地质灾害应急管理信息系统.doc

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《地质灾害应急管理信息系统》
系统分析与设计方案
金世胜
安徽师范大学GIS实验室
二○○二年八月
第一章 用户需求
地质灾害应急管理的基本目的是建立适合我国国情的地质灾害应急管理体制。运用法律、行政、经济、技术等手段，实现地质灾害应急管理的社会化、科学化、信息化、公开化，以调动全社会的力量，预防治理地质灾害，最大限度的减轻灾害损失，合理利用地质环境资源，促进社会经济可持续发展。
地质灾害应急管理信息系统是进行地质环境管理的重要手段。它是在广泛收集和整理研究区已有的地质环境调查、勘查、灾害防治信息，社会经济环境状况，统计信息等资料的基础上，开发出的一种集信息查询、浏览、决策支持等功能的综合信息系统。
根据用户的需要，地质灾害应急管理信息系统将发挥GIS可视化的优点，能迅速向有关部门和社会提供发生地质灾害所在地的地质环境资料和其它相关资料，实时显示地质灾害的现场情况，及时对地质灾害的发展趋势作出正确预测，为地质灾害的应急管理提供有效的支持，系统的重点放在信息处理、查询、图形显示、统计和简单的分析上。
一、需求概述
1、基础信息管理需求
数据管理是整个地质灾害应急管理信息系统建设的基础。地质灾害应急管理信息系统一项中心工作就是如何管好数据，进一步进行分析利用，提高数据的附加价值。
对于数据管理的需求，首先是数据的集中统一管理。数据分析利用是建立在数据集中统一管理之上的高级应用。用户普遍反映，需要对地质环境数据进行深度加工，需要一个相对灵活的分析工具，能够通过使用该工具来实现自己的一些分析思路，并打印出相应的数据报表。只有实现了数据分析，才能充分挖掘出基础信息管理的功效，真正产生效益。
2、地理信息系统需求
地质灾害应急管理所涉及的大量地质环境信息，除具有时间性和动态性特点外，还具有空间分布的特点。一般的管理信息系统虽然可以完成统计报表处理、属性数据查询等工作，但无法处理具有空间分布特征的信息，从而不能进行空间数据管理。地理信息系统的主要需求是把各种环境信息同地理位置结合起来提供给用户，从而把各种环境信息与反映地理位置的图形信息有机地结合在一起，并可根据用户需要对这些信息进行分析，把结果提交给有关领导和部门作为决策的参考。
通过调查、交流，用户对GIS在地质环境信息系统应用非常重视，希望结合当前地质环境管理重点工作将GIS用于地质环境管理和决策中，结合GIS技术网上发布地质环境信息。
3、信息共享和发布需求
用户迫切地需要有一个灵活的数据查询环境，将各种数据源集成到一起。因此构建一个地质环境信息共享的地理信息系统平台将是地质灾害应急管理信息系统中心任务之一。
此外，为适应网络化的发展，建议开发WEBGIS，以便于普通用户用浏览器界面进行数据查询。浏览器界面具有美观、灵活、易用的特性，而地质灾害应急管理信息系统的使用者大多数只具有一般的计算机应用知识，而互联网上的浏览器应用正好提供了能够充分满足不同水平用户需求的界面操作方式，可以用来构造我们的数据共享系统。
二、需求分析
根据用户的需求，地质灾害应急管理信息系统应包括地质环境背景资料管理、地质灾害实时管理、地质灾害发展趋势预测和管理文件等子系统。
1、地质环境背景资料管理
1）、地质环境资料
2）、资源开发利用情况
3）、历史灾害资料
4）地质灾害危险性评估情况
5）、社会经济发展资料
2、地质灾害应急管理
1）、地质灾害图形、图像实时显示
2）、地质灾害属性数据、空间数据的实时编辑
3）、地质灾害应急方案和措施页：2
由于没有作具体的需求分析，故只能根据程老师提供的资料作简单分析，待做具体调研后，再作详细分析

4）、管理及技术文件
3、地质灾害发展趋势预测
1）、地质灾害勘查情况
2）、地质灾害发展趋势预测及危险性评估情况
3）、未来地质灾害防治管理
4、管理文件
1）、技术文件
2）、政策法规
用户要求本系统具有数据输入、输出、修改、查询、汇总、统计、分析、备份、共享等功能；具有属性数据与图形数据的交互查询、显示功能；具有地图的简单编辑的功能；图形具有放大、缩小、漫游、鹰眼、闪烁等功能；具有友好的界面且操作简单；具有信息发布的功能等。
第二章 软件设计说明
一、地质灾害应急管理信息系统总体结构
地理信息系统的体系结构已经从传统的集中式发展到两层结构的C/S体系，正在向三层结构、多层结构的C/S体系结构和三层结构、多层结构的浏览器/服务器（B/S）体系发展，但是三层结构的C/S体系结构还很不成熟，三层结构的B/S体系也正在发展。总结各种体系结构的优缺点，结合现有的条件，从实用性方面考虑，我们采用了两层的C/S体系和三层结构的B/S体系。B/S体系结构的系统主要用于数据的发布和模型分析等。
1、系统总体结构框架图
···
管理文件
地质灾害发展趋势
地质灾害应急管理
地质灾害
背景资料

信息发布

各级领导

事务办公
对外查询
公众服务
辅助决策

研究部门

其他行业

地质灾害应急管理信息系统

地质灾害应急管理数据库

地质环境管理基础地图信息

地质灾害应急管理文档信息

社会经济发展信息
地质灾害应急管理图形信息

2、系统总体体系结构如下图所示：

二、地质灾害应急管理信息系统主要技术特点
该系统以GIS技术为核心，集办公自动化（OA）、计算机网络、多媒体、INTERNET、数据库等技术为一体，主要具有以下特点：
1、一体化的系统集成解决方案
一方面系统是多模块一体的产品，即各模块集成在一个系统之内，全局运行一个执行文件，系统判别不同的登录用户身份，提供不同功能模块使用；另一方面系统也是一个多功能集成的系统，即办公自动化系统中应用了GIS、数据库、扫描、文档处理等多种功能，多种功能相互无缝集成，如文档处理就可以结合数据库技术，文档从数据库中提取，转入WORD自动成文；扫描处理可内嵌在系统之中，不需另外打开外部扫描程序，扫描图形即可直接入库管理。
2、灵活规范的业务流程管理
以国家有关法律、法规为准，实现一种规范化业务办公流程。系统对所注册的用户识别身份，提供不同的办公功能。数据的传输采用信息流方式，对业务流程中间过程采取完全跟踪的方式，防止恶意行为发生。采取的这套业务流程解决方案，可以随业务流程的变动，在系统不变或较小变动的情况下，适应新的业务流程，即为一种“系统适应业务，而非业务适应系统”的模式。
3、完美结合的图文一体化
从图查文及从文查图，依据参考图文信息，办理文档数据的录入及相关工作，同时也可从图上直接进行数据查询及数据统计，及依据图形信息进行分析预测工作。
4、数据共享，实现网络化办公
充分利用网络技术，将空间数据和属性数据等信息上网，按照一定的权限规定实现有条件的数据共享。并可利用电子邮件实现网上会办，提高了办公效率并提供较详尽的图形资料，为办公决策提供一个较为直观可靠的条件。
5、完善的数据库安全体系
系统可建立一套完善的安全体系，对每一个表格不同记录针对不同用户都确立了相应的权限信息，如某用户对某表格某记录是拥有阅读权限还是修改权限，系统均有明确指示。
6、数据动态更新
用户在客户端所作权利范围内的修改，均可按一定程序进入系统数据库保留，实现数据动态更新。这其中不仅仅是文档数据，同时也包含图形数据。对图形的修改更新需要有一套技术与行政相结合的手段进行保证。
7、基于客户机/服务器、浏览器/服务器网络环境，采用以GIS为核心的多种技术的集成（计算机网络通信技术、大型数据库技术、面向对象技术、决策支持技术等），可实现定性、定量、定位的综合分析与辅助决策。
三、地质灾害应急管理信息系统属性数据流程图
地质灾害应急管理信息系统的数据包括地质环境背景资料、地质灾害实时数据、地质灾害发展趋势预测数据等。具体数据处理过程如下图所示：
地质灾害发展趋势预测

地质灾害实时数据
地质环境背景资料
数据录入
数据录入
数据录入
基础数据库
数据校验
代码检查
地质灾害
专题库
地理信息系统
主题库

综合汇总
综合汇总
数据WEB发布
数据查询
地理信息系统
数据分析

属性数据处理流程图
上述信息流程涉及到四个子系统：基础数据库、数据查询分析、地理信息系统和综合信息发布系统。它们之间的数据接口如下所述：
基础数据库和数据查询分析
基础数据库提供按照主题组织好的两类数据仓库，同时提供各类原始数据作为数据查询分析子系统的数据支持。其中原始数据主要作为数据查询部分的数据来源，地质灾害专题数据仓库和地理信息数据仓库作为数据分析部分的数据来源。
基础数据库和地理信息系统
基础数据库为地理信息系统提供按照原始数据，作为地理信息系统的属性数据。
数据查询分析的综合信息发布系统
数据查询分析子系统中的数据查询部分将在综合信息发布平台发布数据。数据查询是由WINDOWS NT的IIS服务器ASP编程来实现的，与综合信息发布系统的相应功能模块结合在一起。
地理信息系统和综合信息发布系统
整个地理信息系统将完全建立在综合信息发布系统之上。地理信息系统的地图服务器也建立在综合信息发布系统的IIS服务器上，与综合信息发布系统的相应功能模块结合在一起。
四、地质灾害应急管理信息系统的空间数据流程

第三章 地质灾害应急管理信息系统功能详细说明
地质灾害应急管理信息系统的总目标是实现文档管理、图档管理、网络管理及决策支持等。其中文挡管理主要包括：数据录入、数据传输、监督管理、电子邮件、文档扫描、数据查询等功能，图档管理主要包括：图形数据录入、编辑功能、图形属性查询、图形数据动态更新、图形操作、确定图形窗范围、专题调用、叠加，专题图生成、统计及统计结果可视化、综合分析、图形输出、图档与空间信息相关联等
系统主要功能包括：
一、数据库管理
本系统拥有一个包含各类地质环境信息的大型关系型数据库，该数据库是“地理信息系统”的基础。数据库管理就是对数据库中的数据进行有效的组织和管理，为地理信息系统对数据库的需求打下扎实的基础。
1、原始数据的收集
² 数据导入功能
能够将现有的地质环境数据（如.dbf或.mdb等）文件直接导入到关系型数据库中，导入前要求用户提供导入数据的内容、年份等必要信息，并具有判断用户误操作的功能。在导入数据的过程中，如果遇到数据一致性问题，将跳过产生问题的记录，继续导入其他数据记录，同时将产生问题的记录提供给用户，由用户进行修改后可再次导入。
² 数据录入功能
提供方便灵活的操作界面，供用户录入数据，录入程序是一个可以在单机上运行的程序，能够将录入的数据保存在数据库中或者数据文件中，针对录入过程中可能产生的错误还将提供校验功能。
2、统一历史数据格式
要进行历史数据的对比分析，就必须统一数据格式。经过了历史数据格式的统一后，所有的地质环境数据将从不同时间范围的文件集中到一个统一的数据库结构中。
3、数据完整性检查
为了保证数据的质量，需要对数据进行完整性检查。完整性检查包括一致性关系的检查、作为维的字段的检查以及逻辑校验检查。
采用了关系型数据库进行管理后，我们能够根据客观世界实体的含义，确定各个报表之间的主外键关系，一致性检查就是要保证各项地质环境数据能够满足这些联系约束。此外，由于在以后的查询分析中要采用数据仓库的思想组织数据，因此也必须对维字段进行检查。也就是保证维字段中的数据都准确有效，如果有代码表支持的，必须符合代码表中的代码，并且维字段不能为空。一致性检查和维字段检查都是在导入数据库的过程中，由事先定义好的数据库完整性要求所约束的。如果导入的数据不满足数据的完整性要求，这些数据将无法导入数据库中，必须经过用户手工更改后才能提交到系统数据库中。
4、数据装载、备份和恢复
系统必须提供新数据的加入和旧数据的删除，以及数据的备份和恢复功能。在数据管理中，提供灵活指定年度、指定数据类别，然后进行装载、导出、删除等操作功能。同时，结合数据库本身提供的备份和恢复功能进行整库的安全备份。
5、控制访问安全性
系统必须结合数据库管理系统（DBMS）本身的安全机制，维护数据库安全，保证数据库系统不受攻击。同时，数据库系统也要对数据的访问权限进行适当的限制，保证数据的保密性。
二、地理信息系统
1、系统功能模块划分
系统的功能模块主要包括数据采集、数据处理、数据分析、图形操作、地图量算、制图输出等，模块划分如下图所示。
功能模块
制图输出
地图量算
系统维护
Web发布
数据处理
数据分析
数据采集
图形操作
地理信息系统功能模块划分

l 数据采集功能模块
数据种类主要为空间（定位）数据、属性数据以及一部分管理数据。一般要求系统具有多种采集方式来采集空间数据，并且有精度要求。常用的采集方式有：
² 跟踪数字化输入
² 扫描数字化输入
² GPS接收机
² 航空摄影测量
² 卫星遥感影像数据
² 其它类型数据
以上的采集功能通过GIS软件实现，跟踪数字化输入再进行数据编辑。GPS接收机的数据通过外部数据转换接口进入GIS系统。航测和遥感影像数据直接进入GIS系统。其它类型数据通过相应的转换接口进入GIS系统（数据采集功能模块实现过程见下图）。
地
理
信
息
系
统
平
台

数据输入

地质环境
管理信息
发布系统

GPS接收机

航空摄影测量

卫星遥感影像数据

其它类型数据

图 1 数据采集功能模块实现过程

l 数据处理功能模块
数据处理功能模块包括空间数据处理和属性数据处理。空间数据处理包括图形编辑、投影转换、拓扑关系建立，空间数据库管理。（空间数据处理实现过程见下图）。属性数据处理包括数据结构定义和属性数据的增加、删除、修改等。
地
理
信
息
系
统
平
台
地质环境管理信息发布系统
编辑
投影转换
空间关系建立
空间数据库管理

空间数据处理实现过程

l 数据分析功能模块
数据分析功能主要是对数据库数据进行查询和统计分析。查询是基于图形、属性之间的查询。实现由图形查属性，由属性查图形的双向功能。
l 图形操作功能模块
图形操作包括图形放大、缩小、漫游和图层要素控制（颜色、类型、大小、分类等）及图元的闪烁等操作。
l 地图量算功能模块
地图量算功能主要包括长度、面积计算。
l 制图输出功能模块
打印机输出
绘图仪输出
图 2 制图输出实现过程
制图输出包括专题图的制作和输出。
文件输出
图廓整饰
增加图例
填加注记
确定颜色
填加符号

GIS系统
基础底图
Web发布
输出

环境专题要素

2、地理信息系统数据分析
地理信息系统数据包括空间数据和属性数据。空间数据乡级以1:5万的行政区图或立体地形图、县级以1：10万的行政区图或立体地形图、大市级以1：20万行政区图或立体地形图、省级以1：50万行政区图或立体地形图为背景图。地质灾害应急管理信息系统所用图层包括行政区划、街区、道路、水系、居民地、标志性建筑物、地质环境专题图等。
3、地理信息系统功能分析
系统功能分析的目的是对系统的子系统信息查询功能进行分析。
l 省级：
主要功能是：以图、文、声像等多媒体的形式介绍全省地质环境的概况，具有图文互查功能。
² 显示1：50万行政区图或立体地形图，上叠地质灾害点（闪烁），旁有属性说明表。
² 点击市或县名，调到下一级的市级图或下二级县级图。
² 点击县行政区，该行政区闪烁，并在图旁显示该县主要地质灾害情况说明。
² 点击地质灾害点，跳出点击点的地质灾害点的音像资料、立体图及各种图件等。
² 具有基本图形操作功能：放大、缩小、漫游、鹰眼等。
² 可直视全局及图面区在全省图中的相对位置。
² 具有基本的图形编辑功能：增减图元、修改图元等。
² 具有基本的图形分析功能：缓冲区分析、网络分析等。
² 查询结果以HTML表示。
² 给定地质灾害点在图上查找该点的位置。
² 查询某项指标满足给定条件的地质灾害点。
l 大市级：
² 显示1：20万行政区图或立体地形图，上叠地质灾害点（闪烁），旁有属性说明表。
² 点击县或乡名，跳出县或乡的图面。
² 点击县行政区，该行政区闪烁，并在图旁显示该县主要地质灾害情况说明。
² 点击地质灾害点，跳出点击点的地质灾害点的音像资料、立体图及各种图件等。
² 具有基本图形操作功能：放大、缩小、漫游、鹰眼等。
² 可直视全局及图面区在全省图中的相对位置。
² 具有基本的图形编辑功能：增减图元、修改图元等。
² 具有基本的图形分析功能：缓冲区分析、网络分析等。
² 查询结果以HTML表示。
² 给定地质灾害点在图上查找该点的位置。
² 查询某项指标满足给定条件的地质灾害点。
l 县级：
² 显示1：10万行政区图或立体地形图，上叠地质灾害点（闪烁），旁有属性说明表。
² 点击乡名，跳出乡的图面，并在图旁显示该乡主要地质灾害情况说明。
² 点击地质灾害点，跳出点击点的地质灾害点的音像资料、立体图及各种图件等。
² 具有基本图形操作功能：放大、缩小、漫游、鹰眼等。
² 可直视全局及图面区在全省图中的相对位置。
² 具有基本的图形编辑功能：增减图元、修改图元等。
² 具有基本的图形分析功能：缓冲区分析、网络分析等。
² 查询结果以HTML表示。
² 给定地质灾害点在图上查找该点的位置。
² 查询某项指标满足给定条件的地质灾害点。
l 乡级：
² 显示1：5万行政区图或立体地形图，上叠地质灾害点（闪烁），旁有属性说明表。
² 点击地质灾害点，跳出点击点的地质灾害点的音像资料、立体图及各种图件等。
² 具有基本图形操作功能：放大、缩小、漫游、鹰眼等。
² 可直视全局及图面区在全省图中的相对位置。
² 具有基本的图形编辑功能：增减图元、修改图元等。
² 具有基本的图形分析功能：缓冲区分析、网络分析等。
² 查询结果以HTML表示。
² 给定地质灾害点在图上查找该点的位置。
² 查询某项指标满足给定条件的地质灾害点。
三、信息发布
为了满足局域网用户的不同需要，系统功能模块都要在网络平台上予以实现。
从技术来看，地理信息系统可以采用具有地图服务器的三层网络体系结构，在服务器端实现对地图的查询和发布；实现信息共享。
从用户需求角度来看，用户需要操作简单、界面美观、简便易学的工作平台，而Intranet/Web平台正适应了用户的这些需求。Web网页美观生动，操作简单到只要用鼠标轻轻一点，甚至不需要专门的培训，这十分适合于目前大部分用户的计算机应用水平。
综上所述，本系统采用Intranet/Web平台作为系统各个功能模块运行的统一平台。
第四章 运行与开发平台
一、运行环境
地质灾害应急管理信息系统必须能在内部的计算机局域网上运行，只有这样才能实现数据共享、组织协调各项业务工作等功能。根据目前情况，地质灾害应急管理信息系统的运行环境适宜采用C/S、B/S的方式，建立起基于WINDOWS NT的内部局域网的网络体系结构。

l 硬件平台：
服务器：专业服务器——CPU P4 1.6G 以上， 256M内存以上， 网卡 100M
客户端：微机 CPU PIII 550, 内存128M, 网卡10-100M
图形工作站
绘图仪
数字化仪
扫描仪
激光打印机
喷墨打印机
l 软件平台
服务器：操作系统：Windows NT Server 4.0, Service Pack 6a
数据库：MS SQL Server 7.0、access2000
Web服务器：Microsoft IIS4.0
配值Microsoft Office 2000
数据库连接组件ADO2.5
如要使用模型需配置IDL运行库
GIS专业软件：ArcInfo8、Arcview8、Mapobjects2.0、IDL5.4、ArcIMS、ArcSDE
客户端：操作系统：Windows9X, Windows NT Workstation 4.0 Service Pack 4.0 以上，Windows2000 Professional
浏览器：IE4.0 SP1或IE5.0并在安装Java VM
数据库连接组件ADO2.5
GIS专业软件： ArcInfo、Arcview8、ArcExplorer、IDL5.4
二、系统开发环境
l 硬件平台
服务器：IBM专业服务器——CPU PIII766 以上， 256M内存以上， 网卡 100M
客户端：微机 CPU PIII以上550, 内存128M, 网卡10-100M
图形工作站
绘图仪
数字化仪
扫描仪
激光打印机
喷墨打印机
l 软件平台
操作系统：Windows NT Server 4.0, Service Pack 4a、Windows NT Workstation 4.0 Service Pack 4.0 以上，Windows2000 Professional ，Windows9X,
数据库：MS SQL Server 7.0、Access2000
Web服务器：Microsoft IIS4.0
配值Microsoft Office 2000
数据库连接组件ADO2.5
开发语言：Delphi5、VB 、XML、JAVA等
GIS专业软件：MGE、GeoMedia
、ArcInfo8、Arcview8、Mapobjects2.0、IDL5.4、ArcIMS、ArcSDE、ENVI3.4、ERDAS8
二、系统集成的环境
硬件平台：IBM NetfinityCPU PIII 766以上, 256M内存, 网卡 100M
操作系统：Windows NT Sever 4.0, Service Pack 6a;
Web服务器：Microsoft IIS 4.0
数据库：MS SQL Server 7.0
空间数据引擎：ArcSDE
集成工具：MS Visual Studio 6.0 InterDev, Macromedia Dreamweaver 3，Delphi5, JBuilder 3.5, Java 1.3, Java 3D
测试环境：IE4.0, IE5.0, IE5.5、ArcExplorer
网络协议采用TCP/IP协议组。
第五章 地质灾害应急管理信息系统开发人员与进度安排
一、系统开发相关人员与职责
金世胜：项目主持人，安徽师范大学国土资源与旅游学院GIS实验室、讲师，安徽师范大学地理系学士（1992年），华东师范大学硕士（1999年）。2000年到南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室进修，并参与了“南京市环保地理信息系统”、“江苏省环保地理信息系统”的开发工作，自1996年以来，参与了多项旅游规划、地理信息系统的研制工作，并主持了“皖南旅游资源开发信息系统”等省级课题的研究工作。目前，本人在安徽师范大学国土资源与旅游学院担任研究生与本科生的《地理信息系统导论》、《地理信息技术与应用》、《地理数据分析》、《旅游管理信息系统》等课程的教学工作。
二、系统进度计划表

第六章 地质灾害应急管理信息系统报价及依据
地质灾害应急管理信息系统报价及依据
科目
金额（万元）
依据
硬件购置费（光刻录机、硬盘、打印机等）
1
光刻录机：2500
外置硬盘：2000
激光打印机：5500
软件购置费（MGE、GeoMedia
、ArcInfo8、PC ArcInfo、Arcview8、Mapobjects2.0、IDL5.4、ArcIMS、ArcSDE、ENVI3.4、ERDAS8、DELPHI5、JAVA）
25
各种软件的市价之和
材料、燃动费（包括计算机耗材等）
2
经验估算
加工费（系统分析、包括数据采集、整合、建库、系统研制等）
15
开发人员的劳务费、数据采集、以及图形的数字化费
实验费（包括软件测试、调试等）
1
经验估算
管理费
2
软件开发的协调、管理
国内外调研费
2
交通、饮食费、专家咨询、调研等费用
各种税费
2
依国家有关政策计算
合计
50
以上各项之和

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