（环境科学专业论文）山东省土壤环境质量信息系统的研究与开发.pdf

山东师范大学硕士学位论文 质量评价等功能。并且随着土壤质量评价标准体系的不断完善，可以在原有系统的基 础上，稍作改动就可以适应新的评价标准体系，具有开放性好的优点。 土壤环境质量信息系统的建设需要长期、系统的数据积累和软硬件系统的完善 与更新。系统专业模型的不断扩充和完善，系统模拟功能的不断增加和改进，土壤环 境质量信息系统网络化等都将是今后发展的方向。 关键词：土壤环境质量、g i s 、m 印x 、v b 2 0 0 5 山东师范人学硕士学位论文 s t u d ya n dd e v e l o p m e n t o ni n f o r m a t i o ns y s t e mf o rs o n e n v i r o n m e n tq u a l i t yi ns h a n d o n gp r o v i n c e a b s t r a c t w i t ht h ep r o g r e s so fc o m p u t e rs c i 朗c e ，m o d e mi n f o 咖a t i o nt e c h n o l o g y ( i t ) i sr a p i d l y d e v e l o p i n g g e o 伊a p h i c a “n f o n t l a t i o ns y s t e i i l ( g i s ) i s 砸d e l ya p p l i e di nv a r i o u s6 e l d so f n a t i o n a le c o n o m y t 1 1 ec o m p o n e n tg i s ( c o m g i s ) c o m b i n i n gw i t hs o m ec o m p r e h 朗s i 坩 d e v e l o p m e n tp l a t f o m lw i t hs t r o n g e r如n c t i o l l sh a sb 黜et h em 旬o rt r e n do ft h e c o n t 锄p o r a r ys o 胁a r et e c h n o l o g yd e v e l o p m e i l t t h ec o m p o n e i l tg i sc o m b i n i n gw i m s o m ec o m p r e h e i l s i v ed e v e l o p m e n tp l a t f o 册h 勰i n c o m p a r a b l ea d v a n t a g e sc o m p 撕n gw i m t r a d i t i o n a lg i ss o 胁a r e ，蛐do 胁san e wm e t h o d 南rs o l v i n gt e c l l n i c a lp r o b l 锄so f 仃a d i t i o n a lg i ss o n w a r e s o i li s v e 叮i i i l p o r t a n t f o r h u m 锄b e i n g ss u i v a l a i l d d e v e l o p m e i l t b e c a u s eo f t l l e h i 班一s p e e dd e v e l o p m e l l t o f e c o n o m y a i l dm e o v e h i x p l o i t a t i o n o fl a n d r e s o u r c e ， m es o i le i l v i r o n m e i l t a l p r o b l e m i s b e c o m i n g i i l 淝鹤i n 西ys 舐o l l sa 1 1 di tc a t c h e sm o r ep e 叩l e sa 仕饥t i o n t 1 1 es o i le n v i r o 帆铋tq u a l 毋 i i l f o 册a t i o ns y s t 锄( s e q i s ) c a l lp r o v i d ea 钯d m i c a ls u p p o n 衙t h em a i l a g e i l l t 觚d d e c i s i o n - m a l ( i n go fs o i le n v i r o n m e l l tq u a l n ya n dl 柚du s e i i lt h i sp 印c o m p o n e i l tg i ss o 胁a r em a p h l f o m a p xc o m b i n e dw e l l 、7 l ，i t ht h em o s t p o p u l a rd e v e l o p m e n ts o r w a r ev b n e ta n dd b m ss q ls e r v e r 2 0 0 0i no r d e rt ob r i n ga b o u t t h e l e i ro 、) i r na d v a n t a g e t h es y s t e i t lf r 锄铡旧出w 嬲d c s i g n e da n dm ea t t r i b u t ed a t a b a s e 锄ds p a t i a ld a t a b a s ew a sc o n s t r t l c t e db yt l l e 孤a l y s i so fs o 腑a r er e q u i r e m 锄t 锄dm e c o n f i g u r 砒i o no fs o r w a r ea n dh a r d w a r e t h e 丘m c t i o n so fd a t am a n a g e i i l e n t ，d a t a 觚a l y s i s a i l da s s e s s m e l l t 锄di m a g ed a t ad i s p l a yc a i lb ea v a i l a b l e t h em 旬o ro b j e c t i v eo ft h ep r e s 咖 s t u d yi st od e v e l o pi n f o 彻a t i o ns y s t 锄s o f t 、j l r a r eo fs o i le n v i r o m e n tq u a l i t yi ns h a l l d o n g p r 0 v i i l c e ( s e q i s ) n em a i nc h a r a c t 耐s t i c so fs e q i si n “sp a p e rw 盯e 勰f o l l o w s ： 1 1 1 1 es e q i sb a s e d0 n l eo 伍c ec h a nh a dm ec h a r a c t 耐s t i co f o 街c ec h a na n d a t t i 伯u t ed a t ai nm es 锄es y s t 锄a n dt h es y s t 锄n o to i l l yc o u l dd i s p l a yv i s u a l l ym e l l i 山东师范大学硕士学位论文 i n f o m a t i o na b o u ts o i le i i r o m e n tq u a l i t ) rb y 伊印l l i c a ld a t ab u ta i s oc o u l dp r o v i d eu s e r m o r ed e t a i li n f o 咖a t i o na b o u tt h et a r g e tb ya t t r i b u t ed a t a 2 t i l es e q i sb a s e do nt h ec o m p o n e n tg i st e c h n o l o g yh a dt h ec h a r a c t 甜s t i co f g e o s p a t i a ld a t aa n da t t m u t ed a t aa i l dt l l es y s t 锄c 孤c o n d u c tc o m p r e h e n s i v ev i s u a l i n q u i r i e sf o ru s e r sa n di ta l s op r o v i d e sav e 巧c o f e n i e n te 矗e c t i v ew a y f o ru s e r st oo b t a i n s p e c i f i ci n f o m a t i o n 3 1 1 1 es e q i su s e st h ep o p u l a rr e l a t i o n a ld a t a b a s es y s t 锄( d b m s ) s q ls e e r 2 0 0 0 t os t o r es o i la t t r i b u t ed a t aa n di tc a ni m p l e m e md ”a m i cu p d a t eo ft h e 砌b u t ed a t aa l l d t h e m a t i cm a p st or e n e c tm es o i le i l v i r o n m e n t a lq u a l i t yi nr e a l - t i m e 4 t l l es e q i sl l s e sm er e l e v a l l tm a t h 锄a t i c a l 觚c t i o n sp r o v i d e d b ys q ls e e r 2 0 0 0 t oi m p l e m e l l tt h e 旬n c t i o n ss u c h 嬲t h em a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i o n ，s t a t i s t i c a la i l a l y s i sa n d q u a l i t ye v a l u a t i o ne t c w i mc o n s t a l l t l yi m p r 0 v eo ft h es o i le i l v i r o n m e n tq u a l i t ye v a l u a t i o n s t a n d a r d ss y s t e m ，i th a sm ea d v a i l t a g e so fo p 肌t oa d a p tt ot i l en e ws y s t e mo fe v a l u a t i o n c r i t e r i aw i mm i n o rc h a l l g e so nt 1 1 eb a s i so fm ee x i s t i n gs y s t 锄 t h ec 0 n s 缸u c t i o no fs e q i sn e e d st l l el o n g t e n na c c u m u l a t i o no fd a t aa n ds o 胁a r e 锄d h a r d w a r eu p d a t e nw i l lb e c o m et h ed e v e l o p m e n tt r e n di nt h e 如t u r et h a tt h ep r o f e s s i o n a l m o d e lo fs e q i si sc o m i n u o u s l yp e r f e c t e d ，m e 如n c t i o no fs e q i si sc o n t i n u o u s l yi n c r e a s e ， a n dt h es e q i sd e v e l o p st o w a r d sn e l t w o r k k e yw o r d s ： s o i le n v i r o n m e n tq u a i i t y ；g i s ；m 印x ；v b 2 0 0 5 i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，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( 注：如没有其他需要 特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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谢意。 学位做作者签名：彦踊 导师签字：1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解山东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权山东师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 黧嚣6 勰p 签字日期：加泸6 月莎r 导师签字： 签字日期：力稻年多月 山东师范大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 土壤是一种重要资源，也是人类赖以生存和发展的晟根本的物质基础。但是近 年来，随着我国土壤利用强度的快速、持续增加，引起的污染问题越来越突出和严 重【l 】，直接或恻接地危害到人体健康【射。目前，我国受重金属污染的耕地面积己达2 0 0 0 多万hm 2 ，每年出产重金属污染的粮食约1 2 0 0 万吨，可见重金属污染对我国农业生 产的负面影响已经非常严重。2 0 0 1 年农业部启动了无公害食品行动计划，把无公 害农产品生产基地的环境质量评价作为无公害农产品生产基地建设的必要条件。农 产品产地土壤环境质量直接关系到农产品的产量和安全质量，因耕地土壤重金属污 染带来的农产品安全和与其相关的土壤环境质量评价研究越来越引起人们的关注和 重视。 我国早在2 0 世纪7 0 年代就开始了土壤背景值的调查研究，并且编辑出版了 中国土壤元素背景值和中华人民共和国土壤环境背景值图集，一些著名学者 近年来进一步丌展了土壤重金属污染的研究与评价，取得了显著的生态效益、社会 效益和一定的经济效益，同时也积累了大量的自然、社会、经济状况的原始数据， 以及翔实的动态调查、试验、测量、统计数据，还有许多相关的论著、文件、资料， 较为详尽地反映了我国土壤重金属污染的情况和研究进展状况。这些资料数据的管 理经过了手工管理和文件系统管理的阶段，但随着监测范围的扩大，研究的进展， 积累的数据资料越来越多，管理或处理起来越来越显得艰难。但是，与此同时，随 着地理信息系统( g i s ) 和全球定位系统( g p s ) 、数据库等现代技术的出现，使得对土壤 信息的管理变得更加简单，对土壤资源的动态监测与评价可以提供更加客观的决策 支持。 土壤环境质量信息系统是在计算机相关软硬件的支持下，将土壤环境质量相关 数据按照统一的地理坐标，以一定的编码和格式采集、存贮、操纵、修改、分析、 评价和综合应用的技术系统。建立土壤环境质量信息系统的主要目的是在计算机等 现代手段支持下，快速、精确、综合地对土壤环境质量进行调查和对土壤环境质量 数据进行科学管理，按不同的专业需要进行解释、评价，使土壤环境质量信息得以 山东师范大学硕士学位论文 最大限度地利用，及时、有效的对土壤做出环境质量评价，为相关部门提出有效的 污染防控措施提供决策依据。对我国农田土壤的保护发挥巨大的作用，创造出应有 的经济效益、生态效益和社会效益。 2 0 0 6 年国家环保总局下发关于开展全国土壤污染状况调查的通知，为摸清山 东省土壤环境质量状况，省环保局制定了山东省土壤污染状况调查实施方案。要 求通过开展全省土壤污染状况调查与评价，全面、系统、准确掌握我省土壤环境质 量总体状况及土壤背景点环境质量变化情况，查明我省重点地区土壤污染状况及其 成因，评估土壤污染风险，确定土壤环境安全级别，分析全省土壤环境污染的区域 特征，研究筛选污染土壤修复技术，加强土壤环境质量监督。在此背景下，山东省 土壤环境质量信息系统的研究与开发就应运而生。 1 2 国内外土壤信息系统( s i s ) 的研究现状 土壤信息系统( s i s ) 是近年来国内外土壤学界研究的热点课题之一。它不仅 能够为用户提供准确及时的土壤环境质量信息，而且也能够提供地质、水文、植被、 气候、等相关领域的综合性信息【3 1 。土壤信息系统的应用不仅提高了土壤工作者在监 测、制图、建模等方面的技术水平，也强化了土壤科学的研究和应用，可以 兑为迎 接数字地球的挑战，及时地发展土壤信息系统是土壤学融合到现代地学和信息科学 的必然趋势。地理信息系统( g i s ) 诞生后，其功能和应用领域不断扩大。 1 2 1 国外土壤信息系统的开发研究状况 土壤信息系统作为处理土壤空间数据信息管理土壤资源的重要手段，是适应社 会生产实践的需要而发展起来的：土壤信息系统在全球很多国家的资源环境评价和 模拟等多方面发挥着极为重要的作用。它不仅能为合理规划和利用土壤资源提供最 基本而全面的土壤基础信息，同时也为理解土壤圈与水圈大气圈之间物质循环的关 系，监测和研究环境变化保护和治理土壤、水乃至大气环境提供参考和依据【4 1 。因此， 世界许多国家都十分重视国家土壤信息系统的建立。 自2 0 世纪6 0 年代，加拿大政府为了预测和控制土地利用的变化，力图寻求一 种新的土地资源图编制方法，以在短时间内完成工作，首先建立了土壤信息系统数 据库。随后英国、法国、美国、澳大利亚等国家及联合国粮农组织也相继建立自己 的土壤信息系统数据库【5 卅。至8 0 年代初，各国均已建立和运用土壤信息系统，如美 2 山东师范大学硕士学位论文 国在原有土壤调查信息库的基础上建立了较为成熟的国家土壤信息系统m a s i s ： t l l en 撕o n a ls o i li n f o m a t i o ns y s t e l l l ) 。从2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代，美国地质调查 局和美国农业部就对美国本土进行了两次较大规模的土壤普查【8 】。由地质调查局主持 的普查主要针对非农业土壤，测定土壤、植被中的元素含量。由农业部主持的普查 主要测定土壤、作物中的c d 、p b 等元素含量以及c e c 、有机碳、p h 等土壤属性。 在这两次土壤普查报告中，美国不仅积累了大量的土壤资料，而且还建成并投入使 用了3 个数据库，即：土壤工作数据库、土壤解译数据库及土壤地理数据库。土壤 工作数据库由4 个数据库组成，即：土壤特性数据库、土壤工程测试数据库、土壤 林地和防风林数据库、土壤草地数据库。土壤解译数据库由3 个土壤数据库构成， 即：地图单元土地利用数据库、土壤解译记录数据库、多参数土系查找系统( 由土 系的特征属性或综合属性组成) 。土壤解译数据库用来解译土壤的个别类型的利用， 它包含了全美的1 3 4 0 0 个土系，主要用于美国土壤信息制图。土壤地理数据库由3 ；i 个数据库组成，即：土壤调查地理数据库( 包括1 1 0 0 多个分散的土壤调查区) ，州 土壤协会的地理数据库( 由州土壤图构成) 和国家主要土地资源区域地理数据库( 由 数字化的l ：7 5 0 万主要土地资源区域地图组成) 。此外，还运用数据库系统加强对 数据的管理，并且选择了图形程序显示系统来储存、更新、处理、显示土壤空间数 据。目前美国正在开展建立全美l ：2 4 0 0 0 土壤空间和属性数据库【l 】。 1 2 2 国内土壤信息系统的开发研究状况 中国土壤信息系统基础薄弱，发展比较滞后，因此我国土壤学家面临更艰巨的 任务。1 9 7 7 年利用计算机处理输出了首张全要素地图，1 9 7 8 年地理信息系统发展方 向才得以确立，促进了土壤信息系统的建设【9 l 。8 0 年代中期开展了土壤数据库的建 立、土壤信息系统的研制和应用工作。各省( 自治区) 以及一些地区的s i s 己经着手建 立，如1 9 8 6 年底，北京大学遥感研究中心主持了“土壤侵蚀信息系统研究 ，建立了 区域土壤侵蚀信息系统，对数据输入及数据结构进行比较研究，建立了许多土壤侵 蚀模型；1 9 8 9 年南京土壤所l ：5 0 万东北三江平原土壤信息系统土壤图与数据库建 立；1 9 9 0 年又研究了l ：5 万江西红壤生态站土壤侵蚀图；1 9 9 1 年在“利用信息技 术编制土壤退化图 研究中，应用从土壤土地数据库建立到土壤退化评价方法等现 代信息技术，编制出了实验区的土壤水蚀危害和风蚀评价图；1 9 9 2 年基本完成了海 南岛土壤和土地利用信息库及信息系统工作【l o ，1 1 l ；1 9 9 6 年，在u n d p 的支持下，南 3 山东师范大学硕士学位论文 京土壤研究所联合海南热带农业大学，引进s 0 t e r 的理论和方法，并将海南省作为 中国第一个省级单位开展中比例尺( 1 ：2 0 力) s o t e r 的建立和典型地区示范研究。这 是世界范围内迄今为止最大比例尺的s o t e r 数据库，具有很强的区域应用性【1 2 】； 1 9 9 8 年建立了江西省余江县土壤信息系统【1 3 l 。2 0 0 1 年1 月中科院院士朱兆良提出建 立土壤质量信息系统和监测网络提案”建议借鉴国际上采用的地球科学和信息科学 的先进技术，通过进行第三次土壤普查逐步建立起全国不同生态区的土壤质量信息 系统，进而建立起土壤质量监测中心，逐步形成网络对土壤质量发展趋势做出预测 预报【1 4 】。 1 2 3 土壤环境质量信息系统( s e q i s ) 的发展与研究 土壤污染可以出现在各种土地类型中，直接或间接地对人类健康构成威胁。比 较典型的污染有：持久性有机污染物( p o p s ) 【1 5 】、重金属16 1 、石油类污染物【17 1 、农 药、化肥等。其中，重金属由于其具有隐蔽性和潜伏性，不易降解，具有不可逆性 和长期性，造成的后果尤其严重1 1 8 ，嘲。 对于土壤污染物含量在时蚓上进行长期监控，多时段数据比较：在空问上进行 大范围覆盖研究和空间变异分析，可以有效地为土壤质量控制和环境监控提供依 据。而土壤信息系统( s o i l i n f o m a f i o ns y s t 锄，s i s ) 能够较好地表征土壤污染物的 属性，可以综合处理和分析土壤属性和空间内涵的地理数据，是系统地储存、管理、 分析土壤信息和与土壤形成、特性相关的背景信息的计算机化工具，为用户提供准 确、及时的土壤信息和相关信息。随着人们对于土壤环境质量的不断重视，在土壤 信息系统( s i s ) 的基础上，与环境科学有机结合，便产生了以分析土壤环境质量为 侧重点的土壤环境质量信息系统( s o i le n “r o n m e i l tq u a l 时i i l 缸m 撕0 ns y s t c i i i ， s e q i s ) 。 在土壤污染现状研究方面，不少地区进行了土壤污染现状调查和研究，并与非 污染区土壤进行了比较，但是并没有建立系统的土壤污染物台量数据库。随着对土 壤污染的研究积累，数理统计、地学统计方法及g i s 技术已经广泛地应用于进一步 的研究工作中。这些技术方法的应用对数据的管理提出了更高的要求。 山东省土壤环境质量信息系统( s e q i s ) 在借鉴前人对s i s 的开发研究的基础上， 并考虑到山东省土壤环境质量调查研究的实际需求，充分结合当今流行的计算机软 件技术，特别是数据库技术和组件式g i s 软件m 印x ，进行了开发和研究。为调查 4 山东师范大学硕士学位论文 和研究山东省各类土壤中各污染物的含量、变化和相关决策、管理等提供了重要技 术支持。 1 3 开发研究的目标及内容 1 3 1 目标 在查阅国内外资料的基础上，以山东省为例，充分利用g i s 和数据库技术的特 点和优势，对土壤质量和各种污染因素进行综合分析和评价，建立具有土壤环境质 量监测数据的更新、查询、统计分析和制图制表等功能的信息系统。利用该系统查 获准确、适时的土壤环境质量和土壤污染信息，掌握土壤中主要污染物质的分布特 征、污染来源及时空演化规律。研究成果将为农业或环保部门对土地资源和土壤环 境质量管理与决策、为全方位的农业土壤环境质量信息服务提供技术支撑，为土壤 环境质量预警预报工作的科学化、规范化管理提供借鉴。 1 3 2 内容 利用g i s 软件( 如m 印l n f o m a p x ) 对空间数据进行处理，利用数据库技术( s q l s e r v e r 2 0 0 0 ) 对属性数据进行组织、存储、处理和分析，并且通过空间数据对属性数 据的空间分布特征进行综合分析，使得属性的分布可以显式表达，做到空间数据与 属性数据的相互连接，实现两种数据的互查。 ( 1 ) 属性数据库的创建 。 用关系数据库系统( s q ls e n r e r 2 0 0 0 ) 创建土壤环境质量的属性数据库，根据系 统的功能和非功能需求，设计并完成二维数据表的创建，来存储、管理土壤环境质 量的属性数据；利用数据库提供的函数，完成数据的自动计算、自动填注功能；利 用数据库提供的s q l 语句，完成相关数据的视图化查询，从而实现土壤环境质量属 性数据的信息化、智能化管理。 ( 2 ) 空间数据库的创建 用地理信息系统g i s 软件m a p i n f 0p r 0 矗嚣s i o n a l7 o 完成空间数据，如：行政区图、 土壤类型图、利用类型图、土壤质地图、植被类型图、监测点位布设图、污染源分 布图等图件的矢量化；在m a p x 提供的目录中完成的矢量图件的保存与管理，并对 相关图件进行注册，通过特征码，完成属性数据库与空间数据库的联接，为下一步 的集成开发作好准备。 s 山东师范大学硕十学位论文 ( 3 ) 实现v b 2 0 0 5 + s q ls e r v e r 2 0 0 0 + m a p x 的集成开发 在v b 2 0 0 5 中，完成与后台数据库的连接，对数据进行有效的管理操作，包括 输入、输出、查询、添加、修改等操作；引入组件式g i s 软件m a p x ，完成空间数 据上属性数据的绑定，以及属性数据的空间显示与查询、空间分析功能；引入o 伍c e c h a n 工具，根据检测数据及环境质量评价方法、污染临界值，实现土壤环境质量的 评价及相关统计数据的显示，查询等功能。在集成丌发中，充分利用了组件式g i s 技术m a p x 的特点和优势，建立了一个准确、高效、快速、全面、规范的山东省土 壤环境质量信息系统，完成了土壤污染监测数据的更新、查询、统计分析和制图制 表等工作。 1 4 论文的创新点 1 4 1 原创性 土壤环境质量信息系统( s e q i s ) 的开发研究在国内外的报道很少，一些系统只 是实现了基本的土壤数据的存储、查询的功能，在属性数据的专题图显示上还不够 完善，很少有土壤信息系统( s i s ) 实现了对土壤环境质量的评价功能。而本论文研 发的山东省土壤环境质量信息系统( s e q i s ) ，利用组件式g i s 软件m a p x ，完成了 属性数据的绑定，以及属性数据的空间显示与查询、空间分析功能；利用s o ls e r v e r 数据库技术和o 伍c ec h a n 工具，根据监测数据及环境质量评价方法、污染临界值等， 实现了土壤环境质量的评价及相关统计数据的显示，查询等功能。 1 4 2 多学科交叉 本论文综合了环境科学、土壤学、数据库技术、地理信息系统( g i s ) 等多学科 的专业知识，相互交叉、相互渗透、综合集成，形成了一个很有研究意义的新方向。 其研究成果将为农业或环保部门对土地资源和土壤环境质量管理与决策、为全方位 的农业土壤环境质量信息服务提供技术支撑，为土壤环境质量预警预报工作的科学 化、规范化管理提供借鉴。 1 4 3 对土壤环境质量评价标准体系的探讨具有一定的理论价值 在对前人研究的基础上，针对土壤环境质量评价中遇到的问题，对土壤环境质 量评价的标准做出了探讨，提出了土壤环境质量评价的三级标准体系。 6 山东师范大学硕士学位论文 第二章研发的工具 在上一章中，对土壤信息系统的发展做出了综述，并且对土壤环境质量信息系 统( s e q i s ) 的开发研究进行了讨论，本章对在系统中起关键作用的硬件环境和系统 工具进行专门探讨。 2 1 组件式g i s 技术m a p i n f o m a p x 目前，。比较流行的组件式g i s 产品主要有m 叩o b j e c t s 和m 印x 等。m a p x 是 m 印i n f o 公司向用户提供的具有强大的地图分析功能的a “v e x 控件产品，由于它是 一种基于w i n d o w s 操作系统的标准控件，因而能支持绝大多数标准的可视化开发环 境。编程人员在开发过程中可以选用自己晟熟悉的丌发语言，轻松的将地图功能嵌 入到应用中，并且可以脱离m 印i n f o 的软件平台运行。利用m 叩x ，能够简单快速地 在企业应用中嵌入地图功能，增强企业应用的空问分析能力，实现企业应用的增值。 m a p x 采用基于m 叩i n f op r o f c s s i o n a l 的相同的地图化技术，可以实现m a p i n f 0 p r o 缸s i o n a l 具有的绝大部分地图编辑和空问分析功能。而且，m 印x 提供了各种工 具、属性和方法，实现这些功能是非常容易的。 2 1 1 组件式g i s 的特点 g i s 软件同其他软件一样，己经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂家提供 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【2 0 l 。 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，如今发展 到组件式g i s 和、b 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l o 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 控件与其他非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【2 。把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供 7 山东师范大学硕士学位论文 开发者使用，将会带来许多传统g i s 工具无法比拟的下述优点f 2 2 1 。 ( 1 ) 小巧灵活、价格便宜 由于传统g l 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，晟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l 1 0 ，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 ) 无须专门g i s 开发语言 直接嵌入m i 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，丌发往往受 到限制，难以处理复杂问题f 2 3 1 。而组件式g i s 建立在产f 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 0 r 的a 嘶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 应用丌发者，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s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c ，s u a lf o x p r o ，b o r l a n dc + + ， d e l p h i ，c + + b u i l d e f 以及p o w 邮u i l d 盯等都可直接成为g i s 的优秀开技工具，它们 各自的优点都能够得到充分发挥 2 4 j 。这与传统g i s 专门性开发环境相比，是一种质 的飞跃。 ( 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、缓冲区等空问处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 ( 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，故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。此外，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 山东师范大学硕士学位论文 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 的开发 工作中，从而大大加速g i s 的发展。 ( 5 ) 更加大众化 组件式技术己经成为业界标准，用户可以像使用其他a d 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可视化工具。 2 1 2 组件式g i s 的开发平台 组件式g i s 开发平台通常可设计为下述三级结构1 2 5 1 。 ( 1 ) 基础组件 它面向空间数据管理，提供基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系统 连接。 ( 2 ) 高级通用组件 它由基础组件构造而成，面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组件、 选择工具组件、编辑工具组件、属性浏览器组件等等。它们之问的协同控制消息都 被封装起来。这些组件经过封装后，使二次开发更为简单。如一个编辑查询系统， 若用基础平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用组件，只需几句程序就 够了。 一 ( 3 ) 行业性组件 ， 抽出行业应用的特定算法，尉化到组件中，进一步加速开发过程。g i s 软件的模璎包含若干 功能单元，诸如空问数据获取、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。要把所有这些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的低下。 g i s 组件的设计主要遵循应用领域的需求，例如e s r i 的m a po b ! j e c t s 就是以空问数据访阀制图 为主要目标的g i s 组件。 2 1 - 3m a p x 的空间数据结构 空间数据结构是g l s 的基础，g i s 就是通过这种地理空间拓扑结构建立地理图 形的空间数据模型，并定义各空间数据之间的关系，从而实现地理图形和数据库的 9 山东师范大学硕士学位论文 结台。m a p x 采取的空白j 结构是基于空间实体和空间索引相结合的种结构。空问索 引是查询空问实体的一种机制，通过空间索引，就能够以尽量快的速度查询到给定 坐标范围内的空问实体及其所对应的数据。m a p x 的空间数据结构就像m a p i n f o 数据 一样，是一种分层存放的结构。用户可以通过图形分层技术，根据自己的需求或一 定的标准对各种空间实体进行分层组合，将一张地图分成不同图层。采用这种分层 存放的结构，可以提高图形的搜索速度，便于各种不同数据的灵活调用、更新和管 理。 2 1 4m a p x 组件的模型结构 m a p x 的对象是分层的树状结构。基本组成单元是o b j e c t ( 单个对象) 和 c o l l e “o n ( 集合) 。其中集合包括对象，是多个对象的组合。位于项层的是m a p 对象 本身，其它均由m 印对象继承。l a y e r s 、d a t 踮e t s 、a n n o t a t i o n s 是m a p 对象下面的 三个重要分支。其中l a y e r 主要用于操作地图的图层，d a t a s e t 用于访问空间数据表， a 彻【o t a f i o n 用于在地图上增加文本或者符号。 m 叩x 定义了一个类体系，以有效地组织图形元素、图层、属性数据等对象。掌握了 m a p x 对象，就可通过操纵它的方法和属性达到自由控制地图显示的目的。并且， m 印对象的属性可以在设计时设定，也可以在程序运行时由程序交互设定。 ( 1 ) l a y e r 和l a y e r s 对象 对于m 叩h f o 每一幅单独的地图都是一个图层，m 印x 把地图存储为图层的集 合。一般来说，图层从类型上可以分为点状图层、线状图层和面状图层。例如，注 释和城市符号等都是点状图层，河流、界线等是线状图层，海洋、行政区等是面状 图层。在从上到下排列时，面状图层放在展下层，中问是线状图层，最上层是点状 图层，这样安排能够使得地图合理、浏览方便。针对每一类具体的地物，我们一般 将其放在同一层，即同一幅地图上。然后按照上面的规则来放置图层。在“设计时 通过m a p x 属性对话框或是在“运行时”通过编程可以对图层进行改变。属性对话 框允许设计者通过简单地更改设置来操作图层。也可以在程序中随时更改图层属性 和方法的代码。新建图层、删除图层以及更改图层的可见性和样式等操作都能在图 层上完成。 图层集合对象( l a y e r s ) 是由o 到n 个l a y 盯对象组成的，而图层对象( l a y 哪叉由 特性集合( f e 舢唧组成的，特性集合( f e a t l 】r e s ) 由f e a t u r c 对象组成，每个特性 1 0 山东师范大学硕士学位论文 ( f e a t i l r e ) 都有其自己的属性和样式。它对应地图中的图元，例如点、线或区域。在程 序中可以创建独立的f e a h 鹏对象，也可以取得f e a n l r e 对象的集合。 ( 2 ) d a t a s e t 和d a t a s e t s 对象 在地图上除了具有地理位置属性的地物元素之外，每一个元素都具备自身的属 性，而且往往都与某一应用领域的数据库相关。也只有把地物元素与具体的行业数 ”据联系起来，地理信息系统的应用才有意义。 m a p x 中的d a t a s e t s 对象就是外来数据的集合，通过它开发者可以将数据和数据 库绑定到地图。当m a p x 需要在数据和地图之间指定某个匹配时，该匹配是通过称 为自动匹配自动绑定的处理过程来确定的。如要利用自动匹配自动绑定，首先必须 在g e o d i c t i o n a n r 中注册地图。一旦将数据和地图绑定，就可以看到相关的地理化信 息。数据绑定实现了地物属性的直观表示，这也使得制作专题地图变得可行。 ( 3 ) a n n o t a t i o n 和a n n o t a t i 伽s 对象 所有的地图都离不开注释，因为没有注释的地图不但信息不完整，而且也容易 产生歧义。利用m a p x 中的对象m m o t a t i o n s 集合就可以把文本和符号放在地图上。 作为点状图层，注释层应放在所有其他图层的顶端，并且不和任何数据链接【2 1 l 【2 6 】 ( 4 ) g e o s e t s g e o s e t 是在g e 0m a i l a g e r 中建立好的g s t 文件，类似m 印i n f o 中的w b r k s p a c e 概念，是图层及其设置的集合，控制程序中显示的地图。也可以在运行阶段设置 g e o s e t ，此时将导致己经加载的所有图层和d a t 鹪e t 被删除而由g c o s e t 中定义的图层 所代替p 如果单纯地想删除所有图层，只需给g e o s e t 赋一个空字符串即可。可以使 用g e o s e tm a l l a g e r 程序来管理g e o s e t 文件( 木g s t ) 。默认情况下g s t 文件存储 在恤压a p x m a p s 目录下，可以调用g e o d i c t i o n a 巧m a l l a g e r 程序进行修改，指向用 户程序数据所在的位置。 2 1 5m a p x 的基本功能 使用m a p x 不但可以实现地图数据的地图化浏览，还可以各种直观的方式显示 和查询地图数据，乃至对地图进行创建和编辑。下面是m a p x 的主要功能。 ( 1 ) m a p i n f o 格式地图的显示功能 m 印x 支持m a p i i l f 0 的地图数据格式，可以显示该格式的地图数据以及内置的属 性数据。对于用a u t o c a d 画的图纸，将其另存为d x f 格式的文件，然后利用m a p i n f 0 山东师范大学硕十学位论文 菜单中i m p o r t 导入数据，保存为t a b 格式的文件。并且每一张a u t o c a d 图纸中可以 分图层依次导入m a p i n f o 中，然后把这些t a b 格式的m a p i i