基于ARCGIS的臺灣省國土資源信息系統(tǒng)

1、基于ARCGIS的臺灣省國土資源信息系統(tǒng)整理時間 2004-09-01   閱讀次數(shù) 1207   文字大?。骸敬蟆俊局小俊拘　?#160;摘要  介紹了地理信息系統(tǒng)軟件開發(fā)工具ARCGIS的基本功能和應用開發(fā)方法。以該地理信息系統(tǒng)開發(fā)工具為技術支撐，設計了臺灣省土地資源信息系統(tǒng)的基本功能和數(shù)據(jù)庫結構。我們采用了在ArcMap上進行二次開發(fā)的方法，即在ArcObjects和VBA環(huán)境下，使用了ESRI的GeoDatabase地理數(shù)據(jù)庫，開發(fā)完成了臺灣省國土資源信息系統(tǒng)。關鍵詞 ArcGIS ArcObjects  Geodatabas

2、e  國土資源(本文所有的圖略)   0 引言組件式地理信息系統(tǒng)是進行地理信息系統(tǒng)應用開發(fā)的基本工具之一。用組件式地理信息系統(tǒng)開發(fā)工具開發(fā)出來的應用系統(tǒng)，可以實現(xiàn)專業(yè)模型與系統(tǒng)平臺之間的無縫集成。目前，許多地理信息系統(tǒng)廠商都為用戶提供了地理信息系統(tǒng)控件，ESRI公司的ArcGIS 8平臺就是其中之一。臺灣省國土資源遙感信息系統(tǒng)充分采納了ArcGIS 8的特色和優(yōu)點，運用其完善的空間分析工具對成果數(shù)據(jù)資料進一步分析，我們在GeoDatabase數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中建立了空間和屬性數(shù)據(jù)庫，使用ArcObjects和VBA在可視化軟件開發(fā)平臺內使用該控件進行應用開發(fā)，完成了

3、信息系統(tǒng)的開發(fā)任務。臺灣省國土資源遙感信息系統(tǒng)建立在ESRI公司的ArcGIS 8平臺上， ArcGIS 8作為一款優(yōu)秀的GIS軟件，在數(shù)據(jù)集成和系統(tǒng)開發(fā)方面提出了很多先進的方法和理念，為搭建一個數(shù)據(jù)結構合理、系統(tǒng)功能完善、操作簡單快捷的地理信息系統(tǒng)提供了高效的軟件環(huán)境。1 系統(tǒng)設計及工作流程1.1工作流程臺灣省國土資源信息系統(tǒng)設計、開發(fā)的工作流程如圖1所示1.2系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計的任務是將系統(tǒng)分析階段提出的邏輯模型轉化為相應的物理模型，設計內容隨系統(tǒng)目標、數(shù)據(jù)性質和系統(tǒng)功能的不同而存在很大差異。首先，應根據(jù)系統(tǒng)研制的目標，確定系統(tǒng)功能；其次，是數(shù)據(jù)的分類和編碼，完成空間數(shù)據(jù)的存儲和管理；最后，

4、是系統(tǒng)的建模和產品的輸出。系統(tǒng)設計是臺灣省國土資源信息系統(tǒng)整個研制工作的核心，不但要完成邏輯模型所規(guī)定的任務，而且要使所設計的系統(tǒng)達到最優(yōu)化。它的主要任務是根據(jù)系統(tǒng)研制的目標來規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個組成部分，說明它們在整個系統(tǒng)中的作用與相互關系，以及確定系統(tǒng)的軟硬件配置，規(guī)定系統(tǒng)采用的合適技術規(guī)范，以保證系統(tǒng)總體目標的實現(xiàn)。依據(jù)上述觀點，臺灣省國土資源信息系統(tǒng)分解為如下幾個子系統(tǒng)：土地資源子系統(tǒng)；礦產資源子系統(tǒng)；地質構造子系統(tǒng)；地質災害子系統(tǒng)；海岸帶調查子系統(tǒng)；臺灣省國土資源信息系統(tǒng)包括自然資源信息、解譯信息及模擬信息，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源廣泛，主要數(shù)據(jù)源為遙感信息、非遙感的前人成果和遙感影

5、像解譯信息。系統(tǒng)由以下幾部分構成：技術層、數(shù)據(jù)層、應用層。圖 1 臺灣省信息系統(tǒng)設計開發(fā)工作流程圖數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心，其設計內容包括：a. 數(shù)據(jù)錄入設計，將各種來源的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以一定的格式輸入，保證輸入數(shù)據(jù)的拓撲一致性，建立圖形數(shù)據(jù)文件和屬性數(shù)據(jù)文件以及消除錯誤冗余數(shù)據(jù)等；b. 數(shù)據(jù)存儲設計，指數(shù)據(jù)存儲介質的選擇、數(shù)據(jù)邏輯關系和數(shù)據(jù)存儲結構的設計；c. 數(shù)據(jù)檢索設計，指如何采用迅速高效檢索方案在數(shù)據(jù)庫中查找所需要的數(shù)據(jù)。與功能設計相對應，臺灣省國土資源信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計共分6個主要圖層。     2 數(shù)據(jù)圖層分類及內容2.1空間參考信息為了

6、能夠把各專題的空間數(shù)據(jù)集成到同一軟件環(huán)境中，全部的矢量和柵格成果數(shù)據(jù)經過格式轉換、拓撲重建和地理配準后，投影變換為同一個坐標系統(tǒng)。本課題采用1956黃海高程系高程基準和橫軸墨卡托（Transverse Mercator）投影的1954北京大地坐標系。2.2 基礎地理數(shù)據(jù)2.2.1 矢量數(shù)據(jù)圖層名稱及內容能夠收集到的臺灣省基礎地理數(shù)據(jù)為1978年最后更新的1：25萬比例尺數(shù)字地形圖，我們依據(jù)ETM衛(wèi)星影像進行了修編，本系統(tǒng)選擇主要的地理和地形要素，并進行一定的刪減后組成系統(tǒng)基礎地理數(shù)據(jù)集，用來作為專題圖形的地理底圖和空間分析依據(jù)。 2.2.2 屬性數(shù)據(jù)編碼方案基礎地理數(shù)據(jù)要素代碼采用國家基礎地理

7、信息中心發(fā)布的國家基礎地理信息系統(tǒng)地形數(shù)據(jù)庫編碼方案，根據(jù)不同圖層內容遵照國標代碼構成二維數(shù)據(jù)庫編碼表格，包括中華人民共和國行政區(qū)劃代碼居民地行政等級代碼鐵路及附屬要素代碼公路及其附屬物分類代碼多邊形表示的水系要素和以線表示的水系要素數(shù)據(jù)項代碼，使用分類代碼與矢量數(shù)據(jù)建立關聯(lián)引用。2.3 專題成果數(shù)據(jù)本系統(tǒng)中的成果數(shù)據(jù)包括臺灣省衛(wèi)星遙感影像圖、土地利用現(xiàn)狀圖、海岸帶類型和資源調查圖、地質構造圖、地質災害圖、礦產資源和預測圖六種圖件，根據(jù)數(shù)據(jù)格式、拓撲結構和屬性定義的不同，把這些數(shù)據(jù)組織成圖層文件。2. 4 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)項目采用LandSat 7 ETM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為解譯基礎資料，采用741波

8、段組合，空間分辨率60米，經過配準、糾正、鑲嵌和投影轉換后保存為帶地理坐標的Tif格式，在系統(tǒng)中作為影像底圖和虛擬現(xiàn)實的素材使用。果3 空間數(shù)據(jù)庫構建在上述數(shù)據(jù)準備和標準化的基礎之上，本系統(tǒng)采用了ArcGIS 8的Personal GeoDatabase地理數(shù)據(jù)庫軟件，它是ESRI最新的基于關系型數(shù)據(jù)庫的GeoDatabase系列產品之一，使用Access作為底層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。不但實現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)庫從傳統(tǒng)的文件索引型到關系型的轉變，而且首次在空間數(shù)據(jù)庫中引入了地理對象的概念，提供了面向對象的數(shù)據(jù)模型。GeoDatabase本質上是一種空間信息和屬性信息的存儲機制，由于GeoDatabase具有

9、內置的屬性有效性規(guī)則高級的數(shù)據(jù)存儲選項以及賦予GIS數(shù)據(jù)以自然行為的能力，使用者可以利用這些功能和優(yōu)點設計和開發(fā)更為完美的空間數(shù)據(jù)庫應用。3.1 數(shù)據(jù)庫邏輯設計對于一個好的信息系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)庫的設計是至關重要的，經過深入研究Personal GeoDatabase數(shù)據(jù)存儲方式和存儲能力，結合系統(tǒng)需要集成的數(shù)據(jù)類型，最終確定臺灣省遙感信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的框架分為兩個部分。矢量數(shù)據(jù)和二維表格數(shù)據(jù)在空間和屬性上具有和強的一致性和相關性，需要建立邏輯關系，適合在同一環(huán)境下存儲和操縱，進入Personal GeoDatabase進行管理。柵格數(shù)據(jù)文檔數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)在關系上相對獨立，可以單獨使用，

10、因此不進入Personal GeoDatabase，而仍以文件目錄的方式管理。3.2 創(chuàng)建TWDB數(shù)據(jù)庫 使用ArcGIS 8的ArcCatalog創(chuàng)建一個空的Personal GeoDatabase，重命名數(shù)據(jù)庫為TWDB，然后就可以在TWDB數(shù)據(jù)庫中定義數(shù)據(jù)存儲結構，填充數(shù)據(jù)內容，建立數(shù)據(jù)關聯(lián)，為對象屬性賦值和建立有效性規(guī)則等數(shù)據(jù)操作。3.2.1 定義TWDB數(shù)據(jù)庫結構Personal GeoDatabase中地理對象分為要素數(shù)據(jù)集要素類表和關聯(lián)類四種類型，這些對象存儲的數(shù)據(jù)類型和操縱數(shù)據(jù)的目的不同，入庫的數(shù)據(jù)可以按照不同的層次和邏輯分別存儲在要素數(shù)據(jù)集要素類和表對象中，并且通過關聯(lián)類建立

11、有機的聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的緊密結合。3.2.2 創(chuàng)建要素數(shù)據(jù)集要素數(shù)據(jù)集在本質上是為要素類提供一個建立拓撲關系的環(huán)境，存儲在同一要素數(shù)據(jù)集中的所有要素類共用要素數(shù)據(jù)集的空間參考。與此同時也可以把要素數(shù)據(jù)集看作是一個要素類的包容器，在拓撲關系或屬性內容上具有相關性的要素類可以存儲在同一個要素數(shù)據(jù)集中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。根據(jù)要素數(shù)據(jù)集提供的數(shù)據(jù)管理功能和特性，考慮入庫數(shù)據(jù)之間的關系，在TWDB數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建以下六個要素數(shù)據(jù)集分別存儲各課題的成果數(shù)據(jù)。3.2.3 創(chuàng)建要素類要素類與ARC/INFO的特征類在數(shù)據(jù)存儲形式上有一些類似，一個要素類包含了一系列相似的空間幾何對象，也就是點線面這些幾何圖形的

12、對象化，數(shù)學基礎基本上是一致的。要素類的創(chuàng)建有兩種方法，一是在數(shù)據(jù)庫中直接生成一個新的要素類，需要為其填加空間參考信息和圖形要素，二是把已有圖形文件導入數(shù)據(jù)庫產生要素類。本課題的TWDB數(shù)據(jù)庫使用項目一至五課題的成果數(shù)據(jù)，因此采用第二種創(chuàng)建方法，將Coverage文件中保存的解譯成果特征類和屬性數(shù)據(jù)導入到相應的要素數(shù)據(jù)集中。3.2.4 創(chuàng)建表同創(chuàng)建要素類的方法類似，可以通過導入已有二維數(shù)據(jù)表格的方式創(chuàng)建GeoDatabase表，TWDB數(shù)據(jù)庫中的表主要包括分類編碼表和空間分析結果表，這些表是實現(xiàn)信息系統(tǒng)功能的重要信息源。有關表的詳細信息前文已詳細說明，在此不再贅述。3.2.5創(chuàng)建關聯(lián)類GeoD

13、atabase的關聯(lián)類存儲了兩表之間的關聯(lián)定義，使用關聯(lián)類最強大的操作便是通過查詢從一個表看到第二個表中的關聯(lián)記錄，可以把GeoDatabase中的要素類以及其他對象有機的結合起來，因此能夠充分挖掘數(shù)據(jù)相互間的應用潛力，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫存儲和效率。在TWDB數(shù)據(jù)庫中建立了大量的和復雜的關聯(lián)類，在要素類屬性表和分析結果表之間架構了便捷的信息通道，實現(xiàn)了信息的高效傳遞和利用。通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身維護數(shù)據(jù)之間的關系和規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的關聯(lián)調用，可以簡少系統(tǒng)代碼開發(fā)的工作量，同時使系統(tǒng)更加強大。3.2.6建立文件目錄空間系統(tǒng)中其它非入庫文件存儲在數(shù)據(jù)庫所在目錄的下一級目錄空間中，根據(jù)存儲的文件類型不同建立了

14、三個目錄，Images保存柵格文件, Docs保存文檔文件，Medias保存多媒體文件。這些目錄和文件的最終位置由系統(tǒng)安裝程序完成。4信息系統(tǒng)開發(fā)信息系統(tǒng)開發(fā)工作中充分利用了ArcGIS已有的代碼資源，在ArcMap的基礎上使用ArcObjects和VBA定制系統(tǒng)的各種功能，這樣可以節(jié)省大量的編程工作量，同時也能夠保證系統(tǒng)具備較高的適用性。系統(tǒng)的開發(fā)工作分解為以下四個過程。4.1 建立符號庫系統(tǒng)中的幾個課題數(shù)據(jù)，特別是地質和礦產數(shù)據(jù)顯示需要專業(yè)的符號，因此制作合乎標準要求的點線和填充符號，建立信息系統(tǒng)的符號庫一直是系統(tǒng)開發(fā)的重要工作之一。課題的符號庫命名為TaiWan.style，其中包含點(

15、Marker)線(Line)和填充(Fill)符號,并且根據(jù)專業(yè)分為不同的類別，具體分類方法見表1。以點符號庫為例進行說明見圖2、線符號庫、填充符號庫在此略。     表2符號庫內容和分類表                       圖2 點(Marker)符號庫   4.2定制系統(tǒng)工程文檔ArcMap提供給用戶最方

16、便和最實用的部件之一就是ArcMap文檔（.Mxd），它能夠使用ARC/INFO和ArcGIS的所有數(shù)據(jù)格式，可以保存當前工作的全部信息，包括文件的路徑數(shù)據(jù)庫的引用空間參考符號和標注內容圖層顯示方式等，滿足了使用者定制特殊需要的要求。4.2.1圖層組合臺灣省國土資源遙感信息系統(tǒng)ArcMap文檔按照TWDB數(shù)據(jù)庫中要素數(shù)據(jù)集的定義設置了相應的6個圖層組，每組中包含了要素數(shù)據(jù)集中的全部要素類。由于ArcMap文檔全面支持GeoDatabase數(shù)據(jù)結構，因此在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)添加到文檔中后，所有的關聯(lián)類也在系統(tǒng)中被引用。6個圖層組包括：土地利用調查海岸帶調查礦產資源調查地質災害調查地質構造調查和基礎地

17、理數(shù)據(jù)，每個圖層組對應一個課題圖件。衛(wèi)星遙感影像和專題圖件柵格文件是臺灣省國土資源遙感信息系統(tǒng)中又一種重要的數(shù)據(jù)資料，他們以文件的形式存儲在文件目錄庫中，而在ArcMap文檔作為單獨的圖層使用。4.2.2系統(tǒng)工程文檔屬性定義ArcMap文檔在系統(tǒng)中作為一個對象具有非常豐富的屬性內容，這些屬性控制著系統(tǒng)的工作環(huán)境，從而實現(xiàn)使用者的個性化需要。臺灣省國土資源遙感信息系統(tǒng)ArcMap文檔的重要屬性內容設置包括以下幾點。常規(guī)(General)：單位(米)，比例尺(500000)。數(shù)據(jù)地理范圍(Data Frame)：自動(Automatic)。坐標系統(tǒng)(Coordinate System)：Beiji

18、ng_1954_GK_Zone_21N。4.2.3圖層要素的符號化和標注符號化：各專題圖層要素按照屬性分類編碼以唯一值(Unique Values)方法引用符號庫內容，進行符號設置和顯示。標注：輔助符號不能表示的內容，豐富圖面表達的要求。圖形內容顯示控制：分為圖層組和圖層兩級控制顯示內容。圖層組級：控制整個圖層組內圖層的顯示與否，高于圖層的優(yōu)先級。圖層級：控制某一個要素類的顯示與否。5結論本系統(tǒng)使用了ESRI的GeoDatabase地理數(shù)據(jù)庫，存儲了臺灣省地理數(shù)據(jù)、ETM衛(wèi)星遙感影像、四個專題的國土資源遙感解譯成果數(shù)據(jù)、空間分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，通過關聯(lián)類把相關數(shù)據(jù)緊密的聯(lián)系在一起，在同一個

19、空間范圍內集成了各種類型數(shù)據(jù)和屬性信息。這種基于對象和關系的數(shù)據(jù)結構方便了數(shù)據(jù)的使用和管理，便于數(shù)據(jù)之間的相互引用。系統(tǒng)開發(fā)采用了在ArcMap上進行二次開發(fā)的方法，在保證系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)顯示、屬性數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計以及報告文檔瀏覽和多媒體演示等功能的基礎上，提高了工作效率。由于使用了ArcMap作為系統(tǒng)運行環(huán)境，因此保證了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，而且便于系統(tǒng)的安裝。運用ArcGIS數(shù)理統(tǒng)計和空間分析工具對成果數(shù)據(jù)進行了大量的統(tǒng)計分析運算，取得一些具有參考價值的分析成果。存在的問題由于可收集到的相關資料有限，系統(tǒng)中使用和參考的一些數(shù)據(jù)和信息在空間和時間上存在一定的誤差。信息系統(tǒng)采用的是桌面型GIS軟件，不利于數(shù)

20、據(jù)的共享使用。參考文獻   1、趙玉靈、王鴻禎、楊金中.中國前寒武紀同位素年代學數(shù)據(jù)庫初建J. 國土資源與遙感，2002，（1）：65-68   2、趙玉靈、何凱濤、楊金中. 古大陸再造地理信息系統(tǒng)(PCRGIS)的建設與應用以同位素年代學數(shù)據(jù)為例J. 遙感信息，2001，（1）：3133   3. 趙文吉，宮輝力，宮兆寧等. 省級數(shù)字國土信息系統(tǒng)設計J. 國土資源遙感，2004待刊.   3.陳俊，宮鵬實用地理信息系統(tǒng)成功地理信息系統(tǒng)的建設與管理M北京：科學出版社，1999   4.承繼成，李琦，易善楨國家空間信息基礎設施與數(shù)字地球M北京：清華大學出版社，1999   5.承繼成，林琿等，數(shù)字地球導論M科技出版社，2000   6.樊紅ARC/INFO應用與開發(fā)技術M武漢：武漢測繪技術大學出版社，1999   7.科技部國家遙感中心空間信息技術叢書2地理信息系統(tǒng)與管理決策M北京：北京大學出版社，2000.   8.李元，鹿心社，潘文燦國土資源