基于SuperMap Objects的水资源调查管理系统设计与开发

学学 号：号：200913030214 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 GRADUATE DESIGN 设计题目：设计题目：基于基于 SuperMap Objects 的水资源调查管理系统的水资源调查管理系统 设计与开发设计与开发 学生姓名：石浩学生姓名：石浩 专业班级：专业班级：09 地信地信 2 班班 学学 院：矿业工程学院院：矿业工程学院 指导教师：闫顺玺指导教师：闫顺玺 讲师讲师 2013 年年 06 月月 07 日日 摘 要 系统设计主要利用 SuperMap Deskpro 6 为数据处理软件，完成地图的矢量 化，而为开发的系统提供原数据，依靠 Microsoft Visual Studio 2008 语言开发软 件的 C#语言结合调用 SuperMap Objects .NET 6R Runtime 的开发控件完成程序 的设计编辑工作，最终实现水资源管理系统的全部功能。系统将 GIS 应用于水 资源的管理把一个地区的资料整合起来，可为及时掌握当地的水资源时空分布、 水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等提供优质服务并建设布局合 理、功能齐全、技术先进、反应快速的水资源信息系统工程。 关键词 水资源；地理信息系统（GIS） ；SuperMap Objects；C# Abstract This systematic design mainly takes advantages of the SuperMap Deskpro 6 as the data processing software, completing the vectorization of map, providing the original data for the developmental system, relying on Microsoft Visual Studio 2008 language development software C # language and combining SuperMap Objects. NET 6R Runtime Development which is completed the design of the control program editing. Finally all the functions of water resources management system can be achieved.As a software model, applying GIS into the management of water resources and integrating all the data in a region can supply available services for the grasp of local spatial and temporal distribution of water resources, water resources development, utilization, management, configuration, conservation and protection and build a rational layout, complete functions, advanced technology and rapid response water information systems engineering. In a word, a mature, successful regional water resource system for the investigation and management is very urgent and valuable. Keywords water resource; Geographic Information System; SuperMap Objects; C# 目 录 引 言.1 第 1 章 文献综述.2 1.1 GIS 概述.2 1.1.1 国际发展状况.2 1.1.2 国内发展状况.2 1.2 GIS 在水资源方面的研究.3 1.2.1 GIS 与水资源国内外现状.3 1.2.2 GIS 与水资源的调查管理.4 第 2 章 系统分析.6 2.1 需求分析 .6 2.2 可行性分析 .8 2.3 系统目标 .8 第 3 章 系统设计.10 3.1 GIS 设计方法的选择.10 3.2 总体设计要求 .11 3.3 软、硬件配置方案 .11 3.4 系统设计架构 .12 3.5 系统功能设计 .12 3.6 接口说明 .13 3.6.1 高级程序设计语言 C# .14 3.6.2 Supermap 组件开发简介.14 3.6.3 主要接口说明 .14 3.7 界面设计 .15 第 4 章 数据库设计.16 4.1 数据库总体设计 .16 4.2 数据库设计原则 .16 4.3 数据库的建立 .17 4.3.1 空间数据.17 4.3.2 属性数据.18 4.3.3 属性数据与空间数据的关联.21 第 5 章 系统实现.22 5.1 界面实现 .22 5.2 系统工具栏及快捷菜单实现 .23 5.2.1 工具栏.23 5.3 系统主要功能实现 .23 5.3.1 地表水查询功能 .24 5.3.2 降水信息调查功能 .26 5.3.3 地下水管理功能 .30 5.3.4 河流污染防治分析.36 5.3.5 城市水源供给管理.39 第 6 章 结论.45 参考文献.47 谢 辞.48 引 言 随着社会经济的不断发展,水资源问题变得日趋突出主要表现在以下个方面： 一是防洪防旱系统迟钝，地区降水信息和地表水信息不能及时的有效的结合， 本系统为防洪防旱工作提供依据；二是点源污染和面源污染逐年加大，江湖水 质日趋恶化；三是地下水资源量不足，局部地下水超采，地面下沉；四是一直 存在着水资源不能统一管理和水资源不能合理配置以及水价偏低等问题。水资 源问题已在较大程度上影响了一个地区社会经济的发展成为该地区社会经济 可持续发展的一个制约因素。因此，必须加强对水资源的科学管理，通过水资 源的优化配置，满足经济社会发展对水资源的需求，通过实现水资源可持续利 用支撑经济社会可持续发展。 在水资源管理工作中, 需要收集大量的与水资源有关信息资料, 这些信息资 料是水资源管理和决策的重要依据。水资源具有动态分布和动态变化的特点, 其开发利用涉及气象、水文、地质、水文地质、环境、土地利用及社会经济等 多方面的因素, 各因素的时空变化及其相互关系的信息量十分庞大。传统的信 息管理方法, 在技术上越来越不适应现代水资源管理的需要。地理信息系统 (Geographic Information System, GIS) 是在计算机软硬件支持下, 能够实现信息 采集、贮存、管理、分析、处理及输出的技术系统。地理信息系统的一个显著 特征是它能够实现对空间数据的分析、处理和管理。引入 GIS 软件后, 可以使 文字资料与其地理位置连接起来, 使水资源的资料在管理上, 可以非常形象的了 解一个地区的地形地貌和水资源情况, 使得管理更加科学化、直观化、系统化、 准确化, 也可以提高工作效率。将 GIS 应用于水资源的管理作成一软件模型, 把 一个地区的资料整合起来,可为及时掌握当地的水资源时空分布、水资源的开发、 利用、治理、配置、节约和保护等提供优质服务并建设布局合理、功能齐全、 技术先进、反应快速的水资源信息系统工程。总而言之，一个成熟的、成功的 水资源系统对于地区水资源的调查和管理是十分迫切并且有价值的。 第 1 章 文献综述 1.1 GIS 概述 1.1.1 国际发展状况 GIS 是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起， 至今已成为一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科2。 1963 年加拿大测量学家 R.F Tomlinson 首先提出了地理信息系统这一术语，并 建成世界上第一个 GIS（加拿大地理信息系统 CGIS） ，并用于自然资源的管理 和规划。不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件 SYMAP。这可算是 GIS 的起步。进入 70 年代以后，由于计算机软硬件水平的提高，促使 GIS 朝着实用 方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的 GIS，在自然资源 管理和规划方面发挥了重大的作用。如从 1970 年到 1976 年，美国国家地质调 查局就建成 50 多个信息系统。其他国家如加拿大、德国、瑞典和日本等国了相 继发展了自己的 GIS。80 年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效 得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用， 成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。到 1995 年，市场上有报 价的软件已达上千种，并且涌现出了一些有代表性的 GIS 软件。 地理信息系统的存在与发展已历经 30 余年。用户的需要、技术的进步、应 用方法论的提高，以及有关组织机构的建立等因素，深深地影响着地理信息系 统的发展。 1.1.2 国内发展状况 我国 GIS 的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步（1970-1980） 、准备 （1980-1985） 、发展（1985-1995） 、产业化（1996 以后）阶段。GIS 已在许多 部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信 息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与估 产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评 估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110 报警系 统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或 测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功（如 GeoStar,CityStar,MapGIS，SuperMap 等）,一批高等院校已设立了一些与 GIS 有 关的专业或学科，一批专门从事 GIS 产业活动的高新技术产业相继成立。些外， 还成立了“中国 GIS 协会”和“中国 GPS 技术应用协会”等。 1.2 GIS 在水资源方面的研究 1.2.1 GIS 与水资源国内外现状 地球上水的储量很大，但淡水只占 2.5%，其中易供人类使用的淡水不足 1%。 据专家最新估计，全球陆地上可更新的淡水资源约 42.75 万亿立方米，其中易 于使用的约 12.514.5 万亿立方米。按 1995 年人口统计，全球人均淡水资源约 7450 立方米，其中易于使用的淡水人均约 2180 2440 立方米。可见，地球上 的淡水资源是有限的。 水的需求随人口和经济发展而迅速增长。从 19401990 年，在 50 年时间 内，全球总用水量增加了 4 倍。1995 年全球用水总量已达 36000 亿立方米，人 均 用水 628 立方米，约占易用淡水资源量的 2730。 水资源在地球上的分布是很不均匀的，有的地方多，有的地方少。据联合 国调查，全球约有 4.6 亿人生活在用水高度紧张的国家或地区内，还有 14 人 口即将面临严重用水紧张的局面。 自从 1977 年在阿根廷的马德普拉塔召开的第一次联合国水资源大会以来， 水资源已成为世界性的热点问题。目前已有 26 个联合国机构参与与水有关的事 务。近几年有数以百计的水问题国际会议召开。其中影响较大的会议有：1992 年巴西里约热内卢联合国环境和发展峰会；1997 年在摩洛哥马拉喀什第一次世 界水论坛；1998 年巴黎水与可持续发展国际会议；2000 年海牙第二次世界水论 坛等。联合国环境署在 2002 年发布的全球环境展望上指出， “目前全球一 半的河流水量大幅减少或被严重污染，世界上 80 个国家或占全球 40%的人口严 重缺水。如果这一趋势得不到遏制今后 30 年内，全球 55%以上的人口将面临水 荒” 。在 2002 年南非召开的可持续发展世界高峰会议上，全体代表一致通过将 水危机列为未来十年人类面临的最严重挑战之一。 在国际会议和联合国有关机构的组织推动下，世界各国的水资源工作有了 较大的进展。在全球范围内开展了水资源评价活动。对水资源的评价方法进行 了理论探讨和实验研究。在水资源规划研究中，由于竞争性用水问题的突出， 导致了投资竞争，水资源在地区间、部门间和多目标用水间的合理分配问题已 成为缺水地区在发展进程中诸矛盾的焦点，因而各国开始致力于流域和区域的 规划研究。 自 80 年代以来，水质与水环境恶化趋势加剧，已威胁到人群健康,水环境 问题成为研究热点，各国制定了地表水和地下水的水质标准，建立了河流、湖 泊与水库的各类水质模型，并试图将水质研究与水量研究联系起来,以实现水资 源学科中水量与水质的统一数学描述。 1992 年联合国环境与发展首脑会议后,可持续发展观念日益深入人心，为水 资源学科的发展注入了新的活力。各国在可持续发展观念启发下，从发展模式 的高度认识水资源开发利用和经济发展的相互关系，认识水资源利用与保护的 相互关系，经济发展和生态环境保护的关系，管理在水资源开发、利用、保护 中的作用,水资源管理中需水管理、供水管理、水质管理和水价管理的相互关系, 以及水资源管理中的经济机制、法律机制和行政机制的作用。对上述关系的再 认识和大讨论，导致了面向可持续发展的水资源价值观和方法论的提出与初步 形成,标志着水资源学科开始步入其初步成熟阶段。 我国的供水能力从 1949 年的 1000 多亿 m3 增加到 2000 年的 5531 亿立方 米。其中地表水供水量约 4440 亿立方米；地下水开采量 1069 亿立方米。我国 用水增长迅速，1949 年估计约 1031 亿立方米；1997 年到达 5546 亿立方米，人 均用水 450 立方米；2002 年下降到 5497 亿立方米，人均用水 428 立方米。其 中农业用水占 68%，工业用水占 21%，生活用水占 11%。随着用水量的增加， 用水效率逐年有所提高。但与经济发达的高收入国家相比，我国单方水的 GDP 产出量仍低于发达国家。它表明随着经济实力的增长，通过经济结构的调整， 用水效率的提高，节水尚有较大潜力。1995 年全球人口 57.35 亿，用水 36000 亿立方米，人均用水 628 立方米，其中：农业人均用水 437 立方米（占 69.6%） ； 工业 131 立方米（占 9.7%） ； 生活 60 立方米（相当 164l/日，占 2.1%） 。我国 的人均用水量低于世界水平，仅为美国用水量的 24%。此外，北方干旱持续， 缺水形势加剧。地下水严重超采，黄河冲沙水被挤占，断流加剧。水污染发展， 生态环境恶化；南方洪涝灾害频繁出现，水污染得不到控制，造成了污染型缺 水；西北内陆地区水土资源过量开发，荒漠化发展，生态环境恶化，出现了生 态型缺水；2001 年全国废污水排放总量达 626 亿吨，全国评价河长中，类以 上污染河长占 38.6%，大部份地区供水安全得不到保证。 以水资源紧张,水污染严重,洪涝灾害为特征的水危机,已成为我国可持续发 展的重要制约因素。当我国经济发展到目前水平的时候,必须进一步从人口、资 源、环境的宏观视野,总结经验,调整思路,制定新的水资源战略。 1.2.2 GIS 与水资源的调查管理 GIS 是建立在统一地理坐标基础上的空间数据库, 它利用地学模型来分析 空间数据，对环境、资源等空间信息进行管理、分析，并进行动态变化的预测、 预报, 为各行业的管理和规划服务。 GIS 已经被广泛地应用到多个领域中，并且显示出广阔的应用前景，同时 GIS 在农业领域中的应用也显示出广阔的前景，随着 GIS 技术在水资源领域中 应用的不断深入，GIS 在水资源领域的地位也日益重要起来。水资源系统是一 个极为复杂的系统，涉及到大量的专家经验。利用 GIS 与专家系统的结合，对 水资源生态系统进行模拟，为管理部门提供决策支持是未来发展的一个必然趋 势。21 世纪是一个信息时代，水资源的信息化也是一个必然趋势，GIS 以其强 大的空间数据的处理能力，将在水资源的管理决策以及数字水资源和精准水资 源中发挥越来越重要的作用，而地理信息系统在水资源领域中的应用是极为重 要的，深入开展地理信息系统在水资源领域中的应用研究也将是必然趋势。 GIS 具有实现图形信息与属性信息的互查、维护与更新,以及统计分析、拓 扑分析、空间位置计算等空间分析功能，其最典型的功能是空间分析功能，因 此可实现水资源信息管理、辅助水资源规划设计、辅助决策分析等功能。另外 GIS 技术已应用到各个领域,是目前信息管理的一种发展趋势。 这次系统设计主要利用 SuperMap Deskpro 6 为数据处理软件，完成地图的 矢量化，而为开发的系统提供原数据，依靠 Microsoft Visual Studio 2008 语言开 发软件的 C#语言结合调用 SuperMap Objects .NET 6R Runtime 的开发控件完成 程序的设计编辑工作，最终实现水资源管理系统的全部功能。 第 2 章 系统分析 2.1 需求分析 水资源是人类生产生活的最关键资源，可是如今，生态环境遭到严重破坏， 水体污染严重，水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。 中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为 28000 亿立方米，占全球水 资源的 6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有 2200 立方米，仅为世界平均水平的 14、美国的 15，是全球 13 个人均水资源最 贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后， 我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为 11000 亿立方米左右，人均可利用 水资源量约为 900 立方米，并且其分布极不均衡。到 20 世纪末，全国 600 多座 城市中，已有 400 多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达 110 个，全国城市缺水总量为 60 亿立方米。我国水资源短缺、水污染严重 、 水土流失严重 、水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。 西部水少，沿海水多。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有 逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧 了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而 且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 随着城市化和经济社会发展，土地被大量占用，非农业灌溉用水需求在急剧增 加，农业与工业、农村与城市、生产与生活、生产与生态等诸多用水矛盾进一 步加剧。尽管中国采取了最严格的耕地保护措施，但大量的农田和农业灌溉水 源被城市和工业占用，耕地资源减少的势头难以逆转，水资源短缺的压力进一 步增大。 如今，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。 而且水环境恶化的趋势也没有得到有效的遏制。全国水土流失面积 367 万平方 公里，占国土面积的 38。全国近一半河段和九成的城市水域受到不同程度的 污染。水环境的恶化，破坏了生态系统，进一步加剧了水资源紧缺的矛盾。随 着我国人口的增加，经济的发展和城市化进程的加快，我国水资源形势将更为 严峻，以水资源紧张、水污染严重和洪涝灾害为特征的水危机已经成为我国可 持续发展的重要制约因素，成为实现新时期经济社会发展目标具有基础性、全 局性和战略性的重大问题。 然而，中国水土流失尚未得到有效控制，生态脆弱。中国众多的山地、丘 陵，因季风型暴雨，极易造成水土流失。同时，对水土资源不合理的开发利用， 加剧了水土流失。目前，中国水土流失面积 356 万平方公里，占国土面积 37%，每年流失的土壤总量达 50 亿吨。严重的水土流失，导致土地退化、生态 恶化，造成河道、湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害。由于干旱 和超载过牧，导致草原出现退化、沙化现象。污染负荷急剧增加，加重了水体 污染。大量的工业和生活污水未经处理直接排入水中，农业生产中化肥和农药 大量使用，使得部分水体污染严重。水污染不仅加剧了灌溉可用水资源的短缺， 成为粮食生产用水的一个重要制约因素，而且直接影响到饮水安全、粮食生产 和农作物安全，造成了巨大经济损失。而水资源也更加短缺了。 无论是情愿还是不情愿，缺水，这一让水乡人感到无比陌生和尴尬的事实 已经真实地摆在了人们的面前。杭嘉湖平原、宁绍平原、苏锡常平原等历史上 的天府泽国，目前基本上都处于程度不同的缺水状态，一些地区出现了水乡无 水喝的尴尬局面，水资源危机给江南水乡社会经济的发展带来了严峻的挑战。 在著名的国际商贸城市义乌，市区有时每周正常供水仅 9 小时，人均水资源拥 有量仅为全国平均水平的 14。据称，在义乌有两样商品最好卖，即水桶和水 泵。 “中国是一个中度缺水的国家”，水利部水资源司司长吴季松说,这是从水资 源对社会经济发展的支撑能力上得出的判断。据统计，我国目前缺水总量估计 为 400 亿立方米，每年受旱面积 200 万260 万平方千米，影响粮食产量 150 亿 200 亿千克，影响工业产值 2000 多亿元，全国还有 7000 万人饮水困难。缺水 对环境和人的身心健康都有着严重的影响。 当今社会是一个飞速发展的社会，可以说是日新月异、气象万千。但随之 而来的水资源问题变得日趋突出。水资源问题已在较大程度上影响了一个地区 社会经济的发展成为该地区社会经济可持续发展的一个制约因素。因此，必 须加强对水资源的科学管理，通过水资源的优化配置，满足经济社会发展对水 资源的需求，通过实现水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展。 在水资源管理工作中, 需要收集大量的与水资源有关信息资料, 这些信息资 料是水资源管理和决策的重要依据。水资源具有动态分布和动态变化的特点, 其开发利用涉及气象、水文、地质、水文地质、环境、土地利用及社会经济等 多方面的因素, 各因素的时空变化及其相互关系的信息量十分庞大。传统的信 息管理方法, 在技术上越来越不适应现代水资源管理的需要。地理信息系统 (Geographic Information System, GIS) 是在计算机软硬件支持下, 能够实现信息 采集、贮存、管理、分析、处理及输出的技术系统。地理信息系统的一个显著 特征是它能够实现对空间数据的分析、处理和管理。引入 GIS 软件后, 可以使 文字资料与其地理位置连接起来, 使水资源的资料在管理上, 可以非常形象的了 解一个地区的地形地貌和水资源情况, 使得管理更加科学化、直观化、系统化、 准确化, 也可以提高工作效率。将 GIS 应用于水资源的管理作成一软件模型, 把 一个地区的资料整合起来,可为及时掌握当地的水资源时空分布、水资源的开发、 利用、治理、配置、节约和保护等提供优质服务并建设布局合理、功能齐全、 技术先进、反应快速的水资源信息系统工程。 2.2 可行性分析 水资源调查管理系统系统选用的北京超图软件股份有限公司的 SuperMap Deskpro 6 系列软件，辅以 SuperMap Objects 6 的二次开发工具组件及微软公司 所开发的一种面向对象的高级程序设计语言 Microsoft Visual studio 2008 C#进行 设计开发。 C#是面向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选无论是 高级的商业对象还是系统级的应用程序。最重要的是，C#使得 C+程序员可以 高效的开发程序，而绝不损失 C/C+原有的强大的功能。而 SuperMap Objects 6 是随 SuperMap Deskpro 6 一起推出的一种新的开发者产品，它包含了创建和 部署用户 GIS 解决方案应用程序所需的所有内容。使用 SuperMap Objects 6 开 发者能够为现有的应用程序添加动态制图和 GIS 功能，或者构建他们自己的专 门制图程序。SuperMap Objects 6 提供了良好定义的、跨语言的对象集，它包括 了 SuperMap 桌面用户界面之外的所有功能。两者结合，本系统在技术上并无 问题。 2.3 系统目标 为解决上述的水资源现状存在的问题，我们依靠 GIS 软件的功能特点，开 发出一个完全具有针对性的水资源调查管理系统。实现水资源概括、地下水动 态、地表水资源、地下水资源、水信息的查询管理、分析统计，以及水资源优 化配置，结果以柱状图、变化曲线、文本等多种方式来展示。通过调用系统程 序，可以直观显示唐山地区内各区县的地表水资源情况（河流、湖泊等的分布 情况、水源储量情况、降水量信息等） ，方便查询、浏览、编辑等操作；同时能 够全面并且科学的了解本地区内的地下水位情况及其开采情况，为地下水资源 的合理应用和保护提供依据；系统还能够通过对污染企业对河流水域的污染等 级作出缓冲区分析，从而方便河流的环境保护、污染治理等社会问题得到解决。 最后一个设计目标是完成路径选择功能，具体可分为供水管道的铺设路径选择 问题和送水最短路径选择问题，这个功能属于城市水资源系统的的一个附属补 充。简单来说，本系统的的设计方案就是：首先是水源现状调查管理（地表水、 地下水情况） ，而后是对水源变化情况的预警功能（各地降雨影响） ；然后是水 源的污染的预防和治理问题；最后是细化到某一城市地区的水源供应。 GIS 支撑下的精准水资源系统可以完成一般的信息传递中不能完成的一些 特殊功能，如空间数据的查询和分析能力等。借助于 GIS 空间数据的检索功能， 系统使用者可以查询出符合研究需要的地理信息，而且可以直观地看到各类水 资源等在整个地区的空间分布信息。空间分析功能可以对信息点进行各方面的 分析，为地区管理者的决策提供基本的依据。 第 3 章 系统设计 随着计算机技术的飞速发展以及 GIS 理论与技术被广泛应用于水资源调查 管理中，进行系统开发成为一股热潮。许多机构部门为了进行信息化建设，纷 纷着手建设适合需要的、高效的 GIS 应用系统。GIS 开发根据用户的需要有其 既定的目标，也有其阶段性，包括系统分析、设计、实施、评价和维护等。GIS 设计目标就是通过改进系统设计方法、严格执行开发的阶段划分、进行各阶段 质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，达到增强系统的实用性、降低系 统开发和应用的成本、延长系统生命周期的目的。选用合适的系统设计方法， 可大大减少系统设计过程中的错误，这一点在系统设计过程中是十分重要的。 3.1 GIS 设计方法的选择 为了保证信息系统的开发质量，降低开发费用及提高系统开发的成功率， 必须借助于科学的设计方法。几十年来，人们在大量的系统开发实践中，探索 和发展了许多指导系统开发的理论和方法，如结构化生命周期法、原型法和面 向对象的开发方法等，这些方法都相对成熟和完善，而且在实践中应用相对广 泛。 结构化生命周期法规定了软件开发过程中的各项工程活动，一般包括可行 性分析、需求分析、总体设计、详细设计、编码及测试六项活动，并规定了它 们从上而下，相互衔接的固定次序，前一阶段的成果是后一阶段工作开始的基 础。这种开发方法为软件开发提供了一个较为成熟和完善的管理模式，而且直 观易学。其最大的不足是缺乏灵活性，尤其是在软件需求不明确或不准确的情 况下，问题更为突出；其次还有修改困难、难以维护和软件模块重用性差等缺 点。 原型法的主要思想是借助原型（即所开发软件的一个早期可运行版本，它 反应了最终系统的部分重要特性）来辅助软件开发。在开发初期，开发人员根 据自己对用户需求的理解，利用开发工具快速构造出原型软件，用户及开发人 员通过对原型软件的试运行、评价、修正和改进，逐步明确对软件的功能需求 以进行正式开发或者直接把原型扩充成最终产品。这种开发方法的优点是增进 了开发人员和用户对系统功能需求的理解，为用户提供了一种有力的学习手段， 能有效的保证最终产品的质量，尤其是可以大大提高用户接受性。但是，采用 原型法进行软件开发，软件原型是否具有代表性直接影响到软件开发的成功与 否。 面向对象技术将客观世界（问题论域）看成是由一些相互联系的事物（对 象）组成，每个对象都有自己的运动规律和内部状态，对象间的相互作用和相 互联系构成了完整的客观世界，问题的解由对象间的通讯来描述。面向对象的 开发方法包括分析阶段、高层设计、类的开发、实例的建立、组装测试几个阶 段。 考虑到本系统是在自己实际需要的基础上开展的，其用户需求易于明确， 还有系统的规模容易控制，故系统选用的是结构化生命周期法和原型法相结合 进行系统设计。 3.2 总体设计要求 为了使系统满足科学化、合理化和经济化的总体设计要求，本系统遵循了 以下基本原则： 实用性：最大限度的满足相关部门业务需求，为其提供有效的技术工具。 要保证系统运行的稳定，数据提供准确迅速，界面友好，操作方便，功能完善， 系统维护性好。 标准性：整个系统的建设需遵循标准化、统一化的原则，以支持系统的推 广应用。系统的数据分类编码、数据格式、数据接口、软件接口和系统开发等 方面要严格执行国家与行业相应的标准和规范。 先进性：系统在技术上要具有先进性，包括软、硬件的先进性、网络环境 的先进性等，将现有的先进技术尽可能的应用到系统中来。 动态性：系统要能够顾及到环境空间数据不断变化和增加的需要，也要充 分考虑到环境保护业务的需要。系统需要根据环境数据、业务、结构等各种变 化，动态的调整、优化和扩展有关的功能。 开放性：系统需要采用开放式设计，可以再应用中不断由用户补充和更新 功能，具备良好的与其他系统的数据交换和功能兼容能力。系统还需要具备统 一的软件和数据接口，以为后续系统的开发留有余地。 安全性：面对网络运行环境，建立完善的安全防护机制，保证合法用户能 够方便的访问数据和使用系统，阻止非法用户操作数据库和系统 3.3 软、硬件配置方案 用户端软硬件配置推荐： 表表 3-1 用户端软硬件配置用户端软硬件配置 处理器Intel Pentium 内存1G 硬盘80G 操作系统Windows 数据库软件Access2003 Microsoft Visual Studio 2008软件环境 北京超图软件股份有限公司的 SuperMap Deskpro 6 系列软 件和开发组件 uperMap Objects 6 3.4 系统设计架构 系统整体体系结构功能模块结构如图所示： 初始界面 数据编辑数据查询数据输出空间分析 地理数据库 应用模块 图 3.1 系统结构框架表 3.5 系统功能设计 根据系统的目标不同，将本系统分成五个功能模块，如图所示。 3.6 接口说明 本系统选用的 supermap 系列软件性能很好，同时运行于 Microsoft Visual Studio 2008 之上的高级程序设计语言 C#进行设计开发。 水资源调查管理系统 主窗口或初始总窗口，承揽下面的各数据窗口 地表水资源 降水资源 地下水资源 河流污染防治分 析 城市水源供给管 理 点 击 查 询 河 流 属 性 查 找 河 流 位 置 查 看 选 择 河 流 流 经 城 镇 点 击 查 看 区 域 降 水 降 水 属 性 表 的 字 段 编 辑 降 水 信 息 的 录 入 与 修 改 点 击 开 采 点 查 询 范 围 查 询 地 图 编 辑 登 记 开 采 区 河 流 属 性 查 看 河 流 建 立 分 级 缓 冲 区 河 流 缓 冲 区 分 析 供 水 路 径 选 择 服 务 区 划 分 供 水 辅 助 工 具 降 水 的 图 形 表 达 坐 标 文 件 登 记 开 采 区 图 3.2 水资源调查管理系统功能分析图 3.6.1 高级程序设计语言 C# 在过去的二十年里，C# 已经成为在商业软件的开发领域中使用最广泛的 语言。C#是一种最新的、面向对象的编程语言。它使得程序员可以快速地编写 各种基于 Microsoft .NET 平台的应用程序，Microsoft .NET 提供了一系列的工具 和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。 C#面向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选无论是高 级的商业对象还是系统级的应用程序。最重要的是，C#使得 C+程序员可以高 效的开发程序，而绝不损失 C/C+原有的强大的功能。因为这种继承关系，C# 与 C/C+具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向 C#。 C#语言允许类型定义的，扩展的元数据。这些元数据可以应用于任何对象。 项目构建者可以定义领域特有的属性并把他们应用于任何语言元素-类，接口等 等。然后，开发人员可以编程检查每个元素的属性。这样，很多工作都变得方 便多了，比如编写一个小工具来自动检查每个类或接口是否被正确定义为某个 抽象商业对象的一部分，或者只是创建一份基于对象的领域特有属性的报表。 定制的元数据和程序代码之间的紧密对应有助于加强程序的预期行为和实际实 现的之间的对应关系。 作为一种自动管理的，类型安全的环境，C#适合于大多数企业应用程序。 3.6.2 Supermap 组件开发简介 组件式 GIS 是 GIS 与组件技术相结合的新一代地理信息系统。介绍了地理 信息系统和组件式 GIS 的基本概念、组件式 GIS 的基本优点,以及 SuperMapObjects 组件开发平台的组成、功能划分和数据组织。阐述了使用 SuperMapObjects 组件进行 GIS 应用软件二次开发的一般方法和步骤,以及在 C# 中使用 SuperMapObjects 组件对象的基本步骤,并以 C#为开发环境,结合 SuperMapObjects 核心组件,给出了一个能把空间数据库的数据进行地图显示的 实例程序,演示了如何使用 SuperMapObjects 组件进行 GIS 应用软件的二次开发。 3.6.3 主要接口说明 打开一个工作空间（一个 smw 文件）： SuperWorkspace.Open()； 保存一个工作空间（一个 smw 文件）： SuperWorkspace.Save()； 创建一个工作空间（一个 smw 文件）： SuperWorkspace.Create()； 打开一个数据源： SuperWorkspace.OpenDataSource()； 创建一个数据源： SuperWorkspace. CreateDataSource ()； 获取工作空间里数据源集合（ soDatasources）： SuperWorksapce.Datasources;； 获取工作空间里布局集合（ soLayouts）： SuperWorksapce.Layouts;； 获取工作空间里地图集合（ soMaps）： SuperWorksapce.Maps； 用于打开已有工作空间文件接口： SuperWorkspace.Open()； 用于刷新 SuperWkspManager 控件的内容接口：SuperWkspManager.Refresh()； 在矢量数据集中创建一个字段：soDatasetVector.CreatField()； 删除字段：soDatasetVector.DeleteField()； 更新字段：soDatasetVector.UpdataField()； 通过属性过滤条件查询矢量数据集，结果可含空间几何对象和属性信息： soDatasetVector.Query()； 获得临时图层：SuperMap.TrckingLayer； 按指定的风格添加几何对象到跟踪图层上：soTrackingLayer.AddEvent()； 通过几何对象之间的空间位置关系联合属性过滤条件查询矢量数据集： soDatasetVector.QueryEx()； 3.7 界面设计 用户界面的友好性是衡量一个软件优劣的重要标志之一。用户界面是用户 和系统交流的窗口，是系统的外观表现和具体操作平台，而系统的用户是多层 次的，许多终端用户并不熟悉地理信息系统的专业知识和理论，他们更注重和 关心如何使用系统以及系统的可操作性、正确性和直观性等，这些都必须通过 用户界面来加以体现。因此，友好的用户界面是该系统成功应用的关键之一。 为方便用户使用，用户界面要符合 Windows 界面准则。界面设计在充分满 足用户需求的基础上，还要考虑界面的构图或布局，界面元素的位置、界面元 素的一致性等问题来美化界面，提高应用程序界面的可用性和美感。其界面设 计应遵循一般信息系统软件界面设计的要求： 1）简洁美观，主次分明：尽量减少不必要的花俏成份，界面做得太复杂， 往往会使得用户无所适从。 2）提供简单的错误处理：在出现错误时，系统应该能检测出错误，并且提 供简单的错误处理功能。 3）提供信息反馈：对不常用操作和至关重要的操作，系统应该提供信息反 馈。 4）操作可逆：对于不具备专门知识的操作人员相当有用。 第 4 章 数据库设计 4.1 数据库总体设计 对任何系统而言，其核心模块都是面向不同服务对象的数据库，数据库质 量的优劣，直接影响着系统目标的成败。精准农业系统的开发需要数据库系统 的强有力的支持。考虑到定量的统计或观测数值数据的与空间地理特征信息的 不同性质，将数据的存储与管理分为属性数据库和空间数据库，并采用一个共 同的关联项，即 GPS 测得得坐标将它们关联起来。 数据库支持过程如图： 数据输出系统 数据分析系统 数据库管理 信息查询系统 数据库 图 4.1 数据库支持过程图 4.2 数据库设计原则 包括空间数学基础、命名规范、编码标准、分层分幅标准以及属性表的设 计等。 数据是信息系统的血液，数据库是以一定的组织方式存储在一起的相互关 联的数据集合，能以最佳方式，最少重复为多种目的服务。数据库设计时，必 须满足数据库建设的要求，无论是业务数据库还是辅助数据库，都要满足精准 农业的要求。具体而言，数据库的设计要遵循如下一些原则： 1）数据库安全稳定 数据库是系统良好运行的关键，因此，必须从软硬件平台选型、数据库结 构等方面进行优化设计，确保数据库的稳定运行。采用严格的用户身份认证措 施防止非法用户的攻击，做好数据的备份，防止数据库的崩溃。 2）数据库设计必须规范合理 数据库设计必须符合数据完整性和数据最小处理单元的原则，进一步完善 数据操作的安全性、完整性、一致性、并发性、保密性等。 3）空间属性数据的存储管理 为了实现对该系统数据业务的高效访问和操作，便于数据更新维护，必须 考虑将空间数据和属性数据进行统一的设计，实现空间和属性的综合查询和管 理。 4）能够适应数据的实时更新 水