,对于网、省、地三级所展示的界面不同,本客户端设计上设计支持用户自定义的配置,另外程序设计必须是一种松耦合的设计,方便模块的添、删除。
客户端基本模块设计如图1。
其中配置管理模块是对地图的配置与预处理进行管理维护,界面管理维护地图式样、皮肤、符号。程序的所有模块动态加载,控制栏管理地图的界面布局,地图控件是客户端的核心,负责与后台的GIS数据交互与界面的地图部分展现,地图的各功能模块分布在每个Widget,由Widget与地图控件通信。
作为Flex的精髓之一的事件和绑定机制,在GIS客户端设计中各功能模块之间通信通过如下方式实现,通过事件机制实现各模块的数据交互,其相关对象如下:
Event Objects(事件对象):所有的事件对象都是flash.events.Event或者其子类。每个事件对象中都包括事件类型(type)和事件源(target),便于event listener知道该事件的类型以及是抛出事件的对象。
Event Dispatchers(事件源):事件发起的主体。所有的事件派发者都是Event Dispatcher或其子类。事件源提供API让监听程序进行对该事件的注册。
Event Listeners(事件监听者):表现为一个函数。必须为每个特殊的事件和事件源注册一个监听器,当事件发生的时候,事件源会通知该监听器去处理制定的事件。
Event Handle(事件的处理):事件处理分为几个阶段。捕获阶段:Flash Player会去查找事件的触发源,它是通过根显示元素(root display object)逐层向下寻踪,直到找到事件的发起源头。目标执行阶段(target):在这个阶段是事件的执行阶段,也就是我们常用的用来处理事件流的代码。冒泡阶段(bubble):最后的这个阶段其实就是第一阶段的逆向过程。在这个阶段不需要特别的为监听器指定什么,只要正常的注册事件就可以了。监听器会在该阶段收到通知。但前提是该事件是能够bubble的。本系统的GIS客户端设计中,事件的处理如图2所示。
各模块之间的消息传递流程如如下:
通过以上的设计处理方式,各个模块之间在程序设计期间相互独立,但数据的处理过程则通过消息传递能将各个模块很好的结合。
3 系统的前后台的数据通信
本系统的作为一个协同应急指挥系统,其他用户的数据操作应能及时通知给客户端。一个用户在前台数据操作时,首先对相应的事件进行过滤,后台数据变化产生一个事件后及时推送到前端,并保证前端操作平滑和连续性。本系统中采用一种异步的,非阻塞的消息传递方式实现各用户之间的数据通信。通常一个消息系统允许分开的未耦合的应用程序之间可靠地异步通信。客户端应用程序在递交一个请求之后,只需确保请求到达服务器端后,就可以处理其他任务,该消息系统提供了许多其他分布式对象计算模型没有的优点。它鼓励在消息产生者和使用者之间的"松耦合",在它们之间有很高程度的事务处理。对于事件消费者,不关心事件的生产者是否仍在网络上以及消息是什么时候产生的。这就允许建立动态的,可靠的和灵活的系统。整个的子系统能被修改而不会影响系统的其他部分。另外,系统的高度可扩展性,容易与其他系统进行集成,以及高度的可靠性。由于可靠性和可扩展性,使得它们用于解决许多商业和科学计算问题。本系统中的消息设计分为后台程序设计,通过在后台数据变化事件中发送消息,配置消息协议,前端接受和处理消息。
后台JAVA程序消息代码片段如下:
4 结论
本应急指挥系统中的Web GIS模块设计,结合了应急指挥系统的特点和系统要求,对传统的Web GIS架构进行改进设计。在服务器端采用地图预生成方式,生成缓冲地图,解决了传统方式下服务器端压力大的问题,并在服务器端使用消息中间件,将松散的客户端通过消息中间件紧密联系,为在B/S模式下的数据共享了和多用户下协同办公提供了一种解决思路,并且这种设计可以为基于Web的监控系统设计提供一种解决方法。
参考文献
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[5]王睿.Flex与ActionScript编程[M].北京:机械工业出版社,2008.
GIS开发 篇5
基于GIS组件开发的水利工程管理系统研究
针对水利工程管理系统开发中GIS应用需求特点,比较了现有GIS开发技术,选择组件式GIS开发方案,采用B/S体系结构.详细分析了webGIS的计算模型、主要实现方法和应用框架.通过南通市水利工程管理信息系统开发的`实际应用,说明利用GIS组件实现水利工程空间数据处理、分析、显示功能,并与应用系统进行有机集成,可为水利工程管理业务基于WebGIS的开发探索出一种可行的开发方案.
作 者：陆建平徐淑芳 陈军冰 蒋艳 邱旭东 LU Jian-ping XU Shu-fang CHEN Jun-bing JIANG yan QIU XU-dong 作者单位：陆建平,邱旭东,LU Jian-ping,QIU XU-dong(南通市水利局,江苏,南通,226006)徐淑芳,陈军冰,蒋艳,XU Shu-fang,CHEN Jun-bing,JIANG yan(河海大学,江苏,南京,210098)
刊 名：水利水文自动化 英文刊名：AUTOMATION IN WATER RESOURCES AND HYDROLOGY 年，卷(期)： “”(1) 分类号：P208 关键词：GIS组件 B/S 水利工程 管理系统 研究GIS开发 篇6
关键词：地理信息系统；环境保护；空间数据；校验模块；数据储存
中图分类号：X22 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0057-03
系统论、信息论、控制论与现代高新技术——计算机技术、空间技术和自动化技术的结合发展，催生了4S技术（GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、RS遥感信息系统和专家信息系统）在诸多领域的实际应用。本文拟就其中的地理信息系统（GIS）在环境保护工作方面的开发应用做一简单探讨。
1 地理信息系统（GIS）简介
地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对空间的相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和演示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和决策服务建立的计算机技术系统。即将自然和人为规划的过程加在数据模型上，取得自然过程分析和预测信息，应用于管理和决策。当前主要划分为三种类型：具有有限目标和专业特点的专题信息系统如水资源GIS、环境管理GIS；以区域综合研究和全面信息服务为目标的区域信息系统如美国橡树岭地区GIS、我国黄河流域GIS等；具有图形图像数学化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等GIS基本功能的软件包工具如美国环境系统研制的ARC/INFO系统、北京大学的Spaceman等。
GIS系统由计算机硬件、计算机软件、地理空间数据和系统开发管理使用人员四部分组成，地理信息系统软件包括五类基本模块。
（1）数据输入和校验模块将现有地图、观测数据、传感器获取的数据转换成计算机兼容的数字形式的各种转换软件，数据检验是对数据出现的错误进行改正。
（2）数据存储和管理模块涉及地理元素的位置、连接关系及属性数据如何构造组织，便于计算机处理和系统用户理解（GBMS），包括数据格式的选择转换、联结、查询和提取。
（3）数据变换模块包括两类操作：从数据中消除错误、更新数据和与其他数据库匹配及为回答GIS问题而采用的大量数据分析方法、空间数据与非空间数据的变换运算。如空间分析函数变换是对图件及其属性数据进行分析运算和指标量测，如基于点和象元的算术逻辑运算、聚类分析等；基于区域的空间函数叠加分类、区域形状量测；基于邻域的象元连通性、扩散、最短路径搜索等。这些转换分析和应用既包括比例尺和投影的数字变换、处理和分析，还包括地理空间模型的建立。
（4）数据显示与输出：原始数据或结果传输给用户，以报表、统计图、查询应答、地图形式在屏幕显示、打印绘图输出或网络传输给其他用户。
（5）用户接口：接受用户指令、程序或数据如用户界面、程序接口、数据接口，使GIS成为人机交互的开放式系统，为用户联结各自特定的应用程序模块和使用非系统标准的数据文件。
应用分析软件是根据模型编制的用于某种特定应用程序的程序，是系统功能的延伸和扩展，应用程序作用于地理专题数据或区域数据，构成GIS的具体内容，用于地理分析和从空间数据中提取地理信息。应用程序的水平在很大程度上决定系统的实用性。地理信息系统（GIS）在环境保护方面的开发应用主要工作是在此基础上开发应用相关的环境保护的程序和软件，如环评、规划、监测和预测、判断特定气象气候条件下的区域环境影响等。
地理空间数据是以地表空间位置为参照，描述自然、社会和人文、经济、景观的数据，如图形、图像、文字、表格、数字等，由系统建立者输入GIS，是GIS表达现实世界的实质内容。应用的数据模型包括三个互相联系的方面：
（1）几何标识地理实体的空间位置，如经纬度、平面直角坐标等。
（2）用拓扑关系表达的地理事物间的空间联系，如枢纽关系、构成关系、包含关系等。空间拓扑关系应用于地理空间数据的编码、格式转换、存储管理、查询检索和模型分析是GIS的特色之一。
（3）地理现象或事物的属性数据，是与地理实体相联系的地理变量，如描述名称、类型、特性等的气候类型、土地利用、行政区划等的定性数据以及描述面积、长度、土地等级、人口数量、降水量、极端温度等定量数据。属性一般是经过分类、命名、测量、统计等抽象得到，而GIS的应用主要依靠对数据的操作和运算来完成，所以其分类系统和指标建设及测量对系统应用至关重要。
GIS独有的空间数据结构和数据编码及其管理方法和数据分析能力，为空间相关的各类研究和管理应用开辟了广阔的前景。当前在资源清查、城乡规划、灾害监测、环境管理和宏观决策等方面的应用表现出直观、快捷、准确、预测及时及覆盖范围广等独具优势。
当前GIS自身的发展趋势集中在以下方面：空间数据结构与数据管理趋向于栅格和矢量结构格式的统一、图形空间压缩技术以及真三维、时空四维等结构；数据自动输入技术；微机化；与RS遥感的进一步结合；智能化（与专家信息系统结合）；建立具有统一标准的分布式系统；GIS教育；GIS模型应用开发以及GIS应用的推广和加强。
2 环境信息系统与GIS
环境保护既是当前全球的统一共识，也是各个国家和地区可持续发展的重要前提。它与地域空间的紧密联系、受影响程度的广域性以及局域内与地形地貌、空间气象、工农业生产、生活消费、城市布局、本地环境因素、环境变化自身的渐进性和突然性、对人居和生产的影响程度的关联等特征，使我们在研究与管理中迫切需要GIS这样一种先进的地域性计算机研究和管理手段。
2.1 我国当前环境信息系统的功能
对于巨量的环境数据，应使其有效地为环境管理决策服务，当前环境管理信息系统的功能大致有以下几点：
2.1.1 为环境管理部门提供数据和信息存储方法（基础数据库系统）。
2.1.2 提供环境管理的统计数据、报表和图形编制方法。
2.1.3 建立环境污染的若干模型，为环境管理决策提供支持。
2.1.4 提供环保部门办公软件。
2.1.5 提供信息传输的方法和手段。
例如上海市环境管理信息系统建立了动态数据库，可以存储环境监测数据和其他有关数据（如环境标准、水文、气象等），实现了数据共享；对环境质量状况的统计、评价、预测、规划以及其他管理提供支持；为实现面向污染源的污染管理提供支持且界面友好。由吴晓波等人研制的城市环境信息系统（UEIS）是一个空间型的环境信息系统，以“人口-资源-经济-环境”区域综合体为研究对象，深入研究它们内部和彼此之间的相互关系与变化规律，为城市区域环境管理决策及其他服务提供了一种现代化的技术手段，其主要功能是完成日常城市环境规划、管理、决策及科研所需数据的存储更新、查询检索、统计分析和绘图制表等任务；利用常规监测和调查数据，完成以总量控制为目标的各项工作如环评、发展预测、环境模拟与规划等；利用遥感数据，完成对城市生态变化的检测与评价有关工作如城市生态遥感制图、城市用地结构、空间质量及社会环境评价。
2.2 数据组织及应用模型
UEIS的数据组织用来源、类型及结构（字符型、数据型和少量日期型）和组织形式描述，系统的基础数据包括区域背景（地理图文、遥感影像）、环境信息（环境背景值、污染源、监测、统计、标准等）和辅助信息（人口、经济、水文、气象等），属性数据以DBF文件的形式存放，由关系数据库FOXBASE管理，图形以VEC的形式存放，由系统管理。应用模型是系统的中心，有大气现状评价、大气质量预测与大气环境规划三个应用模型和城市用地结构、空间质量及社会环境三个评价模型。
2.3 技术特点及不足
UEIS在GRAMS支持下，结构功能性能能满足城市环境管理与城市生态评价等要求，是一个以城市生态为主要对象的多功能多目标的GIS应用系统，灵活通用的检索查询使已有数据库数据得以有效利用，实现了模型的计算，把遥感信息列入环境应用领域，界面友好。不足是图形图像的扫描、图形与属性数据交互查询、环境模型应用、维度扩张、环境数据库功能有待进一步完善。
3 结语
利用4S技术开展环境保护诸项工作和研发已成为21世纪的趋势和潮流，我国在北斗定位、环境卫星等领域已做了大量成功的努力，在环境保护领域进一步应用已有先进技术手段节省成本、快捷高效、可靠度高的优势将越来越凸显。环境工作人员在应用GIS中不仅要努力做好专业基础方面的工作，应同时高度重视GIS技术的自身发展趋势，不断在图形空间压缩技术以及真三维、时空四维；数据自动输入技术；与RS遥感的进一步结合；智能化（与专家信息系统结合）；建立具有统一标准的分布式系统；GIS模型应用开发以及推广和加强方面与系统开发人员加深交流，使环境保护工作不断向全球化、科学化、精确化、现代化、综合化深入。
作者简介：王博（1975-），男，陕西省礼泉县环境监测站助理工程师，研究方向：环境信息及水质处理。
基于GIS地震系统的开发与应用 篇7
本文主要针对GIS在地震预测系统方面的应用进行设计和软件开发。利用专业的GIS开发软件,建立在Map Info公司Map X5.0组件的基础上,在VC6.0开发的应用软件中,直接嵌入GIS功能,实现地理信息系统的各种功能。
1 地震预测系统结构与功能分析
1.1 系统目标
本地震预测系统的实现主要是用Oracle空间数据库,Map Info公司的Map X5.0软件和Visual C++开发,建立一套完整的,能够对震源进行实时预报的系统,成为一个集实时监测和资料处理,历史资料查询和检索、地震预报和服务分发的多功能预报服务平台。
该系统对地震探测仪探测的数据进行传输、存入、取出,用相关算法进行详细分析与评价,对各种地震波因子进行分析,之后对异常数据进行处理,然后在图层界面完成震源和经纬度的显示,预报所需的数据更新、查询等功能。通过该系统能够建立准确的信息来源渠道,加快地震信息的流通速度,提高信息资源利用率,实现信息管理的科学化和预报的实用化。
1.2 系统结构与功能分析
地理空间基础数据管理与分析和地震波属性数据管理与分析是本系统的重要组成部分,利用Map X控件进行控制,两者采用Oracle Spatial进行存储,而模型分析则采用Visual C++6.0开发完成。数据库的连接通过ODBC来实现,并与Oracle Spatial空间数据库有机地结合,开发完成的系统将具有图文显示、空间查询、空间分析、统计分析、图表制作和输出等功能,系统的结构功能如图1所示。
2 地震预测系统实现
地震预测系统关键在于数据库的建立、分析模型的建立和数据综合显示平台的实现。
2.1 系统数据库建立
系统功能的实现,需建立3类数据库,即地震波数据库、空间数据库、基础数据库。主要部分为前面两部分:
(1)基础数据库的主要内容,一方面是对中国特定区域的地形信息资料进行专门的定制,这一部分需要编写针对性、可读性的信息;二是数据入库,这一部分需要建立合理、可读性强的数据库结构和资料入库的代码,数据结构的建立主要是针对要素,比如经纬度、波度等。
(2)空间数据库的数据是对现实世界实体对象的数字化过程,涉及具体项目区域底图、点、位置图、监控区域分布图等。本研究中采用地理数据在Mapinfo 9.5平台下,利用Mapinfo提供的功能设计出本系统需要区域的图层相关信息,经过地图配准后,加入到系统中,以此作为参照,同时建立与之相对应的表明其地理位置的表格数据和一些标示;在空间数据录入以后,利用Map X附带程序Geoset.Manager注册并生成一个geoset文件,以便在C++编程中为Map X控件所调用。
结合地震区域及项目在现实中应用的行政区域,研究区域的国土资源,建立属性数据库,为管理者提供方便、及时、准确和系统的预报和相关服务。
2.2 图层处理和控制
鉴于地理信息量大,所以图层较多,一般使用时不会用到所有图层,而且所有图层在地图窗口中显示起来较混乱,不便于查看,所以一般是有选择地让某些图层在窗口中显示。根据用户的不同需求,对图层进行相关的叠加。
本系统有两个设计特点:(1)将所有用户需要使用到的Map信息通过Geoset Manager注册并生成一个geoset文件,这样用户在不同地图的切换之中,相比传统的临时加载图层的设计方法,新的方法运行的速度将有很大的提高;(2)设计了一个简单易用的地图工具栏来专门控制地图的操作,实现加入图层、移除图层,对图元属性的显示控制,地图的缩放、平移、放大的相关控制,具体设计完成的系统地图工具栏如图2所示。
2.3 数据的录入与处理
根据各种情况、条件和范围不同,模型输出各种相适用的系统显示,以满足用户的需求。基础数据的主要录入工作已经由Oracle Spatial建立部分完成,本系统所需的大部分数据也是从Oracle中取得,但是由于实际情况不同也需要加入一些主观的预测,所以数据录入方面还需要保留人机对话的输入功能,同时,时空数据与空间数据相比具有其特殊性,由于数据随时间不断积累,数据量十分庞大,查询效率比较低,解决这些问题是本系统下一步发展的重要方面。
显示系统主要有经纬度时刻定位、波形图显示,下面阐述一下系统数据处理显示的过程。
首先采用算法对磁场波进行分析,然后在显示系统根据磁场波数据绘制波形,确定波形是否异常,如果异常,再由此波形所发出位置的经纬度进行定位,以确定震源,为管理人员决策和信息发布提供服务,具体软件的流程如图3所示。
3 系统调试与运行
本系统针对模拟数据。救护车的显示位置为预警震源时,用经纬度定位的震源。其设计部分的稳定性也比较高,数据库运行也比较稳定,所以总体上来说,系统的运行达到了预期的目标,应用系统的定位结果输出见图4。
4 结束语
地震预测系统是一项复杂的系统工程,作为GIS系统,数据的存取是衡量系统性能的一个重要方面,空间数据的存储和管理是其关键;另一方面,对于一个开发的应用软件,其应用界面的设计也是很重要的。将二次开发组件Map X与VC++相结合,对地信数据和属性数据的综合管理、分析和输出功能,为相关部门进行地震预报提供高效、科学的信息支持,提高了预报服务和决策水平。下一步发展的重要方面是,数据录入时人机对话的输入功能,系统的优化和时空数据库在GIS中的应用。
参考文献
[1]刘强.空间数据库引擎关键技术研究[D].成都:电子科技大学,2007.
[2]尹旭日,张武军.Visual C++环境下MapX的开发技术[M].北京:冶金工业出版社,2009.
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[5]MapX开发人员指南[Z].MapInfo Corporation Troy,NY.
[6]HU CAO,OURI WOLFSON,GOCE TRAJCEVSKI:Spatio-temporal data reduction with deterministic error bounds[J],The VLDB Jour-nal,2006(3).
基于C#的GIS应用程序开发 篇8
关键词：C#,GIS
1 引言
目前网上关于C#开发GIS应用程序的文章和资料很多, 大部分都是介绍使用ArcEngine, MapX等组件库进行二次开发相关的技术。ArcEngine或MapX这些平台提供了相当丰富的GIS功能, 能够满足大部分GIS业务需求。然而, 借助这些第三方的GIS组件进行开发也存在不足之处:当使用这些平台进行功能扩展时, 应用程序部署后必须安装这些组件的运行时, 使用商业的GIS组件同时意味着必须获得该软件的运行许可, 软件的开发成本也会随之增加。GIS技术已经渐渐融入到各行业软件开发过程中, 随着这一趋势的发展, 越来越多的非GIS行业的系统经常需要嵌入一些简单的GIS功能。在这种情况下, 利用开发语言的基础绘图功能 (如GDI) 来实现GIS功能有着十分重要的意义———节约成本, 降低系统资源开销等。主要介绍在DotNet2.0环境下, 用C#语言开发一个轻量的GIS类库, 来实现GIS中基本的空间数据浏览、编辑以及查询检索等功能。
2 GIS中的控件
根据多年ArcEngine二次开发经验得出, 一个最简单的GIS应用程序从用户界面上应该至少有3个控件:MapControl、ToolbarControl、TOCControl。从这3个控件开始逐步完成GIS类库的设计和实现, 如图1所示。
2.1 MapContorl
MapControl是GIS的核心, 负责空间数据的展现, 它实现了图层的绘制, 接受用户的输入, 并将GIS运算结果呈现给用户。
MapControl在C#中可以通过继承System.Windows.Forms.UserControl类来实现, 如图2所示。
MapControl主要包含下列几个关键成员变量和方法:
2.1.1坐标转换参数成员变量
先说一下CenterX、CenterY以及Zoom。这3个成员变量非常关键, CenterX, CenterY代表当前控件中心位置对应的空间数据坐标值。Zoom是当前控件坐标像素与空间数据中坐标单位的比值。我们知道控件的尺寸是相对固定的, 在地图的浏览过程中, 地图可视的范围是变化的, 比例尺也是变化的, 因此, 空间数据的地理坐标到控件的屏幕坐标之间主要通过这三个参数以及控件的宽度和高度进行换算。 (可以参考有关屏幕坐标和地理坐标相关转换的资料) 这里用到下列两个公式来实现坐标之间的转换:
(1) 地理坐标到屏幕坐标转换公式
注意:屏幕坐标的Y轴和地理坐标的Y轴是反向的。
(2) 屏幕坐标到地理坐标转换公式
上述两个公式中, mapWidth和mapHeight指当前MapControl的宽度和高度, 单位是像素。
2.1.2图层列表
Layers代表图层列表, 关于Layer的概念在下一节中详细介绍。
2.1.3 UserControl.Paint事件处理方法
KLMapControl_Paint是UserControl.Paint事件的处理方法, 在这个方法中实现空间数据的绘制, 其中e.Graphics是GDI+中的绘图类对象, 该类相关资料可以参考MSDN。
方法的实现代码如下:
当地图控件需要刷新时, 可以调用UserControl.Refresh () 方法来重新绘制地图图层。
2.1.4比例尺
public float MapScale
MapScale是地图比例尺。地图比例尺的概念是原始纸质地图中提出的概念, 表示图上距离和实地距离的比值, 在GIS中根据默认屏幕尺寸常数96DPI来进行计算地图比例尺。假设空间数据的测量单位为米 (1米=39.37英寸) 。则MapScale可以用下列公式得出:
2.2 ToolbarControl
ToolbarControl是一个比较关键的控件, 负责承载命令按钮供用户与GIS应用程序交互。这种设计思路来源于设计模式中的Command模式, ESRI也采用了该技术作为UI交互部分的核心基础, 如图3所示。
2.2.1 Command和Tool
在介绍ToolbarControl之前先来了解一下Command的概念。把GIS应用中用户的交互分为最基本的两种, Command和Tool, 所谓Command就是当用户点击一个按钮时触发某种业务逻辑的执行, 表现为一个按钮, 一个菜单项等。它类似结构化程序, 单入口单出口。而Tool出了包含Command的特征外, 还允许用户在地图上点击鼠标, 拖拽鼠标 (比如画点、线和面等) , 因此对于Command和Tool的模型可以以接口的方式定义如下:
在明确了Command和Tool的概念以后, 回头来看一下ToolbarContorl是如何定义的。简单来说ToolbarContorl也是从UserControl类派生而来, 只不过它包含一个标准的工具栏Toolstrip, ToolStrip用来展现各种Command, 为了使ToolStrip上的ToolstripButton与Command对象建立对应关系, 这里需要定义一个类CommandButton, 该类结构如下:
2.2.2绑定MapControl
private KLMapControl map;
ToolbarControl必须和MapControl关联起来, 这里使MapControl对象作为一个成员。当设置该成员时, 必须对MapControl的几个事件绑定, 绑定的事件如下:
这样做的目的是, 当地图上有鼠标点击或者拖拽行为时能够通知到ToolbarControl, 然后由ToolbarControl来根据将鼠标动作传递给激活状态的Tool中, 最终由用户的鼠标事件调用Tool中对应的鼠标事件处理方法。
2.2.3 Command列表
这个列表包含了所有的Command对象和与之对应的Button对象。
2.2.4创建Command对象
外部程序通过AddCommand方法来增加commandButtons里面的项。这个方法负责创建Button, 并把Button放置到ToolStrip上, 而Command对象由参数方式传递进来。
2.2.5当前激活状态的Tool
前文中提到Tool是Command的一种特殊情况, 具有鼠标事件交互的功能, 因此它与Command相比是具有状态的。一般情况下, 一个GIS应用程序中诸多Tool里面只能有一个处于激活状态。
2.2.6工具栏点击事件处理
当用户点击工具栏时, 执行该方法。该方法负责下列功能, 获取与点击按钮对应的Command对象, 调用Command对象的Click方法。当Command对象是Tool的时候, 负责把CurrentTool设置成这个的Tool对象。
2.2.7 Map事件处理方法
前文绑定MapControl提到了, 要处理Map的几个鼠标事件, 这几个处理方法包括:
以MouseDown () 为例来说明这些方法的处理逻辑:
由上述代码可以看出, 当CurrentTool不为空时, 调用Too的MouseDown方法, 并将e.X和e.Y传递给Tool对象。这就实现了前文提到的由用户的鼠标事件调用Tool中对应的处理方法的思路。
2.3 TocControl
TocControl用来实现对MapControl中Layer的次序调整和可视化控制等功能, 也可以直接获取到Layer对象, 调用Layer的相关公共方法。它派生自UserControl控件, 并包含一个CheckListView控件, CheckListView中的项与Layer对象是一一对应的。TocControl的业务逻辑比较简单, 这里就不再重点介绍这个控件的实现。
3 空间数据的组织
GIS应用中通常把空间数据分为点, 线, 面和注记4类。现实世界中真实要素的集合特征也可以归为点线面3种基本类型。例如点状的电线杆、窨井盖;线状的道路、沟渠;面状的湖泊、行政管理辖区范围等, 如图4所示。在这里给出Geometry相关的定义。
3.1 Geometry
Geometry是一个接口, 具有两个属性, Extent和Type, Type用来表示当前对象的具体派生类型。Entext是Geometry的矩形外框, 是一个Envelope对象。使用Envelope对象是图形空间运算和空间搜索的基础, 其意义十分重要, 这里必须给出这个类的定义。
Point类包括X、Y一对坐标值。Polyline和Polygon都是由一组Point对象组成。Annotation包含一个Point类的属性Position, 代表注记点的位置。Text、Size和Font分别表示注记的文本内容、尺寸和字体。
3.2 Feature
要素 (Feature) 包括Geoemtry和属性数据。图5中的Shape就是Geometry对象, AttributeDist是的类型是IDictionary
3.3 Layer
Layer的模型图如图6所示。
通过Features这个属性可以知道Layer就是Features的集合。
看到Draw方法, 应该回想前文中MapControl的Paint事件处理方法, 这个方法被MapControl调用, 并将Graphics对象传递进来, 在这个方法中调用另外一个关键方法DrawFeatures来实现要素的绘制。
Layer类还包含一组符号属性, 用来描述点、线、面、注记等不同要素在地图上绘制时的符号方案。
DrawFeature是对要素绘制的核心代码, 其伪代码如下:
注意, 在对Feature中Geometry绘制时, 一定要转换为屏幕坐标。相应的坐标转换公式已经在前文的MapControl部分给出。
4 功能实现
4.1 地图浏览
地图浏览包括地图的放大, 缩小和移动功能, 其实质是地图控件3个参数CenterX、CenterY和Zoom的值的变化, 这个在前文中已经提到过。因此, 假如要实现地图放大功能, 其代码如下:
而地图的移动可以由下列代码实现:
上述代码是地图漫游功能的核心, 但是实际上为了提高用户的方便性, GIS应用通常提供鼠标拖拽式的操作来完成地图范围的放大、缩小和移动, 也就是以Tool的方式来实现这些功能。下面以放大工具为例, 来说明这种设计思路。
4.2 GDI绘图模式
在Tool类的设计之前, 先来了解一下GDI绘图模式相关的技术点。为了实现鼠标在地图控件上拖拽一个矩形框的效果, 必须调用Win32API函数SetROP2 () 设置GDI中的绘图模式为反色模式, 反色模式的提点是当GDI画笔绘制当前像素时, 会自动计算当前像素的相反颜色绘制该像素, 比如当前为黑色, 则执行一次绘制时该像素被绘制为白色。用反色模式的好处是当对同一像素进行两次绘制时, 该像素会恢复以前的颜色, 那么第二次绘制相当于擦除操作, 也就是通常所说的橡皮线。因此, 当鼠标在移动过程中利用反色模式绘图, 是具有擦除效果的。
4.3 Win32XORPenDrawer类
由于DotNet Framework的GDI+中并没有直接设置绘图模式的相关接口, 必须通过调用Win32API类封装一个反色模式的绘图类。该类的设计时首先引入下列几个API函数的声明:
构造函数实现如下:
然后增加一个绘制线的方法:
4.4 NewEnvelopeFeedBack类
为了实现鼠标在地图上拖拽一个矩形的效果, 不妨再定义Drawer类, 如图7所示。
成员Drawer就是Win32XORPenDrawer的类对象。lastMapX, lastMapY用来存储鼠标移动过程中上次的位置。startMapX, startMapY是鼠标开始拖拽矩形的位置。
MoveTo的方法的代码如下所示:
Start方法用来记录当前鼠标点位置为起点, 而Stop方法则停止活动矩形的绘制, 并把矩形的坐标返回。
4.5 ZoominTool类
ZoominTool类负责调用NewEnvelopeFeedBack类对象实现鼠标在地图控件上的交互拖拽效果, 并改变地图的3个参数 (CenterX、CenterY和Zoom) 控制地图视图范围的变化, 如图8所示。该类实现ITool接口。
下面给出该类的主要成员:
该成员负责标示鼠标在移动过程中使左键是否处于按下的状态。
构造方法实现如下:
在ToolbarControl创建以后可以通过下列代码创建ZoominTool对象, 并将其加载至ToolbarControl内。
至此, 一个完整的地图放大功能按照预期的设计就完成了, 如图9所示。
4.6 选择要素
对GIS中要素的检索一般分为属性搜索和空间搜索。属性搜索和一般应用程序的查找功能是一样的;而空间搜索需要对被查找要素的图形和作为查询条件的图形进行空间关系判断。选择要素功能就是典型的空间搜索功能。在此, 介绍一下关于图形空间关系判断的基本算法和选择要素工具的实现方法。
4.7 空间关系判断算法
空间关系判断算法基于空间解析几何, 在GIS中最常用的几个空间关系判断算法至少包括下列几个:
判断点是否在矩形内。
判断两线段是否相交。
判断点是否在多边形内。
判断点是否在矩形内的算法比较简单, 只要判断点的横左边和纵坐标是否位于矩形的左右和上下边之间即可。
判断两线段是否相交可以通过求矢量叉乘以及叉乘结果矢量的点积来实现。
点是否在多边形内可以根据多边形环绕点次数来判断, 假如多边形没有环绕点时, 点在多边形外部, 这种方法成为转角法, 伪代码如下:
4.8 选择集
选择集包含当前地图上被选中的要素。在MapControl的成员中增加一个IList
4.9 实现
选择要素的实质是将满足选择条件的要素对象加到选择集中。一般选择有空间选择和属性选择两种方式。假设用Too的方式在地图上拖拽一个矩形, 然后遍历当前地图上所有或者某些指定图层的Feature, 当这些Feature与矩形相交时, 把它加到选择集中即可。
如果feat的shape是点, 则判断点是否落在选择框中。
如果feat的shape是多边形, 则判断当前多边形的是否有顶点、是否落在选择框内或者选择框的四个顶点是否有落在多边形内。
如果feat的shape是多段线, 则判断线是否有任意一边与选择框的任意上下边相交。
满足上述某个条件的要素加到地图的选择集中。
4.1 0 要素编辑
对Feature的修改包括创建, 修改和删除, 图层内要素的编辑的基本实现比较简单。以下给出在图层内增加点要素的实例代码:
5 扩展应用
到目前为止已经实现了GIS中最基本的功能:地图浏览、要素选择和编辑。实际的GIS应用中除了上述的功能外通常还可能需要GIS提供更加高级的功能, 比如空间分析、网络分析等。在此, 以一个较典型的网络分析功能———最短路径查找为例, 来阐述如何在当前的GIS中进行扩展开发。
5.1 拓扑关系的空间数据
首先网络分析的数据基础必须具备网络拓扑关系。因此, 在原有的Feature类和Layer类基础上分别派生出以下几个类:
5.1.1 NodeFeature类
NodeFeature继承自Feature类, 它代表网络中的节点对象, 扩充了一个成员属性int ID, 该值是网络中唯一标示, 该值用做路径查找算法的实现, 如图10所示。NodeFeature的Shape只允许为Point。
5.1.2 EdgeFeature类
EdgeFeature类也继承自Feature类, 它表示网络中的路径对象, 扩充了两个属性:FromNode和ToNode, 这两个属性都是NodeFeature类型, 通过这两个属性建立网络拓扑关系。其中Power是路径的权值, 默认取Feature对象Shape的长度, 如图11所示。当然, 这里Shape只允许为Polyline。
5.1.3 NetLayer类
NetLayer类继承自Layer类, 作为Layer类的子类, 该类扩充了以下几个关键属性和方法:
(1) private IList
(2) private IList
这里需要注意的是, 因为NetLayer继承自Layer类, 而NodeFeature和EdgeFeature继承自Feature类, 因此NetLayer的Features属性中仍然包含所有的NodeFeature对象和EdgeFeature对象。
(3) public NodeFeature startNode用来记录当前路径的起始节点, 这个属性通过外部设置。
(4) public NodeFeature endNode用来记录当前路径的终止节点。
(5) public void ClearStartAndEndNode () 清除已经设置好的起始节点和终止节点。
(6) public IList
5.2 最短路径查找功能实现
最短路径查找业务逻辑的核心是NetLayer类的FindPath (方法的实现, 该方法分为两个部分:首先要根据NetLayer的nodes和edges在内存中建立图的数据结构, 用邻接矩阵来存储这个图, 然后在此基础上通过Dijkstra算法来实现图中的最短路径查找。这里给出FindPath () 的代码:
Dijkstra算法的实现getShortedPath () 方法的代码如下:
GIS开发 篇9
1 GIS在资源开发与规划中的应用原理
GIS (Geographer Information System) 是地理信息系统的简称, 它是有效处理、科学分析数据的一种系统。在系统工程、信息科学理论的运用基础上, 它能充分发挥自身优势, 能有效分析地理数据, 从而可以根据数据提供一种良好的规划、决所需信息的系统。GIS与其他管理信息系统相比有其特殊性。
GIS在分析处理问题中可用空间与属性数据, 并能通过数据管理系统将二者进行联系起来, 从而达到共同管理、分析和应用, 这也为人们提供了一种认识地理现象的新思维视角;而其他管理信息系统, 仅仅具有属性数据库管理的作用, 即使可以进行存储图形, 但也往往是机械形式的存储等, 对相关空间数据的处理工作很难进行, 像空间查询等等, 而像更其他复杂空间分析功能更是难以完成。
GIS侧重于对空间进行分析, 并力图通过这种空间的解析式模式来处理空间的数据。其实, 地理信息系统能够成功应用, 很大程度上在对研究空间分析模型依赖。当然, 单纯讲GIS成功在各种资源中应用是得利于技术上的成就、取决在技术层面上, 这就是片面性的理解了。因为地理信息系统的成功运用还要依靠一定的较为完备的组织体系, 可包含各种要素的构成即实施组成, 包括人员的参与, 即系统的管理员、技术上的操作员、系统开发的设计者等等。
所以, 我们说GIS是有效处理、科学分析数据的一种技术性的系统。它能通过数据管理系统将二者进行联系起来, 从而达到共同管理、分析和应用, 这也为人们提供了一种认识地理现象的新思维视角。但实践证明, 地理信息系统的成功运用还要依靠一定的较为完备的组织体系和人员的积极参与等。
2 旅游开发与规划的相关因素
随着社会经济的发展, 人们生活水平的提高, 旅游业的发展成为影响经济发展的重要因素。而旅游业的发展不仅有人们的需求外, 还有旅游资源吸引力的因素存在, 这就要求对旅游资源进行合理开发与探索。旅游资源开发是循环的、逐步过程, 其程序包括资源的调查、开发的可行性、开发模式、总体规划、规划实施及信息反馈等步骤。
2.1 资源的调查
资源的调查, 可包含对开发资源的区域环境进行调查, 如自然环境, 地貌地质、水文气象、植物动物等条件;如社会环境, 包括行政归属、人口居民、卫生医疗、历史文化及距离交通、电力供水等条件;市场环境, 客源地经济情况、相互的紧密联系程度、居民的消费能力、居民的出游率等。然后, 依据资源吸引力大小, 可以对进行客源可能分析, 可包括客源形成范围、大致数量, 对客源的有利因素和不利条件;环境的质量调查, 指旅游资源环境的影响因素。我们知道, 旅游资源中, 评价是前提, 也是保证科学、有效开发、利用资源的重要基础环节, 在其中发挥着重要作用。我们通过对一定旅游资源的有效评价, 可对资源的品质、开发的条件、吸引力、环境质量等有个比较全面的、真实的、客观的认识, 为明确旅游资源的承载能力、在整个区域中的地位, 从而为确定不开发的顺序、程序, 为制定开发的规划等, 奠定了理论依据。
2.2 开发的可行性
资源的开发是一项较为复杂的社会活动, 它的应用需要广泛的社会基础。专业角度上讲, 是一种经济技术的活动。它的有效实施需要一个可行性的分析与广泛的论证, 如经济角度的可行性、技术角度的可行性、环境保护方面的可行性等等, 都必须充分考虑到, 这样才能更好地确定这个区域旅游资源的开发能否产生较为合算的经济效益、能否创造良好的环境效益、社会效益, 能否达到技术上的要求水平, 能否确保资源开发与规划的顺利进行。
其中, 经济的可行性分析可以作为整个可行性论证部分的关键与核心内容。经济的可行性由市场分析和经济分析这两部分构成, 首先要求市场分析, 对旅游者来源地、空间距离及可支配收入、旅游动机、人口统计指标进行调查研究, 像旅游者的总量、年龄、性别及文化水平、宗教信仰等等, 这样可以有效确定客源市场。其次, 对市场的制约因素进行研究, 如季节的因素有没有对旅游资源造成不利影响、是否与其他地区的旅游资源有一定的相似性从而降低吸引力、是否与其他地区的旅游资源有一定的互补关系。最后对客源市场的需求方向、大小.进行分析。其实, 经济可行性的分析目的主要是确定资源的开发能否产生良好的经济收益。首先对投资条件进行分析, 以判断可以在多大期限内获得大规模投资;其次, 对社会的经济基础和基础条件进行分析, 像投资的政策水平、物价的平均水平、基础设施的交通、水电等等;最后对投资效益进行评估, 从而预测在潜在市场内的开发规模、人均消费水平、测算总收益。
所以, 对资源的开发是一项复杂的活动, 需要广泛的社会基础, 需要一个可行性的分析与广泛的论证, 需要经济角度的可行性、技术角度的可行性、环境保护方面的可行性分析, 只有这样, 才能更好地确定这个区域旅游资源的开发能否产生较为合算的经济效益、能否创造良好的环境效益、社会效益, 能否达到技术上的要求水平, 能否确保资源开发与规划的顺利进行。
3 如何在旅游开发与规划中应用GIS
GIS在资源开发与规划中的应用与传统旅游开发相比, 有它自身的优势与良好的切入, 并在应用中很好哦地发挥出自己处理数据等特点来, 为有效分析旅游资源制造良好的理论支撑。
3.1 资源数据调查更准确、更方便
旅游资源的开发与规划, 需要大量的数据进行分析, 而这种数据的分析主要在于开发初期。来源的途径有现有资料搜集、地图数据、遥感资料及进行实地调研搜集的资料等等。这些数据, 不论哪种形式都有进行存储。这么多的数据分析, 如遥感资料和地图数据, 就需要我们利用地理信息系统功能, 这比传统的方法更方便, 可实现数据自动存储, 这与传统采集、存储分离, 是占有很大优势的。GIS在分析处理问题中可用空间与属性数据, 并能通过数据管理系统将二者进行联系起来, 从而达到共同管理、分析和应用。
3.2 资源数据存储更广阔、更有效
计算机的存储设备, 硬盘和软盘——作为GIS的重要组成部分, 可以进行数据的大量存储。硬盘的容量越大, 存储的数据自然越多。旅游资源开发的初期, 需要对海量的数据作分析, 这样, GIS就发挥了它的优势性。传统方法在对数据更新上, 往往对某部分数据更新时, 查找数据麻烦, 并且会牵一发而动全身, 使得整个系统全部更新。浪费时间、浪费物力。GIS则可以对目标数据自动查找、对目标数据自动更新、不会影响整个数据系统。而其他管理信息系统, 仅仅具有属性数据库管理的作用, 即使可以进行存储图形, 但也往往是机械形式的存储等, 对相关空间数据的处理工作很难进行, 像空间查询等等, 而像更其他复杂空间分析功能更是难以完成。
3.3 资源开发评价更客观、更准确
旅游资源的开发和评价, 包括资源的评价和开发条件的评价, 资源的相关的影响因素在上文中已有涉及, 如市场分析, 对旅游者来源地、旅游动机、人口统计指标进行调查研究;对市场的制约因素进行研究, 如季节的因素有没有对旅游资源造成不利影响、是否与其他地区的旅游资源有一定的相似性从而降低吸引力、是否与其他地区的旅游资源有一定的互补关系。对客源市场的需求方向、大小.进行分析。对开发条件的评价, 主要包括交通及自然环境等方面的评价。评价的方法, 可分为定性、定量等。
传统评价方法把目光主要集中于定性分析, 这样导致主观性较强。GIS则通过系统本身的一系列模型, 应用于资源的开发、评价中, 可使评价结果更加客观、更加准确, 从而为后期开发、规划, 奠定了良好的基础。GIS还对旅游资源的基础设施位、环境交通、餐饮休闲的最佳位置进行选择, 以及最佳路线选择等, 对这些基于空间数据进行分析提供科学依据。
3.4 规划编制更科学、更美观
传统旅游资源的规划图件主要是用手工的方法进行编制而成, 速度慢、更新慢、线条不均匀、美感不强、表现单一。而利用GIS的自动化制图则可以避免以上不利因素。它通过系统设置, 可运用各种投影变换的方法, 这样使规划图件保持与实际的相同数学基础。还可以通过配准方式, 使资源地点的定位更加准确。系统的自动修改又避免时间、人力、物力浪费, 节约资源、保护环境。对底图要素相同的不同图件, 还可叠加图层、实现数据共享, 避免手工制图的重复操作。
总之, 随着社会经济的发展, 人们生活水平的提高, 旅游业的发展成为影响经济发展的重要因素。而旅游业的发展不仅有人们的需求外, 还有旅游资源吸引力的因素存在, 这就要求对旅游资源进行合理开发与探索。GIS即地理信息系统, 有较强的空间数据处理的能力, 对数据和信息存储、管理和分析的能力, 为人们提供了一种认识地理现象的新思维视角, 本文从GIS在资源开发与规划中的应用原理出发, 对旅游开发资源的相关因素进行分析, 从而达到本的目的即基于GIS的旅游资源开发与规划探讨。这对于促进旅游资源开发、提高资源有效利用率, 达到较好效果。
摘要：随着社会经济的发展, 人们生活水平的提高, 旅游业的发展成为影响经济发展的重要因素。而旅游业的发展不仅有人们的需求外, 还有旅游资源吸引力的因素存在, 这就要求对旅游资源进行合理开发与探索。GIS即地理信息系统, 有较强的空间数据处理的能力, 对数据和信息存储、管理和分析的能力。在本文中, 作者将GIS运用到旅游资源中, 以期提供更为准确、科学的开发与规划。
关键词：GIS的运用,资源的利用,旅游资源
参考文献
[1]甘枝茂, 马耀峰, 旅游资源与开发, 南开大学出版社, 2000年9月。
[2]保继刚等, 旅游开发与研究一一原理·方法·实践, 科学出版社, 2000年。
[3]苏文才, 孙文昌, 旅游资源学, 高等教育出版社, 1998年。
[4]雷明德, 旅游地理学, 西北大学出版社, 1998年。
GIS开发 篇10
连锁经营这种新的商业经营模式, 它使企业的经营规模扩大而带来赢利。但是目前这种连锁经营的模式也面临着许多问题, 现有的连锁管理信息系统已经不能适应现代企业管理经营和决策方面的需求。重要的方面体现在以下几个方面:
1、可视化程度较差。是随着连锁店经营规模的扩大, 连锁店分店的增加, 地域分布的越来越广, 对于每个连锁点的地理位置是管理者很难掌握的数据。
2、企业需要增加分店的时候, 管理决策者最头疼的问题是选址问题, 现有的系统无法为管理决策者提供决策依据。只能凭借决策者的感性和经验来决定此分店放置的地理位置。
3、当各个分店之间需要临时的紧急调配货物的时候, 现有的系统不能快速的提供物流配送的路线。
4、系统无法对于系统中现有的客户资料进行地域上的分析统计。
本次设计开发的"同德医药连锁店信息分析系统"可满足连锁店在销售、客户、商品分析等内部管理和决策上的需要。此系统结合GIS技术, 有良好的的网络查询和空间分析功能, 并且通过动态直观的可视化方式有效地辅助经营者进行决策。
2、设计的方法和技术支持
2.1 GIS的基本概念及应用介绍
GIS (Geographic Information System, 地理信息系统) 是一种将图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来, 对各种空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。GIS将地理空间信息与属性信息有机结合起来, 不仅可以提供空间图像, 还可以提供相关有效的各种信息。可以通过直观、方便、互动的可视化方式, 实现数据信息的快速查询、计算、分析和辅助决策。
2.2 组件GIS简介
组件GIS (Components GIS) 是面向对象技术和组件软件技术在GIS软件开发中的应用。它的基本思想就是把GIS的各大功能划分为几个控件, 每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间, 以及GIS控件与其他非GIS控件之间, 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来, 形成最终的GIS应用。
3、系统开发
3.1 系统目标
本系统目标是利用GIS技术把各个连锁店的数据定位到地图上, 并对其销售额、客户分布、商品价格等属性进行查询、分析和统计报表。具体来讲它能够:
⑴系统提供较为详细的地图信息, 消费者通过GIS可以很快获取连锁店位置、周围环境、连锁店的基本信息、更加方便购买。
⑵对与经营者来说, 可以根据系统分析的直观情况或统计出的数据进行如:选址、客户管理、提供的服务范围、商品定价等活动上辅助决策, 提高企业效率。
3.2 需求分析
3.2.1 系统的数据需求
数据在GIS应用系统中占有举足轻重的位置, 它主要分为两大类数据。
⑴基础地理数据:
包括连锁店、铁路、公路河流、居民区以及其他地物, 各种说明性注记等。它们是一个GIS软件最基本的数据, 必不可少。
⑵专题统计数据:
包括销售数据, 人口数据, 商品类别价格数据等, 它们是连锁分析系统中查询、分析与辅助决策规划的主要依据。
3.2.2 系统的功能需求
系统主要实现的功能有:
⑴地图的显示:地图的放大、缩小、漫游、全图显示、鹰眼显示。
⑵地图控制:图层控制。文字标注随着地图扩大或缩小。
⑶空间查询:包括查询最近目标, 距离量算, 点选、框选、多边形选择, 根据属性查询查询空间位置和根据空间位置查询连锁店属性。
⑷连锁店属性数据分析:包括客户分析, 销售分析和商品分析。
⑸地图输出:全图输出为位图, 显示的部分输出为位图 (包括专题图) , 打印全图, 打印显示部分。
⑹其他:报表的生成, 帮助文件和图例生成等。
3.3 系统模块介绍
⑴地图浏览模块实现
此模块主要实现电子地图系统的对地图的漫游、放大、缩小、全图、点选、框选、多边形选、属性显示以及鹰眼浏览等操作, 其主要功能集中在常用工具栏面板上
⑵地图信息查询模块
此模块主要包括输入地名, 然后定位到地图, 并高亮闪烁显示;查询最近地物, 下拉框选择好距离, 以定点为圆心, 选择的距离为半径, 生成一个半透明的图层。此外, 点选、框选、多边形选择的结果将显示在查询结果一栏, 对查询的结果我们可以继续进行定位以及显示属性信息。
⑶统计生成专题图模块
要实现上述功能分别需设计不同的数据表来存储相应的信息, 同事在数据表中要协调和制约各种操作。主要由以下几点:
(1) 每个教师可以出多个论文题目供学生选择, 不能删除已被选的题目和已选的学生。
(2) 每个题目只能一个学生选择, 每个学生只能选择一个题目。
(3) 每个教师最多只能带多少个学生, 不能超过限选人数。
(4) 学生退选只能由管理员完成。
在系统分析过程中, 首先需要确定系统中的结构性成分, 也就是要搞清系统中"有什么"的问题。通过从业务活动不同的任务、角色、组织结构中提炼出系统中的对象类来完成这一工作。通过对系统功能和业务流程的分析, 我们发现毕业论文申报管理系统中的对象有很多种, 经过分析研究, 总结出了以下主要的类:管理员类、教师类、学生类、课题类、班级类、专业类等。针对这些类的核心模块讨论如下:
(1) 课题信息的发布
论文课题信息的发布有两种形式:一是教师登录后发布课题信息, 包括课题名称、课题要求、适选专业等, 并生成相应的任务书;二是有管理员统一将所有的课题信息发布出来, 并且设定好相应的参数, 如限选人数、课题名称等。
(2) 学生的选题申报
已经发布的课题信息以分页列表的形式呈现出来供学生选题, 选题的过程主要包括:
一是学生登录从课题列表中选题, 如果学生未注册就不能选题;
二是系统通过查询学生选题状态, 确定学生未选题, 才能参与选题, 如果学生以选题就显示学生的选题信息。
三是学生如果没有合适的题目进行选择, 学生可以自己申报毕业论文题目, 但前提是要通过审核, 如果未通过审核视为未选题。
(3) 统计报表的生成
在报表设计中主要根据实际需要生成相应报表。主要有以下报表: (1) 能根据班级生报表 (实现按班级打印) ; (2) 能根据导师生成报表 (实现按导师打印) ; (3) 能根据学校要求生成汇总报表, 实现汇总后的报表打印。
4、关键技术
(1) 连接池技术
连接池技术最基本的思想就是预先建立一些连接放置于内存对象中以备使用, 当程序中需要建立数据库连接时, 只须从内存中取一个来用而不用新建。同样, 使用完毕后, 只需放回内存即可。而连接的建立、断开都有连接池自身来管理, 管理员可以通过设置连接池的参数来控制连接池中的连接数、每个连接的最大使用次数等等。通过使用连接池, 将大大提高程序效率, 同时, 连接池自身的管理机制可以监视数据库连接的数量、使用情况等。连接池技术的关键就是其自身的管理机制。
下面代码是系统中连接池的核心代码:
(2) 选题的控制
本系统在选题申报的控制上主要采用将参数保存着数据库中, 各个应用模块通过调用参数对选题申报进行控制。实现一个学生只能选择一个题目, 一个题目只能一个学生选择;通过参数还可以实现控制一个导师所带的人数, 在相应的界面中实现参数的设置。
5、结束语
本文所介绍的毕业论文申报管理系统已经在信息管理系内进行过实际应用。结果表明, 该系统能够使毕业论文的选题和申报工作更加科学化、规范化, 而且能提高毕业论文的工作效率, 但系统还在信息交流上存在互动性。本系统还将有一个不断补充、修正和完善的过程。
摘要：本文简单地并分析了传统信息系统存在的缺陷, 就地理信息系统应用于连锁信息系统做了简单介绍。接着介绍了组件式GIS的概念及功能, 在此基础上, 以宜昌市同德医药连锁店信息分析系统为例, 分析介绍了基于GIS的连锁系统的开发和实现。
关键词：GIS,组件,连锁系统
参考文献
[1].刘志远.发达国家连锁经营的发展趋势及其启示.财经研究1997年第05期
[2].黄云峰.应用管理软件实现连锁经营行业管理信息化.北京市财贸管理干部学院学报第19卷第4期
[3].纪敏.GIS在商业规划和分析中的应用研究.商场现代化2007年9月总第514期
[4].龚建雅地理信息系统[M].武汉测绘科技大学出版社, 2001年
GIS开发 篇11
地下煤炭资源采出后,必将造成采场上覆岩层内部的原岩应力平衡状态破坏,从而使岩层内部的应力重新分布;采场上覆岩层自煤层顶板向上也相继发生垮落、断裂、离层、移动和变形等,并发展到地表,使地表产生一个范围较大的下沉盆地——采煤沉陷,导致地表的建筑物、水体、耕地、铁路、桥梁破坏等诸多灾害性后果。
地表沉陷的治理与恢复耗资巨大。仅就耕地而言,复垦0.067 hm2塌陷区平均耗资约3 000元,而我国每年煤炭行业开采导致土地的塌陷达2.67万 hm2左右,所需要的费用达12亿元。为了防治此类灾害,开发采煤沉陷灾害仿真模拟系统具有重要的意义。
采煤诱发的地表沉陷灾害仿真计算异常复杂,20世纪50年代国外提出了“铰接岩梁”及“假塑性板”理论,在中国宋振骐和钱鸣高[1]分别提出了“多叠层梁”及“砌体梁”理论,以后又提出了在Winkler弹性基础上Richhoff板的力学模型。但这些理论主要是研究采区上覆岩层结构形态及其对支架—围岩的影响,尚未看到其在采煤沉陷预计计算中的工程应用。谢和平[2]等曾使用Flac对有断层的采煤沉陷进行过数值计算,但利用数值软件计算地表变形的可靠性仍需得到进一步验证。目前,在国内外采煤地表沉陷的模拟计算中广泛使用和具有较大影响的方法仍是基于随机介质理论的概率积分方法。为此,笔者以VC为开发平台,以概率积分法为计算原理开发了计算软件CX2007。以CX2007软件生成的DXF文件作为数据交换文件,与地理信息系统软件ARCGIS结合,利用ARCGIS的拓扑分析、信息处理功能,开发了基于ARCGIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统。
1 采煤沉陷灾害仿真系统模型
1.1 计算原理及CX2007
采用概率积分法作为开发系统的计算原理,具体计算模型可参见文献[4,5,6,7]。在VC6.0开发平台下,以概率积分法为计算原理,开发了可视化计算程序CX2007,其具有优良的前处理交互界面和后处理功能,具体包括:
1) 前处理为标准Windows的数据输入窗体,数据输入后生成文本形式的计算文件,便于修改。
2) 具有生成Word计算报告的小模块。Word报告中的主要内容是计算时间、计算的输入数据、计算的最终结果、计算的一些基本数据统计,如采出的煤量等。
3) 具有地表灾害等值线图生成小模块。由于DXF文件为文本格式文件,能为CAD系统识别和编辑,因此计算的地表沉陷灾害等值线图以DXF文件格式输出。
4) 三维灾害图的生成小模块。将地表灾害计算成果写成Matlab可识别的M文件,生成地表灾害三维图形。
在开发CX2007后,对其计算准确性进行了详尽的验证。这些验证包括:与其他单位开发的采煤沉陷预计软件(辽宁工程技术大学开采沉陷研究所开发的计算程序)进行对比;对实际工程进行计算,并与实测数据进行对比;假设一些简单实例,分别进行手算和电算,并进行结果对比。大量验证计算和分析表明,开发的计算模块是可靠的。
1.2 基于GIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统结构模型
ARCGIS是美国ARCGIS公司开发的大型地理信息系统软件,其图形拓扑、空间分析和图形编辑功强大。其内嵌有MO和AO开发方法。将CX2007与ARCGIS软件结合,采用MO开发方法开发了基于GIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统。
在该系统中,以DXF文件作为数据交换文件,即将CX2007生成的水平变形等值线图、曲率变形等值线图、倾斜变形等值线图读入到ARCGIS中,然后编制处理程序,将读入的DXF文件赋予属性,将这些等值线图叠加到建筑物图层上,再根据“建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[7]”(以下简称“三下开采规程”)划分的砖混结构建筑物损坏等级标准(见表1),对采动影响区域进行灾害等级划分,取叠加最大值为该处建筑物的最终灾害等级,对每个建筑物进行开采沉陷灾害等级的叠置分析,生成地表沉陷区域灾害等级分布图;将建筑物图层叠加到地表沉陷区域等级分布图中,对建筑物的灾害进行统计分析。完整的基于GIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统结构见图1。
2 实例计算
2.1 实例一
2003年辽宁省阜新市某矿工作面开采引起附近地面村庄中的大量农房出现裂缝,为了确定补偿标准,应用该仿真模拟系统进行了分析评估。
各角点的X,Y,Z坐标和拐点偏心距系数见表2。
根据该采面的地质条件,查“三下开采规程”,得到下沉系数、影响传播系数和主要影响角正切值分别为0.18,0.53和1.84。其他计算参数取:地面平均标高120 m,采高2.0 m,重复采动影响系数1.0,水平移动系数0.35。
利用以上计算参数,得到地表各种变形的最大值(见表3)和等值线图。将水平变形、倾斜、曲率CAD格式的等值线图读入到ARCGIS,将这些等值线图叠加到同一图层,并根据“三下开采规程”进行分析,得到地表沉陷区域灾害等级分布图,再将建筑物图层叠加其上,就得到建筑物灾害等级分布图,见图2。从图2可见,由于开采影响了区域内81%的房屋,超过16%的房屋灾害严重,应予以补偿。
2.2 实例二
河北某矿区有1条高速公路通过,公路宽度为28 m,公路路堤高3.5 m,高宽比为1∶1.5,为保证高速公路不受采动灾害影响,要求在采动影响下的水平变形不超过2 mm/m。
煤层埋藏深度为150～300 m,厚度为2 m,倾角为10°,煤系岩层为中等硬度,以砂岩、砂质页岩互层为主。松散层厚度为25 m,为正常湿度的砂质黏土。煤层倾向与公路长轴一致。
首先采用垂直剖面法设计该公路的保护煤柱。以路堤外1 m为受保护边界,并根据“三下开采规程”,取围护带宽度为20 m。
根据“三下开采规程”规定,易知地面受保护的宽度为85 m。查阅“三下开采规程”,取如下移动参数进行设计计算:
松散层移动角φ=45°,走向移动角δ和上山移动角γ相等,即δ=γ=78°,下山移动角β=78°-0.7α=68°。
利用垂直剖面法得到该公路的保护煤柱宽度为252 m。
然后,利用本系统校核该设计是否能满足要求。在计算时根据工程地质条件和“三下开采规程”取如下计算参数:下沉系数q=0.7,tan β=1.85,拐点偏心距为0.1,水平移动系数为0.3。通过反复试算,当保护煤柱宽度为301 m时,该公路的最大水平变形为1.996 mm/m。采用垂直剖面法设计的保护煤柱宽度偏小,不能保证公路的安全使用。在工程实践中,采用了301 m的煤柱,实测公路最大水平变形为2.1 mm/m,保证了该高速公路的正常使用。
3 结语
以VC6.0为开发平台,以概率积分法为计算原理,开发了采煤沉陷灾害计算程序CX2007,并将其与ARCGIS结合,建立了基于GIS的采煤沉陷灾害仿真模拟系统。通过实例计算表明,该系统计算准确,前后处理功能强大,能为矿山开采沉陷灾害防治提供帮助。
参考文献
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