（大地测量学与测量工程专业论文）西安市地裂缝信息系统设计与实现初探.pdf

摘要 地裂缝具有生成缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特 点，是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成较大威胁的地 质灾害，对社会经济发展影响显著。 我国地裂缝的分布主要集中在西安、邯郸和大同等地区。其中，西安市地裂缝灾害 又以发育时间长、灾害损失严重而闻名于世。西安市地裂缝灾害研究，虽然历时5 0 余 年，积累了大量地裂缝专题资料，但由于一直未建成相应的数据库与信息系统，从而导 致地裂缝及其相关数据零散、杂乱，这在一定程度上影响了人们对地裂缝灾害问题的整 体认识和全面把握。就地裂缝而言，无论是成因机理的深入研究，还是其对国民经济发 展、城市建设的制约、影响，都需要建立一个集管理、查询、分析等基本功能于一体的 信息管理平台。 本论文在充分调研和考察地裂缝信息管理现实需求的基础上，以西安地裂缝为主要 研究对象，总结目前同类软件的开发经验，采用成熟的软件工程开发模型生命周期 法指导系统总体研发工作。在系统总体设计阶段，着重运用数据流图技术，进行了西安 地裂缝需求分析，并将相应成果转化为具体的数据结构和软件体系结构，完成了西安地 裂缝系统总体设计和数据库设计。最后，基于a r c g i se n g i n e9 2 平台，使用c n e t 语 言初步探索并实现了西安地裂缝系统的信息查询和空间分析等基本功能。 关键词：地裂缝、系统分析和设计、地理信息系统、生命周期法、西安 a b s t r a c t g r o u n df i s s u r ei sas e v e r i t yg e o l o g i c a ld i s a s t e ra tu s i n go fr e s o u r c e s ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n , e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，c i t yb u i l d i n g ，a n dp e o p l e sl i v e s i t sh a ss o m ec h a r a c t e r s u c ha sg e n e r a t i o ns l o w n e s s ，s t a n d i n gf o ral o n gt i m e ，i n f l u e n c eaw i d ea r e a , c o m p l e xi n m e c h a n i s mo fg e n e t i c ，a n dd i f f i c u l t yt oc o n t r 0 1 a l lo ft h e s ea r eo b s t r u c t i o n sa td e v e l o p m e n t o ft h ee c o n o m i c t h ef o c u sa r e a so ft h e 研o u n df i s s u r es t u d ya r ex i a n ，h a n d a na n dd a t o n g x i a n g r o u n df i s s u r ei sf a m e df o ri t ss e r i o u sh a r m i nx i a n ，t h es t u d yo fg r o u i l df i s s u r eh a sb e e n f i 埘y e a r s ，a n da c c u m u l a t e dag r e a td e a lo fi n f o r m a t i o n b u t ，f o rn o th a sad a t a b a s e i n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h eg r o u n df i s s u r ed a t aa r es c a t t e r e da n dd i s o r d e r e d ，s oa f f e c t e dp e o p l e c a l l tt oc o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n dt h ep r o b l e m s t og r o u n df i s s u r e ，b o t hf o rt h ec a u s e so f i n d e p t hs t u d y , a n di t s n a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，u r g e n tn e e dt oe s t a b l i s ha m a n a g e m e n t ，s e a r c h ，a n a l y s i sp l a t f o r ma so n eo f ad a t a b a s ei n f o r m a t i o ns y s t e m o nt h eb a s i so ff u l li n v e s t i g a t i o nm a r k e td e m a n d , a n ds u m m i n g u pt h ec u n e n ts i m i l a r s o f t ：w a r ed e v e l o p m e n te x p e r i e n c e ，t h ep a p e ra r ea d o p t e dl i f e - c y c l et og u i d a n c es y s t e m i n t h es y s t e md e s i g ns t a g e ，i t sf o c u s e do nu s eo fd a t af l o wt oa n a l y s i st h ed e m a n di n f o r m a t i o n o ft h es y s t e m ，a n d ，c o n v e r s i o nt h e s ei n t od a t as t r u c t u r ea n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r e f i n a l l y , i n t h ep l a t f o r mo fa r c g i se n g i n e9 2 ，p r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o nt h es y s t e mf u n c t i o n s 谢t h l a n g u a g et o o l so fc n e t k e yw o r d s ：研o u n df i s s u r e ，s y s t e m sa n a l y s i sa n dd e s i g n ，g i s ，l i f e c y c l e ，x i a n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 年月 日 年月日 长安大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 西安市地裂缝灾害以发育时间长、灾害损失严重而闻名于世【2 】。西安市地裂缝灾害 的研究，虽然已历时5 0 余年，但由于一直未建成系统的监测网络，因此，运用现代监 测手段和信息技术对西安市地裂缝灾害进行系统监测，建立地裂缝灾害的数据库与信息 系统，定期对这些灾害的发展变化及其可能引发的工程灾害做出预测预报，将为西安市 城市建设的合理规划提供基础地质资料和科学依据，为保障城市工程建设和人民生命财 产安全提供预报信息。 本文是在国家自然基金项目西部地区地裂缝调查( 编号2 0 0 4 1 1 3 0 0 0 2 5 7 ) 中的 西安地区地裂缝g p s 监测、成因机理及防治对策研究子项目的支撑下完成的。 1 2 地裂缝概述 1 2 1 地裂缝的基本特征 地裂缝是在自然和人为因素作用下，地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低 的一种环境地质现象，是种不可补偿的永久性资源环境损失【1 1 。地裂缝具有生成缓慢、持 续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点，是一种对资源利用、环境保 护、经济发展、城市建设和人民生活构成威胁的地质灾害，对社会经济的可持续发展影 响巨大。 1 2 2 西安地区地裂缝研究概况 在西安，从2 0 世纪5 0 年代起，陕西省地矿局区域地质调查队、第一水文地质工程 地质队、地质矿产部第三石油普查大队及科研院校等单位，在西安、咸阳市区进行了水 文地质、区域地质调查、基础地质研究，重力、航地磁、人工地震、电测深等勘探及水 资源评价等工作，以及其后的环境保护监测、工程地质勘察、灾害地质及地热资源调查 等【2 1 。相继完成了西安市l ：2 0 万1 ：3 万各种城市系列图的编制，西安市地裂缝调查 初步研究及环境地质等方面的工作。同时长安大学、成都理工大学、中国地质大学( 武 第一章绪论 汉) 以及一些科研单位和其它有关部门也对西安及咸阳地裂缝、城市环境地质、地震等 进行了大量的工作，对城市周围的地质构造、地震、地裂缝、地面沉降等，都提出了看 法和认识。第一水文地质工程地质队和陕西省地质环境监测总站对西安地面沉降和地裂 缝进行了3 0 多年的监测，积累了较为丰富的资料，这些都为本文的开展提供了基础和 参考【2 1 。 根据地裂缝现场调查及已有研究资料，西安地区目前露出地表的规模较大的地裂缝 分布带共有1 4 条，自北向南依次编号为：f l 一辛家庙地裂缝、f 2 一红庙坡地裂缝、f 3 一 劳动公园地裂缝、f 4 一西北大学地裂缝、f 5 一和平门地裂缝、f 6 一秦川机械厂地裂缝、f 7 - 小寨地裂缝、f 8 一大雁塔地裂缝、f 9 一陕西师范大学地裂缝、f 1 0 新开门地裂缝、f l l 一 西三艾地裂缝、f 1 2 一东三艾地裂缝、f 1 3 一北庄子地裂缝、f 1 4 一清凉山地裂缝。除此之 外，还有许多零星发现的地裂出露点【1 4 1 。 1 3 地理信息系统与地裂缝 地理信息系统由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、 检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、 交通运输、经济建设、城市规划以及政府各部门行政管理提供服务，为工程设计和规划、 管理提供角色支持，它是一种决策支持系统，具有信息系统的各种特点。地理信息是有 关地理实体的性质、特征、运动状态的表征和一切有用的知识，而地理数据则是各种地 理特征和现象间关系的符号化表示，它包含空间位置、属性特征及时域特征三部分。空 间位置数据描述地物或现象所在位置，属性数据有时又称作非空间数据，是属于一定地 物或现象、描述其特征的定性或定量指标。由此，可以简单地定义地理信息系统为用于 采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。依照其应用领 域，地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等；根据其 使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；根据其服务对象，可分为专题 信息系统和区域信息系统掣7 1 。 西安地裂缝信息系统属于处理专题数据的一种地质信息系统，它以管理地裂缝相关 信息为核心，利用计算机地理信息技术、信息可视化技术和数据库管理技术对地裂缝数 据进行综合管理，通过各种空间分析和专业分析，为施工部门和研究管理部门提供信息， 2 长安大学硕士学位论文 为领导管理部门提供辅助决策。地裂缝信息系统可以实现传统手工处理方式向现代化信 息管理转型，以保证数据的实时更新、有效管理，避免重复收集数据信息，还可为城市 建设提供规划、设计、决策服务，也能为应对突发事件提供技术支撑。 1 4 目前研究存在的问题和本文研究的内容 1 4 1 以往研究的不足 ( 1 ) g i s 与模型集成不好 g i s 技术未能与以往地裂缝调查的成果很好的相结合。作为新数据g i s 数据的出现， 促使地裂缝的研究工作发生了很大的变化。在对地裂缝引起的社会经济损失时产生了很 大的困难，地裂缝灾害的长期性和调查成果的不确定性也成为灾害评估预警的重要难 题。 再者，专业的模型通常是独立于地理信息系统在各自领域发展起来的，其规模和程 度可能和地理信息系统一样庞大，这样就加大了地理信息系统和专业模型集成的难度， 至今地理信息系统的数据模型仍与一些模型的数据结构不匹配。 ( 2 ) 系统性不强 以往对地裂缝的研究工作学科领域众多，成果丰富，但总的来说比较分散，系统性 不强。往往不同领域的学者从各自的专业角度出发，对地裂缝灾害的自然属性和社会经 济属性分别进行研究。 ( 3 ) 信息的应用不足 对已有的信息应用和挖掘不够。各类信息之间存在着相互联系，信息的不完备性是 相对的，这是以往的研究工作没有足够重视的方面。 1 4 2 本文的主要内容和安排 由于地裂缝研究工作的庞大性和其灾害对人民生活造成不利影响的长期性，加之完 成国家自然基金西部地区地裂缝调查项目的必要性，建立一个地裂缝信息系统 ( g r o u n df i s s u r eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，以下简称g f g i s ) 就有其重要的现实 意义。因此本文主要从系统设计开发的技术角度，对g f g i s 开发的各个环节进行详细 的研究。 3 第一章绪论 本文共有六章，除第一章绪论外，第二章将介绍西安地裂缝信息系统开发的技术基 础；第三章阐述g f g i s 功能开发的总体设计；第四章讨论系统的数据库的设计；第五 章展示系统的部分主要功能；最后，总结有关g f g i s 系统设计的问题。 4 长安大学硕士学位论文 2 1 开发模式选择 第二章g f g i s 开发技术基础 为使系统开发工作顺利展开并确保系统开发质量，必须借助科学的设计方法。几十 年来人们在大量的系统开发实践中探索和发展了许多指导系统开发的理论和方法，如结 构化生命周期法、原形法和面向对象的开发方法等【8 】，这些方法都相对成熟和完善，而 且在实践中应用相当广泛。 对于选用哪种方法进行系统的建设，必须根据g i s 软件设计的特点，采用合适的设 计方法进行软件的优化。本系统需求明确，因此使用较为成熟完善、整体性能好的结构 化生命周期法完成开发设计工作为好。 2 2 组件技术的选择 g i s 技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而发 展到c o m g i s 和w 曲g i s 的过程。传统g i s 虽然在功能上已经比较成熟，但是由于这些 系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属独立封闭的系统【2 5 1 。同时，g i s 软件变得 日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了g i s 的普及和应用。c o m g i s 的出现为传 统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路【1 0 1 。 c o m g i s 是指在某种g i s 组件支持的平台上，利用该平台的组件开发语言，根据组 件提供的接口与专业应用系统集成的系统，或者在g i s 组件系统平台上按照某种协议嵌 入专业应用软件进行二次开发而成的系统。 本文选择c o m g i s 作为技术基础，是基于c o m g i s 的以下特点： ( 1 ) 小巧灵活、价格便宜 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。在保证功能的 前提下，系统表现得小巧灵活，而其价格仅是传统g i s 开发工具的十分之一，甚至更少。 这样，用户便能以较好的性价比来使用g i s 应用系统。 ( 2 ) 可复用性 5 第二章g f g i s 开发技术基础 它是组件式软件最基本的特性，也是组件技术和g i s 技术相结合的最初驱动力。对 于g i s 软件组件的复用还应着眼于和其他非计算机领域结合的专业应用领域中的组件 复用。 ( 3 ) 可封装性 封装的目的不仅是为了隐藏设计和实现细节，使组件对外呈现相对独立的实体，而 对于组件使用者来说，封装还意味着提高组件复用的容易程度。对于g i s 这样复杂的专 业应用更需要重视。 ( 4 ) 可定制性 指组件在组装过程中随组装环境的不同而做出适当的调整。由于g i s 必须和专业应 用结合才能发挥其潜在的功能，因此绝大部分g i s 组件在开发的过程中必须考虑其方便 的可定制性，这是开发的难点之一。 ( 5 ) 直接嵌入m i s 开发工具 组件的生产建立在严格的标准之上，因此，凡符合标准的组件都可以在目前流行的 各种开发工具上使用。这与传统g i s 专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 ( 6 ) 强大的g i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用进程内直接调用形式，所以无论是 管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的g i s 组件完全能 提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 ( 7 ) 开发简捷与无缝集成 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可以自 由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组件提供的a p i 形式非常接近m i s 工具的模式， 开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据，无须对开发人员进行特 殊的培训。 6 长安大学硕士学位论文 3 1 系统概述 第三章系统总体设计 本论文的总体思想是立足于国土资源大调查，以服务于西安市可持续发展为宗旨， 解决当前西安市所面临的地裂缝引起的地质灾害，建立可视化地质模型及城市地质灾害 数据管理与信息系统，显示和预测地裂缝的发展趋势，为城市规划、建设与管理以及社 会公众信息需求提供服务。本章规范系统定义，制定系统开发的方式和方向，说明系统 设计各环节的操作流程和功能。将需求转换为数据结构和软件体系结构，即数据设计和 体系结构设计。 数据设计是将分析阶段所建立的信息域模型转换成软件实现中所需的数据结构；体 系结构设计是把系统的功能需求分配给软件结构，形成软件的模块结构图。 3 2 用户需求分析成果 西安市地裂缝信息系统主要建立以管理、维护、分析和应用西安市和周边地区多尺 度( 包括l ：1 0 万、1 ：2 5 万、1 ：1 万、1 ：5 万) 、多数据源( 包括m a p g i s 、a r c g i s 、 a u t o c a d 、j p g 图片等数据格式) 以及多时态地裂缝信息为主体的综合信息管理平台， 并开发现代化的灾害评估系统。 3 2 1 需求概述 通过研究项目任务书、与用户进行座谈，对市场需求进行调研，本系统的任务如下： 建立涉及地裂缝信息研究的相关数据资料，观测数据，文字图件资料的对象型可更 新数据库。开发针对地裂缝数据库的多信息浏览系统，完成对多比例尺图件的浏览、编 辑、查询、更新和出图：开发地裂缝信息应用系统，展示、模拟和查询地裂缝的各种信 息、显示和查询所有地裂缝的钻孔点的信息、查询地裂缝周边信息、绘制钻孔剖面图、 预测地裂缝对周边环境的影响、预测地裂缝的移动情况等功能；开发灾害评估系统，综 合多方面的研究资料和实时观测数据预测地裂缝和评估灾害损失。 7 第三章系统总体设计 3 2 2 条件与限制 由于条件和实力的限制，加之信息市场的快速变更。本系统旨在完成用户需求和适 应市场需要。由于系统需要大量的实时观测数据，数据采集和入库需要一定的时间，导 致系统有一定的滞后性。 3 3 总体设计 3 3 1 设计目标、依据和方法 g f g i s 目标是建立以浏览、查询、分析、预测为一体的地质灾害信息管理系统。该 系统充分运用g i s 空间数据管理、空间数据分析、多功能图形输出的功能，不仅能对现 有的资料信息做有效的统一管理，随时为用户提供空间查询信息服务及多元信息的空间 综合分析服务，而且能挖掘与地裂缝有关的地质生态环境，对灾害做出预警和评估，随 时加工和输出不同功能的信息数据和图件。 系统的目标： ( 1 ) 对基础的地理空间信息进行更新，建立现势性强，统一的、权威的基础空间 信息浏览查询平台。 地裂缝信息系统的建设需要西安市及其周遍郊区不同比例尺的数据和不同时段 g p s 监测数据的支持。数据的收集、整体和应用是系统建设成败的关键。在系统的建设 过程中，首先要对数据来源进行了解，掌握现有的数据情况，在经费许可的范围内，尽 可能的挖掘和取得高价值的数据。其次，要对现有的数据进行了解和甄别，确定哪些数 据是可用的，哪些是必须的，规范数据的使用原则和应用范围，利用好现有的数据，高 质量的完成系统的建设。第三，要对数据进行整理和管理。现有的数据是海量的数据， 这么多的数据在系统中如何管理和充分的使用，需要进行有效的数据管理和规划，才能 建设好系统。本系统的设计和建设工作，就是要对数据进行收集，甄别、处理和管理。 现有数据为西安市l ：1 0 万、l ：2 5 万、l ：1 万、l ：5 万比例尺的地形地貌、水系、 政区、交通等基础地理数据，各比例尺的地裂缝信息，地质专题图，g p s 控制网图，c a d 地裂缝钻孔剖面图，j p g 图片等。 ( 2 ) 在基础地理信息空间信息基础上进行整合加工、信息扩充，形成可直接服务 于政府和研究单位的信息平台。 r 长安大学硕士学位论文 在完成数据的收集、甄别、处理、管理的基础上，需要对地裂缝专题信息进行规划 和设计。数据是具有多层次、多级别的，但地裂缝信息系统作为一个整体的系统，数据 之间又是互相联系、关联和完整的，因此，保持数据之间的整体性和系统的统一性，是 本系统的目标之一。 ( 3 ) 建立地裂缝应用信息系统。 系统包括信息查询功能和空间分析功能。 信息查询功能：展示穿过市内的所有地裂缝信息，包括地裂缝分区、地裂缝场地信 息、场地内钻孔信息( 包括坐标位置、编号、勘测单位和钻孔详细的剖面图) 。建立完 整、全面、快速的图形数据和属性数据互查体系，使数据库中的信息高效、完整的提供 给用户。 空间分析功能：空间分析主要实现g i s 的基本分析、钻孔剖面图的自动绘制、地裂 缝专题分析和结果输出等功能，其中地裂缝分析是核心，利用系统提供的定制功能，将 用户提供的应用分析模块定制到空间分析菜单中，通过调用相应的模块而完成特殊的空 间分析功能。系统的空间分析功能基于a r c m a p 环境实现 ( 4 ) 建立地裂缝地质灾害评估系统。 包括灾害评估和灾害预警两大模块。利用现有的数据，添加相应的评估模块完成地 裂缝灾害的评估和预警。 ( 5 ) 系统管理帮助系统 此系统包括系统管理模块和系统帮助模块。系统管理模块用于管理登陆使用本系统 人员，设定登陆级别，防止信息流失；系统帮助模块提供系统功能的帮助说明，要建立 实时提供帮助功能，方便各类用户使用。 ( 6 ) 健全完善软硬件、网络及政策机制环境，为系统的服务平台建设、应用和更 新提供支撑保障。 3 3 2 软件编写规范 ( 1 ) 命名规范 在变量和函数名中加入前缀以增进人们对程序的理解。它的具体规则如下：变量要有 一个描述性的名字，如c l a s s n a m e ，名字用大写字母开始；如果变量是一词多名则每个单 词词头需大写。然后，在描述性名称前，加上表示变量类型的字母如，i c o u n t 为整型变 9 第三章系统总体设计 量，e t x t 为c h a r 型变量。 文件名 前三个字母联系相关文件名，表明与其相关联的工程。后面的字母应能区分不同的 功能，不区分大小写。长度不易超过3 0 个字符。 函数名 参照w i n d o w s a p i 的命名规范。使用动宾结构，以便清晰反映函数的功能、用途。 函数名最长不得超过3 0 个字符。函数名第一个字母必须大写。全局函数必须以小写前 缀“g ”开头。 变量名 变量命名参照表3 1 ： 表3 1 变量名命名规范表 前缀名 变量 注释 a a m y y数组 b b o o l e a n ( i n 0布尔( 整数) b yu n s i g n e dc h a r ( b y t e )无符号字符( 字节) c c h a r 字符( 字节) c bc o u n to f b y t e s 字节表 d w d w o r d ( u n s i g n e dl o n g )双字( 无符号长整数) f f l a g s ( u s u a l l ym u l t i p l eb i t s )标志( 一般是有多位的数值) g _g l o b a l 全局的 hh a n d l e旬柄 l i n t e g e r 整数 l l o n g 长整数 1 p l o n gp o i n t e rt o 长指针 md a t am e m b e ro fc l a s s 一个类的数据成员 n s h o r i n t短整形 p p i o n t e rt o 指针 s s t r i n g 字符串 t mt e x tm e t r i e 文本规则 u u n s i g n e di n t e g e r无符号整数 w w o r d ( u n s i g n e ds h o r t )无符号短整数数 cc l a s s类 ( 2 ) 程序书写规范 为了约束程序书写的规范性和以方便以后修改，应对程序书写进行统一的要求。 在h p p 的开头应有一段格式统一的说明，内容包括： 1 0 长安大学硕士学位论文 a 文件名( f i l e n a m e ) ；b 创建人( c r e a t e r ) ：c 文件创建时间( d a t e ) ；d 简短说明 文件功能、用途( c o l l u n e n t ) 函数应有注释说明。内容包括：功能、入口和出口参数，必要时还可有备注或补 充说明。函数入口参数有缺省值时，应注释说明。 每行代码的长度推荐为8 0 列，最长不得超过1 2 0 列。折行以对齐为准。循环、 分支代码，判断条件与执行代码不得在同一行上。 指针的定义，号可以紧接类型，也可以在变量名之前。 、 应独占一行。在该行内可有注释。 必须另起一行， d a t a b a s eg e o d a t a b a s eg e o d a t a b a s e 分类标准 国家技术规定国家技术规定国家技术规定国家技术规定国家技术规定 坐标系统1 9 8 0 西安坐标 1 9 8 0 西安坐标1 9 8 0 西安坐标1 9 8 0 西安坐标1 9 8 0 西安坐标 高斯平面坐标高斯平面坐标高斯平面坐高斯平面坐标高斯平面坐标 3 度分带 3 度分带标6 度分带6 度分带 6 度分带 高程基准1 9 8 5 国家高程1 9 8 5 国家高程1 9 8 5 国家高1 9 8 5 国家高程1 9 8 5 国家高程 基准基准程基准基准基准 表4 2i ) l g 数据量分析表 比例尺 单幅数据量 图幅总数 l ：1 万6 3 m bl 1 ：2 5 万6 m b7 l ：5 万l l m b5 i ：1 0 万 6 m b4 i ：2 5 万3 m bl 数字栅格地图( d r g ) d r g 就是以数字栅格形式存储的地形图，保持了模拟地形图全部内容和几何精度， 生产快捷、成本较低。通常采用扫描纸质地图，经几何纠正，内容更新和数据压缩处理 3 9 第四章数据库设计与实现 后得到的d r g ，它可作为有关的信息系统的空间背景，也可作为存档文件。西安市地 裂缝信息d r g 数据是采用地形图扫描产生的，数据内容如下： 表4 3d r g 数据描述 比例尺1 ：1 万、i ：2 5 万、1 ：5 万、l ：1 0 万l ：5 0 万 图像分辨率 3 0 0 d p i 以上 颜色树二值 数据格式 t 下 坐标系统 1 9 8 0 西安坐标高斯平面坐标3 、6 度分带 4 2 2 数据流图 西安地裂缝地理数据库提供地裂缝信息和数据资料的查询、展示、和灾害预测的相 关数据。对系统的数据流简要描述如下： 图4 1 系统总流程图 长安大学硕士学位论文 部分主要功能数据流程图如下： 厂矢量化功能流程图、 图4 2 矢量化功能流程图 厂 专题查询功能流程图 、 图4 3 专题查询功能查询图 第四章数据库设计与实现 厂 拓扑检查功能流程图、 八。觳 扣= 国兮蝴 蓄令 4 2 3 数据字典 图4 4 拓扑检查功能流程图 西安市地裂缝信息系统数据字典参考： ( 1 ) 数据流定义表 表4 4 数据流定义表 编号数据流名组成 l 0 1用户提供信息e o o l 0 2 纸制地图 e 0 1 l 0 3 数字栅格图 e 0 1 l 2 3 纠正后栅格图 e 0 2 u d 4纠正配准后图e 0 2 l 0 5需拓扑数据e 0 3 l 0 6矢量数据e 0 3 - e 1 2 l 0 7 地裂缝信息 e 1 1 + e 1 2 l 0 8 需求数据 e o o l 0 9 带投影的图 e 0 2 l l o 点图层 e 0 4 e 0 7 l 1 1 线图层 e 1 1 + e 1 2 l 1 2线数据e l l + e 1 2 l 1 3线串e 1 2 l 1 4面串m i ， l 1 5拓扑数据e 0 3 l 1 6 钻孔点e 0 3 + e 0 4 + e 0 5 + e 0 6 、e 0 7 + e 0 8 l 1 7 场地信息 e 0 9 + e 1 3 4 2 长安大学硕士学位论文 编号数据流名组成 l 1 8 孔点编号 e 0 3 + e 0 4 + e 0 5 + e 0 6 、e 0 7 + e 0 8 l 1 9勘测单位 e 1 0 l 2 0位置信息 e 0 3 + e 0 4 + e 0 5 + e 0 6 l 2 l图面数据 l 0 7 + l 1 0 + l 11 + l 1 6 + l 1 7 + l 1 8 + l 1 7 l 2 2用户需求信息 ( 2 ) 数据元素定义表 表4 5 数据元素义表 编号 数据元素名称内部名值域类长 e 0 1 j p gj p g e 0 2j p g ( 带投影) 口g ( l ) e 0 3 大地东坐标 xd 8 e 0 4 大地北坐标 y d 8 e 0 5城市东坐标 l xd 8 e 0 6城市北坐标 l yd 8 e 0 7钻孔编号 z k c o d es 2 4 e 0 8 附图 p i cs 1 5 e 0 9 场地编号 w c o r ds 1 0 e 1 0单位名称z n a m es 1 0 e 1 l编号 f c o r ds 1 5 e 1 2地裂缝分区 f s u b as 1 0 e 1 3场地名称 俘勿a l t l es 2 4 e 1 4 居民地名称 d n a m es 1 6 e 1 5 高程 e l e vd 8 e 1 6 道路名称 r o d es 1 6 ( 3 ) 文件定义表 表4 6 文件定义表 编号文件名内部名 组成 f 0 1地裂缝( g ) f c r a c k l 0 6 ，l 0 9 ，l 16 ，l 17 ，l 18 f 0 2 地裂缝分区( g ) f s u b a l 1 9 ，l 2 0 f 0 3 地裂缝场地( g ) f f l o o rl 1 7 f 0 4 居民地( g ) d r e s i d e l 1 0 ，l 1 1 f 0 5 道路( g ) d r o a d l 1 0 ，l 1 1 f 0 6钻孔点( g )f b o r e l 1 6 ，l 1 8 f 0 7 首曲线( g ) d h e a d l 0 6 ，l 1l ，l 1 2 f 0 8计曲线( g )d c o u n t l 0 6 ，l 1 1 , l 1 2 f 0 9水系( g ) d w a t e r l 0 6 ，l 1 2 4 3 第四章数据库设计与实现 ( 4 ) 加工定义表 表4 7 加工定义表 编号名称输入数据输出数据关联文件加工说明 p 1 配准 l 0 3l 0 4e 0 1 判断是否有坐标 p 1 1 几何纠正 l 0 3l 2 3e 0 1 , e 0 2 纠正客观或人为原因产生的变形 p l - 2 投影 l 2 3 l 0 4e 0 1 加入投影方式 p 1 3 配入坐标 l 2 3l 0 4e o l 配入坐标系统 p 2 矢量化 u d 4l 0 6e 0 1 生产矢量数据 p 2 1 建数据图层 l ( ) 4 图层文件 n u l l 数据分层 p 2 2 矢量获取图层文件 l 0 6n u l l 矢量化 p 3 拓扑检查 l 0 5l 0 6 f 0 4 ，f 0 9数据质量检查，建立拓扑 p 3 1 拓扑条件检查矢量数据 p 3 2 线的疏化 l l ll l l f 0 1 ，f 0 5 ，f 0使得图形曲线更为圆滑、美观 7 f 0 8 ，f 0 9 p 3 3 长线断裂 l l ll 1 l f 0 1 ，f 0 5 ，f 0在线的相交点上产生新的结点， 7 f 0 8 ，f 0 9使原来连续的线在交点处被打断 p 3 4 连线成网 l 1 2 l 1 2f 0 1 ，f 0 5 ，f 0 检查处理线遗漏、在连续线中出 7 ，f o b ，f 0 9现不应有的结点的等情况 p 3 5 建立线一串表 l 1 2l 1 2 f 0 1 ，f 0 5 ，f 0连接线串的起始结点和尾结点， 7 , f 0 8 ，f 0 9 以及顶点 p 3 6 建立面一串表 l 2 1l 2 l f 0 1 ，f 0 5 ，f 0从任意线串开始，根据左转法或 7 , f 0 8 ，f 0 9右转法进行多边形的搜索、连接 p 3 7 生成多变形状f 0 1 ，f 0 5 ，f 0找出与当前的多边形相关的所有 7 ，f 0 8 ，f 0 9线串，计算生成多边形 p 4 基础查询 l 0 6l 2 2 f 0 4 ，f 0 5 ，f o查询基本的地图元素 7 , f 0 8 ，f 0 9 p 5 专题查询 l 0 7l 2 2 f 0 1 ，f 0 2 ， 查询地裂缝专题信息 f 0 3 ，f 0 6 p 5 1 选取 l 2 1 l 0 7 ，l 17 ，f 0 1 ，f 0 2 ，选取需要查询的图面信息 l 1 6 f 0 3 ，f 0 6 p 5 2 孔点查询 l 1 6 l 0 7 ，l 1 7f 0 1 ，f 0 2 ，查询钻空的资料 l 1 8 ，l 1 9 ，f 0 3 ，f 0 6 l 2 0 p 5 3 地裂缝查询l 0 7 l 1 6 ，l 1 7f 0 1 ，f 0 2 ，查询地裂缝的资料 l 1 8 ，l 1 9 ， f 0 3 ，f 0 6 l 2 0 p 5 4 场地查询 l 1 7 l 1 6 ，l 0 7f 0 1 ，f 0 2 ，查询场地的资料 l 1 8 ，l 1 9 ， f 0 3 ，f 0 6 l 2 0 p 5 5 信息显示l 1 6 ，l 17 ， l 2 2 f 0 1 ，f 0 2 ， 显示查询结果 l 0 7 ，l 18 ， f 0 3 ，f 0 6 l 1 9 ，l 2 0 长安大学硕士学位论文 4 3 数据库总体设计 4 3 1 数据库标准化设计 ( 1 ) 图类编码：从涉及地裂缝的多个因素出发，将空间数据按性质分为五大类( 图 类) ，即自然地理类、基础地质类、地裂缝专题类、水文地质类和地面沉降类。图类编 码取图类名称关键词汉语拼音首字母，如有雷同的则以关键词第二个汉语拼音的首字母 区分。图类编码如下表4 4 所示。 表4 8 图类编码 代码 zjdsh 图类名称自然地理基础地质地裂缝专题水文地质地面沉降 ( 2 ) 空间数据库的层次结构：空间数据库按性质分为不同的类型( 即图类，亦称 主分类) ，各类按数据内容和特征分为不同的子类( 子分类) ，每个子分类再按数据所描 述的空间实体的类型及其属性特征分为不同的图层。实际上，图层是由一类图元或性质 接近的多类图元组成空间数据，是g i s 中空间数据存储的最小物理单元。空间数据的层 次结构如图4 5 所示。 图4 5 空间数据的层次结构 ( 3 ) 空间数据库的分类及其编码：将空间数据分为两部分，一部分为自然地理和 社会经济类数据，是地裂缝空间分析的背景信息，这类信息的分类及编码在参照国土 基础信息数据分类代码的基础上，进行必要的扩展。另一部分空间数据为地裂缝空间 分析专题的附属信息，包括基础地质，钻空图片等，这类信息的分类由需要而定。数据 分类编码统一采用8 位码。 第一部分数据分类代码：第一位为主分类码( 图类代码) ；第2 - 6 位为国土基础 信息分类代码，第7 8 位为扩展码，一般为“0 ”。 4 5 第四章数据库设计与实现 第二部分数据分类代码：第一位为主分类码( 图类代码) ；第2 - 6 位为子分类码 即子类在相应图类中的顺序代码；第4 6 位分别为子分类下数据的一级、二级、三级分 类代码，位数不够的用“0 ”补齐：第7 8 位为数据的识别码。数据分类代码结构如图4 - 6 所示。 主 4 0 类 码 4 3 2 数据库结构设计 子 分 类 码 类 代 码 类 代 码 图4 6 数据分类代码结构 类 代 码 识 另u 码 根据空间数据的分类，地裂缝数据库包括自然地理、地裂缝专题、基础地质、水文 地质、地面沉降五大类数据。各类数据按空间信息的实体特性不同，再分为不同的子类， 各类数据具有各自的空间内涵。地裂缝数据结构如下表4 9 。 表4 9 地裂缝数据库结构 数据主分类数据子分类数据内容 水系双线河、湖泊、单线河、沟渠、水系附属物 公路( 高速公路、国家级公路、省级公路、一般公路、乡村公路) 道路铁路( 复线、单线、窄轨) 自然地理道路附属物( 车站、地道、天桥) 居民地居民地、居民点 境界行政区划 地形等高线( 首曲线、计曲线) 地形等高点 地裂缝名称、位置、分布长度 编号、位置、场地信息、钻探单位、点之计、地质岩性、岩性分 地裂缝钻孔 层、孔深 地裂缝专题编号、位置、场地信息、钻探单位、点之计、地质岩性、岩性分 水文钻孔 层、孔深 钻孔场地名称、位置、进场单位、钻孔数量、 钻孔剖面编号，日期 基础地质 地层地层接触关系、时代、分区 丛上x一ll上vxi上墅上x一山 长安大学硕士学位论文 数据主分类数据子分类 数据内容 构造褶皱、断层 侵入岩侵入岩接触关系界限、分区 地貌地貌类型和分区 含水岩组 含水岩分区 地下水类型 潜水、承压水( 浅层、中层、深层沉压水) 水文地质钻孔( 水文地质勘探孔、一般水文地质钻孔) 水文地质特征点泉点( 上升泉、下降泉、矿泉、温泉、热泉) 水文地质自流孔 咸谈水分界线、水文地质剖面线、多年冻土区界线、 水文地质特征线 自流水盆地界线、计算断面等 水文地质参数分 潜水水文地质参数分区、承压水水文地质参数分区 区 g p s 观测点位置、坐标、点之计 水准测量路线位置、长度、数据资料、路线 地面沉降 g p s 图件观测网图 烈s a r 数据图件成果、数据 4 3 3 数据库图层划分 表4 1 0 地裂缝专题空间数据库图层划分方案列表 图 层图层 图层子 图层 主主分 分类 子类图层名称图层编码图层数据描述内容图元类型。 分类码代码 类 钻孔分布 w 0 d 0 8 01 钻孔位置分布( 坐标)点元 钻孔名称 w * 0 d 0 8 0 2 钻孔编码 点元 钻孔单位 w 幸o d 0 8 0 3钻孔单位信息点元 地裂缝 场地信息 w 0 d 0 8 0 4场地名称、位置点元 地 钻孔 0 8 裂 地质岩性w 幸0 d 0 8 0 5地层岩性描述注记 缝 d 岩性分层 w o d 0 8 0 6岩性分层层数注记 专 题 孔深 w 宰0 d 0 8 0 7钻孔深度注记 钻孔剖面 w * 0 d 0 8 0 8地裂缝场地钻空剖面面元 地裂缝w 木o d 0 9 01地裂缝分布线元 地裂缝 0 9 地裂缝分区w 0 d 0 9 0 2地裂缝分区面元 地裂缝剖面w 宰o d 0 9 0 3地裂缝大剖面面元 根据空间数据的层次结构模型，数据的最高层次为数据库，数据库由图类组成，图 类可以分成不同的子类，子类由若干个图层组成。在系统中数据以层的形式进行组织、 4 7 第四章数据库设计与实现 管理，一个图层就是一个存储单元。图层的划分主要考虑到图形的操作、管理和计算， 同时考虑数据本身的专业特点，示例( 地裂缝图层的划分方案如表4 1 0 所示) 。 4 3 4 属性数据结构 图元属性数据是描述图元的性质、状态、联系、变化规律等特征的非空间数据【1 0 1 。 在信息系统中对这类数据的管理采用两种方式：一是建立内部属性表，对内部属性进行 组织管理；二是建立外挂数据库对图元的动态特征数据进行管理。内部属性表与外部属 性通过图元编码实现数据的连接和交换。 1 图元内部属性：图元内部属性反映图元固有的特征，表达的是图元的基本属性。 内部属性结构表如表4 1 1 所示。 表4 1 1 钻孔点内部属性表结构 序号数据项名数据项编码类型长度 说明 1 图元序号 i dn8 系统自动给于 2 图元编码 c h f c a cc8 用户输入 3 图素类型 c h f c a ac8 用户输入 4 图素名称 c h f c a dc1 6 系统自动给于 5 图元名称 g s a ec3 0 图元的实际名称 6 地层岩性g w a gn 8 按国标项输入 注：图素名称为，地裂缝钻孔、水文钻孔、钻孔场地、地裂缝 2 图元外部属性结构：图元的外部属性反映图元的动态变化特征，以外挂数据库的 形式存在。针对不同类