【毕业学位论文】（Word原稿）基于“一张图”的规划国土信息管理系统的设计与实现-软件工程

基于“一张图”的规划国土信息管理系统的设计与实现 陈晨 同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全 部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责 任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 地理信息系统是一门综合性学科，结合 地理学 与 地 图学 以及 遥感 和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示 地理数据的 计算机系统 。 基于“一张图”的规划国土信息管理系统 属于地理信息系统的范畴，系统 融合各个部门多种数据 ： 地理信息数据、规划信息数据、 国土信息数据、 企业信息数据等信息资源数据 ，使得市政府、规划局、国土局等单位能够在统一的数据应用平台上共享地图信息资源。 系统 提供了强大 的 数据录入与存储、信息查询与统计、空间分析与决策、数据更新与管理、城市设计等强大的功能， 能够更好的为城市用地提供管理和决策服务。 本文作者依照软件工程定义的软件开发流程，从需求分析阶段开始，经过需求调研形成需求规格说明书，在此 基础上进行设计，包括系统总体 设计、各功能模块的详细设计以及数据库设计，在系统的实现阶段和测试阶段，通过 相应的测试 用例来验证系统可用性 ，最终实现了 一个 基于“一张图”的规划国土信息管理系统 。 关键词 ： 一张图 ， 信息管理系统 ， 共享 I is a in it is to of in of a A to a of in as in a by a it is to to In to in on it to of of A of A 同济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1 章 引言 . 1 题背景与意义 . 1 内外发展现状 . 2 究基础 . 2 课题的主要研究内容 . 3 文的组织结构 . 4 第 2 章 需求分析 . 6 用需求调研 . 6 户需求分析 . 7 统功能需求 . 9 统非功能性需求 . 10 行需求 . 11 统硬件配置 . 11 统软件配置 . 11 章小结 . 12 第 3 章 系统设计 . 13 计考虑 . 13 次化 . 13 成 . 14 计要点 . 14 体设计 . 15 计原则 . 15 统网络结构设计 . 16 统功能结构设计 . 17 据库设计 . 17 据库设计思想 . 18 据库设计要求 . 18 据库安全性设计 . 18 据库扩展性设计 . 19 据库的建设内容 . 19 据库结构设计 . 20 统配置设计 . 31 户组管理 . 32 同济大学 硕士学位论文 目录 用户管理 . 33 间数据管理配置 . 34 据结构配置 . 34 能权限设置 . 35 据权限设置 . 36 层树配置 . 37 统主要功能详细设计 . 39 图定位 . 39 息查询 . 40 据统计 . 42 策分析 . 43 据编辑 . 45 章小结 . 48 第 4 章 系统开发及管理 . 49 体技术路线 . 49 台选择 . 49 . 49 发工具 . 50 量管理 . 50 织结构建设 . 50 量保证 . 52 度安排 . 55 目建设周期 . 55 目阶段划分 . 55 目进度安排 . 56 统测试 . 56 试用例设计 . 56 试结果及缺陷分析 . 57 章小结 . 59 第 5 章 系统实现 . 60 询 . 60 计 . 62 决策分析 . 64 图形输出 . 66 数据编辑 . 67 第 6 章 总结与展望 . 69 同济大学 硕士学位论文 目录 V 结 . 69 望 . 69 参考文献 . 71 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 题 背景与 意义 对 随着信息时代的到来，信息化、网络化、数字化和智能化成为二十一世纪的主旋律，数字地球、数字区域、数字城市风靡全球，基础地理信息已成为数字城市建设重要的基础性、战略性信息资源。信息资源作为生产要素、无形资产的社会财富，与能源、材料资源等同等重要，在经济、社会、资源结构中具有不可替代的地位，已成为经济全球化背景下竞争的战略重点之一，以基础地理信息为核心的空间数据基础设施建设正日益受到世界各国的高度重视 1。 城市总体规划图、控制性详细规划图、修建性详细规划、城市地籍 数据、土地利用规划、土地利用现状、地籍、企业信息、现状地形图、影像图、城市规划效果图、管线等信息分布在不同的单位、不同平台上，在进行城市规划问题研究、提供决策时，很不方便，由于这些数据不在一个系统中相互参考既不准确也不及时，给日常工作带来了不便。每次开会讨论前都需耗费大量的人力、物力准备上会材料，但往往达不到预想的效果。为解决这些问题，综合以上数据且提供丰富的查询统计功能的基于“一张图”的土地规划信息管理系统的建设显得尤为重要。本课题正是为了解决这些以上的问题，真正实现无缝的城市规划和国土资源管理。 基于“ 一张图”的土地规划信息管理系统以 河北某城 市为研究对象，系统的核心任务是基础地理信息数据生产、更新与建库，采集、更新、整合全区多尺度、多源基础地理信息数据，并建立数据库；把城市按道路的主干道、次干道、支线和街巷分为：组团、一级地块、二级地块、三级地块和四级地块共五个级别的地块分级网格化，进行土地规划的网格化快速管理，实现土地规划的无缝隙管理。 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 的建设意义： 式不一的海量数据在统一的数据应用平台上共享地图信息资源。系统为领导决策提供全方位的地理数据 支持，为城市规划和国土资源管理提供服务，有助于提高领导决策效率。 领导在重大项目审批、选址、方案优选等提供数据支撑，有助于科学决策。 个网格，根据部门的不同可设定多个责任人，每个责任人负责这个区域内不同方向的事务。责任网格管理，方便领导决策时直接找到相关负责人。 同济大学 硕士学位论文 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 的设计与实现 2 置在 该 市信息中心，通过政府内网，为市政府、规划局、国土局、工商局等部门提供服务。基于“一张图”的土地规划信息管理系统的建设避免了基础地理信息的重复建设、推进了资源 的共建共享，同时也消除了因分级管理、各部门信息资源难以共享造成的信息孤岛和数字鸿沟。 内外发展现状 地理信息系统 (来表示基于计算机处理地理数据的能力。“地理信息系统”概念的提出，要追溯到上世纪 50 年代，由于电子计算机科学的星期和它在测量学与地图制图学中的应用，使人们开始有可能用电子计算机来收集、存储和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务。 1956 年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门 逐步发展土地信息系统（ 于地籍管理。 上世纪 60 年代为 拓期， 1963 年，加拿大测量学家 先提出地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一 用于自然资源的管理与规划。 我国地理信息的发展较晚，经历了四个阶段，即起步（ 1970准备（ 1980发展（ 1985产业化（ 1996 年后）。 在很多部门和领域得到应用并引起了政府的高度重视。 随着信息化工作的深入以及国家“一张图”工作的推进，地理信息基 础信息数字化程度日益提高，政府管理部门和社会各领域对于基础信息的需求也越来越大，对数据共享和信息服务的要求与日俱增。对于各级资源管理部门来说，怎样集成应用分散、独立的规划、国土等信息，使其更好的为城市管理决策服务，并提供网络化的社会服务，是目前迫切需要解决的问题。建设统一的“一张图”体系是确保信息系统建设整体一致性的有效途径。开展这项工作，将其列为信息化建设的重点工作来进行，这样才能有效的配合电子政务建设，避免重复建设、各自为战的现象出现；才能确保城市各部门之间，以及各局、办、委内部之间实现信息的有效共享 2。 “智慧地球”的提出，加快了“一张图”规划国土信息管理系统的发展。政府依托强大的信息化应用软件平台开发和 统集成能力，建设 “一张图”规划国土信息管理系统，并将更好的为城市建设、规划服务。 究基础 第 1 章 引言 3 我所在单位本课题小组具有多名丰富软件开发管理、系统构建经验人员，同时他们亦非常熟悉国土规划和管理业务。 课题所研究的 城 市人民政府各级部门认真贯彻落实科学发展观，着力构建长效机制，土地管理和利用取得了重大阶段性成果，被评为全国土地执法“百日行动”先进单位。该市信息化建设，经过多年的建设发展，培养 了一支具有一定素质的信息化职工队伍，能熟练应用已有计算机信息管理软件进行业务办公。电子政务平台和规划办公系统的建成和使用也为计算机办公和计算机信息管理储备了技术和经验。 为了规范地籍管理工作， 该 市国土资源局已经建立起了基于 地籍数据库、土地利用规划数据库、土地现状数据库等数据资料。为了规范规划管理，规划局已经建立起现状地形图数据库、影像数据库、城市总体规划数据、城市控制性规划数据、城市修建性规划数据等数据库；为了实现电子政务，提高办事效率和管理水平， 该 市实现政务管理的电子化、自动化，建立了电子政 务平台；为了有效管理地下管网， 该 市建立了 网系统，实现了管网信息电子化管理；为了企业信息管理， 工商局 已经建立 企业信息库。 课题的主要研究内容 本课题从分析当前主流基础地理信息系统入手，通过 需求分析，确定系统的总体框架结构及主要功能。遵照软件工程的一般流程历经需求分析、系统设计、编码、测试和运行等过程。其中系统设计包括系统总体设计、数据库设计、功能设计等。同时作者非常重视对软件质量和项目进度的控制，制定了切实可行的质量保障计划，使得系统建设顺利完成。 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 的架构和开发，主要包括以下几个方面： 软件工程是针对软件产品的工程化方法，它关注软件产品的生命周期，包括从 需求、设计、编码到运行和维护的所有阶段。数据库设计、功能设计和质量保证对于本课题来说是非常重要的一环。 需求分析目的 是为软件客户和软件开发者之间建立共同的需求目标，并对所需软件实现功能做全面的描述。它不仅 是 系统 设计时的规格 说明 书 ，也是后期系统验收的依据。经过双方详细的调研和分析后，明确定义出系统的总体结构、组件设计、数据结构设计和需要实现的功能，并给出系统的构造策略。经软件客 户同济大学 硕士学位论文 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 的设计与实现 4 和 软件开发方确认后，作为软件开发的基础。 包括总体设计、数据库设计、功能设计，用于描述系统模块构成，以及模块之间的关系和数据流程。针对应用开发进行模块划分和流程设计，编写具体实施方法，完成整个系统的模块划分、接口划分，界面设计和实施方法。为基于“一张图”的土地规划信息管理系统的开发做好实施规定。 实现也就是代码的生产过程。这里不仅包括代码的产生，同时也包括测试用例的产生。针对上一阶段提供详细设计，程序员开始编码并且调试程序，测试人员则根据设计进行测试用例的设计，设计出来的用例需 要得到项目组成员认可由项目经理审核通过才能进入配置库。同时程序员调试完程序提交测试人员进行程序正确性检测。 按照软件工程关于软件研制阶段划分的理论和方法明确划分系统研制的各个阶段，对系统的研制实施分阶段的质量、可靠性控制。推广行之有效的软件开发方法、 具、配置管理方法、软件设计模式，确保技术文档与设计同步。设立质量保证人将对各任务的质量、可靠性控制措施的制订和具体实施进行监督和评估。 文的组织结构 本文共分为六个章节： 第一章，引言。说明了 基于“一张图”的土地规划信息管理系 统 的研究意义、国内外发展现状， 研究基础， 以及本课题的主要研究内容。 第二章， 系统需求分析。 通过系统需求调研分析，了解了该市信息化程度及数据现状，明确了用户需求、功能性需求和非功能性需求以及运行需求，为下一阶段的设计工作打下了基础。 第三章，系统分析。 在需求的基础上，进行系统设计，包括系统设计考虑、总体设计、数据库设计、主要功能的设计等。 第四章， 系统的开发及管理。明确系统的总体技术路线和关键技术。重视实施过程中的质量保证、进度、测试工作。为系统保质保量的顺利完工打下坚实的基础。 第五章，系统实现。基 于主要功 能 模块，给出系统的具体实现的部分，包括界面及关键代码 。第 1 章 引言 5 第六章，总结与展望。对整个系统进行了总结，指出系统不足以及将来需要改进的部分。 第 2 章 需求分析 6 第 2 章 需求分析 需求分析是软件开发的起点，为软件设计起到指导性作用，在软件开发流程中起到非常重要的作用。 软件工程标准术语表这样定义需求：“用户所需的解决某个问题或达到某个目标所要具备的条件或能力”。 需求 分析 目的是为软件客户和软件开发者之间建立共同的需求目标，并对所需软件实现功能做全面的描述。它不仅为软件开发者提供系统编程实现要求的说明，也是后期系统验收的依据 。经过双方详细的调研和分析后，从而明确定义出系统的总体结构、组件设计、数据结构设计和需要实现的功能，并给出系统的构造策略。经甲方、软件客户、软件开发方确认后，作为软件开发的技术基础。 用需求调研 为更好地了解用户的需求， 我课题小组 进行了较为广泛的用户需求调研。通过座谈会和实地走访等形式对 该 市相关政府部门及企事业单位进行了 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 需求调研 。 通过调研走访，目前对 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 需求比较迫切、信息化水平较高的部门包括：市国土资源局 和市规划局 。 局信息化建设现状 市国土资源局 已经通过第二次土地调查建立了建成区城镇及农村的地籍数据库，全市现有的 1:10000 农村土地利用现状图 72 幅， 1:10000 农村土地利用规划图 12 幅， 1:50000 农村土地利用规划图 2272 幅，建立了相应的数据库及审批系统。对局机关及镇街分局的基础网络进行了改造，局域网、各分局及业务大厅采用光纤专线方式与数据中心实现了联网，建设完成了全市国土资源系统电子政务内网。 2. 市规划局 信息化建设现状 规划局现有 1 :2000 正射影像数据 1800 幅（航摄影像，分辨率 ）， 1:10000高程模型数据 72 幅， 1:500 地形图 2272 幅， 1:5000 城市总体规划数据 46 幅， 1:2000 城市控制性规划 142 幅， 1:500 城市修建性规划数据 960 幅， 1:500 管线数据 2000 公里，道路网格数据 200 公里。因为没有地理信息公共平台的统一管理和协调共享，目前规划信息化所需要的各种基础空间数据不能及时、实时动态调用最新国土数据成果。 目前规划局使用的办公系统是金宏网、网上审批系统和办公自动化系统。网同济大学 硕士学位论文 基于“一张图”的土地规划信息管理系统的设计与实现 7 上审批系统主要是检查报批项目的资料是否完全，资料完全则开始走审批流程。项目审批通过后，会形成两份数 据：一份是纸质材料存入档案室，一份是电子数据存在审批中心的数据库中。 户需求分析 基于“一张图”的土地规划信息管理系统 的落脚点在于满足 该 市各类用户对地理空间数据的应用需求。为更好地进行项目设计与项目建设，保证本项目所建地理 信息数据的 实用性，通过对调研结果的总结分析，准确掌握了政府各部门对地理空间信息的需求情况，为科学、合理地确定项目目标和建设内容奠定了基础。 根据需求内容的不同，并按照地理 信息数据 的应用方式，系统用户可划分为专业政务用户、普通政务用户和社会公众用户三个类型。专业政务用户主要指国土资 源局 、建设局 等需要在地图上进行精确 查询 、统计 、量算 和分析等操作的部门 。 普通政务用户指部门 专题 信息本身不 包 含 地理信息 ，需要与空间位置进行匹配集成，实现专题信息空间分布化的政府部门和行业 ，主要 包括发改委、公安、港航、民政、农业、教育、卫生等城市的大部分职能部门。公众用户包括社会企业和普通公众，他们对基础地理信息的需求是以了解城市信息为目的，虽然他们的需求相对单纯，但人数最多、规模最大。 国土 、 规划等专业应用部门的需求主要是传统地形图的要素信息，并且这些部门的专题信息中已经含有较为准确的空间坐标 信息，理论上能够直接实现与基础空间信息的叠加。但由于长期以来各类应用部门自行进行空间信息采集应用，导致在专题信息与基础空间信息集成时可能会存在基准不统一、分类编码不统一等问题，这就需要进行处理和建立对照关系。地形图能够较好地满足专业应用部门内部业务需要，但在专业部门对外服务方面，缺乏简单、形象和直观的表现形式，服务效果受限。 因此，在面向专业政务用户提供空间信息服务时需要注意以下几点。 (1)城市地理空间框架应采用国家规定的统一的平面坐标系， 目前存在的国家000 坐标系、 1980 西 安坐标系或者是依法批准的独立地方坐标系。无论采用哪种坐标系，在市域范围内应统一 ，并能互相转换 。在开展专业部门应用时，当遇有专题信息采用的空间基准与框架采用的空间基准不一致时，应将专题信息转换到框架采用的坐标系中 。 当前，国家测绘地理信息局要求全面统一各类坐标到 000 坐标系，第 2 章 需求分析 8 因此项目应尽统一到该坐标系中 。 (2)目前基础地理空间信息在分类、编码和属性等方面与专业部门存在某些差异，如对于国土部门的土地利用调查使用的是全国土地分类，将土地利用分为三大类，然后在大类下进行细分。而按照 传统的地形图则是在植被的大类下进行细分，这样造成二者之间无法直接联系。在开展专业部门应用时，应参照相应部门的规范标准，建立专题信息分类、代码与基础地理信息中对应要素分类、代码的对照关系，以便于实现部门专题信息与基础地理信息的直接挂接。 普通政务用户主要包括 人防办、 发改委、公安、城管、民政、农业、教育、卫生、文化等部门。这些部门迫切需要将部门的专题信息与空间信息进行集成，并实现基于空间位置的查询、分析和决策应用。但不像国土、规划等部门那样需要非常高的空间定位精度，也不需要传统地形图那么多的表 达要素。 分析表明，这些部门拥有的大量业务信息都与地理空间位置密切相关，但是这些信息几乎都没有空间坐标，因此无法与地理空间信息整合，无法实现可视化的空间分析。为了将这些空间信息与非空间信息、非空间信息与非空间信息进行集成与融合，真正为政府部门的统计、分析和决策提供直观的基于空间位置的辅助服务，必须建立空间与非空间信息之间的联系。地名地址编码正是建立这二者之间联系的最实用手段。 因此，在面向政务用户提供空间信息服务时，必须通过规范地名 /地址信息的分类、分层、编码及位置信息等内容，建立起专题信息与地理空间信息叠 加或匹配的 “ 桥梁 ” ，再结合部分要素的基础地理信息，构成面向政务应用的地理信息数据。 基于“一张图”的土地规划信息管理系统建设 不仅为政府部门和企事业单位提供地理空间信息服务，同时也要面向社会公众提供空间信息服务。面向社会化服务时，由于地理空间框架的数据内容是涉密信息，不能直接依托国际互联网进行发布，必须按照国家相关政策法规进行简化内容、降低精度等技术处理。除此之外，为满足社会公众的实际需要，可扩充部分社会公众关注的专题兴趣点信息。 在精度表现方面，按照国家政策有关要求，必须进行空间位置技术处 理，降低其几何精度，以达到公开使用的要求。该项处理由国务院测绘行政主管部门指定的机构采用国家规定的技术方法统一实现。 在简化内容方面，应根据国家相关标准删除其中涉及军事内容和重大国计民生的地理要素，包括：直接服务于军事目的的各种军事设施、军事禁区、军事管同济大学 硕士学位论文 基于“一张图”的土地规划信息管理系统的设计与实现 9 理区及其内部的所有单位与设施；与公共安全相关的单位及设施；涉及国家经济命脉、对人民生产、生活有重大影响的民用设施和公开机场的内部结构及其运输能力属性等。具体规定参见国家强制性标准 航电子地图安全处理技术基本要求。 在要素扩充方面，可扩充与社 会公众日常生活密切相关的衣、食、住、行等方面的兴趣点信息，包括超市、商铺、餐厅、饭店、宾馆、加油站、车站、医院、学校和文化娱乐场所等与我们生活息息相关的生活设施的位置和详细属性信息。 统功能需求 基于“一张图”的土地规划信息管理系统主要实现系统登录、视图显示、地图定位、信息查询、数据统计、决策分析、辅助工具、图形输出、数据编辑、数据更新、系统设置等功能。 主要内容如下： 作为系统安全的主要屏障就是验证用户是否有权限进入系统，系统登录就是要完成这个工作。对于登录失败给予友好的提示，要考 虑使用验证码来防止暴力破解。登录成功该模块负责收集当前登录用户的相关信息，为系统功能启动提供支持，同时记录登录者的信息。 主要提供对地图视图显示进行操作，将提供 用的视图操作功能。 主要为用户迅速查找、定位到关注目标处提供服务，主要包括按坐标定位、按道路定位和按交叉口定位等常用的定位方式。 包括了以空间查询为主的点击查询、拉线查询、矩形查询和多边形查询以及圆形查询和以属性为主的简单条件查询、复合添加查询和模糊查询，还有空间和属性结合的区域内条件查询，对查询结果 可进行定位和属性浏览。 主要包括：规划图面积统计、宗地图面积统计、土地规划面积统计、土地现状面积统计、城市总体规划用地统计、控制性详细规划用地统计、区域用地统计。用于实现各种地物的专题统计功能。 包括横剖面分析、纵剖面分析、覆土深度分析、三维展示、空间三维分析等第 2 章 需求分析 10 功能，为土地规划利用决策服务。 提供基本的量测功能，量算图上的长度与区域面积。提供管线专题扯旗标注、坐标栓点标注、特征点坐标标注功能，实现点要素、线要素的信息标注功能。 包括矩形、多边形、圆形、 按坐标范围的裁剪功能，裁剪要素并到处 出数据提供给规划、设计部门。提供包括矩形、多边形、圆形等方式的打印功能。 数据更新包括规划、国土、道路、管线等各类数据的图上在线添加、编辑、删除功能。 包括各类数据的更新、流程设置、历史数据管理、版本管理等功能。 统非功能性需求 操作平均响应时间： 5 秒以内 。 数据存储响应时间： 15 秒以内 。 长度 ： 精确到 。 计算精度高于需求数据精度时，采取四舍五入的原则。 有科学的 、完善的数据更新机制，保证数据与现实情况相符。 保证运行时不会出现死机、系统崩溃和