（系统分析与集成专业论文）人工增雨天气预警应急指挥系统开发.pdf

摘要 目前，突发性天气灾害越来越多，并且给社会带来的危害也呈逐年增大趋势。 随着经济社会的快速发展，人类对天气的影响痕迹越来越明显，极端天气的出 现也越来越多，伴随气象事业的发展，人影增雨作业区域的逐年扩大，对人工增 雨作业指挥的要求也在逐年提高。近期，青海省人民政府实施了青海省灾害 性天气预警信号发布办法，将基于g i s 的天气应急预警信息系统应用于自然 灾害的天气应对中，将以前单一化属性管理转变为全面系统管理提供新的手 段。特别是近年来，国家投资数十亿建立了青藏高原的气候检测系统，人工影 响天气系统等，以积极应对随时会对农业生产和人们生活造成影响的天气状 况。从中我们也不难发现我国人工增雨的规模和现代化建设发展很快。针对 现状，我们也应该认识到发现开发出一套及时准确的对天气要素进行采集、分 析、并且制作预警、警报、分发给所需单位，同时通过手机短信遥控人工增雨 一系列工作的系统显的至关重要。目前还没有一套成熟的系统可以完整的实施 以上全部工作，虽然现在分布实施的系统已经存在，但怎么样才能把分布工作 有机整合、把所有工作进行有效管理显得尤为重要，而且社会需求很大，社会 效益明显。所以开发出一套完美的集预防、实施和评估于一体的应急预警指挥 系统，已经迫在眉睫。基于这样的背景，我们开发了本系统。系统基于w i n d o w s 窗体开发的c s 模式，应用a s p n e t 和g i s 技术进行开发，设计了一种基于 m a p o b j e c t s 地理信息系统组件的人工增雨天气预警应急指挥系统，该系统以青 海省气象局三江源地区立项项目为依托，模块化设计，实现了流程自定义，并且 支持大型数据库。并且系统采用了主流的图形用户界面和友好的人机交互方 式，图形用户界面容易学习使用，使用菜单不必记忆指令名称，具有高度的图 形功能，直观生动，如采用线性多边形框选、分类图层加载等，还可以多个视窗 并用，同时显示多样信息，将数据库使用与前台页面同时显示，使界面效果更加 直观有效。本文介绍了系统研究的背景和意义，着重介绍了系统开发过程中应 用的主要技术以及技术选择的原因、系统的方案设计、整体架构设计、主要功 能模块以及系统中应用的短信群发系统和地址簿的设计，最后介绍了系统的核 心重点技术的设计和实现。 关键词：地理信息系统；天气预警：m a p o b j e c t s ；c 拌语言 a b s t r a c t n o w a d a y s ，p a r o x y s m a lw e a t h e r - d i s a s t e r sn o to n l ya r eg e t t i n gm o r ea n dm o r e ， b u ta l s o b r i n g st h es o c i e t ym o r ea n dm o r eh a r my e a rb yy e a r a st h e f a s t d e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i cs o c i e t y ，p e o p l e st r a c ei n f l u e n c i n gt h ew e a t h e ri s g e t t i n gm o r eo b v i o u s l y m e a n w h i l et h ev i o l e n tw e a t h e r sa p p e a r a n c ei sa l s og e t t i n g m o r ea n dm o r e a st h ed e v e l o p m e n to ft h em e t e o r o l o g i c a le n t e r p r i s e ，t h eo p e r a t i o n a r e ao fa r t i f i c i a lr a i n f a l li n c r e a s e sy e a rb yy e a r ，a n dt h ed e m a n df o ra r t i f i c i a lr a i n f a l l o p e r a t i o n sc o m m a n da l s oi m p r o v e s i nr e c e n t , q i n g h a ip r o v i n c eg o v e r n m e n th a s c a r r i e do u t “q i n g h a ip r o v i n c ed i s a s t r o u sw e a t h e r e a r l yw a r n i n gs i g n a li s s u em e a n s ” i ta p p l i e sw e a t h e re m e r g e n c ye a r l yw a r n i n gi n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hb a s e do nt h e g i sf o r d e a l i n g 、 ，i t l lt h en a t u r a l d i s a s t e rw e a t h e rc o n d i t i o n , t r a n s f o r m st h e b e f o r e h a n ds i m p l i f i c a t i o na t t r i b u t em a n a g e m e n tf o r t h ec o m p r e h e n s i v es y s t e m s m a n a g e m e n tp r o v i d e st h en e wm e t h o d s p e c i a l l yi nr e c e n ty e a r s ，t h es t a t eh a v e e s t a b l i s h e d t h e q i n g h a i t i b e tp l a i nc l i m a t ee x a m i n a t i o ns y s t e m 、t h ew e a t h e r m o d i f i c a t i o ns y s t e ma n ds oo n 州t l ls e v e r a lb i l l i o n s ，f o rd e a l i n g 州t ht h ew e a t h e r c o n d i t i o nw h i c hm a b e yc r e a t p o s i t i v e l yi n f l u e n c et ot h ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n a n dt h ep e o p l el i v e s r e c e n t l y , w em a ys u m m a r i z et h es c a l eo fo u rc o u n t r y sa r t i f i c i a l r a i n f a l la n dm o d e r n i z a t i o nd e v e l o pr a p i d l y i nv i e wo ft h ea b o v e ，i t sn o td i f f i c u l tt o f i n dt h a ti t si m p o r t a n tt od os u c has e r i e so fa c t i v e sg a t h e r i n ga n da n a l y z i n gt h e e l e m e n t so f w e a t h e ra c c u r a t e l ya n dt i m e l y ，t h e n p r o d u c i n g a n d d i s t r i b u t i n gt h e e a r l yw a r n i n g 、w a r n i n gt ot h eu n i t sw h i c hn e e d ，m e a n t i m ed i s t a n tc o n t r o l l i n g a r t i f i c i a lr a i nf a l lb ys e n d i n gm e s s e n g e r s t h e r eh a sn o tas e to fm a t u r es y s t e m st o c o m p l e t ea b o v ee n t i r ej o b sa tp r e s e n t a l t h o u g ht h e r ea r ea l r e a d yt h es y s t e m s d i s t r i b u t e di m p l e m e n t a t i o n , t h ep a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tt 1 1 i n gi sh o wt oo r g a n i z et h e d i s t r i b u t e dw o r ka n dm a n a g ea l lw o r ke f f e c t i v e l y m o r e o v e rt h e r ei sl a r g es o c i a l d e m a n da n do b v i o u ss o c i a le f f i c i e n c yf o rs u c has y s t e m i nv i e wo ft h ec u r r e n t p r e s e n ts i t u a t i o n , t h e r eh a sn o ta s e to fp e r f e c te m e r g e n c yd e c i s i o nm a k i n g 、e a r l y w a r n i n ga n dc o m m a n ds y s t e mi n c l u d i n gp r e v e n t i o n 、i m p l e m e n t a t i o na n da p p r a i s a l t h e r e f o r ed e v e l o p i n gas e to fe f f e c t i v ec o m m a n ds o f t w a r ei sa l r e a d yi m m i n e n t t h i s i i s y s t e mi sb a s e do nw i n d o w st h ew i n d o wd e v e l o p m e n tc sp a t t e r n , a n do nt h e d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fa s e n e ta n dg i s id e s i g naa r t i f i c i a lr a i n f a l l e m e r g e n c yd e c i s i o nm a k i n g 、 e a r l yw a r n i n ga n dc o m m a n ds y s t e mb a s e do n m a p o b j e c t sc o m p o n e n tg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m i td e p e n d so nq i n g h a i p r o v i n c e si n i t i a t i n gap r o j e c to ft h r e ef i v e rs o u e c ca r e a , i sam o d u l a r d e s i g n , r e a l i z e s t h ep r o c e s sc u s t o m i z a t i o n , a n ds u p p o r t sl a r g ed a t a b a s e a n dt h es y s t e mh a su s e dt h e m a i n s t r e a mg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ea n dt h ef r i e n d l ym a n m a c h i n ei n t e r a c t i o nw a y t h eg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ei se a s yt ob es t u d i e d ，a n dt h eu s e rm e n ud o e sn o tn e e d t 0r e m e m b e rt h ei n s t r u c t i o nn a m e ，a n di th a st h eh i 曲g r a p hf u n c t i o n , d i r e c t v i e w i n g a n dv i v i d f o re x a m p l e c h o o s i n gt h eo p e r a t i n gp o i n tw i t ht h el i n e a rp o l y g o nf r a m e ， l o a d i n gt h ec l a s s i f i e dc h a r tl e v e la n ds oo n t h e ni tm a ya l s ou s es o m ew i n d o w sa t t h es a m et i m ef o rd e m o n s t r a t i n gt h ed a t a b a s ea n dt h eo n s t a g ep a g es oi tc a nm a d et h e c o n t a c ts u r f a c ee f f e c t m o r e d i r e c t v i e w i n ge f f e c t i v e l y t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h e b a c k g r o u n dt o t h e s t u d yo ft h es y s t e ma n ds i g n i f i c a n c et ot h es t u d yo ft h e s y s t e m ，f o c u s e do nt h ep r o c e s so fa p p l i c a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e s ，a s w e l la st h em a i nr e a s o n sf o rt e c h n i c a lo p t i o n s 、s y s t e md e s i g n 、t h eo v e r a l ls y s t e m a r c h i t e c t u r ed e s i g n 、t h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e sa n dt h e a p p l i c a t i o no fs m s t e c h n o l o g yi nt h i ss y s t e ma sw e l la st h ea d d r e s sb o o kd e s i g n f i n a l l y ，w ed e s c r i b e s t h ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fc o r et e c h n o l o g yi nt h i ss y s t e m k e y w o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m , w e a t h e rw a r n i n g ，m a p o b j e c t s ，c 群 i i i 果。 学位论文独创性声明 本人郑重声明： i 、坚持以。求实、创新一的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经 发表或撰写过的研究成果。 意 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢 作者签名：荔箍速 e t 期：也；! ，善参 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸 质版：有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书 馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论 文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定 作者签名：荔盔逮： e 1 期：型l ： ；五，五 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 导师签名： 日期： 南京信息工程大学硕士论文 人工增雨天气预警应急指挥系统开发 第一章绪论 1 1 课题研究背景和目的意义 1 1 1 课题研究背景 “三江源”地区地处青藏高原，因中华民族的两条母亲河长江、黄河及著名国际河流 澜沧江发源于青海境内而得名。是我国生物物种形成、演化的中心之一，也是国际科技界 瞩目的研究气候和生态环境变化的敏感区和脆弱带。有关科研资料表明，“三江源”地区 气候及生态环境的变化不仅直接影响着当地的资源开发利用和经济建设，而且对全国乃至 全球气候变化及生态平衡起着极其重要的作用。 。 据4 0 多年的气象资料分析，近年来，由于受气候干旱化及滥牧、滥垦、滥砍等过度的 人类活动的共同影响，“三江源”地区年平均气温呈上升趋势，同时降水量逐年减少。这 一地区出现了草场退化、土壤沙化、流量减少、湖泊萎缩等一系列生态恶化问题。为了改 善三江源地区生态环境，目前，我国已将。三江源”地区列入中国陆地面积最大的生态环 境自然保护区。 近年来，国家在三江源地区进行了一系列的生态环境保护和人工增雨措施，特别是通 过人工增雨促进了三江源地区生态环境的改善。在三江源地区实施人工增雨的主要目的不 仅仅包括在三江源作业区增加大量降水，增加三条大河的径流，而且要通过增雨促进三江 源地区生态环境保护和三江流域的经济社会发展。今后，国家将继续投入专向资金，在三 江源地区实施人工增雨和生态保护措施。课题研究正是基于这样的背景和针对以上问题和 需求进行了大量调查、研究后提出的。 1 1 2 课题研究目的意义 建立一套基于地理信息系统的数据采集、数据综合管理、预警信息制作发布及生态监 测资料平台实现对三江源地区数据采集流程电子化，智能化，提高工作效率及科技水平， 为人工增雨工程提供基础数据支持和初级产品保障显得尤为重要，建立完善的、可以实时 传输的、具有标准生态气象格式的综合系统是准确实施在三江源地区实施人工增雨，制订 进一步的人工增雨方案和实施计划的重要步骤。建立完善的人工增雨天气预警应急指挥系 统是保护三江源地区生态环境状况的基础，是涉及到保护三江源地区生态环境的重要一环 传统的人工增雨指挥，主要依靠气象人员对气象资料的分析后，采用电话通知的方式， 电话通知的方式对人工增雨这种要求及时性和连续一致性的要求已经越来越滞后和不适 应，同时气象工作人员要在不同的环境下查看气象资料，这种模式已经不能满足当前工作 的需要，所以为了适应气象事业发展的需要，必须引进新技术，更新传统观念，提高服务 水平和能力。g i s 正是在这种背景下被引入气象事务操作管理中的，地理信息系统 ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mg i s ) 是国际上近几年来发展起来的- - f - j 新兴边缘学科。 它是利用现代计算机技术和数据库技术来输入、存储、处理、显示和输出空间信息及其属 性数据的计算机系统。天气预警应急指挥系统就是利用地理信息系统等计算机技术和采集、 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 管理、更新、综合、分析与处理天气等要素的信息技术系统。g i s 所特有的可视化表达方 式和空间分析功能非常符合天气要素信息所具有的区域性强、隐蔽、复杂、动态、数据量 大等特点。同时g i s 也是把气象产品的各种信息有效聚合的粘合剂，所有的信息通过地理 信息相互关联，有机结合，为气象事业提供更深层次的信息化应用。m a p o b j e c t s 是功能强 大的组件式地理信息系统开发控件。c 群语言是m i c r o s o f t 专用在n e tf r a m e w o r k 平台上进 行开发的- - f - j 新型编程语言。本课题基于m a p o b j e c t s 与c 拌语言开发人工增雨预警应急指 挥系统，使气象信息库、属性数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态 更新，从而大大提高了气象事业工作的效率和质量。可以为人工增雨的管理、计划、实施 提供直观的，有效的手段，及时提供准确的天气现状，为人工增雨决策提供科学依据。 1 2 国内外的研究现状 目前地理信息系统在我国气象领域的应用越来越普及，更多的气象工作者开始认识到 地理信息系统技术的使用价值，无论是在气象资料管理、农业气候区划、气候状况跟踪、 气象灾害评估、大气成分变化趋势预测，以及气象建模分析评价及提供辅助决策方面，地 理信息系统都发挥着不可替代的作用。 国外气象行业采用计算机信息管理也已比较普遍。一些发达国家在g i s 的发展已取得很 大进展，许多城市已建立基于地理信息系统的气象预警系统，且已进入专业化应用与商品 生产阶段。但是我国基础信息数据不完善，将g i s 与气象结合起步稍晚，但着眼于g i s 在 气象中应用的潜力，也已进行了积极的探索1 “。随着气象事业发展战略的实施和“3 s ” 集成技术的出现，g i s 技术在气象领域的应用必将迎来一个迅速发展的崭新阶段。 从国内外发展状况看，地理信息系统技术在重大自然灾害和灾情评估中有广泛的应用 领域。气象灾害活动最为频繁，分布最为广泛，对全球影响较大的气象及衍生灾害主要包 括：洪涝、干旱、台风、暴雨、雷电等。利用g i s 技术进行灾害监测，建立灾害损失评估 模型和进行情景分析，使灾害损失模型的建立向定量化方向发展为防灾减灾规划和决策的 制定提供科学依据怕卜h 。在气象灾害评估中，g i s 发挥的主要作用是：基础背景数据( 包 括地理、社会、经济) 的管理：空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础：灾害 演进过程模拟平台。 1 3 课题来源与应用 本课题基于青海省气象局项目，与青海省三江源人工增雨天气预警指挥项目同步展开， 在课题研究过程中，通过实地需求调研和分析，我们获得了第一手资料，通过对三江源地 区的基本天气要素的了解和实地情况的掌握，把理论与实际有机结合，开发出可靠性、实 用性和稳定性都很强的天气预警应急指挥系统。 1 4 本章总结 本章主要介绍了本课题的研究背景，分析了三江源地区实施人工降雨应急指挥系统开 发的重要性，利用g i s 对气象业务进行科学管理的现实意义与国内外目前的研究现状。 2 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 第二章系统开发技术概述 2 1 地理信息系统概述 ， 地理信息系统简称g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，是对地球空间数据进行输入、 存储、检索、运算、分析、建模、显示、输出等的计算机系统，是集空间科学、测绘遥感 学、现代地理学、信息科学、计算机科学、环境科学和管理科学为一体的新型边缘学科捧j 。 2 0 世纪5 0 年代，随着计算机科学技术的兴起和计算机在航空摄影测量与地图制图学中的 应用，人们开始利用计算机采集、存储、处理和分析各种与地理空间分布有关的图形和属 性数据，直接为管理和决策服务导致了地理信息系统的问世。它不仅可管理数据、文字 信息和图形，而且以计算机为工具，以空间数据为研究对象，将不同来源，不同类型的数 据和相关的属性信息进行有机的结合和综合分析查询，是综合处理和分析空间数据的一种 有效的新技术系统。同时，它具有及时、迅速、准确、完整地查询各种资料信息，实现图 型与属性数据的空间查询、分析计算及编制专题地图等功能。并具有良好的兼容性和资源 共享等优点。因此，g i s 在地质、农业、城市建设、商业、军事等领域得到广泛的应用， 且效果良好。地理信息系统作为传统学科( 如地理学、地图学和测量学等) 与现代科学技 术( 如计算机科学、遥感技术等) 相结合的产物，已逐步发展成为一门管理空间数据的现 代化综合性学科。 2 1 1 地理信息系统的特征 “地理信息系统”这一术语是1 9 6 5 年由w l g a n i s o n 提出的 9 1 ，由于地球是人类赖以生 存的基础，所以g i s 与人类生存、发展和进步紧密关联，受到人们愈来愈广泛的重视。“如 果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系统就是地理学的第三代语言”。可以说， 地理信息系统已成为当代信息产业中发展最快、覆盖领域十分广泛的高新技术。与一般的 管理信息系统相比，地理信息系统具有以下基本特征：地理信息系统在分析处理问题中结 合了空间数据与属性数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应 用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法。普通管理信息系统则只有属性数据库 的管理，即使存储了图形，也往往以文件等机械形式存储，不能进行有关空间数据的操作， 如空间查询、检索、相邻分析等，更无法进行复杂的空间分析。地理信息系统强调空间分 析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析 模型的研究与设计。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。据统计，人类可利用信息资源的8 0 是与地理信息有关的。 2 1 2 地理信息系统发展历史 地理信息系统最早应用在资源环境管理中。目前它已经广泛用于资源环境，如森林、矿产、 水利及农牧业等的管理：自然资源，如林业、地质矿藏、水资源等的调查；自然灾害，如 水早在害、虫害、震灾等的监测、预报、评估：环境保护，如水土流失、荒漠化治理等方 面。 3 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 2 1 2 1 国外地理信息系统的发展历史 国际上地理信息系统的发展始于2 0 世纪6 0 年代，地理信息系统起源于北美。世界第 一个运行性地理信息系统是在1 9 6 3 年加拿大土地调查局为了处理大量的土地调查资料，由 测量学家r f t o m i n s o n 提出并建立的。同一时期美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实 验室，建立了s y m a p 系统软件，竭力发展空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术 水平不高，存贮量小，磁带存取速度较慢，使得g i s 带有更多的机助制图色彩，地学分析功能 极简单。2 0 世纪7 0 年代以后，由于计算机软硬件迅速发展，特别是大容量存贮功能磁盘的 使用，为地理空间数据的录入、存贮、检索、输出提供了强有力的手段，使g i s 朝实用方向 迅速发展。美国、加拿大、英国、西德、瑞典、日本等发达国家先后建立了许多不同专题、 不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。如美国地质调查局建立了5 0 多个地理信 息系系统。如美国地质调查局建立了5 0 多个地理信息系统用于地理、地质、地形和水资源 等领域空间信息的工具，典型的有g i r t s ，用于处理、分析全国范围土地利用和土地覆盖制 图的空间数据。这期间许多大学和研究机构也开始重视g i s 软件设计及应用的研究。如美 国纽约州立大学创建了g i s 实验室，后来发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美 国国家科学基金会支持的国家地理信息分析中心。7 0 年代的g i s 分析功能和6 0 年代相比， 并未得到很大的扩充，许多数据库的容量也较小。因此，7 0 年代可以说是地理信息系统的巩 固阶段。2 0 世纪8 0 年代是g i s 普及和推广应用的大发展阶段，由于新一代高性能的计算机 的普及和迅速发展，g i s 也逐步走向成熟。g i s 的软硬件投资大大降低而能力明显提高，已进 入多学科领域，由功能单一、比较简单的分散系统发展成为多功能的用户共享的综合性信息 系统，并向智能化发展伽。随着g i s 与卫星遥感技术的结合，g i s 已用于全球变化的研究与 监测。如全球沙漠化、厄尔尼诺现象等研究。所以，8 0 年代是地理信息系统发展具有突破 性的年代，出现了一些具代表性的性能较好的g i s 软件。如a r c i n f o 、m i c r o s t at i o n 、s i c a d 、 g e n a m a p 等。 2 0 世纪9 0 年代，g i s 已成为确定性产业，投入使用的g i s 系统，每2 - - 3 年就翻一番。g i s 已 渗透到各行各业，愈来愈多的国际性会议、学术刊物以g i s 为主题，它已成为人们规划管理 中不可缺少的应用工具。 2 1 2 2 中国地理信息系统的发展历程 中国的地理信息系统研究与应用始于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，虽然历史较短，但 发展很快。大体分3 个阶段。第一阶段，从1 9 7 8 - v 1 9 8 0 年为准备阶段，主要是舆论准备，队 伍组建，开始g i s 的启蒙研究。第二阶段，从1 9 8 1 1 9 8 5 年为起步阶段，主要对g i s 进行理 论探索和区域性实验研究，并制定国家g i s 的规范，并进行信息采集、数据库模型设计。1 9 8 5 年国家资源与环境信息系统实验室成立。第三阶段，是从1 9 8 6 年到现在，为g i s 的全面发展 阶段，作为一个全国性的研究领域，g i s 已逐步和国民经济建设相结合，取得了重要进展和实 际应用效益。一方面，以研究资源与环境信息的国家规范和标准、省市县级的规范和区域性 的规范为主体，解决信息共享与系统兼容的问题。另一方面，开展全国性的自然资源与环境、 国土和水土保持信息系统的建立和应用模式。研究、开展结合水保、洪水预警和救灾对策、 防护林生态和城市环境等方面区域信息研究。第三方面是研制和发展软件系统和专家系统， 4 南京信息工程大学硕士论文 人工增雨天气预警应急指挥系统开发 从技术上支撑上述研究领域的开拓与发展。如北京大学的地理专家系统、华东师大的地理 应用程序软件包等。并完成了一批综合性、区域性和专题性的信息系统，如黄土高原水土流 失信息系统、黄河下游洪水险情预警信息系统、中国国土基础信息系统等。现已在全国范 围内形成了地理信息系统的科研队伍，大中小城市的城市信息系统和土地利用信息系统，资 源管理信息系统等专题的地理信息系统纷纷建立和运转起来。 2 1 3 地理信息系统的发展趋势 地理信息系统( gis ) 是一种空间信息系统，它的主要功能既是对自然界和人类社会 的各种空间和非空间的复杂现象进行处理、表示和分析。但当前的gis 一般只能处理地 球表面的信息，或者通过建立数字地面( 高程) 模型的方法来处理和表示地形的起伏，即所谓 的2 d 和2 5 dgis 技术，而在许多地学应用中，很多真3 维的自然和人工现象需要处理、 分析和表达，地学工作者们迫切的希望把更加真实和交互的可视化技术引入自身领域。因 此，3 dgis 成为当今的研究熟点。 可视化技术是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象、自然景观以及十分 抽象的概念图形化，以便理解现象、发现规律和传播知识。它自十多年前产生以来，以其惊 人的速度飞速发展。可视化理论和技术应用于gis 开始于2 0 世纪9 0 年代初。对于gi s 来说，空间信息可视化更重要的是一种空间认知行为，在提高空间数据的复杂过程分析的 洞察能力、多维和多时相数据和过程的显示等方面，将有效地改善和增强空间地理环境信息 的传输能力，有助于理解、发现自然界存在的现象相关关系和启发形象思维的能力。当前的 可视化技术已经远远超出了传统的符号化及视觉变量表示法的水平，进入了在动态、时空变 化、多维的可交互的gis 条件下探索视觉效果和提高视觉功能的阶段。其重点是将那些 难于设想和接近的环境与事物，以动态直观的方式表示出来。 2 1 3 13 s 技术的结合 3 s 技术指的是全球定位系统( g p s ) 、遥感技术( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 。g p s 、 g i s 与r s 集成技术应用越来越广i l 。3 s 技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走 向综合的规律。g i s 发展的重要趋势是与全球定位系统( g p s ) 和遥感( r s ) 的集成，从 而构成实时的，动态的g i s 。g p s 为g i s 的快速定位和更新提供手段，遥感技术的多谱段、 多时相、多传感器和多分辨率的特点，为g i s 不断注入“燃料”，反过来又可利用g i s 支 持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息。3 s 技术整体结合所构成的系统是高度自 动化、实时化的g i s 系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能， 而且能够分析和运用数据，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种 复杂问题。 2 2 组件式g i s 组件式软件技术已经成为当今软件技术的发展方向之一1 1 2 l ，为了适应这种技术 潮流，g i s 软件象其他软件一样，已经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂家 提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发 的方向上来。无疑，组件式g i s 技术将给整个g i s 技术体系和应用模式带来巨大影 响。 5 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 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 而发展到组件式g i s 和w e b g i s 的过程。传统g l 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，属于独立封闭的系统。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。组 件式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。 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完 成不同的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其它非g i s 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g i s 应用。控件如同一堆各 式各样的积木，他们分别实现不同的功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ，根据需要把实 现各种功能的。积木”搭建起来，就构成应用系统。 2 2 1 组件式gis 系统的特点 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统g i s 工 具无法比拟的优点【13 1 。 2 2 1 1 小巧灵活、价格便宜 由于传统g i s 结构的封闭性，往往使得软件本身变得越来越庞大，不同系统的 交互性差，、系统的开发难度大。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，用户可以根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了用户的 经济负担。组件化的g i s 平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式 与数据库系统连接。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能价格比获得 或开发g i s 应用系统。 2 2 1 2 无须专f - jg i s 开发语言，直接嵌入m l s 开发工具 传统g i s 往往具有独立的二次开发语言，对用户和应用开发者而言存在学习上 的负担。而且使用系统所提供的二次开发语言，开发往往受到限制，难以处理复杂 问题。而组件式g i s 建立在严格的标准之上，不需要额外的g i s 二次开发语言，只 需实现g i s 的基本功能函数，按照m i c r o s o f t 的a c t i v e x 控件标准开发接口。这有利 于减轻g i s 软件开发者的负担，而且增强了g i s 软件的可扩展性。g i s 应用开发者， 不必掌握额外的g i s 开发语言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集成开发环境， 以及g i s 各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。目前， 可供选择的开发环境很多，如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、v i s u a lf o x p r o 、b o r l a n d c + + 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 以及p o w e rb u i l d e r 等都可直接成为g i s 或g m i s 的优 秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统g i s 专门性开发环境 相比，是一种质的飞跃。 2 2 1 3 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i n p r o c 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 6 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 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。 2 2 1 4 开发简捷 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。在g i s 或g m i s 的开发过程中，开发人员的素质与熟练程 度是十分重要的因素。这将使大量的m i s 开发人员能够较快地过渡到g i s 或g m i s 的开发工作中，从而大大加速g l s 的发展 ， 2 2 1 5 更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以象使用其他a c t i v e x 控件一样使用g i s 控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大众化进 程。组件式g i s 的出现使g i s 不仅是专家们的专业分析工具，同时也成为普通用户 对地理相关数据进行管理的的可视化工具。 2 2 2 组件式gi s 的构成 g i s 软件的模型包含若干功能单元，诸如空间数据获取、坐标转换、图形编辑、 数据存储、数据查询、数据分析、制图表示等可以想象要把这些所有的功能放在 一个控件中几乎是不可能的，即使实现也会带来系统效率上的低下。一般可以认为 g i s 构件的设计主要遵循应用领域地需求。 2 2 3g i s 组件与组件式g l s 产品 g i s 组件和组件式g l s 是有区别的两个概念，g l s 组件指实现g i s 某部分功能 的软件组件。而组件式g i s 是指由一些列各自完成不同功能的g l s 组件群构成的一 个整体，这些组件既可以集成在一起使用，更能拆开使用。 有时我们也把初级的只有一个控件的组件式g i s 成为g i s 组件，如m a p o b j e c t s 和m a p x 就是2 0 世纪九十年到中后期推 出的最著名的g i s 组件产品，其中m a p ob j e c t s 由e s r i 推出，m a p x 由m a p l n f o 公 司推出。这两个产品的共同特点都是只包含g i s 的基本功能，属于入门级组件式g i s 产品。 2 0 0 0 年前后，e s r i 推出的a r c o b j e c t s 和超图推出的s u p e r m a po b j e c t s 把 组件式g i s 平台发展到一个新的阶段，庞大的g i s 组件群包含了从数据管理、格式 转换、地图编辑、排版制图、网络分析、叠加分析、缓冲区分析、栅格分析、二维 可视化、三维可视化等g i s 的几乎全部功能，并引领了此后将近十年的g i s 二次开 发方式。 2 3 系统开发模式与g is 组件选择 ，本系统采用g i s 组件开发模式。g i s 组件的代表作应首推m a p o b j e c t s 以及m a p x 等。 其中m a i k ) b j e c t s 由全球最大的g i s 厂商e s p j ( 美国环境研究所) 推出；m a p ) ( 由著名的桌面 7 南京信息工程大学硕士论文人工增雨天气预警应急指挥系统开发 g i s 厂商美国m a p l n f o 公司推出。另外还有加拿大阿波罗科技集团的t i t a n 等。下表是 m a p o b j e c t s 和m a p x 的主要功能对比。 表2 1m a p o b j e c t s 和m a p x 的主要功能对比 功能 m a p o b j e e l sm a p x 显示的地图数据格式a r c v i e w 的s h p 、a r c i n f o 的c o v c r am a p l n f o 的数据格式 g e 、s d e 图层 叠加栅格图像有。 有 对地图的常用操作 放大、缩小、