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中文摘要 摘要 科学基金制在国际上已被广泛用作国家科技资源分配和管理的主要手段。相 较于美国等发达国家，我国的基金数据管理信息化建设比较晚。随着科学基金数 据的不断增多，信息化管理要求越来越高，其管理数据，无论基础数据，还是统 计分析、评价指标，客观上都与地理信息具有密不可分的内在联系，而现有的科 学基金数据管理系统在进行统计分析时并未将地域这一特性考虑在内。科学基金 数据管理需要更加灵活有效的统计方法和展示手段。将g i s 技术、空间可视化方 法引入到科学基金数据管理、分析、评价系统之中，不仅可以根据基金管理工作 的实际特点和需要，开发出更便于用户操作和使用的系统界面，而且可以提供面 向科学基金管理数据的新颖的展示手段。本项目以国家自然基金项目“g i s 方法在 科学基金统计分析中应用研究( 项目编号j 0 7 2 4 0 0 3 ) 为背景，开展以下工作： ( 1 ) 研究国家自然科学基金管理数据的数据特征形态和数据结构；分析并构建 数据库，即属性数据库和空间数据库，以行政区划为关键字，借助a r c s d e 中间件 技术实现了属性数据库和空间数据库的连接，为系统的构建奠定了基础。并深入 研究了基金g i s 的可视化处理过程。 ( 2 ) 统计分析。对科学基金管理数据元数据进行统计分析，为实现统计结果展 示奠定理论基础。 ( 3 ) 设计并实现基于g i s 的科学基金数据的可视化展现系统。该系统首先实现 地图的显示、放大、缩小、漫游、图元显示等g i s 的基本功能，其次，实现了科 学基金统计分析，最终将统计分析的结果通过新颖的可视化形式进行展现。 关键词：科学基金数据管理；g i s ；统计分析；可视化 英文摘要 an o v e ls y s t e mf o rn s f cd a t ad i s p l a yb a s e do ng i s a b s t r a c t s c i e n c ef o u n d a t i o ns y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e da st h ep r i n c i p a lm e a n so fa n a t i o n a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e sa l l o c a t i o na n dm a n a g e m e n ti nt h e i n t e r n a t i o n a l f u n dd a t am a n a g e m e n tf o ri n f o r m a t i o n i z a t i o nc o n s t r u c t i o ni sq u i t el a t e r t h a ni nt h eu sa n dd e v e l o p e dc o u n t r y a l o n g 、析t hs c i e n c ef u n dd a t a su n c e a s i n g i n c r e a s e ，t h ei n f o r m a t i o n i z a t i o nm a n a g e m e n tr e q u e s ti sg e t t i n gh i g h e ra n dh i g h e r r e g a r d l e s so fb a s i cd a t a , o rc r i t i c a la n a l y s i s ，e v a l u a t i o ni n d i c a t o r s a r eo b j e c t i v e l y r e l a t i o n sw i t hg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o na n dt h es t a t i s t i c a la n a l y s i so fs c i e n c ef o u n d a t i o n d a t am a n a g e m e n ts y s t e m si g n o r e dg e o g r a p h i c a lf e a t u r e t h es c i e n c ef u n dd a t a m a n a g e m e n tn e e dm o r ef l e x i b l et h ee f f e c t i v es t a t i s t i c a lm e t h o da n dt h ed e m o n s t r a t i o n m e t h o d t h eg i st e c h n o l o g y ，v i s u a l i z a t i o nm e t h o d si n t os c i e n c ef o u n d a t i o nd a t a m a n a g e m e n t ，a n a l y s i s ，e v a l u a t i o ns y s t e m ，w ec a nn o to n l yc o m b i n eo fs c i e n c e f o u n d a t i o nm a n a g e m e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dn e e d s ，t od e v e l o pam o r eu s e r - f r i e n d l y o p e r a t i o na n dt h es y s t e mi n t e r f a c e m o r e o v e rp r o v i d ed i s p l a ym e a n sf o r s c i e n c e f o u n d a t i o nd a t am a n a g e m e n ts y s t e m s t h i sp r o j e c tt a k et h en a t i o n a ln a t u r a lf u n d p r o j e c t t h ea p p l i e dr e s e a r c hf o rg i sm e t h o di nt h es c i e n c ef u n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s ( p r o j e c tn o j 0 7 2 4 0 0 3 ) ”a s ab a c k g r o u n d ， t h ef o l l o w i n gw o r k ： ( 1 ) r e s e a r c ht h eb a s i so fd a t aa n dd a t as t r u c t u r eo ft h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c e f o u n d a t i o np r o j e c t ；a n a l y z ea n dc o n s t r u c tt h ep r o p e r t i e so ft h es y s t e md a t a b a s e ， e s t a b l i s has p a t i a ld a t a b a s eo fs c i e n c ef o u n d a t i o n ，s c i e n c ef o u n d a t i o nd a t aa c c o m p l i s h t h ea t t r i b u t ed a t a ；a d m i n i s t r a t i v ed i v i s i o n sa c c o m p l i s ht h ek e y w o r d s ，b yu s e i n ga r c s d e m i d d l e w a r et e c h n o l o g yt oa c h i e v et h ea t t r i b m ed a t a b a s ea n ds p a t i a ld a t a b a s el i n k t h e s y s t e ml a i dt h ef o u n d a t i o nf o rb u i l d i n g ( 2 ) s t a t i s t i c a la n a l y s i s c a r r i e so nt h es t a t i s t i c a la n a l y s i st ot h es c i e n c ef u n d m a n a g e r i a ld a t a , t or e a l i z et h es t a t i s t i c a lr e s u l tt od e m o n s t r a t et h a tl a y st h ef o u n d a t i o n ( 3 ) d e s i g n sa n dr e a l i z e ss c i e n c ef u n dd a t av i s u a l i z a t i o ns y s t e mb a s e do n t h eg i s f i r s t l y ，t h i ss y s t e m w i l lr e a l i z e d e m o n s t r a t i o n , e n l a r g e m e n t , r e d u c t i o n ，r o a m i n g ， p r i m i t i v ed e m o n s t r a t i o nf o rm a pb a s e do ng i s s e c o n d l y ，r e a l i z et h es c i e n c ef u n dd a t a 英文摘要 s t a t i s t i c a la n a l y s i s ，s t a t i s t i c a la n a l y s i s sr e s u l tw i l le a r l yo nt h ed e v e l o p m e n t f i n a l l yw i l l d i s p l a yt h en o v e lv i s u a l i z a t i o nf o rs t a t i s t i c a la n a l y s i sr u s u l t k e yw o r d s ：s c i e n c ef o u n d a t i o nd a t am a n a g e m e n t ；g i s ；v i s u a l i z a t i o n ； s t a t i s t i c a la n a 炒s i s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文= = 基王鱼! 墨的型堂基金数握笪堑题屋现丕统：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 或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：鹰拖粮 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口 不保密团 在年解密后适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名巷抱波导师签名：一z 纠训 日期：卅年7 月6 e l 基丁二g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 第1 章绪论 1 1 国家自然科学基金委员会与科学基金管理 在2 0 世纪8 0 年代初期，为了改革我国科学技术体制，变革科学技术研经费 的拨款方式，中国科学院8 9 位院士( 学部委员) 致函党中央、国务院，建议设立面 向全国的自然科学基金，得到党中央、国务院的首肯。随后，在小平同志的亲切 关怀下，国务院于1 9 8 6 年2 月1 4 日批准成立国家自然科学基金委员会( 简称“自 然科学基金委”) 。 自然科学基金委员会是管理国家自然科学基金的国务院直属事业单位。自从 自然科学纪检委成立以来，在党中央的关怀下，在国务院的正确领导下，在国务 院有关部门及全国科学家的支持下，科学基金工作突破了以往计划经济体制下科 研经费依靠行政拨款的传统管理模式，全面引入和实施了先进的科研经费资助模 式和管理理念。从国家创新体系建设的总体部署出发，确定了自然科学基金在国 家创新体系中的战略定位：“支持基础研究，坚持自由探索，发挥导向作用，【i ，2 1 。 自然科学基金坚持支持基础研究，逐渐形成和发展了由研究项目、人才项目 和环境条件项目三大系列组成的资助格局。建立了面上、重点、重大项目、重大 研究计划、联合资助基金、实质性国际合作研究等多层次相互配合衔接的资助项 目系列【3 1 ；通过实施科技人才战略，架构了以国家基础科学人才培养基金、青年科 学基金、地区科学基金、国家杰出青年科学基金、创新研究群体科学基金等较为 完整的人才培养资助体系；完善了以科学仪器基础研究、国际合作交流项目、科 普项目等专项构成的环境条件项目体系。随着国家财政对基础研究的投入不断增 长，自然科学基金从1 9 8 6 年的8 0 0 0 万元起步已增长到2 0 0 7 年的4 3 3 亿元，较 大地改善了基础研究的资助环境，项目资助强度稳步提高。同时，科学基金工作 紧紧围绕实施源头创新战略、科技人才战略、创新环境战略和卓越管理战略，推 出了一系列新的举措，在完善和发展科学基金制的实践中又取得了新的成绩。 二十多年来，自然科学基金在推动我国自然科学基础研究的发展，促进基础 学科建设，发现、培养优秀科技人才等方面取得了巨大成绩：为提升基础研究创 第1 章绪论 新能力进行了有益的探索，积累了宝贵的经验，为我国基础研究的发展和整体水 平的提高作出了积极贡献。 1 2 国家自然科学基金管理系统的现状 为了满足国家自然科学基金项目管理、计划管理和经费管理工作的需要，以 信息化和网络化带动科学基金管理工作的科学化和现代化，使得科学基金资助工 作更加公开、公正、公平，国家自然科学基金委员会( 简称自然科学基金会) 建立了 基于计算机网络的电子业务系统，目前主要由基于机构内部计算机局域网的科学 基金项目管理系统( m i s 系统) 和基于互联网的科学基金网络信息系统( i s i s 系 统) 组成。 1 2 1 基于内部计算机局域网的科学基金项目管理系统 国家自然科学基金是通过项目的形式进行资助和管理的，自然科学基金会的 内部业务也是围绕着项目管理展开的：科学基金项目管理系统( m i s ) 是面向内部工 作人员的进行项目管理业务的信息处理系统。m i s 系统建设的初期，主要设计功 能是接收每年的申请项目，对申请阶段的项目进行一些信息处理；对项目同行评 议结果进行汇总、打印各类表格；项目批准后的信息处理、各类通知的打印；项 目结题信息的收集以及项目信息统计等。但随着时间的推移，科学基金项目的申 请量每年都在增加，资助项目类型也在不断变化，系统原有的设计功能已经无法 满足需求。在这几年的使用过程中，又不断增加了计划管理、财务拨款管理、同 行评议专家评审费发放等管理功能。 项目信息、人员信息、单位信息三者相互关联，构成了m i s 系统的主体结构。 另外系统还有几十个代码表，用于建立不同表之间的关系，组成了一个庞大的关 系型数据库系统。 在该系统的支持下，近五年来在自然科学基金会内部实现了业务信息的“集 中存放、分部使用、统一管理”，基本实现了科学基金各类项目管理的信息化、 网络化，使科学基金项目业务管理流程向信息流管理转型3 , 4 1 。特别是，从2 0 0 0 年 开始，科学基金项目拨款业务也纳入了系统进行统一管理；2 0 0 1 年开始，国际合 作各类项目纳入系统统一管理；2 0 0 2 年开始，计划管理的业务也进入系统。 2 基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 目前系统对科学基金资助的各类项目信息都进行了不同程度的管理，其中包 括项目板块的面上、重点、重大、重大研究计划、各类专项、国际合作项目等； 人才板块的国家杰出青年科学基金、外海及香港、澳门青年学者合作研究基金、 国家基础人才培养基金等。 系统提供的管理功能是根据项目的生命周期而设计的，分为申请、同行评 议、会议评审、批准资助、中期管理、结题管理等阶段。在系统中除了体现项 目信息管理以外，同时涉及到资助经费的管理，包括申请经费、资助经费、拨 款计划、拨款处理等管理功能。 1 2 2 基于互联网的科学基金网络信息系统 基于互联网的科学基金网络信息系统( i n t e r n e b a s e ds c i e n c ei n f o r m a t i o n s y s t e m ) 是国家自然科学基金委员会面向承担科学基金项目的研究人员、项目 评审专家、依托单位受资助项目管理机构和社会公众的业务信息远程联网事务 处理系统和信息发布、查询服务系统，目的是实现科学基金项目申请、项目评 审、资助成果登录和项目信息发布的管理网络化。 从1 9 9 9 年开始，国家自然科学基金委员会开始考虑建设基于互联网的科学 基金管理体系，在借鉴和吸取了美国国家科学基金会( n s f ) 和香港创新科技 署成功的基金管理网络信息系统的基础上，在2 0 0 0 年启动了单个学科的同行评 议发放、回收为切入点的实验，通过一年的成功实验和功能的进一步改进，科 学基金网络信息系统于2 0 0 1 年开始小范围正式使用。第一年( 2 0 0 1 年) 使用该 系统的国家自然科学基金委员会学科用户2 0 余人，同行评议专家近7 0 0 0 人； 第二年( 2 0 0 2 年) 使用该系统的学科用户增加到5 0 余人，同行评议专家8 0 0 0 多人，另外增加了少量的依托单位科研管理人员【2 ，3 1 。 经过两年的小范围使用，国家自然科学基金委员会决定在2 0 0 3 年全面推广 使用该系统，委内所有科学处的百余名工作人员、委外2 万多名同行评议专家 和几百名项目资助依托单位的科研管理人员成功的使用该系统进行了科学基金 的申请、评审工作，系统还同时对社会公众用户开放了国家自然科学基金资助 项目信息查询服务。 第1 章绪论 在该系统的支持下，2 0 0 3 年国家自然科学基金委员会开始在全国范围推行 项目申请书全文电子版上报和所有科学处的申请项目进行网上同行评议，这两 项工作在委内委外都得到了广泛的认同和支持。在申请书全文电子版上报方面， 通过网络直接上报方式和电子邮件方式，一次受理成功率达到9 8 以上，经过 联系申请者和技术处理，全部申请书都得到了完整的电子文档；另一方面，科 学基金项目网上同行评议工作也得到了同行评议专家的积极响应，在2 0 0 3 年指 派给评审专家的1 5 万份申请书中，专家通过互联网以电子方式获取的申请书共 8 6 万份，占申请书总数的5 7 1 。在联网下载申请书的高峰期间，2 4 小时内登 录国家自然科学基金委员会i s i s 网站的人次达到了4 1 3 4 次，下载申请书达8 0 3 3 份。全部项目的同行评议意见电子文件回收率达到了7 2 2 , 4 1 。 国家自然科学基金委员会科学基金网络信息系统的建立，有利于科学基金 申请、同行评议工作的公开、公平、公正；有利于引入公众监督机制，为自然 科学基金会内部其他部门以及外部用户对科学基金管理进行监督提供了很好的 手段；有利于促进研究成果共享、转化及项目间的国际合作与交流。互联网是 我委为科研人员、科研机构、社会公众、相关管理机构提供信息服务和科学基 金管理的环境。基于互联网的科学基金网络信息系统将根据科学基金管理的需 要建立多种信息服务系统。 1 2 3 国内外研究现状 自然科学基金委与许多国家和地区的基金组织有着良好的合作关系，在科学 基金项目管理方面借鉴了很多国外先进的管理经验和管理理念。 美国国家科学基金会( n s f ) 成立于1 9 5 0 年，是美国联邦政府支持科学研究 与科学教育的重要资助机构，其主要任务是负责资助遍布全美的高等院校和其他 学术机构的科学研究、科学教育和科研设施，促进美国科学事业进步，培养美国 下一代的科学家和工程师。n s f 的资助范围不仅包括自然科学和工程科学，而且 包括社会科学，资助对象的基本单元既有科学家个人也有研究团队和研究机构， 资助内容既有科学研究也有科学教育和科研设备，资助方式既有拨款项目也有合 同项目等等，充分显示出其资助活动的广泛性和多样性。 4 基丁二g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 目前n s f 正在运行的管理系统大约有3 个。一个是电子项目信息管理系统 ( f a s t l 砧蛆) ，该系统用来在互联网上实时处理项目申请、完成项目的同行评 议等项目管理的相关事务。 n s f 的另一个主要的系统是内部运行的财务信息管理系统，n s f 的项目经费 管理方式与国家自然科学基金的经费管理方式完全不同。科学基金是在一个项目 得到批准资助后，按照资助年限的要求，将经费分成相应的比例，然后分年度按 时将项目款拨到项目所依托的单位中。而n s f 采用的是项目负责人随用款随申请 的原则，由项目负责人提出用款原因，比如要购买什么仪器，n s f 官员审查通过 后将款直接拨到仪器的卖方，项目负责人只要拿到所用的仪器就可以了。所以针 对n s f 的经费管理体制，他们有一个非常庞大的财务管理系统，系统不仅有强大 的预算、财务管理的功能，而且还具有强大的统计、报表的功能。 在n s f ，人员信息管理也受到了非常高的重视，他们有强大的信息系统支持 着这项管理工作。该系统包括人员工资管理、人事制度管理、人员管理项目情况 等功能。 1 2 4 目前系统主要存在的问题 目前在自然科学基金委运行的项目信息管理系统有两个，一个是基于互联网 的科学基金信息系统一科学基金网络信息系统( i s i s 系统) ；另外一个是基于局域 网的科学基金项目管理系统( n s f c m i s 系统) 。目前系统的主要问题： ( 1 ) 目前科学基金项目管理信息系统从功能上讲，基本属于操作型功能，缺乏 丰富的信息分析功能和决策支持功能； ( 2 ) 从处理对象上看，基本属于数据处理，还远没有达到信息层的处理和知识 层的处理。 ( 3 ) 从展现手段上看，基金统计数据以表格的形式展现，其展现手段单一，呆 板，效果不直观，缺乏直观的数据比较展示，重要的信息隐藏在数字和表格背后 缺乏地域统计分析功能，不利于管理部门了解基金分配情况。 这些问题已经不能满足日益发展的管理需求和决策分析需求。 现有的可视化系统对科学基金数据无论是二维还是三维的表达方式还很不成 熟。随着地理信息系统在国内的发展，对科学基金数据进行处理、分析和可视化，反 第1 章绪论 映隐藏在大量科学基金信息中的科学基金区域特征，科学基金空间分布差异性的 内在联系显得尤为重要。因此，如何反映科学基金数据空间规律并建立统一的界 面对科学基金数据系统地进行空间可视化表达正日益受到重视。 因此，本文从科学基金项目出发，对国家自然科学基金项目基础数据的数据 形态和数据结构进行研究；分析并构建了系统的属性数据库和空间数据库；运用 软件工程的开发思想实现科学基金统计数据的可视化展现，为科学基金数据管理、 分析、评价提供理论依据。 1 3 地理信息系统应用于科学基金的重要意义 g i s 技术与科学基金管理工作相结合，符合科学基金分析评价工作的实际特 点，可显著提升基金管理工作的数据可视化、思维可视化和操作便捷化程度，以 及输出信息的直观性和多样性，进而为科学基金分析和决策工作提供更有力的支 持。 国家自然科学基金作为国家科技资源分配和管理的主要手段，无论其基础数 据，还是关键分析、评价指标，客观上都与地域信息具有密不可分的内在联系。 因此，将g i s 技术引入到科学基金分析评价系统之中，不仅可以结合基金管理工 作的实际特点和需要，+ 开发出更便于用户操作和使用的系统界面，同时可为分析 和评价科学基金项目、经费分配、研究人员的地域分布特征、资助率、资助强度 等提供了更大的便利性、直观性和准确性，进而可为制定科学基金管理决策及调 整基金布局提供科学依据和建议。此外，借助开放式外挂数据库接口开发技术， 可在g i s 统一平台内实现基金委已有数据资源的有机集成。 将g i s 技术，可视化理论，统计方法等引入科学基金管理工作中，对科学基 金的数据检索和分析结果进行多视角、多层次、可视化的灵活展现，科学基金管 理部门通过查看科学基金数据的统计结果，了解科学基金不同类别的分配情况； 从而做出正确、科学的决策。从而更好的为科学基金管理部t - j h 艮务，促进科技资 源的优化配置，形成合理的科学基金布局。 1 4 研究内容与论文组织结构 本文分7 章，组织结构如下： 6 基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 第l 章绪论。详细地介绍了国家自然科学基金以及科学基金管理的国内外现 状、目前系统主要存在的问题；然后介绍了地理信息系统应用于科学基金管理工 作的重要意义；最后介绍了本文的组织结构。 第2 章系统开发的相关技术。介绍了本系统开发需要的相关技术，包括n e t 技术、g i s 技术、可视化技术和关系数据库技术。 第3 章需求分析数据处理。对基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统进行 需求分析，系统开发数据准备、数据处理工具、数据预处理，统计分析。 第4 章系统总体设计。阐述基于g i s 的科学基金数据系统的总体设计方式， 包括系统实现的目标任务、设计原则、系统架构和详细的总体功能设计。 第5 章系统数据库设计与实现。本章详细阐述了空间数据库管理实现，包括 属性数据库库的实现空间数据库的实现，以及表结构设计。 第6 章系统开发与功能实现。阐述了系统开发环境与运行环境，以及系统实 现，包括统计图表分析实现、基于g i s 的统计分析实现、系统管理等功能实现。 第7 章对论文工作进行总结并对下一步工作进行展望。 7 第2 章系统开发的相关技术 第2 章系统开发的相关技术 2 1 n e t 技术简介 微软的系统开发框架和集成开发环境在目前桌面应用系统开发中获得十分广 泛使用。n e tf r a m w o r k 2 0 是一个富有革命性的新平台，是微软下一代平台 ( d o t n e t ) 的支持库。n e tf r a m e w o r k 基于“公共语言运行时( c l rc o m m o n l a n g u a g er u n t i m e ，) ”的虚拟执行系统，以一种类似于j a v a 系统的虚拟机方式运 行和管理的编程平台，通过c l r 和n e tf r a m e w o r k 提供的统一的、面向对象的可 扩展的类库集，使它支持多种语言，包括c j 6 6 、v b n e t 、p y t h o n 等的开发【5 l 。 v i s u a l s t u d i o n e t 集成开发环境( i d e ，i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ) 是n e t 平台下最为强大的开发工具，无论是软件服务商，还是企业应用程序的部 署与发布，v i s u a l s t u d i o n e t 都可以提供近乎完美的解决方案。v i s u a l s t u d i o n e t 提供了包括设计、编码、编译调试、数据库联接操作等基本功能和基于开放架构 的服务器组件开发平台、企业开发工具和应用程序重新发布工具以及性能评测报 告等高级功能。v i s u a l s t u d i o n e t 把m i c r o s o f t 公司所有语言的开发环境整合到一 起，即所有的语言使用同一套工具，在同一个i d e 中进行开发，使用不同语言的 在这个平台下进行开发和交流。 n e t 环境下应用系统开发首选数据库访问工具a d o n e t 。a d o n e t 是一组 向n e t 程序员公开数据访问服务的类。a d o n e t 为创建分布式数据共享应用程 序提供了一组丰富的组件。它提供了对关系数据、x m l 和应用程序数据的访问。 因此是n e tf r a m e w o r k 中不可缺少的一部分。a d o n e t 支持多种开发需求，包括 创建由应用程序、工具、语言或i n t e m e t 浏览器使用的前端数据库客户端和中间层 业务对象。a d o n e t 是m i e r o s o f t n e t 应用程序的数据访问模型，是m i e r o s o f t n e t f r a m e w o r k 一起使用的类集的名称，用于以关系型的、面向表的格式访问数据。这 包括关系数据库，比如s q ls e r v e r 、a c c e s s 和o r a c l e ，以及其他数据库，甚至还 包括非关系数据。a d o n e t 由a d o 技术发展而成，在某种程度上，a d o n e t 代表了最新版本的a d o 技术。由于a d o n e t 建构于n e t 框架之内，它的建立 和管理都是基于c l r ，所以直接或间接地得益于n e t 框架在内存管理、类型转换、 8 基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 对象池等方面的技术改善和优化【5 。a d o n e t 引入了一些重大变化和革新：用 d a t a t a b l e 、d a t a s e t 、d a t a a d a p t e r 和d a t a r e a d e r 对象的组合代替a d o r e c o r d s e t 对象。其中最有特点的是d a t a s e t 具有内置扩展标记语言支持的内存中的关联结构， 它对底层的数据源一无所知，是一个分离的用于表示数据集合的独立实体，并且 它可通过多层应用程序的不同层由一个组件传递到另一个组件；它对x m l 提供全 面的支持，提供了新的非连接数据缓冲模型，使其在构建结构松散的、非链接的 w e b 应用程序上有着得天独厚的优势。 a d o n e t 代表了处理位于本地或者分布式数据库中数据的下一个革新，这是 由它的优势决定的，主要表现在：一是以往a d o 的数据存取处理主要依赖于两层 结构，而现在a d o n e t 的数据处理是采用三层以上结构，构建了一个更为合理的 数据处理环境；二是a d o n e t 是基于x m l 的，这表示几乎任何数据类型都可以 被支持和传递；三是d a t a s e t 使得a o d n t e 摆脱了由a d o 所提供的基于连接的 模型，而将其转变成一个更加类似消息的、面向无连接的模型。这样遍历一个 d a t a s e t 可以不必打开到数据源的任何连接。这一改变带来了许多好处，包括通过 防火墙发送数据的能力，消除了c o m 中的类型转换，以及一种真正脱机处理数据 的方法。正是由于使用v i s u a l s t u d i o n e t 为n e tf r a m e w o r k 2 0 提供了完整的软 件开发解决方案，同时支持多种语言以及拥有丰富的网络资源可以供开发进行参 考使得本系统开发首选这一方案；而a d o n e t 在n e t f r a m e w o r k 2 0 平台下具有 良好的性能、对数据库通用的访问机制和在编程中容易使用的优点，也使得在本 系统中选择a d o n e t 来实现对基于s q l s e r v e r 2 0 0 5 建立的基础数据库的访1 、o - j 5 , 6 1 。 2 2 地理信息系统简介 以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志 之一。在信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类。人类生存的地 球这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信 息是地理信息系统( 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 ) 产生和发展的原动力。 g i s 技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命 脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大 地刺激了g i s 技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一。 9 第2 章系统开发的相关技术 国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目m a p g i s ，v i e w g i s ，c i t y s t a r ， g e o s t a r 等一批优秀国产g i s 软件已经开始在许多领域得到广泛应用，成为国 内g i s 市场一支不可忽视的力量。 g i s 是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术。要给出 g i s 的准确定义是困难的，因为g i s 涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定 义就不同通常可以从4 种不同的途径来定义g i s t 7 一o l 。 ( 1 ) 工具箱定义方式：g i s 是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数 据的工具的集合。这种定义强调g i s 提供的用于处理地理数据的工具。 ( 2 ) 基于数据库的定义：g i s 是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序， 并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。 ( 3 ) 面向功能的定义：g i s 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据 的系统。 ( 4 ) 面向应用的定义：这种方式根据g i s 应用领域的不同，将g i s 分为各类 应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系 统等。 地理信息系统是一种决策支持系统，它具有信息系统的特点。地理信息系统 与其他系统的主要区别在于其存储和处理信息都是经过地理编码的，地理位置及 与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。 我们认为，虽然g i s 是- - f - j 多学科综合的边缘学科，但其基本技术是数据库、 地图可视化及空间分析，核心是计算机科学；因此，可以这样定义：g i s 是处理地 理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。 计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和 产生高质量矢量形式的输出机制。它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往 往缺少拓扑关系；另外，它与数据库的联系通常是一些简单的查询。 数据库系统是各种类型信息系统的核心。通用数据库侧重非图形数据的优化 存储与查询，其图形查询与显示功能极为有限，其数据分析功能也很有限。然而， 数据库的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在g i s 中广泛 采用，成为g i s 的核心技术。 l o 基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 由此可见，g i s 已经形成了一个独立的、具有鲜明特色的研究领域。 近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领 域对地理信息系统不断提高的要求。另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信 息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、 三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中。当前对地 理信息系统研究中的几个热点研究领域有以下几个方面：g i s 中面向对象( o b j e c t o r i e m e d ) 技术研究【1 2 】、时空系统( s p a t i o j e m p o r a ls y s t e m ) 1 2 ，1 8 2 0 1 、地理信息建模系 统【1 2 2 1 1 、三维g i s 的研究【1 2 】等四个方面。 2 3 可视化技术及相关理论 地理空间信息在人类活动及生产实践过程中起着非常重要的作用，空间信息 的可视化是现有计算机可视化技术的具体应用，是以地理环境作为依托，强调的 是地理认知与分析，透过视觉效果，探讨空间信息所反映的规律知识是空间信息 可视化的真正目的。g i s 空间可视化技术以形象直观模拟空间关系为主要目标， 因此不论常规、静态的纸张地图，还是动态的数字地图，且不论其维数，都有利 于揭示现实世界的空间地物轮廓。不仅如此，由于g i s 实现了空间数据和属性数 据的有效管理，所以空间可视化还有助于实现空间分布的地物专题属性信息的图 形可视化。 2 3 1 可视化的科学概念 “v i s u a l i z a t i o n ”一词，来自英文的“v i s u a z ，原意是视觉的、形象的，中文 译成“图示化 可能更为贴切。事实上，将任何抽象的事务、过程变成图形图像 的表示都可以称为可视化。与计算机有关的如何可视化界面( w i n d o w s ) ，可视化编 程( v i s u a lc + + ) 等。但作为学科术语，“可视化”一词正式出现于1 9 8 7 年2 月美国 国家科学基金会( n a t i o n a l s c i e n e e f o u n d a t i o n ，n s f ) 召开的一个专题研讨会上。研讨 会后发表的正式报告给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域以及近期和长期 研究的方 2 3 - 2 7 。 v i s c 报告认为：“可视化是一种上特殊的计算方法，它把数学符号转换为几 何图象或图形，使研究者能够观察它们的模拟和计算过程，并进行交互控制，科 学计算可视化为人们提供了一种发现不可见信息的方法，丰富了科学发现的过程， 第2 章系统开发的相关技术 给予人类深刻与意想不到的洞察力，从而使科学家们的研究方式发生了根本的变 化”。 可视化技术由来己久，早在2 0 世纪初期，人们已经将图表和统计等原始的可 视化技术应用于科学数据分析当中。随着人类社会的飞速发展，人们在科学研究 和生产实践中，越来越多地获得大量科学数据。计算机的诞生和普及应用，使得 人类社会进入了一个信息时代，它给人类社会提供了全新的科学计算和数据获取 手段，使人类社会进入了一个“数据的海洋 ，而人们进行科学研究的目的不仅 仅是为了获取数据，而是要通过分析数据去探索自然规律。传统的纸、笔可视化 技术与数据分析手段的低效性，已严重制约着科学技术的进步。随着计算机软、 硬件性能的不断提高和计算机图形学的蓬勃发展，促使人们将这一新技术应用于 科学数据的可视化中【2 4 2 6 1 。 现在，可视化不仅指计算结果的可视化，还指计算过程的可视化；不仅包括 科学计算可视化即数据可视化，还引深为信息的可视化。 2 3 2 统计图形可视化 在统计工作被社会日益重视的今天，经过调查、整理、分析而得到的统计数 据资料公诸于世进行数据共享，经常伴随着统计图来说明数字情况，因此，统计 图是表现统计资料的重要手段和方式。传统统计图是用来反映统计数据变量间关 系的图形。它是根据统计数据资料，借助于几何图形的形式，显示社会经济现象 的统计数量，表现其状态、构成、相互关系、发展趋势和分布状况等的图形。由 于大量的统计数字可能不容易被人理解，因此统计数据资料常常需要用统计图来 表现。一幅统计图不仅能展示给人们大量的统计数据资料，而且要比相应的文字 材料所反映的更易于理解。它既能形象生动地表示统计数据，又能在最小的篇幅 内以最少的笔墨和最短的时间给人们提供最大量的统计数据信息，而且还能使读 图者从中清楚迅速地概括出统计数据变量间的数量关系。因此，统计图是表现统 计数据资料的一种非常好的形式【2 5 。3 1 。 1 2 基于g i s 的科学基金数据的新颖展现系统 2 3 3 统计地图可视化 在统计地图上，统计数据的可视化展现是通过符号化途径实现的。由于空间 数据种类繁多，因此，用于展现统计数据的符号也是多种多样的。在统计地图中， 符号按其表达事物的分布情况，可分为点状符号、线状符号与面状符号三大类， 每一类符号都可用于展现相应的统计数据， 每种统计图形分析法都有其一定的使用范围，并非适用于所有地学统计数据。 一般而言，具有因果关系的地理数据，适合采用曲线图来进行依存关系分析； 按地点、条件平列分布地理数据，适合采用柱状图进行直观对比分析；反映总体 单位分配情况的数据，适合采用直方图、曲线图等来进行分配规律分析；随时间 分布的动态数据资料，适合采用曲线图、带状图、条形图等进行变化趋势分析； 反映不同区域的统计数据资料，适合采用相对位置图、和分级统计图等进行区域 分析；反映总体与内部构成关系的结构数据，适合采用百分圆、矩形结构图等进 行结构分析；反映具有内在联系、相互制约的综合数据，适合采用多坐标系统计 数据可视化图形进行综合分析【2 5 ，2 8 3 1 1 。 因此，在统计数据图形分析前，首先要观察统计资料数据的构成及分布情况， 然后选择并绘制合适的统计数据可视化图形，进行相应的统计数据图形分析，才 能取得最佳的统计数据分析效果。 2 4 关系数据管理系统s q l s q l 全称是“结构化查询语言( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) ，最早的是i b m 的圣约瑟研究实验室为其关系数据库管理系统s y s t e mr 开发的一种查询语言， 它的前身是s q u a r e 语言。s q l 语言结构简洁，功能强大，简单易学，所以自从 i b m 公司1 9 8 1 年推出以来，s q l 语言，得到了广泛的应用。如今无论是像o r a c l