竇長娥, 劉建紅

(淮海工學(xué)院 測繪工程學(xué)院, 江蘇 連云港 222005)

海洋的開發(fā)、利用和保護已成為當(dāng)今全球的熱點[1-2], 為了更好地開發(fā)利用海洋資源, 保護環(huán)境, 科學(xué)合理地使用海域, 開發(fā)利用豐富的海洋資源是未來經(jīng)濟、社會發(fā)展的一個新領(lǐng)域。而海洋信息是開發(fā)海洋和建設(shè)海洋的基礎(chǔ), 為了更好地開發(fā)利用海洋, 必須掌握和管理海洋信息。李巧稚等[3]利用GIS技術(shù)對海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng)框架進行研究。肖桂榮等[4]利用對象組件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)建立海洋功能區(qū)劃WebGIS系統(tǒng), 實現(xiàn)區(qū)劃信息的共建共享和網(wǎng)上公示。鄔群勇等[5]以福建省海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng)的建設(shè)為例, 對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)集成等方面進行了探討。滕駿華等[6]結(jié)合網(wǎng)絡(luò)GIS集成技術(shù), 建立了基于網(wǎng)絡(luò)GIS的海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng), 并對海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)框架和系統(tǒng)研制的關(guān)鍵性技術(shù)進行了研究。李曉等[7]利用MapX組件結(jié)合Visual Basic語言進行專題地理信息系統(tǒng)二次開發(fā), 建立海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng)。游建勝[8]闡述了海洋功能區(qū)劃論——兼論福建省海洋資源環(huán)境及海洋功能區(qū)劃。曹可[9]對海洋功能區(qū)劃的基本理論與實證進行研究。針對連云港市大比例尺海洋功能區(qū)劃多源海量數(shù)據(jù)的特點, 開發(fā)海量空間數(shù)據(jù)綜合信息平臺“連云港市海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)”, 是響應(yīng)“國家海洋功能區(qū)劃管理信息系統(tǒng)”的建設(shè)。本文基于已有成果采用的開發(fā)方法, 利用軟件工程思想和地理信息系統(tǒng)相關(guān)軟件, 以Embarcadero RAD Studio XE2為開發(fā)環(huán)境, 采用Delphi語言, 結(jié)合ArcGIS Engine提供的接口和方法進行程序設(shè)計, 完成基于ArcGIS Engine連云港海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)的設(shè)計, 實現(xiàn)對連云港市海洋功能區(qū)劃信息的可視化管理和查詢, 系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠓椒ê徒M件技術(shù)進行開發(fā), 能夠提高系統(tǒng)的開發(fā)效率, 給用戶提供高效直觀的信息, 更好地利用連云港市的海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù), 提高海洋開發(fā)的合理性和海洋管理的科學(xué)性, 實現(xiàn)區(qū)劃數(shù)據(jù)的動態(tài)管理和信息共享。

1 研究區(qū)概況

連云港市是江蘇省管轄地級市, 位于江蘇省東北部, 東西長129 km, 南北寬約132 km, 土地總面積7 444 km2, 島嶼陸域面積6.22 km2。連云港市海岸南起與鹽城交界的灌河口, 北至蘇魯交界的繡針河口, 大陸標(biāo)準(zhǔn)海岸線長176.5 km, 其中贛榆縣標(biāo)準(zhǔn)岸線46.4 km, 灌云縣21 km, 市區(qū)109.1 km, 有江蘇唯一的基巖港灣海岸40 km和僅有的砂質(zhì)海岸 30 km。連云港市位于中國沿海的“臍部”, 區(qū)位優(yōu)勢極為突出。連云港市海洋功能區(qū)劃是按各種海洋功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn), 把海域劃分為不同類型的海洋功能區(qū)單元的一項開發(fā)與管理的基礎(chǔ)性工作, 根據(jù)海洋區(qū)域資源、環(huán)境、區(qū)位條件、開發(fā)現(xiàn)狀等自然屬性, 結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展需求等因素, 確定各功能區(qū)域的主導(dǎo)功能和功能順序, 合理開發(fā)利用海洋資源, 保護海洋生態(tài)環(huán)境, 規(guī)范海域開發(fā)利用秩序, 實現(xiàn)全市海洋經(jīng)濟持續(xù)、協(xié)調(diào)、有序的發(fā)展。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)是面向海洋管理層, 故系統(tǒng)利用ArcGIS Engine組件開發(fā), 采用C/S模式架構(gòu), 運行于局域網(wǎng)中, 具有系統(tǒng)運行速度快、易于升級, 同時具有操作方便、界面友好以及圖、文并茂等特點, 集成多源空間數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用模型開發(fā)和輔助決策支持, 實現(xiàn)海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù)的管理與輔助分析功 能[5]。因此, 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從邏輯上分為三部分: 數(shù)據(jù)層、邏輯層、應(yīng)用層。系統(tǒng)數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ), 分為空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫, 為應(yīng)用層的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)邏輯層作為中間層連接上下兩層, 并對各部分進行管理[10]。系統(tǒng)應(yīng)用層的核心是區(qū)劃圖和區(qū)劃信息的顯示, 即提供最終成果供用戶使用, 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖1、流程見圖2。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.1 需求分析

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 Fig. 1 The framework diagram of the overall structure of the system

圖2 系統(tǒng)總體流程圖 Fig. 2 The overall flowchart of the system

海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)是面向海洋管理者, 輔 助管理者能夠及時采集、更新、高效管理海洋功能區(qū)劃信息。就海洋功能區(qū)本身的含義來說, 是指根據(jù)海洋的自然資源條件、環(huán)境狀況和地理位置, 并考慮到海洋開發(fā)利用現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟發(fā)展需求所劃定的, 具有特定主導(dǎo)功能, 有利于資源的合理開發(fā)利用, 能夠發(fā)揮最佳效益的區(qū)域。而海洋功能區(qū)劃, 是指依據(jù)海洋自然屬性和社會屬性, 以及自然資源和環(huán)境特定條件, 界定海洋利用的主導(dǎo)功能和使用范圍。顯然, 海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)關(guān)鍵在于提供海洋功能區(qū)的空間位置、地理范圍、面積大小、使用現(xiàn)狀和管理要求等方面的信息。

從功能角度來講, 系統(tǒng)除了應(yīng)該包含基本功能以外, 還要涉及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù), 需要對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、查詢、調(diào)用, 包括數(shù)據(jù)入庫、元數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫還原備份、查詢分析等; 系統(tǒng)應(yīng)涵蓋海洋功能區(qū)劃的各項信息, 包括海洋功能區(qū)的區(qū)劃圖、各級代碼、名稱、地區(qū)、地理范圍、面積、使用現(xiàn)狀和管理要求等, 以便于管理者對各區(qū)進行統(tǒng)一管理和規(guī)劃, 及時更新各方面的信息; 由于系統(tǒng)用戶為海洋管理者, 因此需要完善的用戶管理功能, 各類用戶根據(jù)自身權(quán)限對相應(yīng)功能進行操作, 無法訪問未賦予權(quán)限的信息及功能, 以保證規(guī)劃數(shù)據(jù)的安全性。

3.2 功能設(shè)計

根據(jù)用戶的需求, 連云港市海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)功能應(yīng)能覆蓋整個連云港市海洋功能區(qū)域, 收集、整理、提取和存儲當(dāng)前連云港市海洋功能區(qū)的多源數(shù)據(jù), 構(gòu)建一個集信息查詢與管理為一體的平臺。系統(tǒng)功能模塊采用樹狀結(jié)構(gòu)分級顯示, 第一級主模塊下又分為系統(tǒng)基本功能、圖形操作功能、信息查詢分析功能和數(shù)據(jù)管理功能4個二級模塊; 二級模塊又細(xì)分為子模塊[11]。具體系統(tǒng)功能模塊(圖3)。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖 Fig. 3 The function structure diagram of the system

3.2.1 系統(tǒng)基本功能模塊

該模塊包含GIS應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)具備基本功能, 如地圖操作功能(放大、縮小、選擇、平移等)、文件管理功能(打開、新建、保存、打印等)、系統(tǒng)維護管理功能(登錄、退出等)。

3.2.2 圖形操作功能模塊

該模塊主要提供圖形操作功能, 圖形加載導(dǎo)入功能主要以快捷菜單的形式實現(xiàn); 圖形編輯功能以快捷菜單的形式, 實現(xiàn)查看圖層屬性表、刪除圖層、圖層上下移動等功能; 圖形整飾功能主要在布局中實現(xiàn)對地圖輸出前的簡單整飾。

3.2.3 信息查詢分析功能模塊

該模塊實現(xiàn)海洋功能區(qū)劃信息的雙向查詢功能, 既可根據(jù)圖形查詢到對應(yīng)的屬性信息, 也可根據(jù)一些屬性限制查詢到對應(yīng)的圖形、斑塊。而疊置分析功能實現(xiàn)功能疊置區(qū)的分析, 以便用戶深入了解該區(qū)域的用途。緩沖區(qū)分析實現(xiàn)功能區(qū)周圍環(huán)境影響的分析, 使海洋管理者采取更加合理的措施, 保護好海洋環(huán)境。

3.2.4 數(shù)據(jù)管理模塊

該系統(tǒng)包含空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫, 二者集成共享操作均通過數(shù)據(jù)庫操作模塊實現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)入庫及數(shù)據(jù)庫更新操作, 為數(shù)據(jù)庫提供多源數(shù)據(jù)調(diào)用基礎(chǔ); 元數(shù)據(jù)庫操作, 主要對屬性數(shù)據(jù)庫信息(名稱、表單、字段)進行修改或刪除, 使屬性數(shù)據(jù)庫保持準(zhǔn)確性。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.3.1 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)有柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩種, 表現(xiàn)為海洋功能區(qū)劃中多種功能區(qū)要素類的集合及基礎(chǔ)區(qū)劃圖, 采用Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進行組織和管理, 該模型是一種面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型[12-13], 它支持在標(biāo)準(zhǔn)DBMS中存儲和管理地理信息, 可應(yīng)用于多種DBMS結(jié)構(gòu)和多用戶訪問, 且大小可伸縮。系統(tǒng)根據(jù)連云港市海洋功能區(qū)的劃分, 共建立9個圖層(圖4)。系統(tǒng)海洋功能區(qū)劃柵格數(shù)據(jù)主要來自于 江蘇省海洋功能1∶100萬區(qū)劃圖中的連云港市圖幅。首先在ArcMap中選擇特征明顯的12個控制點, 根據(jù)圖上經(jīng)緯度坐標(biāo), 將其轉(zhuǎn)化為大地坐標(biāo), 調(diào)用Georeferencing, 完成對該圖的配準(zhǔn); 然后依次進行每個圖層的矢量化和符號化, 對圖層要素增加相應(yīng)的屬性字段。

圖4 空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖 Fig. 4 The spatial database structure diagram

3.3.2 屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計

屬性數(shù)據(jù)來源于江蘇省海洋功能區(qū)登記表, 從中選擇連云港市海洋功能區(qū)的信息, 數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括海洋功能區(qū)的二級類代碼和名稱、地區(qū)、地理范圍、面積、使用現(xiàn)狀和管理要求, 這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備將為系統(tǒng)的查詢功能提供后臺支持,將數(shù)據(jù)存儲到InterBase數(shù)據(jù)庫中。而基于Delphi的開發(fā)環(huán)境, 用InterBase自帶的IBX控件, 采用TIBDatabase. databasename方法直接連接到LYG.GDB, 使用方便且開發(fā)、維護費用低, 數(shù)據(jù)庫中的設(shè)計表結(jié)構(gòu)見表1。

表1 連云港市海洋功能區(qū)屬性表結(jié)構(gòu) Tab. 1 The attribute table structure of Lianyungang marine functional zonation

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面, 包括菜單欄、制圖工具欄、鷹眼圖、狀態(tài)欄、地圖管理、查詢、分析、圖形顯示、布局、屬性和數(shù)據(jù)管理等窗口。系統(tǒng)主界面是整個系統(tǒng)的核心, 通過它用戶能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)包含的所有功能(圖5), 具體功能的實現(xiàn)用到了 MapControl控件、TOCControl控件、PageLayoutControl控件和SaveDialog控件等。

4.2 基本功能操作

圖5 系統(tǒng)主界面 Fig. 5 The main interface of the system

基本操作功能主要包括菜單欄、快捷菜單和工具欄。其中, 菜單欄包括文件、視圖、工具、系統(tǒng) 管理和幫助等, 實現(xiàn)圖形的輸出、視圖和工具窗口的切換顯示、系統(tǒng)幫助文檔等; 快捷菜單主要運行于圖形顯示窗口, 包括對地圖的選擇、平移、放大、縮小和全屏等功能, 便于用戶操作; 工具欄為地圖顯示窗口和布局窗口提供基本操作功能, 使用戶對系統(tǒng)的操作更加直觀便利; 具體實現(xiàn)利用LoadMxFile, LoadDwgFile, CoControlsSaveAsDocCommand, ExportMapToFile, RzPageControl1. ActivePage, ataModule1.ClientDataSet.open等方法實現(xiàn)加載文件、保存、輸出和視圖布局、屬性等功能。

4.3 圖形操作

地圖操作模塊包括圖形管理窗口和圖形整飾窗口。圖形管理窗口包括圖層加載和編輯功能, 圖層操作相關(guān)功能都以快捷菜單形式實現(xiàn), 主要包括加載圖層、圖層上移、圖層下移、移除圖層和查看屬性等, 可實現(xiàn)對圖層的不同操作, 以達(dá)到用戶的需求。圖形整飾窗口通過基本布局工具欄和快捷菜單實現(xiàn)為地圖添加指北針、圖例和比例尺等(圖6), 具體實現(xiàn)方法是: CoControlsSelectFeaturesTool.Create, CoControlsMap-PanTool.Create, CoControlsMapZoominFixedCommand. Create, CoControlsMapZoomoutFixedCommand.Create, Mapcontrol1.ActiveView. FullExtent實現(xiàn)圖形管理的選擇、平移、放大、縮小、全圖等功能, 而通過AddShape- File, MoveLayer, DeleteLayer和RzStringGrid1.Cells[I,J]實現(xiàn)圖層的添加、上下移動、刪除和查看屬性等功能, 而Insert Legend, InsertNorthArrow, InsertScaler等方法實現(xiàn)添加圖例、指北針、比例尺等功能。

圖6 地圖整飾圖 Fig. 6 Map decoration

4.4 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢模塊依賴于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù), 通過關(guān)鍵字段的聯(lián)接, 實現(xiàn)海洋功能區(qū)劃信息的雙向查詢功能, 即根據(jù)圖形查詢到其對應(yīng)的屬性信息, 同樣根據(jù)一些屬性限制查詢到其對應(yīng)的空間圖形、斑塊。示例查詢(圖7), 即通過函數(shù) GetFieldInfo ByLayer來實現(xiàn), 具體實現(xiàn)代碼是:

function GetFieldInfoByLayer(pLayer: ILayer; out FieldName:TStringList; out FieldType:TStringList): Boolean;

var

i: Integer;

pLayerFields: ILayerFields;

begin

pLayerFields := pLayer as ILayerFields;

FieldName.Clear;

FieldType.Clear;

for i := 0 to pLayerFields.FieldCount - 1 do

begin FieldName.Add(pLayerFields.Field[i]. AliasName);

FieldType.Add(GetFieldType(pLayerFields.

Field[i].type_));

end;

Result := True;

end;

而通過屬性查詢圖形用到的函數(shù)是:

SearchByPropInfo(aeMapControl:TMapControl;pLayer: ILayer;sWhere:string;out iCounts:Integer;bFlash: Boolean):IFeatureCursor。

圖7 圖形對屬性查詢 Fig. 7 The Graphics for attribute query

4.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析模塊包括疊置分析和緩沖區(qū)分析。

通過疊置分析, 使用戶清晰明了哪些區(qū)域同時包含了哪些不同的功能區(qū)(圖8), 使用BasicGeo- Processor接口進行疊置運算, 具體實現(xiàn)代碼是:

pBasicGeoprocessor:=coBasicGeoprocessor.Create as IBasicGeoprocessor;

pOutputFeatureClass:=pBasicGeoprocessor.Clip (pInputTable, False,pOverlayTable,False,0,pFeatureClassName);

圖8 疊置分析圖 Fig. 8 Overlay analysis

通過緩沖區(qū)分析, 可以實現(xiàn)對該功能區(qū)在某個范圍內(nèi)造成的影響在圖上得以直觀地展現(xiàn), 分析在該范圍內(nèi)其他功能區(qū)的相關(guān)情況, 分析到的區(qū)域則高亮顯示(圖9), 具體實現(xiàn)代碼是:

pGeometry:=GetGeometryByFeatureID(MapControl1, iLayerID,i);

pTopOprtor:=pGeometry as ITopologicalOperator;

MapControl1.FlashShape(pTopOprtor.Buffer(j), 5,1000,EmptyParam);

圖9 緩沖區(qū)分析圖 Fig. 9 Buffer analysis

4.6 數(shù)據(jù)管理

該模塊實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理。空間數(shù)據(jù)的入庫更新主要通過制圖工具欄對圖形要素進行操作, 如刪除、修改、新增功能區(qū)等。屬性數(shù)據(jù)的更新和元數(shù)據(jù)庫操作功能在數(shù)據(jù)管理窗口中實現(xiàn)。只有管理員登錄時, 數(shù)據(jù)管理窗口才顯示, 由此保證系統(tǒng)的安全性, 管理員可以對屬性數(shù)據(jù)進行更新、刪除、修改等(圖10), 管理員登錄的具體實現(xiàn)代碼是:

if(edt1.Text = username) and (edt2.Text = password) then begin

Form1.TabSheet4.TabVisible:=True;

Form1.RzPageControl1.ActivePage:=form1.Tab- Sheet4;

Form2.Close;

DataModule1.ClientDataSet.open; end else begin

Application.MessageBox('密碼與用戶名不符','警告',MB_OK+ MB_ICONWARNING);

end;

5 總結(jié)

本文在分析各地海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上, 結(jié)合當(dāng)前海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù)特點和業(yè)務(wù)需求, 將ArcGIS Engine和C/S模式引入到海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)中, 設(shè)計連云港海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng)框架和功能模塊; 構(gòu)建連云港海洋功能區(qū)劃信息空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫, 空間數(shù)據(jù)庫采用Geodatabase模型進行組織, 屬性數(shù)據(jù)庫采用InterBase數(shù)據(jù)庫進行管理, 從應(yīng)用角度為空間數(shù)據(jù)管理和信息共享提供一種可行的解決方案, 實現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和聯(lián)合調(diào)用, 最后根據(jù)系統(tǒng)框架和數(shù)據(jù)庫模型, 利用ArcGIS, ArcGIS Engine, InterBase數(shù)據(jù)庫及Delphi實現(xiàn)連云港海洋功能區(qū)劃信息系統(tǒng), 它是“數(shù)字海洋”建設(shè)的一個重要組成部分, 將納入“數(shù)字海洋”建設(shè)的總體框架之中, 為海洋的開發(fā)利用、海洋環(huán)境保護和海洋資源管理等信息化奠定技術(shù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ), 解決海洋利用開發(fā)和保護, 實現(xiàn)海洋資源可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

圖10 數(shù)據(jù)管理窗口示例圖 Fig. 10 Data management window

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