基于ArcGIS的民政地理信息系统的设计与研究

熊华伟，朱文锋，黄联亮

(1.江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000;2.江西省赣州市章贡区水南镇民政所，江西赣州 341000)

1 引言

随着经济社会发展和改革的不断深入，各种社会关系和社会活动不断增多，利益矛盾与冲突日益复杂化，社会问题层出不穷，民政部门的职能不断拓展，工作任务越来越重，民政工作面临着许多新的问题和挑战［1］。在民政部门工作内容中，绝大部分的工作内容都与地理空间相关，各种统计分析数据更是离不开地域分布的基础，民政工作对象的空间位置属性特征逐渐地被纳入到民政工作的分析、管理中。

当前，民政部门的民政信息管理系统或民政综合服务系统实现了对民政数据的管理，但不能将空间数据和属性数据集成，无法存储空间数据之间的拓扑关系，难以完成民政管理中的一些高级分析。民政地理信息系统通过地理信息系统提供的视角和分析方法，针对民政工作的特点，利用计算机技术、网络技术将民政机构、民政对象的分布、属性及实时信息按其实际地理位置描述在地理背景图上，实现相关数据的图形化存储、图形化查询、图形化应用，形成集查询统计、运行维护、分析管理等功能集合成一体的应用系统软件。本文结合民政部门的实际工作需要，将GIS技术、计算机网络技术、COM技术运用到民政工作中，基于Client/Server结构的关系数据库技术开发了民政地理信息系统。

2 系统总体设计

2.1 系统设计目标

本系统的主要设计目标是结合民政部门的日常业务工作，建立民政专项应用系统，提供一套基于地理空间的分析工具，开发一套基于矢量的电子地图，可以准确、快速地查询民政机构设施、民政对象、基础地理信息、非民政信息等各类综合信息的地理信息系统，从而实现GIS和OA的高度整合。首先，建立民政专项应用系统。以民政业务应用支撑平台为核心，以民政业务规范和数据标准为设计依据，以实现民政业务的计算机管理为目标，以数据中心为数据基础，以数据中心管理平台为数据组织和数据交换手段，全面建立先进、安全、可靠、灵活、方便扩展、操作简单、易于维护的民政专项应用系统。其次，建立强大的基于地理空间的分析系统。随着时间的推移，民政工作会积累大量数据，数据分析将针对民政不同的内容主题，能够清楚地表征民政工作的运作状况，从而指导民政部门工作人员做出最优的决策。比如在社会福利与救助方面，可以从时间、机构、地域经济与人员结构等角度对救助对象进行全面分析，发现各救助对象的构成特点，地域活动基本态势，为科学地进行社会救助需求预测和资金投入决策提供合理的依据。

2.2 系统框架设计

基于民政地理信息系统要达到的目标，结合实际现状分析，本系统采用目前计算机系统中常见的Client/Server体系结构。C/S体系结构具有交互性强、提供数据和服务的无缝集成、提供高性能的业务处理、提供更安全的存取模式、提高应用开发效率、降低网络通信量等多项优点。C/S体系结构不仅包括OA系统目前及未来的业务发展所需要的各种规模与处理能力的服务器、工作流管理及其相应的操作系统和数据库，还包括系统中的各种网络系统，主机系统，客户端等［2］，能够满足工作人员同时并发访问数据库服务器、协同工作的需求。本系统的层次结构(如图1所示)可分为操作系统层、数据层、系统功能层和用户表示层:①操作系统层中客户端操作系统采用Windows XP以上系统，服务器端操作系统采用Windows 2008 Server;②数据层中的空间数据和属性数据存储在SQL Server 2005中，通过空间数据引擎ArcSDE读入应用程序并在客户端显示以及实现GIS基本功能;③系统功能层在C#语言环境下通过ADO.NET和ArcEngine组件负责图形生成、编辑和管理，以及数据的存取、调度、查询、统计和分析，用户与数据不直接接触;④用户表示层即外部的系统用户界面，采用以ArcEngine组件为主的图形化界面，实现系统的基本管理功能和专业应用功能。

图1 系统结构图

3 系统功能模块设计

根据系统的设计目标，详细分析与总结出各功能需求，将系统划分为几大功能模块，并确定每个模块之间的相互联系。系统的主要功能(如图2所示)有以下几个部分:

(1)基础工具

主要功能包括:新建空白地图;打开*mxd格式的地图文档;保存当前打开地图为*mxd或*mxt格式地图文档;将当前地图另存为;数据加载可以加载Shapefiles、geodatabases、Rasters、cad 等多种数据格式;选择要素工具;放大和缩小地图、漫游地图、全图显示、地图居中、中心放大、中心缩小、鹰眼视图、测量距离等基本地图操作。

图2 系统功能图

(2)布局视图

在地图布局视图中，用户可以处理地图的页面，包括地理数据视图和其他地图元素，功能有文本比例尺、图像比例尺、图例、指北针、边框、背景、阴影和参照地图等，可以将地图组成页面，以便打印。

(3)数据编辑

数据编辑用于改善绘图精度、更新图形内容、丰富图形表现力，实现图形综合，同时对各种图形文件(点、线、面、网等)或整个系统的储存、更新、备份，管理着图层和窗口的操作，其主要功能有:对点、线、面三种图元的各种操作和编辑;对点、线、面三种图元参数的编辑和修改;拓扑处理和系统库编辑;提供各种图形的矢量化功能;对各种工作区(点、线、区、光栅)和网络的管理。利用窗口达到交互式图形编辑使图形的编辑、修改、设计、更新更加的方便、精确;提供图形分层的编辑功能。

(4)GIS功能

①空间分析模块

主要功能包括:插值分析——包括反距离权重法插值和克吕金法插值方法两种常用插值方法;栅矢转换——栅格数据和矢量数据的相互转换;栅格计算器——一种空间分析函数工具，选择图层，使用运算符和函数来做数学计算，建立选择查询;密度分析——通过设置查询条件，得出一定范围内要素的密度分布情况;缓冲区分析——选择需要进行缓冲分析的图层，设定缓冲距离，分析得出要素的缓冲区;网络分析——通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面研究;叠置分析——将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠加，产生新的要素的分析方法。

②数据检索模块

主要功能包括属性查询和空间查询。属性查询通过各图层要素的属性信息进行查询;空间查询根据要素的空间关系从图层中选择要素，查询各要素之间是否存在相交、包含、相邻等空间拓扑关系;除此之外还包括交互选择方法、目标选择、图层选定和自定义多边形等。

③空间数据符号化模块

主要功能包括:字段与符号匹配符号化、单一符号化、唯一值符号化、点值符号化、分类符号化、分级色彩、饼状专题图化、面状专题图化、叠置专题图化。

(5)民政专项应用

民政专项应用模块包括以下子系统:救灾救济管理子系统、社会福利管理子系统、社会事务管理子系统、区划地名管理子系统、老龄人管理子系统。

(6)数据输出

数据输出模块包括图形输出和打印输出。图形输出主要是读取各种输出数据，进行版面编辑处理、排版、图形整饰，最终形成各种格式的图形文件，其主要功能有:地形图的输出、各种图形文件(点、;线、面、网等)的输出、各种表格输出。打印输出中地图数据可根据需要大小进行打印输出，并提供了全面的页面与打印控制，能很好满足报表的展现需要。

(7)系统管理

方便灵活的设置系统权限，主要功能包括:用户管理、功能权限配置、图层权限配置、图层控制、日志管理、修改密码。

4 系统数据库设计

本系统所需求的数据由空间数据和属性数据两大部分构成。空间数据主要描述对象的空间分布位置信息以及空间关系信息(例如拓扑关系、度量关系)，表达了地理实体对象的几何定位特征。系统的空间数据包括地图数据、影像数据和地形数据，以坐标数据表示，如民政机构的空间位置、民政对象与民政机构的拓扑关系等。属性数据又分为两类［3］，一类是与空间实体对应的属性，如系统中的地名、门牌、行政区名称等特征属性;另一类是不与空间实体相关的属性，如用户权限表中的用户名、密码，城市经纬度表中的城市名称、经度、纬度等属性。

本系统数据库设计的主要思想是:采用SQL Server 2005作为数据库，通过ESRI公司提供的ArcSDE数据库引擎对空间数据的管理分析能力，将地理空间数据和非空间数据放到SQL Server 2005中进行统一集中存管理，并利用SQL Server 2005强大的管理机制对数据进行高效的处理，使系统具有海量数据存储和管理能力;采用面向对象的Geodatabase数据模型来设计和管理系统的地理空间数据库，以层的方式来管理［4］;在数据库中，属性数据库中的任何一个实体都有一个外键与图形数据库的主键对应相等，这样即可完成连接，如表1所示;要通过图形查属性，就去查找与某属性行对应的外键，当某外键的值与图形实体标识码相等时，就找到了;要通过属性查图形，就根据这一属性的外键查找空间数据库，即可检索到空间信息［5］。

空间数据与属性数据连接 表1

5 系统的实现与应用

5.1 GIS平台的选择

民政地理信息系统所处理的绝大多数信息均与空间地理位置相关，所以该系统需要在GIS软件的基础上作二次开发，GIS软件的选择在整个系统开发中具有举足轻重的作用［3］。根据系统的建设目标和特点，选择ESRI公司的ArcGIS平台的系列产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决的方案［6］。ArcGIS提供成熟稳定的GIS平台，并具有丰富的GIS功能，采用流行通用架构设计，具有良好的开放性和可扩展性。同时，ArcGIS为开发人员提供了丰富多样、基于IT标准的开发接口与工具，能够轻松构建个性化的GIS应用。

5.2 开发环境及系统开发

系统的开发过程严格按照系统设计目标和设计原则进行，在Windows操作系统环境下，采用Visual Studio 2008和ArcGIS Engine 9.3作为系统的开发平台，运用Visual C#高级语言作为开发语言，以赣州市为例，开发了赣州市民政地理信息系统的开发。本系统采用了用户非常熟悉的Windows界面风格，使用窗口、菜单，图标、对话框等图形符号操作来完成系统应用，认真考虑系统界面好坏的三个主要因素，即系统界面的结构、系统界面的交互性和系统界面的视觉［7］。在工具条的设计方面，使用了第三方控件软件DXperience，增强了界面的美观，系统的主界面如图3所示。

图3 系统主界面

5.3 系统应用

(1)民政信息及民政对象展现

利用系统中的基础工具，在电子地图中能够更加人性化的展示各类民政机构、对象、公共服务设置等内容。民政机构设施分社会福利类、社会救助类、老龄工作类、社区建设类、双拥优抚类、婚姻收养类、殡葬设施类、社会团体类、社工类、福利彩票类、社区服务设施等类别的信息。民政对象包括残疾人、老人、低保救济人等。各种类别的信息能够单独展现也能够使用系统中的叠置分析功能和其他类别的信息叠加展现。

(2)机构设施及属性查询

通过空间查询功能可以查询各个民政机构设施及其详细属性信息。属性查询先选择查询图层，创建一个新的要素集，在字段列表中选择要素的属性字段，然后获取唯一值，点击确定获得查询结果，并且高亮显示查询结果。空间查询根据要素的空间关系从图层中选择要素，通过相交、相接、重叠、包含等空间关系查询符合条件的要素，并且高亮显示查询结果。

(3)区域划分

系统能够根据工作需要可任意划分区域，并能够查询该区域内的民政机构设施;能够快速完成区域的调研，并基于地图的成果总结经验，探索规律，因地制宜，分类指导。系统利用空间符号化功能使用不同的色系、直方图和饼状图可实现行政区划面特征的专题制作和统计功能;还能够将各种不同数据源融合在一起，在单一的行政区划图上叠加人口、经济、GDP、产业产值等信息，并利用基于地理学的分析方法，为行政区划的变更提供详尽的数据基础，也能使区划信息和地名信息相互查询。

(4)选址分析

利用系统中的网络分析，综合某个区域的人口信息、社区信息、交通、商业信息等数据，建立数据模型，分析在某个地点建立民政机构(例如养老院、社区服务中心、救助捐赠接收点等)是否合理，为民政机构设施的新建提供决策支持;也可以为对民政特定对象的走访路线、走访次序、走访时间做出合理的安排。

(5)民政专项分析

使用本系统GIS中的分析工具将能够建立各种各样的民政专题分析。民政工作专题是以某个民政工作内容为核心，整合各种民政信息和非民政信息数据，通过各种工具，深入、细致的展现和分析该工作专题的各个方面，为领导决策、该业务相关部门提供决策支持。民政对象专题是已某类民政对象为核心，在地图上任意画区域，根据民政对象的地址信息自动统计该区域的民政对象数量，并以颜色的深浅来表示各行政区域的数字高低。机构设施专题是以某个机构设施为核心，通过整合各种属性数据、该机构设施相关的民政信息、非民政信息，用不同的手段和不同的角度来展示和分析该机构设施。

(6)遥感图显示与矢量图叠置

遥感图与矢量地图可以叠加显示，通过结合遥感影像，系统能够有效地达到视觉效果和视野范围的统一。

6 结语

民政地理信息系统的建成，有利于对民政部门错综复杂的数据进行高效、直观、合理地管理，实现民政工作的数字化、规范化和决策分析科学化。此次开发的民政地理信息系统以Windows桌面平台的形式发布，用户通过安装使用，无法实现网络化Web页面的应用。随着WebGIS在Internet中应用的推广，基于互联网的民政地理信息系统能满足更多用户的使用需求，使GIS的应用得到更多人的认可，成为民政工作中必不可少的部分之一。

［1］赵义.当前民政工作面临的挑战及对策［J］.理论前沿，2007(04):25～26

［2］王振兴，周文斌，孙国庆.配电网地理信息系统的设计与实现［J］.测绘科学，2011，36(2):236～238

［3］王平，陈新康.基于SuperMap的民政地理信息系统的设计与实现［J］.广西科学院学报，2007(03):194～196

［4］邹建成，孙国平.基于ArcGIS Engine与C#下的城镇地籍管理信息系统的研究与实现［J］.城市勘测，2009(04):29～31

［5］赵俊兰，邬伦.校园地下管线综合信息管理系统的研究与开发［J］.测绘科学，2007，32(5):117～120

［6］汤国安，杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程［M］.北京:科学出版社，2006

［7］彭清山.GIS系统界面设计方法探讨［J］.城市勘测，2008(01):49～52