gis支持下的谈判划界流程的设计与实现

gis支持下的谈判划界流程的设计与实现

0中国的边界管理视角中国的边境形势非常复杂。地球边界总面积超过22公里，与14个国家接壤。目前,仍未与印度和不丹确定陆地边界,边界工作仍将是我国外交工作中一项长期而重要的任务,它直接影响到我国的主权和领土完整、民族团结以及边境地区的经济建设、社会安定和人民生活。介于此,外交部依据中国边界划界进程和边界管理的现状,立项建设“陆地国界管理信息系统”,为着重保障边界谈判而设立“辅助边界谈判划界子系统”。该子系统采用以地理信息系统(GIS)为主导的多种技术手段,为边界谈判与划界两个关键流程提供技术支持,快速提供谈判工作所需的各种资料和依据,综合分析争议地区地形、地貌情况和自然资源条件,采用自动和人工相结合的方式进行辅助界线的划定等,为外交部条法律司相关人员提供辅助决策。1系统结构设计边界谈判划界子系统采用4层架构,分别为数据层、接口与引擎层、业务逻辑层和表示层(如图1所示)。1.1多媒体文档资料数据层是系统数据集合,分为三个部分。第一部分是文档资料数据库,是以文件的形式组织管理与谈判相关的历史、法律等各种多媒体文档资料;第二部分是空间数据库,采用ArcGIS的文件数据库,分别存储DLG数据、DRG数据、DEM数据、谈判对象数据(区域)等;第三部分是专题数据库,囊括了资源数据(一部分为空间数据)和系统管理数据(用户权限管理)。1.2基于gis的业务逻辑执行接口与引擎层是系统数据访问中间件和GIS功能中间件。系统通过该层的文档目录树引擎、ArcGISEngine和ADO.NET实现了对业务逻辑执行所需数据的访问(管理)和基本的GIS功能支持。1.3辅助谈判和划界关键业务业务逻辑层是系统核心业务实现层,负责模型的建立与应用,处理辅助谈判和划界两大关键业务流程。大致分为文档资料目录树管理、多种方式的文档查询、争议区管理、辅助划界以及2,3维地图等功能。1.4可视化结果展示表示层是与用户有着丰富交互的图形界面,用户通过清晰一致的界面调用系统的所有功能,系统将用户命令执行结果以多媒体文档、2维地图(DLG,DRG)、3维地形、统计图表等丰富的可视化形式展现。2数据库管理系统谈判划界决策支持系统是基于ArcGISEngine组件开发的,充分利用了ArcGIS组件强大的数据管理和空间分析功能,实现了以下功能:1)文档目录管理2)文档查询3)争议区管理4)辅助划界5)通用地理信息其功能模块结构如图2所示。文档管理是以目录树的方式对文档资料进行管理,并进行浏览显示与比较。文档查询以多种方式实现对文档的快速查询。争议区管理将争议区作为谈判对象进行管理,各争议区的资料同样以目录树的方式进行管理,并对争议区对象进行增减与编辑。系统中,ArcGISEngine功能组件主要用来实现大部分的地理信息系统功能,包括对空间数据库的访问、地图的显示与控制、空间数据的查询与分析等功能。而文档管理、文档查询、争议区管理、辅助划界都属于系统的应用模块,其中辅助划界与ArcGISEngine功能组件的关系最为密切,它需要在地图及地图数据支持下辅助生成划界方案线,并提供与方案线有关的面积、资源分配情况,同时还要将分析结果在2,3维地图上进行可视化表达,并输出附图作为谈判凭证。2.1方便的医疗非织造文网站边界谈判涉及到的资料不但数量庞大,类型多种多样,而且相关联的文档也为数不少,如多次谈判文档间的关联等,因此有效方便的文档管理与文档搜索引擎是必不可少的。1文库添加设计功能为方便文档资料的管理与浏览,文档资料采用文档目录树结构管理,文档按层次结构存放在文档数据目录下,用户可以进行资料的灵活增删处理,操作方便。文档目录树是以树结构来组织谈判划界所涉及的文档资料,同节点下各分枝节点代表文档的分类,不同层次的非叶节点代表着文档分类的层次,叶节点表示具体的文档资料,系统允许有权限的用户通过从资源管理器拖拽文件至树节点的方式向文档库添加文档。用目录树来组织文档资料具有分类清晰、层次明了、便于浏览与维护的特点。2多媒体属性信息显示文档管理负责文档的过滤、目录树的初始化、文档的分类管理、文档的链接、目录控制与更新、文档显示等。其中文档显示可以对文本文档、网页、图像、地图和多媒体进行浏览,同时为方便文档进行比较,提供了文档对比显示组件。而文档搜索功能提供了文档名称查询、全文查询、地名查询和文档关键字查询4种查询方式,并将结果进行显示。2.2争议区量算与统计分析谈判划界决策支持系统提供划界方案制作、方案量算与统计分析等其本功能,系统将其划分为争议区量算分析(包括资源统计分析、特征线处理、图层叠加处理、打印输出4个功能模块)。1自动面积分割算法提供长度和面积量算、争议区面积量算、方案线长度量算及其分割争议区后左右面积对比、动态可视地调整分割线坐标、按比例有条件自动生成分割线。在手工划界难以精确调整双方所达成的面积分割方案时,提供自动面积分割算法,按照预设的双方面积比例,采用多种方式(条件、规则),将谈判对象自动划分,形成分割线。自动面积分割和手工面积分割互相配合使用,便于在图上快速确定划界方案。2争议区域自然资源分配的变化划界方案拟定过程中,每拟定(移动)一条分割线,意味着在该争议区域内部双方所占区域的变更,从而分布在该区域的各类自然资源总量的分配也相应发生变化。资源影响分析就是分析区域变更后双方拥有各类资源的种类和数量在空间分布的情况,有助于评价划界方案的利弊。3辅助预案制定工具选择处理范围,生成山谷线或山脊线,作为方案线的基础依据;提供辅助预案制定的工具,可绘制和修改分割方案线等。提取的山脊线(分水岭)或山谷线,并抽取主山脊线(主山谷线或河流),它们通常做为山地划界的依据。4叠加显示和设置透明度通过在两幅图上对照采集特征控制点,将地图与原图进行叠加显示,并设置透明度,从而可以清晰直观地对比不同来源或不同历史时期同一谈判对象之间大致的或较精确的空间变化(面积、形状等)。5打印机打印提供地图绘制、地图整饰、输出范围设定、页面设置与地图打印输出等功能,将谈判进展及结果以附图的形式存档。3关键技术3.1移动方式的移动在谈判划界中,经常出现按面积比划分争议区的情况,一般先根据实际条件划定一条初始分界线,然后进行手动调整方案线,以达到要求面积比,其过程繁琐,精度也不易控制,为克服这一不足,系统采用“整线平移”技术、“固定点移动”技术、“固定线段移动”技术分别实现了方案线的不同调整方法,它以迭代算法为基础,通过设定方案线的不同限制,移动其他可移动的点或线段,在最小限差内实现面积的比例分配,提高了分割的精度和自动化程度。1)整线平移不考虑分割线通过的区域,只单纯考虑线对面积的比例分割,这种情况在沙漠等无人区经常使用,同时也是其他两种方法的基础。通过将分割线向某一方向(垂直方向、水平方向、与分割线伸展方向垂直的方向或其他特定方向)进行移动,计算移动前后分割面积比的变化:①若仍未达到预定比例,继续向该方向移动;②若已经超过了预定比例,则向反方向进行移动;③若面积达到预定范围则中止移动线。通过上述多次迭代平移,最终获得所需要的分割线。2)固定点移动指分割线必然通过某些特定点位,而其他点位不作要求。最简单的方法是按1)方法进行移动,但在每次移动后将固定点位置复原后进行计算,最终获取满足面积比的分割线,但当线移动过大时,形成的分割线形状过于尖锐,在进行线上的点移动时可以考虑与固定点的距离因素,当与其越远时移动越多,反之移动越少。3)固定线段移动通常指分割线必然通过某些特定线段(即该分割线段不能移动),而其他点和线段不作要求。如同2)一样,可以采用先移动后复原的方法进行处理固定线段的两个端点。在上述3种移动方式移动过程中,由于争议区和初始分割线的形状各异,形成的分割线中间可能出现在争议区外,从而出现“飞地”或分成多块地的情况,此时,可以通过人工调整后作为初始线重新进行分割处理;也可以按面积比控制各点在移动方向上的移动范围,如先计算出该点C在移动方向上与争议区的两个交点A(xa,ya)和B(xb,yb),则新的迭代点C′与A及B的距离比应该限定在面积比r左右一定范围内。3.2自然地理特征线即地理特征线国家间常利用自然走向原则(清晰天然的地理特征线)划定分界线,如以山脉、河流、湖泊、沙漠和森林等为界,这些天然地理特征线主要是指主山脊线和主山谷线(包括河流)。1折角的分析目前对于山脊线和山谷线的提取研究比较多,有从DEM提取特征点的,有从等高线折角进行分析的,有从TIN的平坦三角形方面去进行研究的。本系统调用ArcGISEngine水文分析组件实现山脊线的提取,而山谷线主要以水系要素作为主骨架,提取部分源头部位的山谷线进行补充,而双线河采用TIN中线法提取中心骨加线。2结构的提取方法调用ArcGISEngine获取的特征线,零碎线太多,在山顶和鞍部较圆滑,地势变化不明显,经常出现特征线间断破碎现象,不利于主山脊线的提取。为了完整再现山脊线的网状结构,首先提取山脊和鞍部特征点;其次以这些特征点为中心,在一定半径范围内搜索出所有非完整的特征线;最后在判断合理地情况下连接成完整特征线。若山脊线网仍然零碎,则通过提取部分山脊特征点(移动窗口步长可适当加大),按上述方法进行特征线连接,搜索半径可适当减小。通过山脊特征点进行补充,基本上能够补充完整山脊网。形成的特征线经常出现方状格网区域,这是由DEM微小波动干扰所致,可以先提取方状格网面域范围线,再将面域骨架线作为该区域的特征线,注意处理骨架线与原相邻特征线的关系,去除小的支节,补充完整断开的特征线。3线网结构追踪对主山谷线(主流)提取的研究方法有很多,主要是经过拓扑处理、河流方向判断、河流最大累积量计算、河流按最大累积量进行追踪,最后形成主次分明的河网结构。山脊线网结构追踪有点类似,但与河网追踪还是有很大的不同,主要是两者网结构不同。河网是水流经的网络,自源头向下汇聚(部分地段也有分流的)而成,各段方向总是向下的,且主流也是从源头向下走向的;山脊网虽然也可以看作是高程向下变化的网结构,但全其主脊一般不是按高程向下走的趋势,而是曲折地盘亘于连绵的山川之上。一般从最高特征点开始向下追踪,但在鞍部可以往高程增加的特征线方向追踪,其取累积量不但考虑长度因素,还要考虑高程因素,因而累积量是计算的特征线在单位长度内高程之和。3.3人文因素的考虑划界工作不仅要根据历史上签订的各项边界条约、协定等法律文件,结合有关国际法和国际实践,还要考虑边界地区的地形地貌、水文、矿产和生物资源等自然要素以及生活在边界地区人民的历史、文化、分布状况和土地利用情况等人文因素。因此我们的划界方案不仅要包括在单一因素(只考虑面积)下的实现,还要包括在资源、民族宗教等因素参与下怎样合理地对争议区进行划分,最后都要给出划分结果的评估。1按需分布之资将各因素进行定量或定性表达,如从口分布可以根据定点统计值转换成面积分布或采用内插方法生成人口分布栅格模型;矿产资源可以按分布生成资源分布范围图;水资源可以据年降水量生成雨量分布图;水资源总量可根据河流经过范围及所在流域位置计算其在区域内的资源总量,生成水资源总量分布图等。22不同资源分配的计算公式根据范围分割线及争议区,生成两个区域分别与各因素专题或图表进行叠加分析,提取各区域内的资源分配量。33资源配置的层次分析设计因素层分类分层表,并根据实际情况调整各因素的权值,利用2)中成果进行层统计分析,获取两区域的因素综合指标作为评价依据。4辅助划界技术系统采用ArcGISEngine地理信息组件,地图数据库采用ArcGIS的FileGeoDatabase,系统信息和关键字采用MSAccess数据库,在VS2005中进行开发完成。系统实现了多源文档资料的目录树管理与查询、谈判争议区的管理、2,3维地图的显示、GIS支持的多种辅助划界技术工具、划界方案的资源分配分析、地图输出等功能,满足了谈判划界的业务需求。系统装载了全球90mDEM、中国30m的卫星影像、全国百万矢量地图,以及中蒙、中越、中缅三条边界的地图及影像数据进行测试;同时,装载了中印边界部分地图影像数据、资料文档数据、争议区数据及资源专题数据,并对中印争议区进行模拟划界,测试了划界的辅助功能,并结合争议区内地下资源、水资源、人口资源进行综合分析,通过多种统计图表,直观地展现了划界方案对资源的分配情况,为划界方案的评价提供了最直接的决策依据。该系统已经完成开发工作,达到