（土壤学专业论文）基于GPSGIS的农业灾害管理系统的研究.pdf

中国农业大学硕i 学位论文 摘要 目前我国农业灾害管理丁作中存在着很多问题，总体来讲科技含量偏低。提高灾害数据 采集和管理的技术水平，特别是运用信息技术，逐步建立健全的农业灾害管理信息系统势在 必行。 本研究以农业灾害管理工作的特点和要求为出发点，设计了一套基于g p s g i s 技术的 农业灾害管理技术方案。另外，本研究还根据基于g p s g i s 技术的农业灾害管理的思想， 设计了一套完整的农业灾害管理系统，包括野外数据采集系统、灾害监测系统、灾害查询系 统和防治指挥系统；在系统的开发过程中，重点设计、研究并实现了灾害采集数据矢量化和 g p s 数据与系统的无缝结合。 为了提高农业灾害管理的信息化水平，本研究参考了g p s 和g i s 技术在地质勘探、物 流管理和智能交通管理中的应用，采用了短信服务( s m s ) 技术，对晴况紧急的灾情做到时 实监控和时实采集。 本研究根据g i s 中一些数据格式不带拓扑关系数据，采用一些经典的拓扑算法和矢量 数据存储结构，完成了对矢量图形的拓扑检验。同时系统为外部的g i s 矢量文件提供完全 封装的数据接口，并不针对任何一种g i s 数据格式，从某种意义上实现了g i s 的跨平台问 题。 本文“以e s r i 的m a p o b j e c t s 和a r c o b j e c t s 为开发的g i s 平台、m s - a c c e s s 为数据库、 m sv i s u a lb a s i c 与c + + 为前端开发工具”进行了农业灾害系统的设计和开发，在程序算法实 现过程中，面向对象的程序( o o p ) 设计思想、结构化查询语句( s q l ) 以及关系型的数据存 储等技术实现了程序的可移植、算法的封装和矢量图形的拓扑分析，提高了系统的通用性和 稳定性。 经系统在天津市大港区、河南省、山东省东营市和河北黄骅地区的治蝗工作中使用验证。 关键词：农业灾害数据采集灾害监测信息管理 a b s t r a c t t h e r e i sq u i t ea l o t p r o b l e m s i n t h e m a n a g e m e n to f a g r i c u l t u r ed i s a s t e r i no u rc o u n t t - y , w i t h t h e l o wq u a l i t yo fh i g ht e c h n o l o g y s oi ti su r g e n tt og r a d u a l l ys e tu pam a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m o f a g r i c u l t u r e d i s a s t e r i no r d e r t o i m p r o v e t h e l e v e lo fc o l l e c t i n g a n d m a n a g i n g t h ed i s a s t e r d a t ae s p e c i a l l yb yu s i n gt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt od oi t b a s e do it h ec h a r a c t e ra n d r e q u i r e m e n to f t h ea g r i c u l t u r ed i s a s t e r m a n a g e m e n t ，w ed e s i g nas o u n ds e to f t e c h n o l o g y p 删e c t o i lt i l em a n a g e m e n to f a g n c u l t u r ed i s a s t e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gt h e f i e l dd a t ac o l l e c t i n g s y s t m n ，t h ed i s a s t e ri n s p e c t i n gs y s t e n l ，t h ed i s a s t e ri n q u i r i n gs y s t e ma n dt h ed e c i s i o n - m a k i n g s y s t e m ip a yn l m ea t t e n t i o nt od e s i g nt h ep r o c e s si nw h i c hd i s a s t e rd a t ac h a n g ei n t ov e c t o rd a t a a n d t h es e a x l f l e s a i n t e g r a t i o n b e t w e e n g p sd a t a a n d t h es y s t e m t oi m p r o v i n gt h ec a p a b i l i t yo f a g r i c u l t u r ed i s a s t e rm a n a g e m e n tt h es t u d yr e f e r st ot h eu s eo f g p sa n dg i si ng e o l o g i c a le x p l o r a t i o n 、t h em a n a g e m e n to fm a t e r i a lf l o w i n ga n di n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n da d o p tt h et e c ho fs m s ，m a k i n gi tp o s s i b l et oi n s p e c t d i s a s t e ra n dc o l l e t i n gd a mt i m e l y a c c o r d i n g t o t h ec h a r a c t e ro fs o m e g i gd a t a f o r m a t w i t h o u t t o p o l o g yr e l a t i o n s h i p ，t h es t u d y a d o p b t h ec l a s s i c t o p o l o g y a r i t h n l e t i ca n d t h es t o r e ds t r u c t u r eo f v e c t o r d a t a t ov e r i f y t h e t o p o l o g y o f t h ev e c t o rg r a p h i c sa tt h eg a l n et i m e ，w ep r o v i d et h ep r o t e c t e di n t e r f a c et ov e c t o rf i l eo f o u t e r g i s ，w h i c h ，i ns o m ed e g r e e ，s o l v et h ep r o b l e mo ft h e g i s si l s ea r n o r l gd i f f e r e n tp l a t f o r m s ， i n t r o d u c i n ga n e w p e r s p e c t i v e o f t h ed a ms h a r e a n de i i m m l i c a f i o n i n d i f f e r e n t p l a t f o r m s t h i ss i l l d yt a k e se s r i sm a p o b j e e t sa n da r c o b j e c t sa sg i sp l a t f o r m ，a n da d o p tt h eb a s i c b a s e m e n t m s - a c c e s s t h em sv i s u a lb a s i ca n dc + + d e v e l o p i n gt o o l si no r d e rt od e s i g na n d d e v e l o pt h ea g r i c u l t u r ed i s a s t e rs y s t e m t oi m p r o v et h ep o p u l a r i t ya n ds t a b i l i t yo f t h es y s t e l n ，w e t a k eal o to ft e c h n i q u e ss u c ha st h ei d e ao ft h eo o p , t h es q la n dt h er e l a t i o nd a t am e m o r yt o r e a l i z et h ep r o g r a m st r a n s p l a n ti nt h ep r o c e s so f p r o g r a m sa r i t h m e t i cd e s i g n 1 k ss y s t e m w l ：r e t e s t i f i e d p r a c t i c a l l y i n t h e p r e v e n t i o n o f l o c u s t i n d a g a n g o f t i m d m gc i t y , h e n a n p r o v i n c e ，d o n g y i nc i t y o f s h a n g d a n g p r o v i n e , a n d h t m n g h l i ac i t yo f h e h n i p r o v m c e k e y w o r d s ：a g r i c u l t u r ed i s a s t e r d a t ac o l l e c t i o n d i s a s t e a i n s p e c t r e f o r m a t i o n m a n a g e m e n t i i i 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，也不包含为获得中国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。 研究生签名时间：年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、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。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 时间：年月日 时间：年月日 中国农业大学硕士学位论文第1 章研究概述 第1 章研究概述 1 1 研究意义与研究背景 1 1 1 研究意义 我国是一个地域。阔、地理条件复杂、人口众多的农业大国，经济相对落后，受承灾能力较弱、 生态基础脆弱等因素的综合影响，使得我国农业生产遭受灾害的侵扰。农业灾害不仅在过去和现在 给我国农业生产造成了巨大损失，而且随着生态环境的进一步恶化，农业灾害发生的频率和造成 的损失也逐渐加大。目前我国农业灾害监测工作中存在着很多问题，总体来讲科技含量偏低。 提高灾害监测的技术水平，特别是运用信息技术，逐步建立健全的农业灾害管理信息系统势在必 行。 农业灾害管理信息系统是一个由人和计算机组成的人机交互式系统，能进行农业灾害遥感监 测信息、地面灾害调查信息及横向信息的收集、传递、储存，并能加工和提取与农业灾害监测以 及灾情评估等相关的信息，建立模型，实现农业灾害监测功能，帮助职能部门进行管理和决策。 本研究以农业灾害中的蝗灾为例，蝗虫灾害对农业生产具有毁灭性的生物灾害，在我国历史上蝗 灾曾频繁发生，并与水灾、旱灾并称为农业生产的三大自然灾害口 。我国历代蝗灾的发生，主要 是由东皿飞蝗的爆发所致，由于这种害虫孽生区，。、繁殖力强、发育快、食性杂，并具有成群聚 集和远距离迁飞等习性，因此，容易猖獗成灾。近年来，我国飞蝗发生又有严重的趋势，据农业 部农业技术推广服务中心组织全国植保站于1 9 9 7 年的勘查统计，9 0 年代我国飞蝗蝗区分布于1 5 1 个县( 市、区) ，总面积为2 2 9 8 万亩，而土蝗发生面积亦达6 0 0 0 万亩，给我国农牧业生产带来严 重威胁p j 。我国目前飞蝗发生预测与防治决策仍沿用50 年代的方法，有时必然造成延误防治时 机，由于不能精准确定虫害发生的时间和地域范围，加之在使用防治方法时没有精确的地理信息 作为参考等，因此，不但使农作物遭受损失，而且也大量浪费了人、财、和物力资源。g i s 和g p s 等信息技术为我国蝗区的数字化管理、和精准施药开辟了广阔的前景。 1 1 2 研究背景 随着信息技术的飞速发展，近年来，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 m ，简称 g i s ) 、全球定位系统( g i 曲ep o s i t i o n i n gs y s t e m ，简称：g p s ) 以及短信息( s h o r t m e s s a g es e r v i c e ， 简称：s m s ) 技术的发展和应用为传统的灾害管理工作的改革提供了新的思路和方法。 地理信息系统是以计算机为基础的新兴技术，主要是用于储存和处理与并分析管理地理空间 分布有关的海量信息。2 0 世纪8 0 年代我国开展了g i s 的研究与实验性的应用。进入9 0 年代后， 包括农业在内的很多行业开始了实质性的应用与开发【4 】。全球卫星定位系统，主要用于对地球空 间位置的数字化精确定位和导航。它是由美国国防部( u s d e p a r t m e n to f d e f e n s e d o d ) 开发 的一套基于卫星的无线导航系统。无论是陆地、海洋还是太空用户都可以通过g p s 系统全天侯、 一天2 4 小时、全球任何位置的精确定位他们的三维坐标、速度和时间，其定位精度比目前以及 可以预见的将来任何无线导航系统都要高9 】。短信服务( s m s ) 是全球公认的无线服务，它能够在 移动用户及外部系统( 比如电子邮件、页面调度以及声音邮件系统) 之间传送包括文字与数字的 中国农业大学顺士学位论文 第1 章研究概述 短信”】。目前将g i s 和g p s 以及s m s 相结合应用丁：害虫管理方面的报道十分罕见。如何将g i s 和 g p s 以及s m s 技术应用在农业灾害管理工作中，是本研究所需解决的问题。 本文就是在这种背景下，应片j 地理信息系统( g i s ) 和全球卫星定位系统( g p s ) 技术，结 合农业部农技推广中心建立我国蝗区数字化管理系统的项目，对以上问题作了相应的研究。 1 2 研究综述 1 2 1g i s 和g p s 技术在农业灾害管理的应用概述 1 2 1 1g i s 在农业灾害管理信息系统的应用 农业灾害都有其自身发展的时间和空间。对突发性灾害的监测，其时间与空间范围都很重要； 对于缓慢持久恶化生态环境灾害的监测，时间属性的重要性退居其次，但其空间分布仍然具有重要 的意义”】。g i s 是采集、管理、处理、分析、显示、输出多种来源的与地理空间位置相关信息的 计算机系统。随着g i s 与r s ( 遥感) 、g p s ( 篓z 球卫星定位系统) 相结合的“3 s ”集成以及计算机互 联网的迅速发展，显然，g i s 在农业灾害管理信息系统中可以发挥重要的作用。g i s 用于农业灾害管 理信息系统有以下特点： 1 2 1 1 1建立灾害数据 农业灾害都有其孕育、发生、发展、转化的时间与空间，灾害发生的环境背景信息对于灾害监 测、评价和防灾减灾决策也很重要。因此，地理空间信息在农业灾害监测中占有非常重要的地位。 农业灾害管理信息系统在g i s 的支持下，结合农业灾害数据类型可建立多种地理空间数据库和属 性数据库。 1 2 112图形显示的直观性和形象性 专题图不仅是一种重要的研究手段，同时也能有效而直观地反映研究成果。在数据库基础 上g i s 可将各种数据或分析成果以专题图的形式直观而有效地显示，并可进行人机交互式地设计、 修改、输出。g i s 的这些功能，大大提高了农业灾情表达的直观性和形象性，减少了防灾减灾决策 的盲目性。 1 2 1 1 3空间分析功能 g i s 的空间分析功能是g i s 区别于其他计算机系统的主要标志。农业灾害管理信息系统涉及 g i s 的多种空间分析功能，它们与各种专业模型结合起来发挥作用。在事先准备好的农业灾害背景 数据库的支撑和g i s 众多的空间分析工具以及各种灾害模型库的支持下，为实现详细、迅速的农 业灾害分析创造了有利条件。 1 2 1 1 4多源信息的集成 农业灾害管理信息系统中的数据是多源数据。有不同时期、不同精度、不同比例尺、不同数 据源、不同格式的数据。借助于g i s 将不同来源的数据有机地集成在一起，可以以多尺度、多方 2 中国农业大学顾士学位论文第1 章研究概述 式反映农业灾情与背景信息。 1 2 1 2g p s 在农业灾害管理中的应用 g p s 广。泛应用于农业灾害管理信息系统中，这是由g p s 的特点决定的。g p s 的主要特点有：1 全天候上作，不受天气状况的影响：2 覆盖面遍布全球，不受地理空间的影n n ；3 定点、定速、定时、 精度高：4 速度快、节省时间、操作方便、效率高j 。g p s 技术在农业灾害管理信息系统中的作用 也是必不可少的，主要表现在以下方面。 ( 1 ) 在分析处理灾区遥感图像、提取遥感信息的过程中，进行必要的野外调查以便标定地物 和建立判读标志，此时g p s 可以实现野外准确定位，保证图像解译的准确性。 ( 2 ) 抗灾救灾( 例如洪水、森林火灾、雪灾及沙尘暴等) 过程中，利用g p s 准确地定位行动路 线，能够及时向指挥中心报告准确位置，并准确地接受指挥中心下达的命令。 ( 3 ) 在灾后重建及灾情评价工作中，借助g p s 对灾区实地调查，可以准确地了解受灾状况。 1 2 2g i s 技术和g p s 技术在灾害中的应用现状 1 2 2 1国外野外数据采集工作系统研究现状 自2 0 世纪5 0 6 0 年代以来浒多国家相继开始注意利用物探、化探和遥感等技术方法探索新 的野外调查工作方法、手段，加强对区域灾害情况的调查，极大地提高了野外工作效率和速度。2 0 世纪7 0 8 0 年代由于信息技术科学领域中各门学科的理论、方法和技术的迅猛发展和相互渗透， 特别是地理信息系统技术的发展和应用，极大地丰富了灾害野外调查工作的内容和方法，也相对提 高了灾害调查的质量和速度。2 0 世纪8 0 年代中期开始，美洲、澳洲和欧洲等发达国家开始探讨利 用计算机进行野外数据采集方面的试验。由于当时计算机硬件设备发展的限制，普遍采用掌上机为 系统硬件设备，且主要用于以文字信息为主的属性信息采集。澳大利亚、加拿火和美国等是这方面 做得比较突出的国家j 。 1 9 9 6 年，澳大利亚昆士兰州地调所在野外调查中利用掌计算机和全球定位系统( o v s ) 相结合， 设计野外数据采集标准表格，使用r e g m a p 系统记录外属性数据，详细记录信息和地图修编仍在 野和手图上进行”。 1 2 2 2 国内野外数据采集工作系统研究现状 中国地质大学国土资源信息系统研究所承担了国土资源部“九五”重点科技项目“l ：5 万区 域地质填图计算机辅助系统”的研制任务。通过该项目的研究，提出的“地质矿产点源信息系统” 理论为指导思想的“多s ”( g i s 、d b s 、r s 、g p s 、c a d s 及e s 等) 集成的“计算机辅助区域地 质调查系统”，提出了从野外数据采集到室内数据综合整理再到彩色地质图编绘的一整套解决方案 系统可全程基于超轻型便携机，具有通用性。该系统可以直接在野外露头点上完整地记录野外空间 和属性地质信息，同时与室内系统统一采用国家标准术语代码和数据格式，减少中间的转换环节， 提高了系统工作效率和质量。 此外，采用g i s 技术对害虫灾害管理方面已许多报道。特别是在北美应用g i s 技术分析草原 蝗虫发生动态的研究起步较早。而且a n d r e wm l i e b h o l d ，r i c h a r de r o s s ia n dw i l l i a mp k e m p ( 1 9 9 3 ) 1 2 1 就g i s 应用于经济昆虫方面作了专门的综述。 中国农业大学硕士学位论文 第1 章研究概述 以上的研究表明，g i s 和g p s 应用在野外数据采集和农业病虫害管理中已有了十分广泛的应 用，但是，从咀上的研究中发现，在系统应用中，g i s 数据、g p s 数据和专业属性数据往往是分 离存储的，如在中国地质大学国土资源信息系统研究所承担了国土资源部“九五”重点科技项目 “1 ：5 万区域地质填图计算机辅助系统”的研制中，采用了a r c v i e w 管理矢量数据，v f o x p r o 管 理专业数据的方式，这样，随着g 1 s 平台的改变，矢量数据就存在转数据和数据丢失的问题。本 研究采用了关系型数据库统一管理矢量数据和专业数据的方式，避免了由于g i s 平台改变而导致 数据不能用的情况。本系统只要对不同g i s 平台提供不同的绘图接口，就能实现平台的移植。尽 管本研究不能完全解决g i s 平台改变引起的数据转换丢失问题，但对于拓扑要求不是很高的应用 系统的通用性和移植性还是很有意以。 从以上研究还可以得知，无线通讯技术在农业灾害管理工作中的应用还十分罕见。基于g s m 网的短信息服务加上g p s 定位模块可以为紧急灾害信息获取提供新的思路和方法。本研究为农业 灾害系统提供了无线短信息传输紧急灾害信息的途径，为防治对时效性要求很高的农业灾害特别 是病虫害赢得了宝贵时间。 本研究的目的是：结合农业灾害管理工作的实际情况，在吸取前人研究成果的基础上，提 出一套g p s g i s s m s 农业灾害管理技术路线；并研究如何使各个系统间能够无缝结台，提高各 种信息技术在农业灾害中的应用水平 4 第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 2 1 系统需求分析 系统需求分析是农业灾害管理系统开发的关键工作阶段。通过对工作模式流程的深入分析， 获取具体逻辑模型，从功能上确定农业灾害监测的要求，定义农业灾害管理系统的逻辑功能，以 指导系统的设计与开发。 对于农业灾害的管理工作从管理角色来说一般分为国家级防控中心、省级防控中心和县级防 控中心三级。国家级防控中心一般负责从整体上管理大区域的灾情监控与防治方针原则：省级防 控中心一般负责本省的灾情监控和具体的防治方法并向国家级防控中心汇报本省的灾害发生和 防治情况；而县级防控站则负责具体的灾情数据采集工作并向国家级防控中心和省级防控中心及 时报告灾情。农业灾害的管理工作体系结构如图2 - l 所示 $ 业灾害豹管理i 作流程固 丞袅防控 目鳓 释 中岳可班 剃 。l_!ji；!卜辩#镕l 中心碍强指 ；g 璐撞 中心鎏者崔 赫舟省叠防 山- - n 蟪 接指导叠鬣 匿控中心或 舶l l巍控中心进尝岳皓持 柚蔗# | 率蚌 抒吏害骑蓿 疑 寅靖祀攒 稚 蜉 叫煳丁厂舭8 1 l r l # & 一 商 割刨幽削幽幽 田2 - 1 农业灾謇的蕾理工作体系结构圈 从上图可以得知，对于农业灾害管理工作，主要分为灾情数据的采集和上报、防治措施方 案的确定和指挥防治等几个主要工作步骤。对于数据采集工作主要是在县级防控站进行，而数据 的上报可根据不同的需要，由县级防控站向省级防控中心或者直接向国家级防控中心直接上报。 在这个工作体系中，省级防控中心可以收集辖区内的灾情数据并对灾情做出防治指挥的方案，同 时省级防控中心还承担向国家级防控中心上报数据的工作。国家级防控中心是农业灾害管理工作 体系中的昂高级别，它的主要工作是整体监控全国的灾害发生情况，并对十分严重紧急的灾害直 接做出防治方案和指挥防治工作。 中国农业火学硕士学位论文第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 2 1 1农业灾害野外数据采集系统需求分析 数据是农业灾害管理系统的基础，我们对农业灾害的监测和管理都是建立在对灾害数据的分 析之上的。在农业灾害数据采集工作中，数据包括标志灾害发生地点的位置数据和标志灾害发生 状况的专业属性数据。所以，野外数据采集系统的结构也分为地理数据采集和专业数据采集两大 功能模块。 对于野外数据采集系统中的地理位置数据即g p s 手持机采集的经纬度地理数据的管理，主要 是通过从g p s 手持机中直接通过串口通讯的方式导入到计算机中，然后将经纬度数据存入特定的 数据库中。同时，g p s 手持机中存储的经纬度信息以外的其他对采集系统有用的数据，如日期数 据、高度数据、航点标记、航线标记等数据也都将被存储至系统的数据库。 野外数据采集系统中的专业属性数据的采集主要是通过两种方式存储在系统的数据库中，第 一种方式是通过该系统的使用人员在野外手工记录后，回到室内将其与相应的地理位置对应输入 数据库；第二种方式是通过笔记本电脑由操作人员直接在野外进行数据的输入。农业灾害的专业 数据主要包括灾害的级别、地理环境、水文状况等。通过实际工作检验，第二种方式由于野外采 集的工作特点，操作人员在灾害发生地不是很方便进行电脑操作，同时笔记本电脑的电源限制也 不允许在野外长时间进行操作，因此，根据野外数据采集工作的需求出发，第一种方式，由g p s 手持机定位加上人工记录的方式比较适合野外数据采集工作的需求。 2 , 1 2农业灾害管理系统需求分析 农业灾害管理主要是对野外数据采集系统所采集到的数据进行管理和应用，如对灾情做出判 定、针对灾情做出防治方案和具体指挥措施。 对于灾情做出判定，可以根据不同的灾害情况，做出判定。以蝗灾为例，考虑到蝗灾的特点， 灾情的严重程度是由成虫密度、虫蝻密度、不同龄期的蝗虫密度共同决定的，在判定工作时首先 要根据所采集的数据确定灾害处于那个阶段，然后在判定它的严重程度。 防治方案的做出也要综合多种数据，如灾害的严重程度、灾区的生态状况和灾区的地理环境。 对于不同时期的灾害，系统会提供不同的防治方案，供管理决策参考。作防治方案的同时还应考 虑防治方案对灾区生态环境的影响、当地的地形以及人文情况是否允许该防治方案。 农业灾害中有许多灾害，例如蝗灾、小麦锈病等，对时效性要求非常高，往往一到两天灾害 就会发生非常大的变化，因此，对灾害管理的时效性要求也非常高，管理决策部门常常会需要灾 害时实动态的信息。 农业灾害的其体指挥措施包括防治的方式，是通过药物防治还是通过生物防治。如果采用飞 机治蝗，则需要根据不同的地形和环境情况，做出航线导航飞机进行施药。 r 2 数据库分析与设计 农业灾害都有其孕育、发生、发展、转化的时间与空间，灾害发生的环境背景信息对于灾害监 测、评价和防灾减灾决策也很重要【l ”。因此，地理空间信息在农业灾害监测中占有非常重要的地 位。农业灾害管理信息系统在g i s 的支持下，结合农业灾害数据类型可建立多种地理空间数据库 和属性数据库。 基础资源系统是由观测数据信息、历史信息数据、生态状况信息库和模型库组成，它是该系 统的基础支撑。 6 中国农业人学硕士学位论文第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 各数据之间有着密切的关联。各库之间的逻辑关系可简要表达为：模型库系统根据用户进行 决策分析时所调用的应用分析模型，向数据库系统提山数据需求及存储格式要求。数据库系统通 过接口程序向模型库系统提供模型运行所需的数据。 在矢量数据的采集过稗中，由于数据是由不同的人员在不同的地区采集而得，所以，数据格 式的统一性十分重要，这在该系统数据库设计时是应首先确定。 2 2 1 野外数据采集系统数据库设计 野外数据采集系统的数据主要分为g p s 位置数据和数据采集人员所采集的专业属性数据，而 对于整个系统来说，需要一个完整、统一的数据库，因此，在进行数据库设计时网考虑到地理数 据和专业数据的统一性。 对于数据采集系统的矢量数据管理，笔者采用了关系型数据库管理数据的思想，不保存矢量 文件，而是将组成矢量图形的原始坐标数据存入数据库，然后通过各个坐标点之间的相互关系， 如组成关系，拓扑关系等，动态的形成需要的矢量图形数据。这样，就可以解决很多系统中存在 的矢量数据与专业属性数据分离的问题，同时大大提高了系统的移植。 野外数据采集系统数据库包括以下几个表： 1 、样本点表( p o i n t t a b l e ) ： 该表记录野外采集的样本点的地理位置。 表2 - 1 样本点表 2 、样本点属性表( p o i n t p r o p ) 该表记录了野外采集的样本点的专业属性。 表2 - 2 样本点属性表 7 中圈农业大学坝士学位论文第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 i n s e c t s c a l e 单精度浮点型虫口密度 r e v i v e s c a l e 单精度浮点型残蝗密度 i m a g o s c a l e 单精度浮点型成虫比例 m e m o 备注备注 图斑组成点表( p o l y t a b l e ) 该表记录了组成每一个灾害发生地( 图斑) 控制点的地理位置。 表2 - 3 图斑组成点表 图斑属性表( p o l y t a b l e ) 该表记录了每一个灾害发生地( 图斑) 的基本属性。 表2 _ 4 图斑属性表 中围农业大学硕上学位论文第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 5 、行政编码表( x z b m ) 该表存储全国县级最新行政编码。 表2 - 5 行政编码表 6 、多媒体表( m u l t i m e d i a ) 该表存储灾害发生地的图片和视频数据。 表2 - 6 多媒体表 由于系统采用的矢量数据格式为：e s r i 公司的s h a p e f i l e 文件格式，该数据格式是一种无拓 扑关系的矢量数据模型也称面状条状数据，它仅记录空间目标的位置坐标和属性信息，而不记录 它的拓扑关系。因此，在完成数据库数据到矢量图形的转换操作时，系统需要一些索引表来实现 图形的简单拓扑功能。 7 弧段一结点的拓扑关系表 表2 - 7 弧段一结点的拓扑关系表 9 中国农业人学硕士学位论文第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 该表存储了组成弧段的结点和弧段之间的关系。 8 、图斑一弧段拓扑关系表 表2 - 8 图斑一弧段拓扑关系表 该表存储了组成图斑的弧段和图斑之间的关系。 在数据库中利用表2 1 至表2 - 6 等几个基本表来完成对野外采集所有数据，包括矢量数据和 专业属性数据的存储，其中样本点表和图斑组成点表为基本数据存储的表，这两个表存储了数据 采集的原始信息，通过这两个表的内容，野外数据采集系统能完成灾区矢量图的绘制，并且记录 和计算出相应属性数据。为了保存矢量图的数据关系。系统采用表2 7 弧段一结点的拓扑关系表 和表2 - 8 图斑一弧段拓扑关系表来描述矢量数据之间关联。数据库系统中主要表的关系图如图2 - 2 所示： l o 中国农业大学硕士学位论文 第2 章农业灾害管理系统的分析与设计 圈2 - 2 数据采集系统数据库关系示意围 考虑到灾害特别是蝗灾发生的特点，灾害发生的区域往往是一个个孤立的图斑，也就是岛图 斑，因此我们认为每一个图斑是由一个弧段组成。当系统对矢量数据进行了修改，数据库系统将 利用主外键的联系，通过设计的触发器来保证数据的完整性。 2 2 2 灾害管理系统数据库设计 灾害管理系统的数据主要分为地理数据和专业数据，其中地理数据分为基础地理图件和灾害 发生地的动态位置数据；专业数据又分为：观测数据信息、历史信息数据、生态状况信息库和模 型库组成，它是该系统的基础支撑。如图2 - 3 所示： 圈2 - 3灾害管理系统数据库关系圉 以蝗灾为例，基础地理图件为矢量数据，该矢量数据是以1 ：2 5 万的全国基础地理数字图件 为底图，采用便携式g p s 手持机实地确定蝗虫发生区的地面控制点，获得地面控制点的精确地理 中围农业大学顽一e 学位论文第2 章椒业灾害管理系统的分析与设计 坐标，从而在1 ：2 5 万的全国基础地理数字图件上勾绘出蝗虫发生区的范围。将勾绘结果进行汇 总叠加，生成l ：2 5 万某个地区或者全囤蝗虫发生区现状分都图，并生成相应的父量图形库， 历史信息数据是建立莺点蝗区的蜱灾发生程度与发生面积、发生时间、发生频率、现状的信息数 据库这些蝗灾发生的历史知识信息将对该系统进行蝗灾亍亘报起到十分重要的作川。 属性信息数据是在矢量数据的基础上，给矢量数据所指定的地理位置添加蝗区的水文特征、 植被的种类、十壤类型、该地区蜱虫的无敌种类以及该地区蝗虫的种类组成，这些属性信息是该 系统做出蝗灾预报的数据基础。 对于管理系统的实时灾害矢量数据的管理，我们首先考虑到与采集系统所存储的数据的一致 性，冈此对丁实时灾害矢量数据的存储，在管理系统中我们也采用了关系型数据库管理数据的 思想不保存矢量文件，而是为采集系统的数据提供了一纠数据接口，使得所采集到的数据能够 无损的保存在管理系统的数据库中。 灾害实时矢量数据和其专业属性数据在数据库中是一体化管理的，同时历史信息数据与时实 数据之间也通过一个共同的关键字段进行关联。在灾害实时矢量图中，无论是面状图斑或者是点 状图斑都有一个唯一的编号，而这个编号的组成部分有该图斑所在行政区编码，在历史属性数据 中也可以设计相应的编号字段，通过数据库技术实现历史数据与时实数据的对麻。数据库系统中 主要表的关系图如图所示： 田2 - 4 蕾理臻缱主要藏嚣寰关系田 再数据之间有着密切的关联。各库之间的逻辑关系可简耍表达为；模型库系统根据崩户进行 决策分析时所调用的应用分析模型，向数据库系统提如数据需求及存储格式要求。数据库系统通 过接口程序向模型库系统提供模型运行所需的数据。 2 3 基于g i s 的农业灾害监测系统的g i s 组件( c o m g i s ) 技术研究 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 e b g i s 的过程h 。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。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。组件式软件是新一代g i s 的重要基础，c o m g i s 是面向对象技术和组件式软件在g i s 软 件开发中的应用。认识c o m g i s ，首先需要了解所依赖的技术基础一组件式对象模型和a c t i v e x 控件。 c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的英文缩写，是o l e ( o b j e c tl i n k i n g & e m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 共同的基础【l 。c o m 不是一种面向对象的语言，而是一种二进制标准。 c o m 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间 就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。c o m 标准增加了保障系统和组件完整的安全机 制，扩展到分布式环境。这种基于分布式环境下的c o m 称为d c o m ( d i s t r i b u t ec o m ) 。d c o m 实现了c o m 对象与远程计算机上的另一个对象之间直接进行交互。 a c t i v e x 是一套基于c o m 的可以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组件是用何 种语言创建的技术【1 ”。作为a c t i v e x 技术的重要内容，a c t i v e x 控件是种可编程、可重用的基 于c o m 的对象。a c t i v e x 控件通过属性、事件、方法等接口与应用程序进行交互。 一些软件公司专门生产各种用途的a c t i v e x 控件，比如：数据库访问、数据监视、数据显示、 图形显示、图像处理，甚至三维动画等等。几个著名的g i s 软件公司把c o m 技术应用于g i s 开 发，纷纷推出由一系列a c t i v e x 控件组成的c o m g i s 软件。比如i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 、e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p l n f o 公司的m a p x 等，国内的北京朝夕公司推出了m a p e n g i n e ”】。 c o m 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f 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p 。如 图2 5 所示： g i s 应用集成系统 专业模型c o m g 璐控件其他控件 v i s u a dba s i c 等可视集成开发环境 田2 - 5c o m 6 1 8 与应用程序的无奠结台 2 3 1 m a p o b j e e t s m a p o b j e c t s 足一组a c t i v e ) ( 控件它使程序员能够把地图加到也用程序中去。通过 m a p o b j e e t s 可以灵活地建立适合用户的地图接口。在小内存空间中，能用多种工业标准程序环境 之一去建立麻用程序，能够联合使片jm a p o 埘e c t g 与其它软件去实现地图与用户信息的联系。它 由一个a c t i v e x 控件和一系列可编程a c t i v e x 对象组成【1 7 1m a p o b j e c t s 的a c t i v e ) ( 对象可以分为 五组，即：数据访问对象，地幽显示对象，投影对象，几何对象和地址匹配对象。在本系统中， 起关键作用的是数据访问对象、地图显示对象和几何对象，系统的圈形显示与查询功能主要由这 三组对象完成。利用m a p o b j e c t s ，开发人员可以在应用程序中添加制图和g i s 功能，例如：显示， 缩放，漫游，拾取，渲染，动态实时显示，甚至空间分析等等。由于m a p o b j e c t s 以微软的对象 链结与嵌入标准( o l e ) 为基础，m a p o b j e c t s 的控件和对象可以方便的用于各种上业标准的编稗 平台，如v i s u a b a s i c , v i s u a lc + + , d e l p h i ，o w e r b u l i d e r 和v b a 等。应用时，h 璺将m a 口控件加 载到a c t i v e x 容器中，如v b 的f o r m ，即可以使用m a p o b j e e t s 控什在内的所有a e t i v e x 对象。 由于m a p o b j e c t s 本身具有的各种特点，使得用m a p o b i e c t s 技术构建基于g i s 农业灾害管理 系统，不仅方便、快捷，而且能够提供各种辅助查询功能，以更好的满足实际耍求。 2 3 2 a r e o b j e c t s a r c o b j e c t s 是e s r i 的a r c g i s 系列应用程序的开发平台。该c o m 组件展现了在a r c g i s 中可 以利用的全部g i s 功能i l 目【l 。a r c o b j e c t s 是一个允许软件开发人员从其他组件创建指定域组件的 框架。a x e ( 3 b i e c t sg h 件和大多数g i s 应用程序一样用于数据管理功能服务和地图表现功能服务。 a r c o b j e e t s 为定制应州程序提供了基本的框架口q 。 a r c o b j e c t s 不同于一般的c o m 组件，它不能脱离a r e g i s 的软件环境而单独存在，也就是说 在操作系统中必须安装a n ：g i s 平台才能在开发环境使用a r c o b j e c l s 组件。并且a r c o b j e c t s 组 件提供的功能接口与a r c g i s 软件平台提供的功能相同。比如，如果要j ja r c o b j e m s 在应川程序 中实现空间分析的功能，就必须系统中的a r c g i s 平台也有相应的空间分析拓展模块。 a r c o b j e e t s 的对象模型分为不同的层次，对丁常用的基本模块，主要用丁图形的显示、基本 操作( 如放大、缩小，和漫游等) 、查询等。另外，a r c o b j e c t s 还提供拓展模块，如窄间分析模块、 3 d 分析模块、网络图形发布模块和空间数据库引擎等拓展模块。如图2 - 6 所示： 圈2 - 6 r 幽j e 雠鲳件结构晨班田 a r c o b j e c t s 提供了丰富的空间分析接口对象模型r