張玲敏,梁志強,張鵬飛

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150080)

基于C#和組件式GIS的黑龍江省三北防護(hù)林工程營造林信息管理系統(tǒng)研建

張玲敏,梁志強,張鵬飛

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150080)

基于Microsoft .NET框架的主要的開發(fā)語言C#與組件GIS二次開發(fā)技術(shù)編制的黑龍江省三北營造林信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了黑龍江省三北營造林工作中的具體業(yè)務(wù)需求。該系統(tǒng)采用地理信息系統(tǒng)模式，實現(xiàn)了對三北工程營造林和封山育林的小班地塊空間數(shù)據(jù)的GPS信息成圖、圖形面積核算、圖形編輯、重疊分析，屬性數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查詢、匯總、統(tǒng)計、打印等功能，并基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，使用谷歌地圖API技術(shù)實現(xiàn)了圖形與遙感底圖的疊加顯示，最終實現(xiàn)三北工程營造林小班數(shù)據(jù)的圖、表、卡的統(tǒng)一管理。

三北防護(hù)林工程；信息采集；GIS模式

三北工程是我國于1978年興建的一項大型跨世紀(jì)林業(yè)生態(tài)工程，工程規(guī)劃期限為70年，分七期進(jìn)行，目前正式啟動第五期工程建設(shè)。黑龍江省三北工程建設(shè)有效地緩解了黑龍江省生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化的趨勢，提高了抵御自然災(zāi)害的能力，重點治理區(qū)的水土流失和西部風(fēng)沙危害得到了有效控制和治理，取得了顯著的生態(tài) 、經(jīng)濟、社會效益，促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。

長期以來，黑龍江省三北工程的管理一直停滯在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)、報表管理層面，無法直觀的獲得小班地塊的空間位置及屬性數(shù)據(jù)信息，信息透明度和共享性差，科學(xué)性、系統(tǒng)性不強，影響了工程建設(shè)質(zhì)量和管理水平。各實施單位數(shù)據(jù)管理方式不規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；檔案建設(shè)未真正實現(xiàn)小班資料的圖、表、卡的統(tǒng)一管理，尤其是標(biāo)準(zhǔn)、格式、規(guī)則不統(tǒng)一，不規(guī)范；工程實施地塊的現(xiàn)狀及變化情況的文本和數(shù)據(jù)不能及時準(zhǔn)確的進(jìn)行系統(tǒng)更新；對檔案的查詢、更新、匯總等，操作復(fù)雜，無法滿足生產(chǎn)和政府決策需要。

該信息管理系統(tǒng)采用地理信息系統(tǒng)方式建立起覆蓋整個黑龍江省三北防護(hù)林工程建設(shè)單位的營造林信息管理系統(tǒng)，能夠客觀地反映黑龍江省工程實施的森林資源和工程建設(shè)等現(xiàn)狀，可以系統(tǒng)、科學(xué)地建立工程建設(shè)的監(jiān)測指標(biāo)體系，為各級工程管理部門綜合分析和評價工程建設(shè)成效，提高管理水平提供技術(shù)支持。

1 開發(fā)技術(shù)簡介

1.1 .NET框架與C#語言

.NET框架是位于操作系統(tǒng)之上的，NET是最重要的基礎(chǔ)框架，其提供了創(chuàng)建、部署和運行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、桌面端應(yīng)用程序的平臺環(huán)境[1]。.NET框架的組成分為公共語言運行環(huán)境(CLR)和.NET框架類庫。

C#語言是可用于創(chuàng)建要運行在.NET CLR上的應(yīng)用程序的語言之一，是一種簡單、現(xiàn)代、面向?qū)ο蠛皖愋桶踩木幊陶Z言。它可以快速地編寫各種基于Microsoft .NET平臺的應(yīng)用程序。它是唯一為.NET 框架而設(shè)計的語言。其可以用來設(shè)計Windows桌面端應(yīng)用程序，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、移動平板程序等。其通過.NET 框架的Active DataObjcets.NET(ADO.NET)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問[2]。是快速開發(fā)的集成工具。

1.2 組件式GIS

組件化的GIS平臺集中提供空間數(shù)據(jù)管理能力，并提供空間要素的拼接、裁剪、重疊分析、緩沖區(qū)等空間處理能力和豐富的空間查詢與分析能力。組件式GIS均按照微軟的ActiveX控件標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)應(yīng)用接口，軟件開發(fā)人員無須學(xué)習(xí)專門的地理信息系統(tǒng)開發(fā)語言，只需要使用自己熟悉的開發(fā)語言，如VB、JAVA、C#等，調(diào)用組件GIS的接口，即可實現(xiàn)地理信息功能，并且能以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。組件式GIS在保證功能的前提下，系統(tǒng)表現(xiàn)得小巧靈活且價格不高。這樣，用戶便能以較好的性價比開發(fā)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的總體目標(biāo)是應(yīng)用地理信息技術(shù)和Web遙感影像實現(xiàn)對黑龍江省三北防護(hù)林工程營造林信息管理，提供圖形及屬性數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化操作。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用省級開發(fā)設(shè)計、縣鄉(xiāng)級應(yīng)用反饋的模式，鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、場)級單位使用鄉(xiāng)級信息管理系統(tǒng)功能將三北工程建設(shè)中人工造林和封山育林小班地塊的GPS拐點信息及小班屬性因子信息，錄入信息管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)工程項目的圖表卡的統(tǒng)一管理，并實現(xiàn)空間要素的疊加分析、質(zhì)檢等操作。鄉(xiāng)級數(shù)據(jù)錄入并質(zhì)檢完畢后，將工程數(shù)據(jù)備份給縣級系統(tǒng)用戶，縣級系統(tǒng)接收各鄉(xiāng)級系統(tǒng)上報的數(shù)據(jù)進(jìn)行縣級匯總統(tǒng)計，最終上報省級管理部門，進(jìn)行省級數(shù)據(jù)匯總。

2.2 功能設(shè)計

系統(tǒng)以單位列表的方式實現(xiàn)省、縣、鄉(xiāng)三級數(shù)據(jù)管理，各級別根據(jù)業(yè)務(wù)需要使用具體的功能，主要的業(yè)務(wù)模塊均集中于鄉(xiāng)鎮(zhèn)級數(shù)據(jù)操作，即基礎(chǔ)地塊的GPS錄入及屬性數(shù)據(jù)管理等。

2.2.1 鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、場)級信息管理 鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、場)級林業(yè)管理部門，掌握著基礎(chǔ)的林業(yè)信息資料，將這些資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，是此系統(tǒng)的重要部分，主要劃分以下業(yè)務(wù)功能模塊：

基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)管理：根據(jù)黑龍江省三北防護(hù)林工程建設(shè)特點，以西安80坐標(biāo)系為參考，設(shè)計點狀、線狀、面狀三個空間矢量圖層。小班地塊空間要素的生成通過使用開源NPOI技術(shù)讀取Excel格式的GPS坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)表，驗證后自動生成圖形，并實現(xiàn)空間要素的查詢、刪除、修改、面積核算、地圖的放大、縮小、漫游、比例尺顯示、標(biāo)注、空間數(shù)據(jù)初始化、圖幅號批量計算等功能。

谷歌地圖利用：使用C#的WebBrowser控件，嵌入網(wǎng)頁技術(shù)，結(jié)合Web谷歌地圖的遙感影像，在有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，加載遙感影像資料，通過JavaScript(腳本語言)實現(xiàn)小班地塊拐點與遙感影像的疊加顯示，并可根據(jù)鼠標(biāo)獲取遙感影像的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過獲取到的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成工作人員常用的公里網(wǎng)坐標(biāo)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取與標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)出等操作。

屬性數(shù)據(jù)管理[3]：完成三北防護(hù)林工程人工造林和封山育林地塊的屬性數(shù)據(jù)的輸入、瀏覽、查詢、統(tǒng)計匯總等功能，并實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互動態(tài)查詢。1數(shù)據(jù)錄入模塊：小班屬性字段的規(guī)則性校驗，邏輯分析驗證，錄入的過程中，按照數(shù)據(jù)字典的設(shè)計規(guī)則，文字的部分盡量采用下拉選項的方式完成錄入，保證錄入因子的規(guī)則統(tǒng)一，不可修改。2查詢分析模塊：根據(jù)要素關(guān)鍵值(工程任務(wù)的計劃年度、林班號、小班號組合而成)建立小班目錄樹，通過目錄樹進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的定位與數(shù)據(jù)查詢。3統(tǒng)計匯總模塊：實現(xiàn)各年度、各任務(wù)類別的分析統(tǒng)計、并可將統(tǒng)計結(jié)果輸出。4報表打印:在統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對統(tǒng)計結(jié)果的打印與轉(zhuǎn)換。

輔助分析管理：完成上報面積與核算面積的對照、各年度空間面狀數(shù)據(jù)的疊加分析、空間數(shù)據(jù)的關(guān)鍵值標(biāo)注、地塊GPS拐點順序的修改、跨帶空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換等功能。

2.2.2 縣級管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)備份上報等功能。

2.2.3 省級管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換輸出、數(shù)據(jù)備份上報等功能。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

軟件以用戶友好的界面設(shè)計，將主要功能和次要功能進(jìn)行菜單欄與工具欄合理布局，以達(dá)到操作簡單的目的。

3.1 空間數(shù)據(jù)管理

3.1.1 GPS導(dǎo)入方式生成圖形 采用常用的電子表格模板方式錄入GPS信息，并標(biāo)明小班地塊的林班號、小班號、任務(wù)年度、圖元類型。系統(tǒng)設(shè)置導(dǎo)入接口，通過開源NPOI技術(shù)導(dǎo)入Excel模板中標(biāo)準(zhǔn)格式GPS組信息，實現(xiàn)營造林地塊的成圖功能。

3.1.2 地圖操作功能 實現(xiàn)地圖的放大、縮小、漫游、要素選擇、比例尺控制、計算圖形面積、要素著色、關(guān)鍵字標(biāo)注、要素拐點顯示、圖形輸出、查詢等。

3.1.3 GPS拐點編輯 要素拐點在錄入過程中，容易出現(xiàn)拐點順序錯誤導(dǎo)致圖形異常的情況，為了方便圖形拐點順序編輯，設(shè)計了用于拐點編輯的模塊，通過移動拐點順序或者是修改拐點值，快速修改圖形。

3.1.4 遙感影像疊加 通過網(wǎng)絡(luò)連接的方式，加載谷歌地圖遙感影像，實現(xiàn)對地塊位置與遙感影像的疊加顯示，由于谷歌地圖與實際坐標(biāo)有誤差，具體工作單位可根據(jù)實際坐標(biāo)信息，進(jìn)行系統(tǒng)的X、Y坐標(biāo)值的修正。修正后可對GPS信息進(jìn)行取點、移動點順序等操作，GPS點確認(rèn)后，可輸入標(biāo)準(zhǔn)GPS模板中，該功能保證了地塊GPS拐點的完整性與影像資料的一致性。

3.2 屬性數(shù)據(jù)管理

3.2.1 小班數(shù)據(jù)添加及修改 小班數(shù)據(jù)錄入操作采用界面錄入和以電子表格導(dǎo)入2種方式(圖7為數(shù)據(jù)錄入界面)。

3.2.2 小班數(shù)據(jù)查詢 數(shù)據(jù)按年度、林班、小班形式建立目錄樹，查詢小班時，可單擊小班查看小班信息。

3.2.3 小班數(shù)據(jù)刪除 通過小班列表右鍵快捷菜單，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)刪除功能。

3.2.4 設(shè)計卡片的標(biāo)準(zhǔn)化輸出 設(shè)計工程外業(yè)資料小班卡片模板，通過NPOI技術(shù)，將基礎(chǔ)信息輸出到模板中，并采用直接操作Excel宏的方式，將GPS信息的圖形自動生成，這樣對于批量輸出小班卡片提供了快捷的方法。

3.3 輔助分析管理3.3.1 空間面狀數(shù)據(jù)疊加分析 遍歷地塊要素，進(jìn)行地塊間的重疊檢查，保證各年度地塊不重復(fù)上報。對疊加地塊的源地塊與目標(biāo)地塊進(jìn)行定位顯示及重疊部分顯示，并提供小面積重疊部分的去除處理操作。

3.3.2 統(tǒng)計匯總 通過小班錄入信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，實現(xiàn)按類別、林種、樹種、任務(wù)年度的統(tǒng)計計算操作。

4 小結(jié)

通過C#與組件式GIS集成開發(fā)的模式，實現(xiàn)黑龍江省三北防護(hù)林工程營造林信息綜合管理，并充分利用網(wǎng)絡(luò)的遙感影像資源實現(xiàn)空間要素與影像資料的疊加顯示，保證了地塊位置空間位置。對于屬性數(shù)據(jù)的編輯方式充分考慮了系統(tǒng)應(yīng)用人員的工作習(xí)慣，采用了界面錄入與數(shù)據(jù)導(dǎo)入兩種方式，使數(shù)據(jù)錄入方便快捷。成果輸出方面實現(xiàn)了Excel模板輸出小班信息和GPS拐點信息功能，保證成果信息齊全、直觀。

系統(tǒng)的實現(xiàn)為工程項目管理提供了有效的技術(shù)支持。有效地提高了各級部門的工作效率和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化程度。

[1] (美)沃森(Waston,K.),(美)內(nèi)格爾(Nagel,C.)等著;喬麗波 翻譯.C#入門經(jīng)典[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006

[2] 李玉堂,矯恒訓(xùn)，鄭軍，等.吉林省營造林工程信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].吉林林業(yè)科技,2010(2):1-3

[3] 戴前石,閆宏偉，張萬林，等.全國營造林實績綜合核查信息管理系統(tǒng)的研制[J].林業(yè)資源管理.2005(12):78-81

1005-5215(2016)12-0084-03

2016-10-30

張玲敏(1984-),女,黑龍江蘭西人,大學(xué),工程師,從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用、森林經(jīng)理、林業(yè)信息化建設(shè)等研究.

P208

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.12.032