基于gis的辽宁省农田水利管理信息系统的研究 63页

独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：主孳时间：≯仰g年z月子日关于论文使用授权的说明本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的内容。研究生签名：导师签名3／孑厶，十。q楸鞠代时间：≯卯g年多月9日时间；∥6年6日g日n沈阳农业人学硕士学位论文摘要随着社会经济的发展和人口的快速增长，水资源短缺已经成为全球性危机，如何合理、科学、高效的分配水资源，应用现代化的技术手段，实现科学的取水、输水、配水、用水，实现水利工程管理的自动化信息化已经成为影响我国农业甚至整个国民经济持续发展的关键问题。地理信息系统(GIS)是集计算机科学、信息科学、现代地理学等诸多学科为一体的新兴学科，它集空间数据的获取、管理、分析、建模和显示于一体。应用地理信息系统的空间技术分析功能和数据管理功能，建立农田水利空间数据库和属性数据库，管理大量的农田水利工程，对提高农田水利工程管理水平、增加决策的科学性有很积极的意义。本论文主要研究内容如下：(1)结合“辽宁省农田水利管理信息系统”的研究、设计和开发，详细介绍了地理信息系统的组成、原理、功能和应用，并对农田水利管理流程和数据进行了分析，提出了辽宁省农田水利管理信息系统的基木模块和功能，确定了系统的结构体系。(2)利用数据库技术和面向对象技术，对辽宁省农田水利管理信息系统所研究的对象进行了分类和讨论，建立了空间数据库和属性数据库，用ArcsDE和SOLSeⅣer对空间数据和属性数据进行了统一管理，实现了关系型数据库和面向对象数据模型的结合。(3)应用M印Objects组件，结合Ⅵsualc++开发平台，开发出了运行稳定、功能强大的农田水利管理信息系统，实现了多种查询和空间分析功能，为农田水利的管理和决策提供重要的参考。本文所研究和开发的农田水利管理系统已经在辽宁省某地进行了试用，效果良好，具有很高的推广价值。关键词：地理信息系统，农田水利，面向对象，空间数据库n摘要AbstractWitlltherapiddevelopmentofeconomicaIldpopulation，watcrresourcehasbecomeaterribIecrisisoftlleentireworld．Itisthekeypointtodcvelopmenteconomica11da鲥cultllrethathowtodistributionwaterre80urcewithraCional，scientmca11de伍cientforachicvingHydraulicEn百ne甜ngmanagementautomationa11dinfomationtechnology．GISisaneWdiscipIinemixedonComputerScience，InfonIlationScicncea11dGeogmphy．Itcancompletespatialdataacquisition，datamanagement，analysis，modelinganddatashows．ItisVeupositiVeimplicationsthatmanageInentHydraulicEngine丽ng们thGIS，buildingspatialaIldidentitydatabase，spatialanalysisaIlddatamallagemem．ItisalsobellefitforraisingmallagemcIltlevela11dincrcasingthescientificofdecision．Itcovers：(1)BascdonLiaoningIrrigationa11dDrainageGIsproject，thepapcrdiscussthecomposition，principles，fIlnctionsandapplicationsofGIS．Thep印eralsodetcnninethes仉lctl】re，basicmodelsaIld如nctionsoftllesystem．(2)Thep印erdiscussesandclassifiestheobjectsof“aoningIrrigation锄dDminageGIS，a11dbllildonspatialandidentitydatabase．Italsoachicvesaunmedmanag锄entofspatialdataandidcntitydatathI。ou曲ArcsDEandSQLservcr，sot11att11eobjects—orienteddatabasesa11drelationship-baScddatabaSesbecomeunifornl．(3)withM印0bjectsandⅥsualc++，thepapcrdeVelopstheLiaoningIrrigationandDrainageGIS，whichisallopcrationals协bilityalldpoweml．nlesyst锄achievesenqumesandspatialanalysissomatitcanbeagoodrefbrcnceofdecision．Thes”t锄whichisdiscussedinthepapcrhasbecntestedinsomewhereaIldrcceivedgoodresuIts．Keywords：GIs，irrigationanddrainage，object．oriented，Spa廿aldatabase2n沈阳农业大学硕士学位论文第一章序言1．1研究背景及意义水是维系人类生存、保障经济建设、维护社会发展所必须的基础自然资源，是支撑可持续发展的基础条件之一。随着世界各围经济和人口的增长，水资源的需求量不断增加，水资源短缺已经演变为全球性危机。联合国在《对世界淡水资源的全而评价》报告中指出：“缺水问题将严重地制约2l世纪经济和社会的发展，并可能导致国家间的冲突”。我国是个农、|p大国，水资源短缺问题十分严苇，全年降雨量偏少，年内降雨分配不均匀，许多地区处于干旱、半十早地带，农作物牛长所需要的水分主要靠灌溉供给，农业发展对灌溉的依赖性很大，发展水利工程是解决这一矛盾的重要手段之一。我围也是个具有悠久灌溉历史的文明古围，从郑围渠、都江堰到近代的红旗渠、长江三峡，水利工程一直伴随着华夏文明的发展，成为中华民族的骄傲。建国以来，我国的水利工程基础建设取得了显著的成果，建成r种类繁多数量庞大的水利工程，这些工程在抵御洪水、抗早保收、水资源调配等方面发挥了巨大的作用，取得了重大的社会和经济效应，成为促进绛济发展、保障社会繁荣的中坚力量。然而，我国现阶段大多数水利T程兴建于20世纪60、70年代，甚至更早，因为数量庞大、经费短缺、管理混乱，导致许多工程处于“带病作业”的状态，尤其是农田水利工程，问题更加严重，水利工程急需普查和整修。但由于受传统管理思维的束缚，对农出水利上程的投入不够，当前水利部门对农田水利工稗的管理还处于采用传统方式进行管理的阶段，通常使用各级水利部门人工汇总的纸质文件、报表等进行层层上报，存在着较大的随意性和误差，对工程数据的整理、查询、技术参数的统计和分析都非常不便，难度大、效率低下、时效差的问题非常严重。“重建设，轻管理”的现象已经严重的影响J，农田水利工程的发展，威胁到粮食的生产和增收。21世纪是“信息”的时代。随着计算机技术和人工智能等现代化手段的提高，人类对信息利用的广度和深度也达到了前所未有的高度。现代信息技术为处理海量数据提供了高教、方便的途径，许多行业的自动化、信息化程度也越来越高。信息化已经成为各行各业发展的方向。特别是将地理信息系统应用于水利工程管理巾，将工程的空间信息和属性信息相结合，为全力‘位正确描述一个水利工程提供了方便的条件，对提高水利工程的管理水平具有划时代的意义。，水利信息化是水利现代化的重要标志。应用现代化的技术于段，实现科学的取水、输水、配水、用水，建立水利工程监测与控制系统，实现水利工程管理的自动化、信息化已经势在必行。n第一章序肓辽宁省地处东北地区南部，大致分为辽东、辽西山地丘陵、辽河平原三大区域，总面积14．75万km2，共有17个县级市、27个县，56个市辖区，总人口4135万人。辽宁省属于半干旱地区，水资源十分缺乏，是我国北方严重缺水的省份之一，人均水资源占有量只及全国人均占有量的1／3。地表河川径流量104．76亿m3，地下水资源量74．97亿m3，均不及全国总量的2％。水是十分宝贵且有限的自然资源，也是影响辽宁省社会经济发展和人民生活水平提高的关键因素之一。辽宁也是全国的粮食生产大省，是重要的水稻生产基地，农田水利是粮食牛产和农村经济发展的基本保障。只有根据有限的水资源条件，适当调整产业结构，合理配置牛活、生产和生态环境用水，加强对农田水利的灌溉、排涝、抗旱、农村饮水等工程动态信息的实时掌握，科学决策，才能保证农业和整个社会经济的健康、持续、稳定、快速的发展，为实现“社会主义新农村”打下良好的基础。1．2地理信息系统的产生和发展1．2．1地理信息系统的定义随着社会的发展，人类活动与地理位置之间的关系结合的越来越紧密。特别是信息时代的到来，将计算机技术和系统分析方法应用于现代地理学，为地理学信息的采集、管理、分析、应用提供了准确高效的手段，为地理学的发展注入了新的活力，开创了新的应用前景，地理信息系统技术便由然而生。地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地球表层物体及环境所固有的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律，是对表征地物特征与地理现象之间的地理数据的解释。地理数据包括空间位置、属性、时域三部分特征。空间位置描述地物所在位置，如在农田水利工程中渠道、闸门所在的地理位置；属性数据描述地物的特性或者定量指标，如渠道等级、断面形式、过水流量；时域特征描述地理数据采集或地理现象发生的事段(时刻)，如卫星图片拍摄的时间。空间位置、属性、时间是地理分析的三个基本要素。从地理实体到地理数据，再到地理信息的发展，反映了人类认识的巨大飞跃。地理信息系统(Geo笋aphicInfomationSyst锄，简称GIS)是一种兼容、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的应用技术。它产生于20世纪60年代，近二十年得到了迅猛发展，已由最初的单纯解决地理问题发展成为如今涉及测绘科学、环境科学、计算机技术、信息系统等等多学科交叉的新兴技术，并被应用于国民经济的许多重要领域，为推动社会生产力的发展起到了巨大的作用，成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一(J．Coppock等，1991)。4n沈阳农业大学硕士学位论文1．2．2地理信息系统的产生与发展概况20世纪60年代初，计算机技术开始被用于地图量算、分析和制作。由于其具有快速、灵活、易于更新、质量可靠、便于存储、量测、分类、合并和覆盖分析等优点而迅速发展起来。1963年，加拿大测量学家R．FTomlinson首先提出“地理信息系统”这一术语，并建立了世界上第一个地理信息系统(cGIs)——加拿大地埋信息系统。随后，美国哈佛大学研制出了sYMAP系统软件，并提出建立地理信息系统软件的思想，引起了强烈的社会反响。20世纪70年代，由于计算机软硬件水平的提高，一些经济发达的国家先后建立了许多专业性的GIs，主要应用于对自然资源的管理和规划领域。1970年到1976年，美国国家地质调查局就建立了50多个地理信息系统，加拿大、德国、瑞典和日本等国也相继建立了自己的地理信息系统。这个时期的GIS系统，数据分析能力尚处于起步阶段，能力较弱。20世纪80年代，地理信息系统得到了大力发展，应用领域也迅速扩大，许多国家纷纷制定了本国地理信息系统的发展规划，建立起政府性、学术性、区域性机构。我国于1985年成立了“资源与环境信息系统国家重点实验室”；美国于1987年成立了“国家地理信息与分析中心(NCGM)”；英国于1987年成立了“地理信息协会”。同时，以地理信息系统软件的开发和销售为主的商业性软件制造商和咨询公司也大量涌现，并推出了许多优秀的商业化GIs系统，比较著名的有：美国Es刚公司的mcInfo系列；MapInfo公司的MapInfo系列；Inte呵印h公司的MGE系列等。20世纪90年代至今，地理信息系统得到全面快速的发展，进入了用户时代。GIS的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用领域，渗透于社会生活的各个行业，形成了“地理信息系统”这个新兴的产业，成为现代社会中不可缺少的组成部分。未来的GIS，将随着网络传输手段和计算手段的提高，向着网络化、大众化、区域化的方向发展，网格GIS、3DGIS、VRGIS(虚拟现实GIS)等新技术的兴起，必将会把GIS的应用带入更加广阔美好的新时代。1．2．3国内地理信息系统发展概况我国地理信息系统事业虽然起步比较晚，但发展迅速，已在许多部门和领域得到成功的应用，并引起了政府部门的高度重视。地理信息系统在矿产资源开发、水资源利用、环境保护、城市规划建设、土地管理、交通、能源、通讯、地图测量、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油和天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、公共卫生系统、社会治安、公共汽车调度、出租车安全管理等方面得到了具体的应用。目前我国拥有一大批自丰知识产权、自丰研发的地理信息系统软件，如原武汉测绘科技大学的GeoStar，北京大学的CityStar，中国地质大学的M印GIs等，都是国内GISn第一章序言软件的佼佼者。一批高等院校相继设立了与GIs有关的专业和学科，培养了一大批专业技术人才。社会上从事GIs产业活动的高新技术企业纷纷成立。所有这些都大大推动了我国地理信息系统的建设与应用。经过广大地理信息系统科研工作者的不懈努力，我国的地理信息系统事业进入了从无到有、从小到大的艰苦历程，如今，已经从研究走向应用，并逐步走上了产业化的发展道路。1．3地理信息系统的组成及功能1．3．1地理信息系统的组成一个典型的地理信息系统应包括四个基本组成部分：计算机硬件系统、软件系统、空间数据库系统(DBMS)和组织与管理人员(胡和平等，2003)。图卜1地理信息系统的组成F嘻i-lSlmctH陀可G∞gr印hlcIn，onnation姆stem(1)硬件。GIS系统中所使用的硬件大多是计算机通用设备，如输入设备、存储设备、输出设备、通讯传送设备等。使用小规模数据库的GIs系统，只需个人电脑(PC)管理即可，专业级和区域级的GIS，则需要由多台工作站级计算机组成通信和计算网络来支持。计算机硬件制造工艺的飞速发展使得硬件条件已不再是推广和应用GIs系统的瓶颈。(2)软件。GIs软件系统由核心软件和应用软件组成。核心软件包括数据处理、管理、地图模拟和空间分析等。特殊的应用软件与核心模块相连，并面向一些特殊的应用问题，如网络分析、数字地面模型(DTM)分析等。目前，国际上常用的GIs软件达数百种之多，在国内市场较为流行的国外软件有：ARc／INFo、MapInfo等，国内软件有Gcomap、M印GIS、Geostar等，成为我国民族GIs软件工业的骄傲。(3)数据。数据是GIS系统的灵魂。GIS系统的数据大致分为空间数据和属性数据，通常由地理数据库(GeographicDatabase，GDB)系统管理。地理数据库系统由数据库(Database)实体和地理数据库管理系统(Geo乒aphicDatabaseMangerSystem，GDBMS)组成。数据是GIs应用中最难解决的问题，也是投入最多的环节，笔者在参与本论文的实践研究过程中深有体会。数据会牵涉到许多部门，有时部门间数据处于种n沈阳农业大学硕+学位论文种原因相互保密，导致很多重复工作，造成很大的浪费，数据因此成为GIS项目开发和实施过程中的瓶颈问题。虽然国内有关部门已经研究和呼吁了很长时间，也开通了“国家基础地理信息系统(NFGIs)”网站，但目前在数据标准的制定、数据共享和数据安全等方面仍然存在许多急待解决的问题。(4)组织与管理人员。GIs要得到充分的利用，仪仪靠提高技术手段是远远不够的，更需要有高层次的机构或协调委员会，制订相关规划，组织与协调地理信息标准、规范、政策、法规的制定，加强宏观协调与管理。同时，必须要有具备较高业务素养的GIS技术员来担任日常管理人员、系统分析人员、程序员、制图技术员、数字化操作人员等职位。1．3．2地理信息系统的功能地理信息系统可以完成如下几个方面的功能：(1)空间分析功能。这是GIs的核心功能，也是它与其它计算机系统的根本区别。GIs的空间分析功能分空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模拟分析三个层次。(2)数据采集、检验与编辑功能。这是GIS的基本功能之一，主要用于获取数据，保持其数据库中的数据在内容与空间上的完整、数据值逻辑一致、无错等。GIs数据库的建设占整个系统建设投资的70％以上。(3)数据操作功能，包括数据格式化、转换和概化。数据的格式化是指在不同数据结构的数据问的转换，这是一种耗时、易错、需大量计算的工作。数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变换等。(4)数据的存储与组织功能。这是建立GIS数据库的关键，它包括空间数据和属性数据的组织，栅格模型、矢量模型或栅格／矢量混合模型的存储等。(5)分析、查询、检索、统计和计算功能。这是GIS应用深化的重要标志。GIS完成如图形、图像叠合和分离、缓冲区分析等功能。通过菜单或命令驱动完成信息的检索和查询，通过模型数据库完成统计和计算。(6)空间显示功能。GIS具有良好的用户界面，二维和二维的动态显示功能。直观和方便的显示方式对辅助决策极为有用，特别是政府职能部门GIS(GovemmentGIs)，需要有简便而符合自身特色的显示功能。1．4地理信息系统在水利行业中的应用现状水利部未来规划中明确指出：“利用水利信息化推动水利现代化”。汪恕诚部长曾在2001年全国水利厅局长会议上明确指出：“要充分利用科学技术发展创造的有利条件，坚持用高新技术对水利传统行业进行技术改造，特别要注意采用计算机技术、微电子技n第一章序言术、现代通信技术、遥感技术(Rs)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPs)及自动化技术等，实现水利信息化。”水利行业许多领域研究的问题都与水利要素的空间运动过程有关，带有明显的三维空间性质，空间数据分布相当复杂，对空间信息的管理与分析则正是GIs的优势，因此GIS在水利行业中各领域的发展很快，在国内外水利行业中得到了广泛的应用。如防洪减灾、防汛指挥、防洪决策支持、水土保持研究、工程施工管理、流域降雨径流模拟、水量平衡计算、地下水模拟、流域规划与管理、水环境模拟及管理等方面都得到应用。近年来，在农田水利和灌区管理方面也得到了大量的应用。(1)在灌区管理中的应用利用GIs数据管理和空间分析功能，建成灌区的空间数据库和属性数据库，对灌区和区域供水系统进行科学的管理，进行水资源分配、需水量预测、农作物优化配置等，实现正确的运行评价和经济评价，建立灌区管理辅助决策支持系统等。国外1钮omvic等在2000年应用ArcⅥew，在用Avcnue语言进行二次开发的基础上，开发出了意大利南部Apulia灌区灌溉管理系统，该系统划分了灌溉需水和缺水区域，用不同作物种植方式、气候条件(丰枯年份)、灌溉方式、灌溉水量和水系分布等特征来估算灌溉需水，并考虑了GIs数据库的扩展和灌溉方案的改进(Yrmgx等，2000)。Hein锄a11n等2002年在巴西Tiba百河谷采用包含作物模型的空间应用系统的计算工具来确定该地区主要作物的灌溉需水、年径流和年溶氮量，并用计算结果对当地的环境影响做评价，同时证明了作物模拟模型与GIS结合应用是一项重要的决策手段(Heinemalln等，2002)。近年来，我国各地的灌区都已逐步开始了信息化建设。从2002年开始，水利部农水司就开始组织开展全国灌区信息化建设的规划工作，并在一些大型灌区进行了信息化的试点工作(胡和平等，2004)。卢麾等设计了一个将遗传算法和GIs结合的灌区决策支持系统，该系统由ArcInfo8和Delphi共同开发，作者提出了田间灌溉模拟模型、优化配水模型，并通过遗传算法对灌区作物种植比率进行优化，具有一定的通用性和可扩展性(卢麾等，2002)。崔琰利用组件式GIS开发了冯家山灌区管理信息系统，为灌区灌溉信息现代化管理和实现灌区信息资源的共享奠定了基础，对推动灌区的发展有着重要的作用(崔琰，2003)。李亚卿等将地理信息系统应用到河南鸭河口灌区中，利用空间分析实现最优化配水的目的(李亚卿，2002)。王玉宝等将GIS应用于陕西泾惠灌区管理中，实现了分析评价、模拟预测等功能，科学预测灌区用水需求，对提高灌区管理水平，科学分配水资源，实现适时、适量的科学灌水具有重要的作用(王玉宝，2003)。张汉松等将网格GIs应用到大型灌区管理中，将地理上分布、系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等，通过高速互连网络连接并集成起来，把灌区内各种与水相关的信息通过各种技术手段，按照统一的数据规则，集成到统一的地理信息平台上，实现灌区内与水相关的各种信息的统一管理，n沈阳农业大学硕士学位论文为GIs在灌区管理中的应用开辟了新的前景(张汉松，2003)。(2)水资源和水环境从20世纪70年代起，美国田纳西流域管理局就开始将GIS应用于水文及水资源管理中，处理和分析流域数据，为流域管理和规划提供决策服务。科罗拉多州的一些机构将GIs应用于流域空间的存储、检索、分析和显示，开发出了科罗拉多河决策支持系统。宾夕法尼亚州将GIs技术应用于暴雨管理中，为水文模型提供数据处理。美国国家和州环保机构与污水处理控制部门将数据管理技术、计算机和GIS相结合，开发出了一套管理软件，把全美的流域数据、流域分析和水质分析软件等统一起来，为用户提供了一个便于理解、易于使用的流域管理工具，将点源和非点源统一起来(uzairM等，1996)。欧洲一些机构也开发出了具有水文过程模拟、水污染控制、水资源规划等功能的流域规划决策系统，GIS主要用于存储流域的空间信息，为系统中的模型提供数据，显示和分析模拟的结果。在我国，最早将GIs应用与水资源研究的是上海市环境管理部门，他们与上世纪80年代末就以GIS为基础建立了黄浦江流域水环境系统。该系统具有动态监测显示、水污染过程模拟及取水口水环境管理功能，并可对水质做出快速预测分析和预报。一些科研部门和用水管理机构也先后将GIS技术应用于防洪决策支持系统和洪水灾情快速评估系统的开发。虽然GIS已经在国内被广泛应用于水利行业中的众多方面，但因起步晚，发展历程较短而存在着一些制约GIs技术向更高层次发展的不足，主要表现在以下几个方面：(1)没有专门针对水利行业特点而研发的GIS软件平台。纵观目前广泛使用的GIs平台，如心cInfo、MapInfo、M叩GIs等，虽然提供了功能强大的专业GIS功能，但因其没有特定水利专业领域的限制，而无法满足水利行业的需要。另一方面，专业领域繁多，GIS厂家也不可能提供一个能覆盖每个专业的大而全的GIS平台，这也不符合事物发展的自然规律，应该由本领域的专家学者与GIs供应商和研究结构结合，共同开发面向特定领域的专业GIs平台。将GIS与专业相结合，提供既符合专业领域需求又有强大功能的GIS平台是未来aIS软件发展的一个趋势。(2)水利行业地理信息系统建设没有一个统一的规则和标准，数据共享闲难。各部门闭门造车、各自为政，信息闭塞，致使其它部门并不清楚或者根本不知道自己所需要的数据已被其它部门收集并掌握过了，从而需要自己重新采集和整理，浪费了大量的人力、物力和财力。各个系统的开发方法也不一样，无统一的地理信息系统标准，软、硬件平台无法互联，很难与其他系统实现资源共享，重复开发、重复建设却不能重复利用，造成极大的浪费。(3)信息采集点少，对现有数据的管理手段单一落后。许多水文、水位测站覆盖面积过大，数据采集精度不高。很多单位和部门，依然采用门人工保存档案、工程图纸，手工汇总纸质文件、报表等传统的管理手段，带来了很大的随意性和人为误差。n第一章序言(4)重硬件，轻软件。决策和管理人员，为了短期效益，很重视硬件建设的投入，却往往忽视了软件的建设，这样，不但不能完全发挥出硬件应有的作用，还为后期资料的汇总和整理带来了额外的开销，反倒加重了信息和数据收集负担。(5)水利地理信息系统的综合集成能力差，信息表现形式单调。系统在设计和建设时期，无法真正集成水利工程、水文、气象、水资源、社会经济等诸多重要因素空间地理数据受到约束，对决策和分析起到不良影响，使得水利地理信息系统投入费用高，产出效益却不尽如人意。1．5本论文研究内容本论文以辽宁省水利厅“辽宁省农田水利管理信息系统”课题为基础，依照水利工程管理的特点，详细研究了国内外地理信息系统在农田水利工程管理中的先进理论和经验，在此基础上，结合北方地区的水文水资源和农田水利工程特征，运用先进的水利信息化技术，对农田水利管理手段和方式进行发展和完善，建立了辽宁省农田水利信息数据库标准，运用空间数据库技术和面向对象技术，使用ArcsDE和MssQLserver，建立了“辽宁省农田水利工程数据库”，并使用ⅥsualC++6．0开发工具结合MapObjects地理信息组件，成功开发了具有界面美观、操作方便、适于推广的“辽宁省农田水利管理信息系统”。本文主要完成的工作如下：(1)对国内外水利信息系统的发展历程、应用现状和存在问题进行了系统的研究，阐述了开发农田水利管理信息系统的必要性和重要意义。(2)利用面向对象和地理信息系统知识，对农田水利业务进行了认真的分析，使用空间数据库引擎建立了农田水利空间数据库，利用关系型数据库建立了属性数据库，制定了符合当地实际的农田水利空间数据库编码规则，确立了数据模型结构、数据字典和数据录入规则。(3)利用面向对象开发工具，结合地理信息组件，开发出了能够全面查询、检索、分析农田水利工程空间信息和属性信息，自动完成统计、报表、地图输出等功能的地理信息系统软件。n沈阳农业大学硕士学位论文第二章系统总体结构设计思想地理信息系统(GIs)强大的空间分析和空间数据管理功能为农田水利管理信息系统的建设提供了有力的技术手段，但系统的开发管理设涉及到社会、经济、水文、水资源、水利工程、气象等多种因素，有大量的地形图、空间数据、属性数据等需要处理和调查，所有的数据必须经过筛选核实才可以进入地理信息数据库，因此，必须根据项目的具体情况，选择切实可行的设计思路和方法，设计出合理的系统体系，建立健全统一的数据规则，选择适当的地理信息开发平台和数据库管理系统，为系统开发的顺利进行、保质保量完成任务提供技术保障。本系统采用面向对象的软件开发技术，结合空间数据库，以服务器／客户端(c／S)为通信模式，采用ARc／INFo系列软件为GIs开发平台，开发过程中主要使用桌面地理信息系统软件ArcⅥew、ArcM印、cataloge等，空间数据库引擎采用ArcsDE，地理信息组件选用Mapob：jects，关系型数据库管理工具采用MicrosoftsQLSen，er，系统开发工具采用Ⅵsualc++6．O，服务器操作系统采用windows2000Servcr。2．1面向对象技术在地理信息系统中的应用2．1．1面向对象概况面向对象(object．0riented，简称00)技术源于20世纪60年代末的Simula计算机语言，它首次引入了数据抽象和类的概念。面向对象技术充分体现了分解、抽象、模块化、信息隐蔽等思想，可以有效的提高软件生产率、缩短软件开发时问、提高软件质量，是控制软件复杂度的有效途径。传统的结构化方法着眼于一个信息系统需要什么样的方法和处理过程，以过程抽象来对待系统的需求，其主要思想就是对问题进行功能分解，如果分解后的功能过大，再对此功能进一步分解，直到最后分解得到的功能可以比较方便的处理和理解为止，所以结构化方法也称为功能分解法(FunctionalDec．Dmposition)。与传统的结构化软件开发方法相比，面向对象软件开发方法在描述和理解问题域时采用截然不同的方法。其基本思想是，对问题域进行自然分割，以更加接近人类思维的方式建立问题域模型，从而使设计出来的软件尽可能直接地描述现实世界，具有更好的可维护性，能适应用户需求的变化(王少锋等，纽004)。面向对象技术可用于系统分析、系统设计、程序设计、数据结构设计、数据库谢计等方面。n第二章系统总体结构设计思想2．1．2面向对象的基本概念面向对象由对象、类、封状、继承、多态、消息这六个基本概念组成(HaigIl，A等，2003)。(1)对象(Object)对象是系统中用来描述客观事物的一个实体，它是构成系统的基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的方法组成。对象只描述客观事物的本质和与系统目标有关的特征，而不考虑非本质的、与系统目标无关的特征。对象通过向另一个对象发送消息获得某一个功能。从系统的建模和实现而言，对象描述了客观世界的一个实体，它是构成系统的基本单元，由一组属性和一组附属于它的行为组成。一个对象通常由对象名、属性、行为组成。例如一辆汽车具有型号、外壳、车轮等特性，又有启动、加速、刹车等行为。在地理信息组件Mapobjects中，地图显示对象M印既有长度、宽度、背景颜色、显示方法等属性，又有地图加载(LoadLa”r)、地图放大(zoomOut)、地图缩小(ZoomIn)等行为。(2)类(Class)类是一组具有相同属性和相同操作的对象的集合。类是对对象的抽象，它给出了属于该类的全部对象的抽象定义，包括类的属性、方法和其它性质。一个具体的对象只是类的～个实例。类所代表的只是一个抽象的概念或事物，而在客观世界中实际存在的事物是类的实例，即对象。如在农田水利管理系统中，某一个具体的渠首引水闸门是对象，而“闸门”就是～个类，他是对所有闸门对象的抽象，反映了闸门的共性。“闸门”类有宽度、高度、过水流量、建造年份、用途等属性，有开启、关闭等行为。这样，每个具体的闸门对象就拥有了各自不同的属性值和行为。图2．1是闸门类的结构示意图。图2～1类的结构Fig2一lstmcmm—clnssn沈阳农业人学硕士学位论文(3)封装(En唧sulation)封装就是把对象的属性和方法结合成一个独立的系统单位，并尽可能地隐蔽对象的内部细节。封装使一个对象形成了两个部分：接口部分和实现部分。对于用户来说，接口部分是可见的，而实现部分是不可见的。封装是一种信息隐藏技术，用户只能看见对象封装界面上的信息，对象的内部实现对用户是隐蔽的。封装的目的是使对象的使用者和生产者分离，使对象实现模块化，同时信息隐蔽，用户在使用一个对象时，对象都将内部属性数据和操作封装在这个黑盒子里。(4)继承(11lll鲥t)继承是指子类(特化类、派生类)可以自动拥有父类(基类、泛化类、超类)的属性与方法，同时子类中还可以定义自己特有的属性和方法。所以子类的属性和操作是子类中的定义部分和其祖先类中的定义部分的总和。继承是类间的基本关系，它是基于层次关系的不同类共享数据和方法的一种机制。如果一个子类只有唯一的一个父类，这个继承称为单一继承。如果一个子类有一个以上的父类，这种继承为多重继承。(5)多态(Polymolphism)多态是指一个名字具有多种语义，即“同一接口，多种实现”。在基类中定义的属性和方法被子类继承后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。在体现一般与特殊关系的一个类层次结构中，不同层次的类可以共享一个方法的名字，但是却有各自不同的实现。当一个对象接收到一个请求进行某项服务时，将根据该对象所属的类，动态地选用在该类中定义的操作。多态性机制不但为软件的结构设计提供了灵活性，减少了信息冗余，而且也显著提高了软件的可复用性和可扩充性。(6)消息(Message)消息就是对象发出的服务请求，它包含了提供服务的对象标识、方法标识、输入信息和回答信息等。面向对象的一个原则就是通过消息进行对象之间的通信。消息只告诉接收对象需要完成什么操作，但并不指示接收者怎么样完成操作。消息完全由接收者解释，接收者独立决定采用什么方法完成所需要的操作。2．1．3面向对象技术在辽宁省农田水利管理信息系统中的应用面向对象技术的应用分两类：面向对象的分析(objects—orientA蛳lysis，OOA)和面向对象的设计(Objcct—oricntedDesi鲫，00D)。面向对象分析的目标是完成对所解问题的分析，确定待建的系统要做什么，并建立系统的模型。面向对象分析的任务就是通过分析问题域建立系统的概念模型，并用相应n第二章系统总体结构设计思想的符号表示。而模型一般由5个层次构成，即主题层、类及对象层、结构层、属性层、服务层。面向对象设计是将00A所创建的分析模型转化为设计模型。是在面向对象分析的基础上进行系统设计，包括交互过程和用户接口、任务管理、全局资源协调并确定边界、各个类的存储和数据格式。面向对象技术在农田水利管理信息系统中的应用：(1)采用面向对方对农田水利管理信息系统进行数据建模。在农田水利管理信息系统建模时，利用面向对象技术，把抽象的信息转化为具有相互联系，并有一定约束条件的数据模型，产生出一个能反映农田水利管理需求的概念模型。农田水利管理信息系统所管理的数据庞杂，种类众多，限于篇幅，本文就不一一列举出来，现仅以农田水利工程对象为例，介绍农田水利对象模型，模型如图2—2。图2—2农田水利工程对象模型Flg2·2clnssmodel可衙{gatfonⅡnddmino詈e农田水利工程是辽宁省农田水利管理信息系统中最重要也是最多的数据类型，主要有：渠道、河流、湖泊、滩涂、农田、桥、涵、闸等类组成，农田类又分水田和旱田两种子类。(2)采用面向对象的软件开发方式地理信息系统的发展使得地理信息管理软件越来越复杂，规模也越来越大。在大型项目中要尽可能做到各个模块的独立性较强、接口清楚、系统各功能封装性好，而一个封装性差的系统会带来很多的错误隐患。充分利用“面向对象”的特点和现有的面向对象的编程工具可以大大简化软件的设计、开发过程。4n沈阳农业大学硕十学位论文在辽宁省农田水利管理信息系统的开发过程中，选用面向对象的地理信息系统组件M印objects实现地理信息功能。系统采用支持面向对象的Ⅵsualc++为开发工具。M印objects可以方便的嵌入到Ⅵsualc++，对空间信息实现可视化的显示，并能提供距离测量和面积量算等一些空间分析的功能，实现了属性数据的统计分析，空间数据和属性数据的交互式查询，为管理决策提供依据。图2—3是M印objects在vc引用中部分类结构的示意图。2．2空间数据库技术图2—3Mapobjects的类示例Fi92—3snmptes《Mdpobjemc}nss陈述彭院士曾经把地理信息系统中的数据比作水利设施中的水，没有了水，水利设施便无法发挥作用。GIS如果没有数据，就成了无源之水、无本之木。根据实践经验，数据占GIs应用系统投资的70％～80％(毕硕本等，2003)。高质量的数据是保证GIs强大功能发挥的前提和保证。GIs中的数据一般由空间数据、属性数据、多媒体数据、文档数据组成(毕硕本等，2003)。GIS数据具有来源广泛、性质差异大、更新快、历史数据丰富、时局使用并发性强、用广需求差异大等特点。2．2．1空间数据的特征空间数据描述的是现实世界中各种现象的基本特征：空间、时间的专题属性。数据是信息系统的基础，是信息的载体，信息是数据的内涵。GIs处理的主要是和空间位置、n第二章系统总体结构设计思想空间关系有关的数据，除了具有一般数据的特征之外，还具有一些区别于其他数据的特性：(1)空间性这是空间数据最主要的特性。空间数据除了需要描述空间物体的位置、形态外，甚至还需要描述物体的空间拓扑关系。例如描述一条河流，一般数据侧重于河流的流域面积，水流量，枯水期等，空间数据则侧重于河流的位置、长度、发源地等和空间位置有关的信息。复杂一点的还要处理河流与流域内城市间的距离、方位等空间关系。空间性是空间数据区别于其他数据的标志性特征。(2)抽象性空间数据描述的是现实世界中的地物和地貌特征，非常的复杂，必须经过抽象处理。不同主题的空间数据库，人们所关心的内容也有差别。所以空间数据的抽象性还包括人为地取舍数据。抽象性还使数据产生多语义问题。在不同的抽象中，同一自然地物表示可能会有不同的语义。如河流既可以被抽象为水系要素，也可以被抽象为行政边界，如省界，县界等。(3)多尺度与多态性不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度，同一地物在不同的情况会有不同的形态。比如，就形态而言，任何城市在地理空间中都占据一定范围的区域，因此可以认为其是面状地物，但在比例尺比较小的空间数据库中，城市是作为点状地物来处理的。(4)多时空性GIs数据具有很强的时空特性。一个GIs系统中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列；也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此，GIS会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达。GIs数据是包括不同时空和不同尺度数据源的集成。2．2．2空间数据模型设计空间数据模型设计一般分为三个步骤：概念模型设计，逻辑模型设计和物理模型设计。(1)概念模型设计概念模型设计就是利用面向对象的方法，把抽象的理论信息转化为具有相互联系，并有一定约束条件的数据库模型。概念模型设计的目标是通过对现实世界的对象的特征进行抽象、归纳，产生出一个能反映农田水利管理系统的概念模型，使其具有简单明确的表达、满足业务环境数据要求、便于交流和理解、易于向各种数据模型转换等特点。通常采用实体——联系模型(简称E—R模型)图来表示。E—R模型有四个基本元素：实体、属性、标识符和约束条件。虽然E—R模型基本元素很少，但却能表达现实世界中复杂的数据、数据之间的联系和约束条件。n沈阳农业大学硕士学位论文(2)逻辑模型设计逻辑模型设计就是把信息世界的概念模型转化成所选择的数据库管理系统(DB~lS)支持的数据模型(关系、层次或网状数据模型之一)。数据实体之间的逻辑结构关系，通过数据模型来实现。目前主要转换成关系型数据模型。关系型数据库是建立在表之间约束关系的基础上的，数据库的用户可以对这些表进行查询、添加、删除等操作，并提供了数据共享功能。(3)物理模型设计物理模型设计是根据已确定的逻辑模型，构建一个有效的、可实现的物理数据库结构。由于空间数据不同于一般的数据，空间几何体坐标以二进制数据块的形式被关系型数据库管理。关系模型通过关系表管理实体数据，具有结构统一、面向记录和字段的特点，并通过结构化查询语言(SQL)或0DBC客户端读取和操作。为了提高查询和访问速度，通常采用“空间索引”的方式来提高数据访问效率。2．2．3空间数据结构与组织对地理实体数据本身的组织方法，称为内部数据结构。只有将现实世界中的空间实体数据进行抽象，转化成计算机所能组织和管理的离散型数据，才能对空间数据进行挖掘整理。空间数据结构基本分为两大类：栅格和矢量结构。两类结构都可以表示地物实体的点、线、面三种基本类型(朱光等，1999)。(1)矢量数据矢量数据是用连续的坐标定义来精确表示现实世界中复杂地物实体的数据格式，通常有点、线、面表示法。矢量数据结构精度高、冗余低、结构紧凑，便于存储管理和深层次分析。矢量数据通常由外业测量或者由现实地图矢量化得到。辽宁省农田水利管理信息系统所使用的基础地理矢量数据就是通过sPOT卫片矢量化得到，专题图通过人工矢量化牛成。(2)栅格数据栅格数据就是用相互邻接、规则排列的矩阵表示地物的离散化数据结构，栅格数据中每格矩阵对应一个象元(涂志勇，1998)，其结构如图24所示。栅格数据一般由遥感图片、扫描图片、手工绘制等方式获得。n第二章系统总体结构设计思想2．2．4空间数据引擎00000000000lO000000000000000020000300000000000000000DOOOO3，0000000030000O000，0000000，30000000300图2—4栅格数据的结构Fig2—4stmctHw《RnsferOO00444000044440O0044000000455000000S550000555OO空间数据引擎(SpatialDatabaseEn酉ne，SDE)是一个连续的空间数据模型，通过它可以将空间数据加入到对象一一关系型数据库管理系统中去，并基于客户机／服务器(C／s)机制提供对数据进行操作的访问接口，支持多用户、事物处理和版本管理(李佳田等，2003)。当前的SDE已经实现了将空间数据和属性数据统一到关系型数据库管理系统(Iu)BMs)中集中管理的目标。目前，商用成熟GIs软件都朝着将空间数据与属性数据存储于同一数据库方向发展。比较成熟的有EsRI公司的ArcsDE，Maplnfo公司的spatialw打e以及Oracle的Oraclespatial等，它们都提供了基于对象——关系型数据库的数据模型。ArcsDE是美国资源与环境研究所(ESRI)研制的专门用于空间数据库管理的中间件模块。它在GIs应用程序和基于RDBMs的空间数据库之间提供了一个开放的数据访问接口，用户可以通过sDE将GIS数据提交给RDBMS，由砌)BMS统一存储、管理，用户也可以通过它从RDBMs中获取GIS数据，并转换成应用程序可使用的格式。ArcsDE扩展了RDBMs的空间数据处理功能，将空间数据与属性数据集成到RDBMs中，并由RDBMS统一管理，充分利用了RDBMs的安全性、稳定性、数据一致性等优点，实现了真正意义上的空间数据库和属性数据库的统一。ArcsDE支持的RDBMs众多，常见的有SQLServer、Oracle、DB2、hlfornlix等。舡csDE的体系结构如图2．5。采用ArcSDE管理地理信息数据，使得GIs数据的共享、安全、维护和数据处理能力都大有提高。因此，本论文采用EsRI的ArcsDE来提供空间数据管理服务。图2—5ArcsDE的结构Fig2-5Stnlcture可A∽sDFn沈阳农业大学硕士学位论文2．3数据管理在地理信息系统中，通常需要管理的数据主要包括：空间几何体数据、时间数据、结构化的非空间属性数据以及非结构化的描述数据。数据管理的目的是确定在数据管理系统中存储和检索数据的基本结构。通常的数据管理方法有以下4种：(1)全部采用文件管理将所有的数据都存放于一个或多个文件中，包括结构化的属性数据。采用文件管理方法的优点是灵活，每个软件厂商可以任意定义自己的文件格式，管理各种数据，这对存储加密数据及非结构化的、不定长几何体坐标记录有帮助。但此方法的缺点是需要由开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操作，增加了属性数据管理的开发量，并且也不利于数据共享。现在许多GIs软件采用文件进行数据存储，目的是为了实现数据的导入和导出，方便与其它系统交换数据。(2)文件与关系型数据库相结合文件用来存储管理非结构化、不定长的空间数据，而将属性数据交由关系型数据库管理，这是目前大多数GIs软件采用的数据管理方法。数据库用来管理时间数据和非空间属性数据，空间数据和非结构化的描述数据(比如文本、图像、录像等)用文件来存储。如果关系数据库支持二进制数据字段，也可以用来管理图像和声音等数据。由于空间几何体坐标数据和属性数据是分开存储管理的，所以需要定义它们之间的对应关系。通常的解决办法是为文件中的地物都分配一个唯一标识码(地物ID)，关系数据表中也有一个唯一与之对应的标识码(地物ID)，这样数据表中的每条记录就可以通过该标识码确定与文件中对应地物的连接关系。结构如下图。地物lD坐标地糊D属性1■1虹D’X1Y1．．⋯．IDl属性值lD2X1Y1⋯．ID2属性值ID3X1-Y1⋯ID3属性值图2—6文件和关系型数据库管理GIs数据Flg2—6stⅢctHM《Mhio"ddmbnsen耐n融采用该管理方法的缺点是，需要经过基于地物ID的查找(既包括从给定地物查找其对应记录，又包括根据给定记录检索对应地物)，使查询、模型运算等操作的速度变慢。19n第二章系统总体结构设计思想(3)采用关系型数据库管理采用这种管理方法，不定长的空间几何体坐标数据以二进制数据块的形式被集成到关系数据库中，其结构如图2—7所示：IGls应用lGIs应用IG『s应用f。I空间模型月盼lTI空问数据库访问接口I．t—lI数据库访问接口Io(力图2—7集成化的GIS空间数据管理Fig2—7Integmtedmq们gemenlojGIsspdtia|如把在这种管理方法中，一个地物对应于数据表中的一条记录，避免了对“连接关系”的查找。关系数据库(RDBMs)在理论和工具方面已经非常成熟，通过sQL语言提供一致的访问接口来操作海量分布数据，并且支持多用户并发访问、安全性控制和一致性检验，也便于通过访问接口提供数据共享，可以满足企业级地理信息系统的需要。但对于采用全关系数据库管理的GIS来讲，由于地物坐标数据不定长，会造成存储效率低下，现有的SQL也不支持空间数据检索，因此需要GIS软件厂商自行开发空间数据访问接口，对sOL进行扩展。(4)采用面向对象的数据库管理采用这种管理方法，需要扩充面向对象数据库的数据类型以支持GIs的空间数据，包括点、线、面、多边形等，并定义了对这些几何体的操作，如距离量算、面积测量、空间叠加、缓冲区分析等，实现对空间数据的运算支持。面向对象数据库管理提供了对各种数据一致的访问接口以及部分空间模型服务，不仪实现了数据共享，而且空间模型服务也可以共享，使GIS软件的开发重点放在数据表现以及开发复杂的专业模型上。但目前面向对象数据库技术还未成熟，许多问题还有待解决，制约了它的应用。其结构如图2—8所示。20GIs应用IGIs应用Gls应用‘f。l空间懊型服务lI数据库访同接口空间=|羹型服务图2—8面向对象数据库管理GIs数据豫2—8objec，nemdda|ub口semn，lngemeⅢo(，)_●●o刀。叩三c，)一一RDBM们一n沈阳农业大学硕士学位论文目前，面向对象数据库管理系统还远未成熟，需要解决的问题很多。因此，本论文采用常见的关系型数据库管理的方法来管理数据。2．4数据存储GIS数据信息量巨大，因此，采用企业级的关系型数据库作为底层RDBMs。目前市面上流行的企业级数据库有上百种之多，表2—1列出了几种丰流数据库软件的比较：表2—1几种主流数据库软件砀bk2．1sc“口fDdl口base从上表可以看出，orade在windows下的性能表现是最好的，而且它有专门针对空间数据存储的扩展模块oracleSpatial，但其价格和维护技术较高，暂时不于考虑，而采用和windows兼容性最好、性价比高的SQLSeⅣer作为数据库服务提供者。基于以上分析，本论文采用sQLSeⅣer作为底层RDBMs服务器。系统数据存储结构如下图2—9所示。图2—9存储结构Fi92-9ThesmlcmM可sdving也tdn第二章系统总体结构设计思想2．5系统开发方式对于地理信息系统的设计和应用而言，开发和设计地理信息系统具有两方面的含义：一是从底层开发一个通用的地理信息系统平台，即通用平台的独立开发；另一个是在商业化地理信息系统(丰要是通用的地理信息系统平台)的基础上做二次开发。二次开发又分为单纯二次开发和集成二次开发两种(刘光等，2004)。(1)独立开发独立开发是指不依赖于任何GIs工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果的输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言和工具(比如Ⅵsua】c++、Delphi等)，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无须依赖任何商业GIS工具软件，减少了开发成本，但对于大多数开发者而言，能力、时间、财力等方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化的GIS软件媲美，而且很可能在购买GIS工具软件上省下来的钱还抵不上开发者在开发过程中所消耗的时间和精力。(2)单纯二次开发单纯二才开发是指完全借助G1S工具软件提供的开发语言进行应用系统的开发。GIS软件大多提供了可供二次开发的宏语言，如ESRI的心cⅥew提供了Avenue语言，Maphfo公司的M印Info提供了MapBasic语言等等。用户可以利用这些宏语言，以原GIS工具软件为平台，开发自己的针对不同应用对象的系统。这种开发方式虽然省时省心，但进行二次开发的宏语言作为编程语言，其执行效率低下，功能较弱，无法完全满足人们对二次开发的需要(3)集成二次开发集成二次开发是指利用专业的GIS工具软件(如ArcM印、MapInfo等)实现GIS的基本功能，一通用软件开发尤其是可视化开发工具(如Delphi、Ⅵsualc++、visualBasic、C群、C++Builder等)为开发平台，进行二者的集成开发。集成开发又分两种方式：(a)oLE／DDE方式利用0LEAutomation技术或DDE(DyIlamicDataExchange动态数据交换)技术，用软件开发工具开发前台可执行应用程序，以OLD自动化方式或DDE方式肩动GIs工具软件在后台执行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。ESRI推出的ArcObjects就是典型的用做0LE／DDE二次开发的技术。(b)组件方式利用GIS工具软件生产厂家提供的建立在Ocx(oLECustomCon仰Is，oLE自定义控件)技术基础上的GIs功能控件，如ESRI公司的M印Objects、Maphlfo公司的n沈阳农业人学硕士学位论文Mapx等，直接将GIs功能嵌入计算机高级语言编程平台中，实现地理信息系统的功能。2．6组件式Gls组件技术是近几年发展起来的一种新兴的软件工程技术。软件开发人员借助硬件制造业的组件思想，把应用软件分成一个个小的组件(component)，软件可以按功能需要装载或者卸除组件，而不会应用到其它组件的正常运行。因此，组件式GIs又叫COMGIS。组件软件(componentsof}ware)强调以即插即用的方式重用不同软件开发人员的开发成果(金正淑等，2003)。通过coMGIS，用户根据应用的需要，应用计算机高级编程语言(c++、Java、Pascal等)和高级语言开发工具(visualC++、visualBaSic、Delphi等)，把组件所提供的各种功能模块组合在一起，开发出符合自己专业特色的界面和功能。同时，通过CoMGIS的二次开发，还可以将大量非GIS应用的数学功能，如统计分析、线性规划、神经网络、遗传算法等模型和算法集成到GIS应用系统中，丰富GIs的应用领域，提高GIs的功能，将GIS与具体使用技术相结合，实现用户多元化的需要，开发出既具有地理信息系统强大的空问分析和数据处理功能，又具有鲜明的行业特点的专门GIS系统。当前组件式软件开发有两个重要规范：MicrosoR公司推出的cOM／DCOM标准和0MG公司推出的CORBA标准。在业界，Microsoft的COM／DCoM居市场-丰导地位，得到广泛应用，并逐渐成为行业标准。同时，MicrosoR还推出了基于CoM／Dc0M的Activex控件技木，Activex控件是当今可视化程序设计中应用最广泛的标准组件。组件式GIs开发方式成为提高开发效率和缩短开发周期的首选(罗予东等，2004)。2．6．1组件式Gls的特点GIs技术的发展，在软件开发模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，发展到如今的组件式GIS和W曲GIs的过程。传统GIs虽然在功能上已经比较成熟，但是这些系统多是基于十多年前的软件技术，属于独立封闭的系统，同时，GIs软件变的日益庞大，用户很难完全掌握，却异常昂贵，阻碍了GIs的普及和应用。组件式GIs的出现为传统GIs面临的多种问题提供了全新的解决思路。和传统的GIS软件相比，组件式GIS具有无法比拟的优点：(1)高度的系统集成GIs系统通常都是由空间数据、空间分析、应用模型等集成而来的，组件式GIs由于不受某一特定环境、特定编程语言的限制，可以很方便的集成到通用的工业软件开发平台中去，比如visualC++、ⅥsualBasic、Delphi等，一方面可以利用GIS组件强大的空间数据处理能力，另一方面，还可以使用高级语言开发特定的数学模型和算法，或与n第一二章系统总体结构设计思想其它组件结合，发挥通用软件的强大计算和数据处理能力。用这种方法开发出来的地理信息系统，同时兼顾强大的空间分析能力和通用软件的数据处理能力，真正做到了GIs和专业领域的结合，实现了高度的系统集成。(2)模块化组件式GIS的基本思想是把GIs的各大功能模块划分为若干个控件，每个控件完成不同的功能，各个控件之间可以方便的使用可视化的软件开发工具结合起来，形成最终的GIS应用。同时，每一个模块的装入和卸载都不会影响到其它功能的正常发挥，做到“即插即用”。形象的说，控件就如同一块块“积木”，用户可以根据自己的需要，用实现各种功能(包括GIs功能和非GIS功能)的“积木”搭建出一个功能完备的GIS应用系统。(3)无需专门的开发语言传统的GIs往往需要二次开发语言，比如mcview的二次开发语言Avcnue，mcInfo的二次开发语言AML等，对用户和二次开发者存在学习上的负担。而且系统所提供的二次开发语言往往受到这样和那样的限制，难以处理复杂问题。而组件式GIS建立在严格的标准之上，不需要额外的GIs二次开发语言，只需要按照Microsoft的Activex控件标准开发接口。这有利于减轻GIS软件开发者的负担，而且增强了GIS软件的可扩展性。开发者只需熟悉基于Windows平台的通用集成开发环境，以及GIs各个控件的类、属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成，并可以充分发挥这些开发工具的优点。这与传统的GIs所带的二次开发语言和专门的开发环境相比，是一种质的飞跃。(4)强大的GIs功能新的GIs组件都是基于32位系统平台的，采用hPmc直接调用的形式，所以，无论是在管理大容量数据的能力方面，还是在处理速度方面，都丝毫不逊色于传统的GIs软件。只有几十M甚至十几M的GIs控件却能出色的完成诸如地图的剪裁、叠加、缓冲区分析等复杂的空间分析和地图处理任务，为用户提供强大的GIs功能。(5)可扩展性在组件软件技术的标准下，世界上许多软件开发公司和个人开发着具有各种各样功能的各色“第三方(Thirdpanies)”控件，从简单的命令按钮(B甜on)到复杂的三维统计(chan)和报表(Rcport)制作，这些控件大多是费用很低的共享软件或者免费软件，甚至有的组织和个人还极力推崇“开放源代码”软件。所以这些，组成了一个庞大的、应有尽有的控件资源库，这为组件式GIs开发提供了无限的可扩展性，大大缩短了开发周期，提高了软件功能。综上所述，本文探讨的“辽宁省农田水利管理信息”在实际开发过程中，采用GIs组件式开发模式。n沈阳农业大学硕士学位论文2．6．2常见的GIs组件国内外各大GIs软件牛产厂商纷纷推出了自己的地理信息系统二次开发组件。比较常见的国外GIS组件有：ESRI公司推出的Arcobjeds和M印objects；MapInfo公司推出的Mapx；Inte增raph公司推出的GeoMcdia。国产GIS组件比较著名的有：中地软件公司开发的MapGIS组件；武汉吉奥公司开发的GeoMap组件；朝夕科技有限公司开发的M印Engine；北京超图软件公司开发的SuperMapObjects等。以下是这些常用组件的简介。(1)ArcObjects(简称Ao)觚obiects是构成心cInfo系列应用软件的cOM基础组件库，可以利用这些组件开发出各种GIS功能，并在此基础上构建一个GIs应用系统。EsRI公司运用AO的对象模型建立ArcInfo应用软件，用户可以运用同样的方法对Arclnfo进行扩展。ESRI公司声称，如果有足够的技术实力和财力，用户完全可以利用Ao开发出一套自己的ArcInfo软件来。对用户而言，EsRI的基本对象组件和其它第三方组件没有任何不同。因此，应用Ao开发，只需要熟悉AO的接口即可进行应用系统的开发。但用Ao开发的应用程序，必须包含Ao的动态连接库(DLL)，且只能在ArcInfo的环境中使用，无法单独运行，限制了开发和软件分发的自由。(2)Map0嘲ects(简称Mo)Mapobjccts是EsRI为GIS系统开发者推出的基于c0M技术的地图应用组件，它包括一个Activex地图控件(Map)和40多个oLE对象，它适用于工业标准程序开发环境，比如VisualStIldio、Delphi、C++Builder等开发环境，利用Mo可以很方便的开发出系统开销小的应用程序，或者在现有的应用程序中集成GIS功能。(3)M印XMapx是M印Info公司推出的GIs组件。M印x可方便地应用到主流工业开发环境中，开发出符合应用要求的应用系统。Mapx按图层组织地图，每个图层包含整个地图的一个不同方面。在创建每一个图层时，都要为其建立一张表，MapX通过这种方式在存储数据的表与地图之间建立了联系(刘光等，2003)。(4)SuperMapObjectsSuPerM印objects是北京超图地理信息技术有限公司自丰开发的大型地理信息系统软件平台SuperM印中的一部分。它是一个面向二次开发的开放性组件式GIS基础平台，由一系列的Activex组件构成。目前，国内用的以下是Mapx和Mapobjects的主要功能对比比较：综上所述，各个软件生产厂商所牛产的GIs组件都和自身的GIs系统紧密相连，如M印x可以很好处理M印Info的Tab格式，Ao可以通过嵌入的方式搭建自己的应用系统，也可以直接基于ArcInfo的环境运用vBA添加自己的功能。n第二章系统总体结构设计思想2．6．3Mapobjects介绍Mapobjects可以完成如下甚至更多功能：(1)显示一张多图层地图，包括道路、河流、行政区界等。(2)基本的地图操作，比如放大、缩小、漫游整个地图。(3)生成图形特性，如点、线、多边形、圆等。(4)显示说明注记。(5)识别地图上被选中的特征。(6)通过线、方框、区域、多边形、圆来选择特征。(7)选择距某参照物特定范围内的特征。(8)通过sQL语句描述来选择特征。(9)对选取特征进行基本统计。(10)对所选特征的属性进行更新和查询。(11)绘制专题地图。(12)标注地图特征。(13)从航空或卫星图片上截取图像。(14)动态显示实时或系列时间组数据。(15)在图上标注地址或定位。Mapobjects可以执行上述基础地理和制图功能，却不能完成某些高级功能，比如高质量地图输出、地图坐标系投影、地表模型或者网络分析等高级空间分析、拓扑编辑等。因此，如果遇到这些高级分析功能，通常用心cⅥew或者ArcMap等功能更强大的软件来完成。Mapobjects由包含一个地图控件和40多个具有属性、事件、方法的OLE对象组成，这些对象大致分为6组：数据访问对象组、地图显示对象组、集合图形对象组、地址匹配对象组、使用对象组与投影对象组。Mapobjects允许定制利用制图和GIs组件的应用程序，它主要包括如下方面的特点：(1)支持心cInfo的coverage层。(2)支持EsRI的shape文件格式、ArcsDE空间数据库引擎图层(Layer)以及大量栅格图像格式，如BMP、JPEG、TIF、GIF等。(3)支持通过Microsoft的ODBc规范访问外部数据库。(4)把数据作为多个图层在一张地图中进行显示，并可以进行图幅变化。(5)强大的专题图绘制、自动文字标记功能。(6)强大而出色的对象模型。(7)支持地理编码和地址匹配。n沈阳农业人学硕士学位论文(8)用标准SQL表达式进行特征选择和查询。综合以上分析，Mapobjects是ESRI系列产品的有机组成部分，能同ArcInfo系列软件、ArcsDE空间数据引擎、IMs等很好的协同工作，地理信息系统功能强大，支持数据格式众多，因此，本论文所探讨之系统在开发过程中就选用M印objects做为地理信息系统组件。2．7小结本章着重阐述了本系统开发所用到的重要的技术，阐述了面向对象的概念和在本系统中的应用，空间数据库的组成、特点，mcSDE的功能和使用，组件式GIs及重要的GIS组件——Mapobjects，为系统的开发做技术准备。n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计辽宁省农田水利管理信息系统是辽宁省农田水利管理迈向“信息化、智能化”的重要一步。本系统针对当前传统的农田水利管理手段落后，数据传输效率低下，查询和维护闲难，水利工程管理、工程类型、工程数量、效益及动态变化情况等数据精度低等问题，力图从根本上给各级农田水利职能部门对其所辖区域和所涉及的业务的数据统计、管理、验收、效益分析、项目立项、资金投入等各项工作提供现代的管理手段和信息交流平台。使有关管理人员从繁琐、庞大的数理统计中解脱出来，提高工作效率和管理手段。实现“管理现代化，办公自动化，数据信息化”。辽宁省农田水利管理信息系统的开发过程遵从地理信息系统开发的一般规律，分如下几个步骤：(1)需求分析。在充分调查与论证的基础上，对系统进行可行性分析与需求分析，确定系统目标、系统规模，进行总体规划。(2)数据设计。对数据进行整理，建立模型，进行地图矢量化，确定地理要素的分类和编码原则。(3)数据库设计。根据数据类型和数据来源，进行数据库设计。(4)功能分析与设计。提出系统总体设计和基本系统设计，给出体系结构和系统设计原则。(5)系统开发。进行应用系统功能开发，界面设计，编写各功能模块程序代码，编译、调试源代码并进行系统集成。(6)测试和维护。试运行、验收与维护系统。3．1系统设计3．1．1系统实现目标系统目标如下：(1)建立能够全面查询、检索按业务功能(灌溉、排涝、农村饮水)划分的工程空间分布和工程属性两方面的信息资料，满足行业决策者、职能管理人员、规划人员、技术设计人员不同工作的业务需求。(2)建立辽宁省灌区、涝区、农村饮水工程的空间数据库和属性数据库，建立涉及面广、种类齐全、数据结构复杂的数据库，涵盖全省绝大部分现有的农田水利工程，收录了每一个工程的属性信息和部分多媒体信息，为决策支持提供准确的数据。(3)建立灵活的查询方式。查询同一属性工程分布状况(如某灌区1985年装机容量大于500千瓦的排灌站分布状况及数量，并牛成报表)；查询不同地区(市、县)、n沈阳农业大学硕士学位论文类型区(灌区、涝区)的农田水利工程属性信息(如工程数量、工程性能参数、规模、建设年代等)。(4)按要求生成农田水利管理部门需要的各项业务统计报表，实现无纸办公。(5)制作各式专业图件(如全省氟超标县区分布图)。(6)系统具有开放性，数据能够进行自由的转换，能够和其他系统实现数据共享。图3—1农田水利管理信息系统功能结构图Ftg3一lF“nctionmstnlcm他o』lrngalion4HdDmi骶geM口ndgemen“时irmati。nS榉tem3．1．2系统开发的指导思想(1)先进性系统选用目前技术领先的地理信息系统组件——Mapobjects为开发平台，采用支持面向对象的c++程序设计语言为二次开发语言，保证其在技术上的领先地位和面向未来的、良好的可扩充性，实现数据库管理、海量数据处理、空间数据库、多媒体技术等有机结合。(2)实用性本着软件使用者在实际工作中使用方便的指导思想，系统设计追求简单实用和人性化，界面清晰明了，人机交互友好，操作灵活、简便易学。(3)完整性地图、属性数据和多媒体数据共同构成农田水利数据库，做到图表互动，丰富信息反馈的手段。(4)开放与灵活性应用系统结构设计模块化，具有较强的灵活性，支持代码重用和模块重组，允许功n第三蕈辽宁省农田水利管理信息系统设计能的扩充和裁剪，适应行业结构调整，并具有和目前其他办公软件以及地理系统软件良好的开放接口，有良好的数据库管理接口和网络发布接口。(5)通用性系统可以适合其它灌区、行政区使用，可以方便地移植到其它环境中，以便在全国水利信息化建设中能兼容，继续使用。(6)可靠性与稳定性系统具有较高的可靠性与稳定性，有故障自诊断能力，有一定的白恢复能力，同时应具有完善的安全保密措施，防止机密资料的丢失和越权访问。3．1．3系统开发原则(1)标准化原则系统开发严格遵循国家系统软件工程开发的技术标准和现行国家农田水利技术标准。系统采集的信息严格按共享规范和标准进行规范化统一入库，规范作业方法，标准化数据，构建数据仓库与共享平台机制，有效地存储管理与分发图形、图像数据、实现多层次信息资源共享。(2)用户至上原则尊重用户的实际情况，以用户的要求为木，在信息共享的基础上，开发形象直观、易于操作、易于管理的应用系统，包括灌溉子系统、排涝子系统、农村饮水子系统，并根据农田水利业务需要，开发用于发布水利信息报表子系统，满足各层次用户的使用要求。(3)可扩展性原则遵循主流的接口规程和协议标准，不拘泥于特定机型、操作系统或厂家的体系结构，从而保证将来系统扩充与升级以及与其它系统互联的方便可行。3．1．4系统开发依据开发依据是辽宁省农田水利管理信息系统数据的准确性和可靠性的根本保证，重要的依据如下：(1)国家发布的标准、规范。丰要有国家发布的各类软件工程标准、数据库建设标准；标准化工作，术语标准编写的规定：信息分类编码和编写的规定；县以下行政区划代码编制规则：经济信息分类编码统一编写规范；图形符号表示规则总则；文件格式分类与代码编制方法；数据处理词汇等等信息行业和水利行业标准等。一(2)地方标准和规范。主要有各地方标准和规范；国家公开出版的各县地形图(电子图)；各市、县(市、区)上报的工作纸图、报表；统计局关于水利工程规定的统计表格；水利厅、计贝=j处、各市水利报表；各大灌区十五、．十一五改造规划；1995年以n沈阳农业大学硕士学位论文后的水利总结报告；各市县水利史志；各类规划报告等。3．1．5数据流程图数据流程图是指从数据传递和加工的角度，以图形的方式刻画数据流从输入到输出的移动变换过程。本系统大致数据流程如下。首先，从外部收集和获取尽可能全面的农田水利数据，包括纸质地图、电子地图、各类报表、多媒体数据等，经过整理、筛选、矢量化后，统一存入农田水利信息数据库。农田水利管理信息系统工作时，向数据库请求数据，数据以分行政区、灌区或者涝区的方式返回给系统，进行信息查询、专题图制作、生成报表、空间分析等活动，然后将所得结果，以电子地图、报表、屏幕显示等方式反馈给用户，完成一次数据调用和循环。图3—2是农田水利管理信息系统的数据流程图。3．2数据设计图3—2数据流程图Ftg．3—2Domnow数据是地理信息系统加工、处理的对象，是信息的来源和依据。全面、准确的数据是地理信息系统发挥它强大功能的保证，数据质量的好坏直接关系到地理信息系统开发的成败。因此，收集、整理、分析、选择数据就成了辽宁省农田水利管理信息系统设计的最基本、最重要的工作，也成为了本项目投入时间最多、消耗人力和财力最大的工作。3．2．1GlS数据源GIs的数据源是指建立GIs数据库所需要的各种类型数据的来源。GIs的数据源是多种多样的，并随系统功能而不同。主要有以下几种：n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计(1)纸质地图GIs系统的大部分图形数据来源于地图，是空间数据的主要来源。地图是传统的空间数据的表示方法，具有共同的坐标系和参考点，内容丰富，空间关系直观，但地图的存储介质为纸，因存放的条件不同会产生不同程度的变形，需要进行纠正。同时，地图的更新较慢，时效性差。不同的地图也存在不同的地图投影，在使用前需经过地图投影的转换。(2)遥感影像数据通过遥感数据可以快速、准确的获得大面积的、综合的各类专题信息，卫星遥感图片(简称卫片)还可以提供周期性更新的数据，具有较强的时效性。但因其自身成像的特点，会有一些分辨率、地图特征解译等方面的困难。(3)统计数据国民经济的各种统计数据也是GIs数据的一个重要来源，一些重要的特征值，比如人口、国民生产总值等，是属性数据中的重要内容。(4)实测数据GPS技术的发展，作为测量手段的一种重要方式，常常能测量出一些地图上难以表示、其他测量手段精度又不高的地物，比如一棵树木，或者一个微小的地物，并准确的反应其空间信息，因此，GPS常常用在地理数据的核实中。(5)数字数据可以直接从其它已建成的GIs系统中直接获取数据。数字数据是数据获取中最方便也是最快捷方式，但要注意格式转换和精度、可信度方面的问题。(6)各种文字报告和具有法律效应的文件比如一些地方性的报告，或者是针对某一个行业的评估报告，比如某地区的水资源公报，一个工程的可行性分析等，都是GIs数据的重要来源，在GIs系统中发挥很大的作用。辽宁省农田水利管理信息系统是一个综合性的系统，具有广泛的数据类型支持和大而灵活的数据库结构，数据来源因空间数据和属性数据的不同也分为两类：各类地图数据和报表数据。(1)地图数据地图数据分为四层：公共地理图层，灌区图层，涝区图层，农村饮水井图层。公共地理图层包括公路、铁路、居民点、水系等。灌区图层包括灌区界线图、水田分布、引水渠系分布、排灌站分布、各类水闸分布图、桥分布图、涵洞分布图、渡槽分布图、虹吸分布图、跌水分布图等。涝区图层包括全省10大涝片分布图、排水渠道分布图、排水站分布图，排水闸分布图等。农村饮水图层包括全省1万1千多眼饮水井的分布图、乡镇界线图、县区界线图等。n沈阳农业大学硕士学位论文(2)报表数据报表数据包括：各市县的经济统计年鉴；各市县的水利志；各市县的水利统计报表；1995—2003年度大禹杯水利统计报表；人畜饮水井调查情况表；其他与水利相关的统计资料等。3．2．2数据获取空间数据获取的丰要工作是将地图数字化。数字化的方式主要有三种：手工方式、手扶跟踪仪数字化方式、自动扫描数字化方式。属性获取方式通常有六种：人工输入法、使用光学字符识别法、在数字化和矢量化的过程中赋值、人工编辑图象处理和信息提取、数据通讯。目前，由于辽宁省农田水利数据库的建设尚属空白，空间数据库只能通过人工数字化的方式获得。主要方法是：在心cⅥew中加载遥感卫片，再对照各水利专题地图，对卫片进行人工解译，点绘出各水利专题地图，比如渠道分布、水田分布、灌区分布、引水井位置等，并在绘制过程中将属性数据人工输入，达到空间数据和属性数据的统一存储。最后经过校对，统一将同一类型地物的shape文件通过数据库引擎mcSDE转存到关系型数据库SOLServer中去。这样做的缺点是耗费人工，但优点是可以提高解译的精度，增加数据的准确性。系统输入有两个方面，一是空间数据，主要是指各个灌区的水田分布、工程分布，涝区的位置分布、排涝工程分布以及饮水井的分布图等；二是非空间数据，丰要是指各工程相对应的属性数据。空间数据的资料主要来源是2002年的遥感影像数据，并参照辽宁省的十一五规划的地图资料和对各灌区的实际调查情况。影像的解译方法为人机交互的解译方法，通过检验确认误差在允许范围内的数据才可以输入数据库。非空间数据的来源一部分为调查所得，一部分来自水利厅已有的历史资料。图3-3卫片Fig3—3sntelmePho∞n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计3．2．3分类和编码规则地理信息数据庞大复杂，在存储中需要对其按照一定规律进行分类和编码，按照其代码进行检索与查询，实现空间分析操作。分类与编码的合理性将会影响数据库的使用效率，是实现数据有机组织、有效存储和检索的重要基础。空间数据常采用线分类法，即层级分类法，将数据逐次分成有层级的类目，类目间构成并列和隶属关系，分类结果形成树形结构分类目录。(1)信息编码原则(a)等长性原则，无论分类体系中级数多少，其代码长度相等。(b)规范性原则，代码的结构、类型以及编写的格式统一。(c)唯一性原则，每一个编码对象仪有一个代码，一个代码只标识一个编码对象。建立代码与数据项之间一一对应关系。(d)可扩充性原则，分类的容量和数据的类别将随着水利行业管理需求的发展而增加或减少。编码体系为此提供较大的扩充空间。(e)合理性原则，编码体系的结构与信息的分类体系相适应，反映水利行业管理的层次、机理及其相关联系的特征。(f)实用性原则，编码尽可能简短和便于记忆与处理。(2)编码设计统一采用组合码。即：分类码+标识码组成的混合编码。(a)分类码分类码是根据地理信息分类体系设计出的各信息的分类的代码，用以标识不同类别的数据，根据它可以从数据中查询出所需类别的全部数据。编码示意如下：×××三级分类代码，取值范围0～9，一位数字二级分类代码，取值范围0l～99，两位数字一级分类代码，取值范围01～99两位数字，水利用01表示主题类代码，取值范围Ol～99两位数字，水务用04表示当不存在三级分类时，其三级分类码以数字0表示，以保证编码的统一性与等长性(b)标识码标识码(亦称识别码)是在分类码的基础上，对每类数据设计出其全部或主要实体的识别代码，用以对某一类数据中的某个实体，如一个居民地、一条河流、一条道路等进行个体查询检索，从而弥补分类码不能进行个体分离的缺陷。如地形图上的河流、道路编码n沈阳农业人学硕士学位论文标识码共7位，由分区代码+要素实体代码组成×××××××要素实体代码，自然序号，取值范围00001～9999行政分区代码，取值范围01～99在辽宁省农田水利管理信息系统的管理要素中，从水利行业管理实际需要出发，部分要素跨越多个行政分区，是由市级单位统一管理，如河流。则其行政分区代码用oo表示。下图是辽宁省农田水利管理信息系统的分类编码表表3—1分类编码kble3．ICodes《Cl∞ses涝区编码涝区名称所包含行政区n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计表3—3灌区代码表Table3—3c。des可irri酗ti。nmsmcl3．3空间数据库设计空间数据库的建设要以国家制定的不同比例尺、不同来源的数据规范为基准建立水利专题地图。空间数据库建设的主要内容包括基础地理信息电子地图、水利基础电子地图、水利专题电子地图等。(1)基础地理信息电子地图基础地理信息电子地图主要包括行政区划图、居民点、公路、铁路、常规组织机构分布图、重要建筑物分布图、DEM数字高程图等。(2)水利基础电子地图水利基础电子地图丰要包括流域分布图、水系图、灌区分布图、涝区分布图、水文站分布图、水利组织机构分布图等(3)水利专题电子地图水利专题电子地图主要包括渠道分布图、水田分布图、桥(涵洞、闸、渡槽)分布图、灌溉站分布图、饮水井分布图等。3．3．1农田水利空间数据库功能设计n沈阳农业人学硕士学位论文农田水利空间数据库主要完成与农田水利业务相关的地图数据(如渠系、排灌站、水田分布、涝区分布)的输入，实现地图的变换、查询、整饰、输出等功能。(1)地图输入地图可以利用数字化仪数字化、扫描设备扫描以及人工绘制的方式输入。本次地图输入考虑到所收集地图的地图复杂，数据准确性要求较高，采用通过人工解译卫片，手工绘制农田水利专题地图的方式进行。(2)地图转换所谓的地图转换即各种不同来源的地图在本系统内能够顺利和自由的实现坐标体系的转换，使各专题地图能够在统一的大地坐标系下显示和工作，实现各个灌区、行政区、各自地理位置上合并拼接。实现坐标配准功能，能够使得地理地图、数字地形数据(高程值)、各种专业地图转换到统一的坐标系和单位中(本系统采用高斯一克吕格投影)，将图幅坐标转化为地理坐标以便做进一步的分析工作。系统能够做到准确定位，从经过坐标配准的地图上，准确地获得它的实际地理位置，实现多幅图的拼接即同一位置不同时期的比较，实现动态监测。(3)地图操作主要是指对地图的基本操作，包括地图的显示、地图的缩放和漫游、地图的旋转、地图叠加、地图拼接等，上述功能可以单独也可以联合应用，实现使用过程中对地图操作的不同要求。(4)地图编辑包括符号的设计与地图整饰，建立符号库，具有地图增删、连接、断开、地图复制功能，建立地图元素之间的拓扑关系。(5)地图量算地图量算主要是指完成一些诸如线的长度、多边形的边长和周长、点到线的距离、面积的大小等操作。(6)空间分析空间分析通常是指空间属性之间查询，实现由地图查属性，由属性查地图的功能。它是地理信息系统中非常重要的功能，也是本系统所要实现的重点功能之一。木系统包含下列几种空间分析：(a)叠加分析。将统一比例尺、同一区域的两组或多组地图要素的数据文件进行叠加得到新的地图核心的属性统计数字。(b)缓冲区分析。根据数据库中的点、线、面实体自动建立起周围一定宽度范围的缓冲区的多边形。(c)空间集合分析。按照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑交、逻辑并、逻辑差运算。(7)地图输出，在地图输出前，用户可根据需要添加的符号、颜色、注记、图例，n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计并对图廓进行整饰。同时具备与多种输出设备的类别(打印、喷墨、静电、制版等)和型号相兼容的接口软件和绘图指令。能够向用户提供矢量图、栅格图、全要素图和各种专题图。3．3．2空间查询设计空间查询是一个地理信息系统最基本也是最重要的功能之一，是农田水利管理信息系统开发的重点之一。空间查询分为两种：空间关系查询和空间距离查询。1．空间关系查询空间关系又分为关系查询和缓冲查询两种。(1)关系查询。在当前窗口绘出一个面，系统会自动将完全包含于该面内的工程及其参数一一罗列出来。(2)缓冲查询。选择当前图层上分属于点、线、面的任何一项工程，以该项工程为中心，形成一个缓冲区，系统会将完全包含于这个缓冲区域内的工程及其参数信息一一罗列出来。2．空间距离查询。空间距离查询是以某一项工程为中心，以某一距离为缓冲，列出完全属于或部分包含于该区域的工程及其参数信息的查询方式。以上各种查询方式，系统均能将查询结果方便的输出到cXcel文档中，也可直接打印，为进一步处理和与办公软件结合提供灵活的接口。以下是几种查询方式及其结构框架图；n沈阳农业大学硕士学位论文图3—4鼠标驻留查询结构图F培3—4Mo赴l可e明"ineswilhmoHsep托sence图3—6空间查找查询结构图Flg3·6M0del可s即Iiaie，lquin∞图3—8空间关系查询一包含关系查询结构圈F{93．8ModcE对inc|Hde一把ln“o峭enq¨lnes图3—10空间距离查询结构图F嘻3·ioM0del可d洄nnceenq“ines3．4属性数据库设计图3—5点击查询结构图F唔3-5M。如l《enqu狮eswithc“ck图3—7条件查询结构图F培3-7M0del《c。nditionaienqH讯es图3—9空间关系查询一缓冲查询结构图F睡3—9M0dd可b埘ereHq“ines属性数据库是地理信息系统实现存储、分析、统计、评价、查询：更新、属性制图等功能的基础，也是整个系统的重要组成部分，须具备对农田水利工程数据库结构操作、属性数据库内容操作、数据的逻辑运算、属性数据的检索、从属性到图像的查询、属性数据报表输出等功能。用户一方面可以随意地提取数据库中的任何数据参与数据处理、篙匿譬囝n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计制图、分析评价，充分发挥数据库中数据的价值，另一方面经地图提取得到的数据及分析、评价的结果可以方便的被其他程序调用或输出，最大限度地发挥地理信息系统的管理功能。农田水利属性数据库管理的设计包括数据库结构操作、属性数据输入、数据库的操作、属性数据的查询统计及报表的输出等设计。3．4．1属性数据库可以完成的操作属性数据库可以完成的操作主要有：(1)建立新库。包括字段名称、类型及长度的定义，一个新库建立后，可直接输入属性数据。(2)修改库结构。修改和复制库结构，包括字段内容、类型及宽度，以及字段的插入、删除，具有相同字段的库可通过复制库结构来建立一个新的库。(3)具有对数据结构进行修改、复制、删除、合并的功能。(4)数据的输入。一般包括算法输入和数据复制，修改属性内容以及插入记录、删除记录、插入字段、删除字段、追加记录等。(5)显示库信息。向用户提供各类农田水利工程的属性数据结构。(6)其它操作。如多库连接、文本转换、数据库排序等。3．4．2属性查询(1)利用结构化查询语言(sQL)提供多种灵活的数据库查询。(2)对符合指定逻辑条件的数据进行逻辑查询。(3)提供数据计算统计和统计分析功能，按照一定目的进行逻辑运算，并统计其结果，把查询或统计的结果按一定的方式输出。(4)输出方式。丰要有报表、饼状图、直方图、折线图、立体直方图等几种形式。各式报表是按一定目的设计好的，表格文件可以方便的打印输出。2．4．3农田水利数据库的表结构设计农田水利管理信息系统的数据是在以SOLseⅣer为底层关系型数据库、mcsDE为空间数据库服务模块的环境下开发和使用的，依照EsRI的Gcodatabase数据模型，系统数据和系统功能相对应，分为四大要素集：公共图层，涝区，灌区，饮水安全。每个要素集下有若干要素类，数据在ArcsDE中的存储结构的部分示意图如图3—11所示。n沈阳农业大学硕士学位论文图3—11农田水利数据在sDE中的存储结构(部分)Fi93一iID。tdstorngestⅢc缸陀巧t件lgdtion硼dd阳inngeiHA瞄DE根据以上分析，农田水利数据库中包含的各数据表的名称及功能描述如下：表3—4数据表豇ble3—4Dqmshee{4n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计限于篇幅，各数据表结构在这里就不赘述了。所有的数据都以表的形式存储于sQLServer数据库中，数据表在sQLserver中的存储如下图：图3—12数据表在sQLserver中的存储Flg．3-l2Dd把sheefs}omge{nsQLsen№r水利工程的照片、图片、录像等多媒体库和文本数据以二进制的形式存放于SQLserver数据库中。3．5系统模块设计辽宁省农田水利管理信息系统共分为五大功能模块：灌溉子系统、排涝于系统、农村饮水子系统、报表子系统、权限管理子系统。3．2．1灌溉子系统设计灌溉子系统是本系统的关键部分。本系统以全省大型灌区为单位，全面调查灌区内的水田、渠系、配套提水建筑物、引水建筑物的特征参数，以电子地图的形式全面反映灌区内的水田分布情况，渠系分布情况以及各类闸、站和配套建筑物的分布情况，并建立各自的属性数据库，做到图、表、照片结合，直观全面掌握灌区的基本情况。通过鼠标点击就可知道灌区的基本情况，为节水改造和其他各类规划打下基础。灌溉子系统数据包含如下内容：n沈阳农业大学硕士学位论文(1)灌区基本情况信息从总体掌握灌区的基本情况，在进入某一灌区地图界面时就能清楚知道关于灌区的自然情况和社会经济状况，包括：灌区名称、灌区范围、隶属关系、设计单位、施工单位、开工时间、灌区人口、灌区固定资产、灌区内农业总产值、粮食总产、年平均气温、最高气温、最低气温、多年平均降水量、蒸发量、最大风力、风速、无霜期、地形地貌、土地类型等。(2)水田分布水田面积分布获取分两种途径：一是从卫片解译出来的水田面积；二是由实地调查得到的分布面积。卫星照片的水田面积一般认为是当年的实际灌溉面积。(3)渠系分布灌区的渠系以卫片为基础，结合各灌区的专题地图，进行矢量化，形成地理位置准确、属性信息详细的灌溉渠系系统。渠系划分为总干、干渠、支渠三级渠系。(4)泵站分布按照农田水利设计的数据模型，泵站分为3个子类：灌溉站、排水站、灌排两用站。本系统对整个灌区内所有排灌站进行位置定位，形成灌区的排灌站分布图，并就每个排灌站进行分类，调查每一座排灌站的属性数值，并统一建立数据库和多媒体库。(5)配套建筑物灌溉系统中其它的建筑物，按照数据库设计的字段类型，制成表格，经灌区实地调查确认后，按照数据库录入信息的规则统一入库。灌溉子系统完成的功能如下：(1)数据加载功能加载数据是系统工作的第～步，系统必须先与空间数据库引擎ArcsDE建立连接，并通过它与底层的sQLserver2000数据库通信，读取全省农田水管理信息系统的空间数据和属性数据，并在工作区列出所能加载的图层和数据，供用户选择可见图层和按需加载数据。数据加载以灌区和行政区两种方式加载。同时可选择是否加载公共图层。(2)地图操作功能地图操作是地理信息系统特有的功能之一。对于一个地理信息系统而言，不但要显示出电子地图，还要进行各种空间数据的存储、检索、查询、渲染、打印等诸多功能，系统除了具有地图的放大、缩小、漫游、全图显示、分层显示、旋转等基木的功能之外，还应具有距离量算、面积测量、缓冲区分析等空间分析。(3)属性查询功能属性查询是对地理数据的深度挖掘，是地理信息系统的又一重要功能，本系统涉及的属性查询功能较多，主要有：(a)查询灌区的基本情况，可在灌区地图内点击查询，也可通过输入关键字进行条件查询。‘43n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计(b)查询灌区所处的地理位置。(c)查询灌区的各类工程分布情况(位置)，如灌区内引水渠系分布、配套工程(排灌站、闸、涵、桥、虹吸、渡槽等)的位置，并显示工程的详细属性信息(如工程各种参数、建设年代等)。(d)用结构化查询语言(SQL)按给定的条件查询各类工程位置分布情况，并绘出成果图和生成汇总表。(e)查询工程的多媒体数据，比如数码照片等。(4)地图制作与输出功能电子地图的制作包括各种地图的选择、图框的选择、图例的制作、背景设置、比例尺、标题、指北针图标等。应该根据用户的需要，制作出简单实用的专题地图。(5)属性标注功能支持地图的标注功能，可以进行点、线、面的标注，标注内容可由用户自行选择和设定，并支持多项标注，同时，也必须能方便的清除标注。3．2．2排涝子系统排涝子系统是按照全省涝区基本现状调查结果为依据，对涝区内的排水渠道、排灌站和闸进行管理，大部分功能与灌区子系统功能相似。主要完成如下功能：(1)显示某一涝区的地理位置、基本情况。(2)查询涝区内主要排灌建筑物，如排涝总干、干沟、支沟、排水站的分布及性能参数。(3)应用结构化查询语言(sQL)查询符合条件的排涝工程分布。(4)用专题图表反应涝区总体现状，如柱状图、饼状图、工程汇总表等。(5)具有地图输出和查询结果输出功能。3．2_3农村饮水子系统农村饮水子系统丰要管理农村饮水井的工程信息。该子系统具有如下功能：(1)以行政区为单位查询省、市、县饮水安全情况(如苦咸水、菌超标等)，并划分各自区域。(2)点击查询某一地区饮水安全情况(如氟超标具体指标)、饮水井的性能参数指标等。(3)点击查询省内任何一个饮水井的性能参数指标。(4)应用结构化查询语言(sQL)查询符合条件的饮水井分布情况，将所查结果输出，打印成图、报表等。(6)其他辅助功能，与灌区子系统相同。n沈阳农业大学硕士学位论文3．2．4报表子系统农田水利管理工作需要大量的统计报表。报表系统需针对农田水利管理工作中的实际情况，能方便的生成各类图表，为决策和主管部门提供精确有效的数据，进行全省各类工程的汇总，同时对符合查询条件的工程进行报表输出。报表系统设计应简单明了、使用方便。本系统使用第三方报表控件GridT．Report作为报表系统的基础组件。3．2．5权限管理子系统一个好的信息管理系统，应该充分考虑数据安全和信息安全，避免因越权使用对重要数据乃至系统本身造成损害，因此，不同的用户授予不同的权限是必不可少的。一般将用户权限分为两类：超级权限和普通权限。超级权限具有对数据的读取和写入的权限，同时有新建和删除用户账号的权限。普通权限用户只具有浏览数据的权限。权限管理通常按照“用户名+密码”的方式进行管理。存储用户名和密码的文件也应进行加密处理，防止密码泄露。3．6系统平台选择(1)系统客户端软硬件平台本系统是面向农田水利管理部门和各级农田水利职能部门的，因此，客户端软硬件配置要求不能过高，奔腾II350以上主频CPu，128M内存，8M显卡即可，操作系统平台选择、vindows98以上即可，但配置相对高一些更能发挥系统的性能，操作系统建议选择windows2000以上会比较稳定。(2)服务器端数据库平台和网络平台目前的商用数据库平台各有千秋(详见2．4节分析)，辽宁省农田水利管理信息系统因为数据复杂，信息量大，且数据是通过网络存取的，因此，采用大型数据库管理系统sOLServcr2000，使用心cSDE空间数据引擎提供空间数据库服务。网络操作平台采用易于使用和管理的windows2000服务器版本，提供强大和稳定的网络支持。(3)GIS组件选择本论文采用组件式GIs来完成辽宁省农田水利信息系统的开发工作。GIs组件众多(详见2．5节)，经分析，本系统采用EsRI的Mapobjects组件来开发比较合适。n第三章辽宁省农田水利管理信息系统设计(4)开发工具选择M印objects支持多种开发环境，考虑到大多数用户的桌面操作系统是windows系列，为了取得更好的兼容性和充分发挥操作系统的强大功能，开发工具选择支持面向对象、和windows结合最紧密的开发工具MicrosofIvisualC++6．0。MicrosoRvisualc++6．O是运行于Windows系列平台(windows98／2000／XP)上的交互式可视化集成开发环境，是MicrosofIⅥsualStIldio6．O家族成员之一。和其它可视化集成开发环境一样，visualc++集程序的代码编辑、编译、连接、调试等功能于一体，给编程人员提供了一个完整而方便的开发界面，并提供了许多有效的辅助开发工具。Ⅵsualc++以支持面向对象的c++语言为基础，编译生成执行效率很高的代码，并可以使用功能强大的微软基础类库MFc(MicrosofIFollndationClass)，充分体现了Microsofc公司的技术精华。正确安装完M印objects之后，Mapobjects控件就被注册到系统中了，然后在VC工程中添加“Mapobjccts2．0M印con缸01”、“MapObjectsLegend”等相关Activex控件，就可以正常使用Mapobjects提供的地图和图例功能了。图3．13是添加完M印Objects控件后ⅥsualC++的工具箱窗口。图3—13Mapobjects控件利用VC的类向导C1asswizard给工程主类CA鲥cultur。郫．"脚。坼∞com心，添加一个名为mmapl的cMapl型变量，用以生成主地图操作窗口，操作Mapobjects提供的函数和过程，添加一个mmap2的CMpal型变量，用于生成左下角的鹰眼视图。3．7小结本章是系统的详细设计，包括系统设计、数据设计、空间数据库和属性数据库的设计、系统模块的设计、系统平台选择，详细说明了系统开发的目标和原则，分类和编码规则，各模块的功能设计，为系统的开发确定方向。n沈阳农业大学硕士学位论文第四章辽宁省农田水利管理信息系统实现“辽宁省农田水利管理信息系统”是一个数据庞大、功能复杂、实现难度较大的地理信息管理系统。整个系统综合应用地理信息技术、面向对象技术、多媒体技术(图像、声音)和数据库技术，实现对农田水利工程的管理和统计，辅助决策部门进行管理。本系统建立了完善的农田水利工程数据库、农田水利基础地理数据库、灌区数据库、涝区数据库、饮水井数据库和多媒体库，可对灌区、涝区、引水井、水库、渠道、排灌站等地理要素进行空间查询、空间分析和属性查询，生成专题地图和表格，达到辅助有关管理部门进行正确的管理决策的功能。4．1界面设计系统界面是人机交互的接口，一个设计良好的用户界面可以使用户更加容易和快速的掌握系统的操作和使用，从而增加对系统的接受程度。GIS用户界面有3种设计：基于命令行的界面、基于数据流的截面和基于菜单驱动的界面。自windows系列操作系统成为桌面操作系统的主流以来，菜单驱动的用户界面已经深入人心，几乎所有的w协dows下的应用程序都以此为界面，因此，本系统也采用这种方式。4．1．1系统主界面本系统支持多用户，每个用户具有相应的权限，因此，在启动应用程序时，首先需要进行身份验证，输入用户名和密码。界面如图：图4—1系统登录窗口Fig4一lkHg-协wlndows47n第四章辽宁省农田水利管理信息系统实现经过身份验证，登录之后，进入系统主界面，点击相应按钮可进入相应的子系统：灌溉、排涝农村饮水子系统、报表系统和权限管理。图4—2系统主界面Fig4·2Mn{nink哟ce在进入各子系统工作之前，必须和ArcSDE数据库服务器连接，才能进行正常的数据读写操作。4．1．2系统工作界面图4—3数据加载F嘻4—3L0nd缸n工作界面在灌溉、排涝、饮水三个子系统中的布局基本一致，采用典型的windows软件风格，采用菜单、工具条、工作窗口、状态栏的基本布局。左边工作区显示可以加载的图层，用户可以点击图层自主确定需要加载的图层，方便的使用图层的显示和关闭功能。左下为鹰眼视图，右侧区域为地图显示区域。其它的功能以弹出窗口的方式与进行交_瓦操作。下方的状态栏显示基本地图信息，比如当前坐标，经纬度、测量的面积、长度等。48n沈阳农业大学硕士学位论文4．2空间查询4．2．1点击查询图4-4系统工作界面Fig4—4跏*mwo吨tnk玎nce用户在地图上点击任意一个目标，将显示该目标的空间信息、属性信息和多媒体信息，用户可以把所查目标的信息转存到Excel中作进一步处理，也可直接打印。图4_5点击查询Fig．4—5Enquineswlmdick49n第四章辽。j。省农田水利管理信息系统实现4．2．2条件查询用户在条件查询中，可根据需要构造不同的SQL语句查询满足条件的记录，同时在地图上显示出来。查询结果可转存到EXcel中，也可直接打印。例如查找全省引水干渠设计长度大于11千米的渠道记录。4．2．3空间定位模糊查询图4—6条件查询结果F嘻4—6＆“n可c∞dilionnl￡nqHines当用户不确定某一工程位置或者对某一工程名称记忆不完全时，可以使用空间定位模糊查找功能。用户只需要输入工程名称的关键字，系统会自动查找包含此关键字的工程，并讯问用户当前工程是否就是所要查找的目标，如果确定，目标会被移动到视图中央，并闪烁数下以示提醒。比如，查询“南河沿”，系统共找到“南河沿站”和“南河沿排干”两种类型的记录，并与用户交互。图4—7空间定位查询1Fig4—7Sp口tiot∞q"谢esJn沈阳农业大学硕士学位论文图4-8空间定位查询图2F电4-8spdtialenq¨ines24。2，4空间关系查询图4—9空间定位查询图3Fig．44spntidlenquines2空间关系查询分为包含关系查询和空间缓冲查询，其中空间缓冲查询分为点缓冲线缓冲，面缓冲。例如：查找某一区域内所包含的农田水利工程实体。4．2．5空间缓冲查询图4—10空间包含关系查询Fig4一loInc}ude—Mknon3enqumes空间缓冲查询是根据用户给定的一个缓冲长度，以点缓冲、线缓冲或面缓冲3种方式进行空间缓冲区分析，形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形的检索原理，检索出该缓冲区多边形内的农田水利工程实体。以线缓冲为例：查找新开总干(大洼县)两边500米内的涵洞和排灌站，用户拖动鼠标沿着新开总_T运动，然后双击，即列出用户需要查找的农田水利工程实体。n第四章辽。j。省农田水利管理信息系统实现4．3专题地图制作图4—11空间缓冲查询Fig4一ll8埔he明uin∞专题图制作包括单项统计图表(直方图、折线图)、点状图、分级专题图、分类统计图。(1)单项统计图表统计某个字段的平均值，最大值，最小值，标准偏差，总计，统计数目等，并以直方图或者折线图来表示。例如，选择涝区分布中机排控制面积统计图。图4—12单项统计图Ftg．4一i2Singlestdtisticsn沈阳农业人学硕士学位论文(2)点状统计地图(3)直方统计地图图4—13点状统计地图Fig．4一i3Potntstnt话ti∞“印图4—14直方统计地图F唔4-14ExpktMdstn|isticsm印(3)分级专题图。对一个图层中的目标根据他们的某个属性的值来进行分类或者分级显示。n第四章辽宁省农田水利管理信息系统实现图4—15分级专题图Fig．4—15Clnss啦cntiont}Iemnticmnp(4)分类统计图。用各制图单元的统计数目组成数列，并对数列数值进行分级，用不同颜色或晕线网纹代表不同的级别，填充在相应的单元内。图4—16分类统计图Fig．4一16cln∞诉cⅡtioHstⅡtistlcsmapn沈阳农业大学硕士学位论文4．4地图打印和导出(1)地图打印系统提供地图整饰和打印功能。用户在地图整饰窗口配置地图要素，可以选择地图的图例、指北针、图名、附图等，并可以选择配置效果预览，修改各种要素的配置。地图配置效果如下图：图4—17地图打印Ftg4一17M印print当前地图还可以方便的复制到剪贴板，粘贴到诸如word等应用程序中，供其它程序使用。(2)地图导出当前视图可以方便的导出成图片和shape文件。图4—18地图导出Flg4一18M印e1妒“n第四章辽宁省农田水利管理信息系统实现4．5缓冲区分析系统以向导的方式提供缓冲区分析功能，共分三步。4．6报表图4—19缓冲区分析向导F嘻4·|9B蝴H口Mlysi5报表系统分两种方式生成：系统提供的模板和自主生成。图4—20报表生成Fig4—20Reportn沈阳农业大学硕士学位论文4．7帮助系统一个成熟的应用系统，应该在适当的时候用恰当的方式给用，rLl有效的提示，因此，帮助系统也是系统成熟度和易用性的另一个指标。本系统已将帮助系统做成了windows标准的HTML帮助文件，用户点击帮助菜单或者在系统内按F1键，都会弹出帮助窗口，给用户指导软件的详细功能和用法，方便快捷。4．8小结图4—21帮助系统Ftg4—21Help科stem本章是在前几章分析和设计的基础上，对系统的实现。详细说明了本系统的界面设计，多种查询的操作、专题图制作、地图输出、缓冲区分析、报表和帮助等系统重要的功能，建立了一个运行稳定、性能良好的地理信息系统，并为升级和扩展提供了足够的空间。57n第五章结论与展望本论文是辽宁省水利厅“辽宁省农田水利管理信息系统”课题的一部分。在课题组成员两年多艰苦奋斗下，该系统已初具规模，并开始进入试运行阶段。作者有幸从2004年开始参与课题的研究和开发工作，受益菲浅。本文详细阐述了农田水利地理信息系统产生的背景、研究的目的和意义，以及其发展概况，在认真总结和分析国内外地理信息系统在水利行业应用的先进技术和经验的基础上，应用空间数据库技术、面向对象技术、组件式GIs技术、计算机技术、地理信息系统等多种手段，开发出了“辽宁省农田水利管理信息系统”，为农田水利管理部门实现高效的空间信息查询、直观的信息显示、便捷的数据查询，为科学的决策分析提供了有力的保证，为GIS技术在辽宁省农田水利行业的普及推广起到了积极的作用。5．1结论1、应用面向对象技术建立了辽宁省农田水利工程数据模型，确立了辽宁省农田水利数据在关系型数据库中的存储结构。2、设计了农田水利工程空间数据库、属性数据库物理结构和逻辑结构，确定了空间数据编码规则，并利用编码连结空间数据库与属性数据库，利用空间数据库引擎mcSDE实现了属性数据和空间数据的统一查询、检索、存储、分析与管理。3、应用Mapobjects组件，开发出了基于GIS的辽宁省农田水利管理信息系统，实现了空间定位查询、条件查询、点击查询、空间关系查询等多种查询方式，地图、表格的输出和多媒体显示与输出等，为大规模、大尺度农田水利空间数据、属性数据的管理奠定了良好的技术基础。4、系统具有良好的稳定性和可扩展性，提供了网络扩展功能，可以很方便的加入信息发布、3DGIs显示、GPs接入等功能，并能和诸如Office等办公软件建立良好的通讯，扩展系统的办公自动化程度。5．2展望1、扩大数据容量。辽宁省幅员轮廓，水利工程众多，资料的收集不是某一个部门就能完成的，会牵涉到多部门多机构。况且许多工程资料陈旧，无法满足数字化的要求。因此，应加强细节数据的获得力度，扩大数据容量。2、扩展决策支持。本论文侧重于农田水利基础地理信息系统的管理功能建设，虽n沈阳农业人学硕士学位论文然地图、图表、查询互相结合已经能为管理人员提供详细直观的决策依据，但缺乏后端模型库和方法库的支持，由系统提供决策方案和进行方案评优的功能较弱，应在本系统的基础上，加入知识库、模型库和方法库，实现灌溉水资源优化配置、田间作物生长模拟、灌溉制度优化、方案评估等决策功能，为农田水利管理人员提供直观的指导和决策3、提高系统的时效性。GIs多为静态数据，时效性差，要想实现一个综合性强、实时高效的管理，这些静态数据还远远不够。因此，下一步研究重点之一应该是系统如何同RS(遥感)、农田水利自动化系统、天气预报系统、水文测站等自动化系统连接，做到多种数据实时传输，提高农田水利管理的自动化程度。4、继续探讨组件式GIS在农田水利管理细细系统中应用。组件式软件开发方式是未来软件业开发趋势，GIS组件的功能也会越来越强大。MapObjects在图层搜索功能、图层渲染类型识别功能等都相对较弱，应加强空间分析、三维渲染等功能。59n参考文献1．毕硕本，王桥，徐秀华．2003．地理信息系统软件工程的原理与方法．北京：科学出版社2．边馥苓．1996．地理信息系统原理和方法．北京：测绘出版社3．陈俊、宫鹏．1999．使用地理信息系统——成功地理信息系统的建设与管理．北京：科学出版社4．陈庆秋等．1997．灌区管理信息系统模块结构设计技术研究．华北水利水电学院学报，(3)5．陈述彭，鲁学军，周成虎．1999．地理信息系统导论．北京：科学山版社6，陈于，等．2005．3s堤防数据库管理系统的建设与应用．测绘科学，(10)：46-477．陈禹．2001．基于Mapobjects控仲的地理信息系统设计与开发．计算机T程，27(4)8．丛沛桐等．2005．三防指挥系统设计与应用一b京：中国水利水电出版社9．冯琰，施一民．2002．开放式地理信息系统(OpenGIs)与互操作技术分析．测绘工程，ll(4)10．冯益明，刘洪霞．2004．Mapobjects开发中数据组织方式的探讨顺0绘科学，(1)：72．7411．龚健雅．1999．当代GIs的若干理论与技术．武汉：武汉测绘科技大学出版社12．郭元裕．农田水利学．北京：中国水利水电出版社13．韩海洋，龚健雅．1999．开放地理信息系统的内涵与地理信息互操作性的实现．测绘通报，(6)：22-2414．郝平，等．2001．组件式地理信息系统技术|浙江工业大学学报，29，(3)：301．30315．宏兴，尚小林，徐宏伟．2003．渠灌区灌溉管理信息化发展模式探讨]．西北农林科技大学学报(自然科学版)，(10)16．胡和平，田富强．2004．灌区信息化建设．北京：中国水利水电出版社17．黄牧涛，王乘．2002．数字灌区及其实施方案研究．科技进步与对策，19(12)：3．4718．金正淑，葛华．2003．组件技术的研究与探讨．东北电力学院学报，23(1)：51．5319．邝孔武，王晓敏．2002．信息系统分析与设计．北京：清华大学出版社20．李佳田，等．2003．基于sDE的数据廊片j研究．微机发展，421．李亚卿，等．2002．地理信息系统在鸭河口灌区中的应用冰利科技与经济，(9)；153．15422．刘光、刘小东．2004．地理信息系统二次开发实例教程——vc．NET和MapObjects实现．』b京：清华大学出版社23．刘光．2003．地理信息系统二次开发教程——组件篇．北京：清华大学出版社24．卢麾，等．2002．基丁遗传算法和GIs技术的灌溉决策支持系统．水利水电技术，(7)：27—3025．卢敏，张展羽．2004．GIS在农业水土领域的应用与研究进展．中国农村水利水电，f9)：8．1126．罗予东，陈伟君，2004．组件式GIs的研究与开发．计算机时代，(2)：11—1327．苗作华，刘耀林．2005．水利信息系统中的GIs技术，测绘科学，(6)：92—9428．水利部．2003．全国水利信息化规划29．谭伟，冯仲科，张雁．2005．基于Ⅵsualc++的Mapobjects功能扩展的讨论．测绘科学，(12)：103．10460n沈阳农业大学硕士学位论文30．涂志勇．1998．空间数据库目标聚合功能的研究与实验．武汉：武汉测绘科技大学，31．汪卫民．1998．地理信息系统及其在水利行业中的应用．微型电脑应用，(3)32．王德文．2002．组件式地理信息系统的研究与应用．信息技术，(8)：41-4433．王辉．1998．GIs工具软件可视化设计中的JL个问题．测绘通报，1998(12)34．千家耀．20叭．空间信息系统原理．北京：科学出版社35．王少锋．2004．面向对象技术uML教程一E京：清华大学出版社36．王伟长．2000．地理信息系统控件(Activex)-一MapObjec协培训教程．北京：科学出版社37．王玉宝，何武全，尚虎君．2003．GIs技术在灌区管理中的应用．西北水资源与水工程．(9)：39．4238．王育坚．2003．visualc什面向对象编程教程．北京：清华大学出版社39．魏文秋，于建营．1997．地理信息系统在水科学和水资源管理中的应用．水科学进展，(3)40．邬伦．2001．地理信息系统：原理、方法和应用一b京科学出版社41．邬群勇，王钦敏，肖桂荣．基于组件技术的地理信息系统应用研究．计算机应用，2l(7)42．薛伟．2004．MapObjects——地理信息系统程序设计．北京：国防工业出版社43．于军．2002．MapObjectsforVisualc++在ArcIIlf08平台下实现钻孔特征属性查询功能的方法研究．江苏地质，26(2)：80-8344．张海藩．2000．软件工程导论．第三版．北京：清华大学出版社45．张汉松，方金云．2003．网格GIs在大型灌区信息化建设中的应用．中国农村水利水电，(8)：23—2646．张建华，庞良玉，高永才．2001．节水农业技术的现状．西南农业学报，14卷增刊47．朱光，等．1999．地理信息系统基本原理及应用．测绘出版社48．Hai曲，A著，贾爱霞等译．2003．面向对象的分析与设计．北京：机械工业出版社48．ABHeinem蛐，GHoogenboom．2002．Detenninationofspa石alWaterrcquircmentsatcountyalldregionallevclsusingcmpmodelsandGIsAnex锄pleformestateofPamna．A鲥cultIlralw甜erManagefnellt，(52)；177—19649．J．Coppock，D．WTgh砌．1991．111eHistoryofGIS，GeographicInfbrIIlationSystem．L0ndon：Lon掣nanhlc50．RonaldjNorInan．2000．objects-Orientedsystem、AnalysisandDesi鲫．北京：清华大学出版社51．UzairM，Sh踟si．1996．Stom—WaterMallagementIInplementationlllroughModelingAndGIS．WaterResource．Plug．Andmgmt，(2)：114-12752．WANGQing．1997．F100dDisasterAnalysisBasedonGISandRemoteSensillg．hl：PmceedingofIEAS’97＆IWGIS’9753．Y抽gx．，ZhouQ，MMelville．1998．AnintegraceddminageneMorkanalysissystemforagricultllraldrainagemallageInent．Part1．A鲥cultllralwaterManagement，(1)：73—8654．zITANChcn．1998．BuildingHygrokinematicsNe附orkDatabaseofChina．IIl：Geoinfomlatics’98ConfbrcnceProceeding6n致谢感谢我的导师王丽学教授，是她长久以来给我生活上的关心和学习上的指导，本论文是在她的悉心指导下完成的。导师高尚的人格、渊博的学识、朴素的为人都让我钦佩感激，我将牢记恩师的教诲。感谢我在辽宁省水利水电科学研究院3s信息研究所实习期间的领导和同事。感谢所长王振颖教授级高级工程师，是他给了我一个良好的生活、学习的环境，带领我畅游“地理信．息系统”这个美妙的世界，感激之情无以言表。感谢一起学习和工作的同事王莉、郭蕊、曹丽娜、赵巨伟、高成军，没有她(他)们，就没有本论文的完成，就少了许多生活上的乐趣。感谢我的同学和师兄弟：吴琼、崔鹭、赵立勇、车忠仕，姜小伟，等等。感谢三年来陪伴我一起学习的所有2003级水利专业的研究生。感谢我的父母和家人对我永远的关怀，感谢我的爱人王瑾对我的支持和爱，他们给了我温暖和动力，让我能顺利的完成我的学业。感谢所有给我关心和爱护的水利学院领导、老师，对他们表示衷心的祝福!感谢我深爱的母校一一沈农，祝愿她永远年轻!王军二oo六年五月七日