河北省省情地理信息系统研究，本文主要内容关键词为：河北省论文,地理信息系统论文,省情论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
河北省是一个地理环境、自然资源、经济类型、社会结构十分复杂的大省，基本省情和发展战略目标决定了其今后不能只注重数量增长，不考虑资源持续利用的发展模式，而必须以可持续发展的思想为指导，从经济、社会、资源和环境相协调发展的高度制定发展战略和相应对策，正确处理经济建设和人口、资源、环境的关系，把控制人口、节约资源、保护环境放到重要位置，使人口增长与社会生产力的发展相适应，使经济建设与资源环境相协调，保障经济持续、快速、健康发展。要达到这一目标，需建立“河北省省情地理信息系统”（以下简称本系统），用这一现代社会管理的先进工具进行快速的科学决策，这是科学技术发展的必然和时代特征的体现。
1 系统
1.1 系统分析
系统分析技术广泛应用于自然科学、社会科学及工作技术的各个领域。主要包括两方面的内容，即用户需求分析和系统结构分析。对本系统来说，主要服务对象是各级政府的管理部门，由于各部门的工作性质不同，对本系统的要求也不尽相同。有的部门具有明确而固定的任务，这些部门希望使用本系统来实现现有工作业务的现代化，改善数据采集、分析、表示方法及过程，并用以对工作领域的前景进行评估，以及对现有技术方法的更新改造等。有的部门部分工作任务明确、固定，且有大量业务有待开拓和发展，这些部门希望使用本系统来开拓他们的业务领域。有的部门工作任务不确定，对信息的需求多变，这些部门要求本系统有较强的通用性。本系统能否最大限度的满足各类用户的需求，能否让各类用户很好地掌握使用本系统，解决他们面临的实际问题，是系统研建的着眼点，也是所建系统质量、水平和生命力的集中体现。在系统结构分析方面，笔者采用系统方法、层次方法、结构分析方法，即用系统方法对本系统与要素、要素与要素之间的相互关系进行分析，揭示本系统的性质和信息流向。用层次方法将本系统逐级分解成功能不同的子系统，并分别研究了各子系统构成要素之间的关系和子系统的稳定性。用结构分析方法研究了本系统的整体结构和各子系统的结构，寻求本系统的最优结构。
1.2 系统功能
根据系统分析，将本系统分解成诸如数据采集输入、数据编辑、数据库管理、数据查询、数据输出等子系统，同时又将这些子系统关联起来，形成一个完整的、具有上述特定功能的信息系统。系统功能如下：（1）空间数据、非空间属性数据的输入、转换、储存功能；（2）空间数据与非空间属性数据的编辑功能；（3 ）空间数据与非空间属性数据库管理功能；（4）图数等查询功能；（5）数据、图形、文字、表格、声像资料的显示、输出功能；（6）开发、连接各种预测、决策、 统计、分析等模型应用软件或程序的功能。
本系统的这些功能，都由不同的子系统来完成，各子系统之间的关系是既相互独立又彼此联结。实现这些功能就可以满足省、市、县各级用户的基本要求，用户可按本系统提供的功能，采集、存储、处理、分析、显示、输出各自需要的信息；可按区域开发或经济发展的目标，借助本系统提供的数据和工具，进行多种地理要素的综合分析，制定辅助决策方案；可以通过询问语言或程序管理或操作信息数据，模拟常规或专门的分析方法，完成人工难以完成的任务；可用图形、文字、表格、声音、图像等多媒体播放形式，介绍本部门本地区的基本概况、发展规划、建设项目布局等。本系统可以在预测、决策、分析、管理等方面发挥重要作用，当用户熟练的操作本系统时，面对的不再是无意义的数据，而是由空间数据和非空间数据组成的现实世界的一个抽象模型，它比地图或文字或表格等所表达的地理实体更为丰富和灵活，可以按照应用目的观察点、线、面状地理实体各方面的内容，也可以提取所表达的地理实体的各种空间尺度指标。更重要的是可将自然发生或思维规划的过程加在有关数据模型之上，取得对自然过程分析的各种信息，用于资源开发、区域规划、经济建设、人口控制、环境保护等事务管理和辅助决策方案的制定，这就是建立河北省省情地理信息系统真正内涵。
1.3 系统结构
现代结构论认为系统的功能是由系统结构决定的，如果系统结构合理，各子系统之间的关系协调，则系统的整体功能就比较完善，且能够充分发挥。反之，系统的整体功能就会缺损，最终将导致系统解体。因此，在本系统结构设计时，通过了多种方案比较期望寻求一个最优结构，从而确保系统功能圆满实现和充分发挥。具体来说，在进行本系统结构设计过程中，着重考虑了系统结构的完整性、优化性、实用性，并充分体现了以数据库为核心，各功能模块化的思想。最终通过多种可行方案的比选，从中确定了本系统的总体结构（见图1）。
图1 系统总体结构
1.4 系统组成
本系统是由计算机硬件、软件和数据、用户四大要素组成的信息系统。硬件包括多媒体微机和数字化仪、彩色打印机等其它终端设备。计算机硬件环境为：（1）486以上机型；（2）8M以上内存；（3）VGA 显示卡；（4）至少有一个5寸高密软盘驱动器；（5）中文WINDOWS版本必须在3.1以上，并有多媒体卡支持地理信息系统软件CITYSTAR。 软件包括5个基本模块，即下述子系统：（1）数据输入子系统。主要包括将地理图件与非空间属性数据转换成计算机兼容的数字形式的各种处理软件；（2）图形及数据编辑子系统。 主要包括空间与非空间数据的编辑软件；（3）数据库及管理子系统。 主要包括数据存储和数据组织管理的若干软件；（4）查询子系统。主要包括地理实体（点、线、 面地物）位置、属性、拓扑关系查询和图数、图文、图表查询软件；（5 ）输出子系统。包括支持图形、文字、表格和声像数据输出的软件。
数据不但包括描述自然环境的地理数据，而且还包括反映资源、经济、产业、人口、科技、教育等情况的统计数据、文本数据和其它数据，这些数据可归纳为以下几种类型：
a.地图数据。河北省的区位图、政区图、土地资源图、土地利用规划图、水系图、气候图、主要矿产分布图、主要工业布局图、交通、能源建设图等地理图件，（地图或人工绘制的草图）是本系统空间数据的主要来源。本系统在对地理图件收集、筛选的基础上，分为政区图、资源图、工业图、交通图、区域图等几类，逐一进行数字化输入，共计输入不同内容、不同比例尺的地图50多幅，存储量约10721KB。 由于条件限制，本系统未能采集航空、航天像片，航空、航天数字图象或其它数字式遥感数据。
b.统计数据。河北省11个地级市、22个县级市、110个县和6个自治县的国民经济统计数据，如反映各市县资源、经济、产业、人口等情况的统计数据和其它调查数据，是构成本系统非空间属性数据的主要来源。本系统输入的这类数据有反映省、市级国民经济发展的综合指标，有反映县（市）级第一、二、三产业发展的经济指标等，共计330 多个字段，约800KB的存储量。
c.文本数据。各级政府形成的综合省（市）情介绍、各项方针政策、主要统计图表等资料，是本系统文本数据的主要来源。本系统收集、筛选、撰写、录入了省情和11个市情介绍类、地理图件说明类、政策法规类文字资料约8万多字。
d.声像数据。反映河北省对外开放、经济建设、发展报导、区域开发等方面的录像、录音、图片资料，是一系统声频、视频数据的主要来源。本系统制作了一些介绍河北省情的录音文件和反映河北省经济建设的影像文件。
系统用户是指省、市、县各级管理部门，也就是本系统的服务对象。
2 数据源与数据库
本系统的空间数据来源于有关地图。非空间数据来源于统计资料，文本数据来源于省市情介绍、编撰的地理图件说明和有关政策法规条文等。由于条件限制，航空、航天数字图象或其它数字式遥感数据未能采集。本系统的数据库是面向各级政府管理部门，为多种用户服务的，在计算机上可运行的数据的集合。其关键是：数据库要包含各级政府管理部门所需要的信息资源。对本系统来说，建立一个适宜的数据库是艰巨的任务，是关系到所建系统能否有效应用的重要环节。本系统的数据库包括图形库、综合和专题属性数据库和文档库，图形库主要有政区、区位、地貌、水系、气候、土地、矿产、市域、区域、城镇、人口和基础建设等50多幅地理图件；属性数据库存储了全省149个市县的经济、 社会、人口、资源等330多字段的数据；文档库存储了省市情介绍、 地理图件说明、有关政策和法规条文等约8万字的资料。 本系统的空间数据是以矢量数据库结构组织的，非空间属性数据是以关系数据结构组织的，二者之间用特征属性码建立起关联，从而实现点、线、面地理实体与属性数据的联接。
3 主要模型与软件
应用模型是本系统向决策者、管理者提供的基础工具，可帮助他们完成决策管理过程中进行的各种分析活动。这些分析活动主要包括识别目标，进行预测、规划、推论、分析，提供多种信息和备选方案，并进行方案比较与评价等。本系统的主要模型有统计分析、聚类分析、规划决策等。其中统计分析模型包括一元回归、多元回归、逐步回归模型；聚类分析模型包括模糊聚类、逐级判别分析模型；规划决策模型包括线性规划、多目标规划、决策分析模型；其它模型有函数曲线、时间序列等分析模型。
本系统应用模型软件，是在MS——DOSQBasic编程环境下开发的。 由于QBasic程序设计语言不能产生独立的可执行文件，在应用软件模型开发时，采取的办法是先在后台编辑程序和建立数据文件，在此基础上调试、运行程序，这一工作完成后，将QBasic执行文件和应用模型程序文件、数据文件安装在Windows环境下播放界面合适的地方， 需要时起动QBasic，进而运行已经调试好的程序，得到结果后重新返回播放界面。本系统的应用模型，即回归分析模型、聚类分析模型、线性规划模型、判别分析模型等软件，均按这一思想设计开发。
4 播放界面设计与制作
4.1 播放界面设计
对用户来说，播放界面的好坏在很大程度上决定了他们如何有效地进行工作。就目前的发展趋势来看，设计制作标准规范的、图标或菜单式的、集成度高的、多窗口的播放界面，是用户容易理解掌握的，也是最有效的，不但使用户减轻认识负担，更加专心地处理他们自己的任务，而且使用户提高使用本系统的效率。
本系统播放界面的设计，既考虑了有关部门管理文件的习惯方式或传统方式，又考虑了计算机分类管理文件的易操作性和优越性。具体的设计思想是：首先设置了若干个文件柜，对每个文件柜给定一个图标或注解。其次，在每个文件柜中设定了若干个文档项，对每个文档项可根据需要给定便于理解和认识的名称，同时在每个文档项下面再设若干目录项。第三，在每个目录项中挂接一个或多个文件，可挂接的文件包括图形、表格、文本、声频视频等文件或可执行程序。从系统用户的角度看，用计算机分类分层管理文件的这一过程与人们的习惯思维和管理文件的方式没有多少差别。若要查阅某个文件时，先打开相应的文件柜，查找相应的文档项，进而查找相应目录，并打开所需文件，对该文件作阅览或其它处理后，进行关闭，恢复原状。另外，设计制作播放界面时，还要考虑选择醒目的封面图案，悦耳的背景音乐，增强播放界面的新颖性，提高系统播放的视听效果。
4.2 系统播放界面制作
在系统播放界面设计思想的基础上， 借助地理信息系统软件CITYGIS的界面生成工具Interface，进行播放界面的制作。 Interface系统包含相对独立的两部分，即应用系统界面制作工具（Tool）和基于应用的多媒体文档柜系统（Face）。另外，在播放界面制作时，还使用了中文Word 6.0字处理软件等工具软件，通过操作以上工具软件，制作出系统插放所需的数据文件，例如扩展名为wmf、bmp、wav等文件。 将这些文件按照播放的要求，挂接在某个文件柜相应文档项的目录里。同时制作醒目的封面图案和悦耳的音乐文件，把这些文件有序地组装起来，就形成了一个完整的播放界面。
通过研建“河北省省情地理信息系统”，笔者体会到：（1 ）任何地理信息系统都是一种特定而十分重要的空间信息系统，建立这样一个系统，进行系统分析和结构功能设计是十分复杂而重要的。要高度重视用户需求分析和结构功能分析，才能设计并建立起结构合理、功能强大的地理信息系统。（2）要使所建系统有效应用，数据库是关键、 是核心，不论建立综合数据库还是专题数据库，都必须纳入系统用户所需要的大量信息资源。此外，还要有效的组织数据，也就是要有合理的数据结构和数据库结构。（3）对用户来说应用界面就是系统。 应用界面的好与否，在很大程度上决定了用户如何有效地进行工作。因此，在应用界面设计时，采用面向对象技术和方法，制做规范的、图标式的、集成度高的、多窗口的应用界面是非常重要的。
此文根据“河北省综合省情地理信系统”课题研究成果撰写，课题编号1995—01—05
收稿日期：1997—05—23修改稿日期：1997—09—20