煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统设计与实现.pdf

分类号 UDC Y9 3 8 3 5 1 密级 编号 工学硕士学位论文 煤矿矿井瓦斯事故综合预防 系统设计与实现 硕士研究生闵远利 指导教师孙长嵩教授 学位级别工学硕士 学科、专业计算机应用技术 所在单位计算机科学与技术学院 论文提交日期2 0 0 6 年1 月 论文答辩日期2 0 0 6 年2 月 学位授予单位哈尔滨工程大学 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 煤矿监控系统的集成化、网络化是目前煤矿安全领域的一个重要发展方 向。是一种综合集成技术，涉及现场总线技术、计算机技术、通信技术和网 络技术等。 本课题主要研究了煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统，该系统对现有瓦斯 爆炸防治技术、瓦斯检测监控系统和装备进行有机集成和改造。本文的重点 是设计和实现一个煤矿矿井安全管理系统，首先分析了煤矿矿井瓦斯事故综 合预防系统的实际需求，接着在此基础上设计了系统的总体框架，并对各模 块作了进一步的说明，各子系统间按统一的通信协议交换信息，系统采用异 构网络。系统构建、集成M I S ／G I S ，将地理信息和属性信息绑定并进行集成 优化，实现了井下生产的管控一体化。 该系统具有地理信息系统／管理信息系统集成，系统方便实用等特点。建 立一个通用性的煤矿信息化系统，解决了现有煤矿安全系统互不兼容的问题， 符合煤矿安全产品发展趋势。该系统还可用于其他井下生产及地下设施的管 控一体化。 关键词信息化；矿井安全生产；管控一体化；管理信息系统；地理信息系 统 堕堡堡王堡查兰堡主堂垡笙奎 A b s t r a c t C o a lm i n em o n i t o r i n gs y s t e mi st h eb a s ee s t a b l i s h m e n t so fc o a l e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ．I ti sa l l i m p o r t a n tp a r to fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n c o n s t r u c t i o ns u p p o r t e db yd e v e l o p m e n to f i n d u s t r y e n t e r p r i s en e t w o r k ．I ti sak i n d o f i n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hi n v o l v e st h et e c t m o l o g i e so f f i e l d b u s ，c o m p u t e r ， c o m m u n i c a t i o n ，a n dn e t w o r ke t c ． C o n s i d e r i n gt r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tp r o d u c t i o ni nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e c a nn o tm e e tt h en e e do fe n t e r p r i s e st o d a y , t h ef o c a lp o i n to ft h i sp a p e rl i e d i n d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gas a f e t yi n f o r m a t i o ns y s t e mf o ru n d e r g r o u n dc o a lm i n e G a sP r e v e n t i o nw h i c hc o u l di m p r o v et h es a f ec o n t r o l l i n g ，m a n a g i n ga n dr e s c u i n g a b i l i t y ．A c c o r d i n gt ot h el l s e r ‘sn e e d s ，t h es y s t e m a t i cd e s i g no b j e c ti sc o n f i r m e d ， f u n c t i o nm o d e li sp u tf o r w a r dw h i c hi n c l u d e se i g h tm a j o rf u n c t i o nm o d u l e s ． E x c h a n g ei n f o r m a t i o na c c o r d i n gt ot h eu n i f i e dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la m o n g e v e r ys u b s y s t e m ．T h es y s t e mi n t e g r a t e dM I Sw i mG I S t os e r v et h em a n a g e m e n t a n dc o n t r o la i m ． T h es y s t e mi n t e g r a t e dg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ma n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ．T h ea p p l i c a t i o no ft h i ss y s t e mc a r lm a k ee n t e r p r i s e s i m p r o v e t h el e v e l so fs a f e t yp r o d u c t i o n ．T h i ss y s t e mc o u l db eu s e di na l lk i n d so f u n d e r g r o u n dw o r ke n t e r p r i s e s ，a n db r i n gi nr e m a r k a b l eb e n e f i t s ．T h es y s t e mi sa s t a n d a r ds y s t e mw h i c hh a su n i f i e dc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ． K e y w o r d s i n f o r m a t i o n ；C o a lM i n eS a f e t y ；m a n a g e m e n t c o n t r o lo n es y s t e m ； m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；G e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者 签字 日期酬年二月刁日 堕堡堕三型叁兰堡主堂垡堡茎 1 ．1 引言 第1 章绪论 “煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统设计与实现”课题来源于黑龙江省科 技厅2 0 0 4 年度下达的重大公关项目。该项目组织了包括院校、研究所及企业 等7 家单位造行联合设计与开发。 煤炭工业是工业生产各行业中自然条件差、危险源多的行业。近年来， 虽然煤炭工业得到很大发展，但并未实现对灾害事故的有效控制，安全生产 形势依然严峻。在灾害事故中，瓦斯事故在煤矿各类灾害中发生最多、危害 最大。瓦斯爆炸不仅直接造成人员伤亡和巨大的财产损失，而且往往导致煤 尘爆炸和矿井火灾，给煤矿带来更大的危害。因此，研究简便易行、高效可 靠的防治瓦斯爆炸方法，遏制瓦斯事故频发的势头，不仅是关系到广大煤矿 职工生命安全、社会稳定、国民经济可持续发展的政治需要，也将大幅度减 少事故率，避免继续产生大量的人员伤亡和巨大的经济损失。 鉴于煤矿安全生产的严峻形势，最有效的防治措施是利用信息技术改造 传统煤炭工业现状，加大对煤矿的安全监管力度，提高监察信息化水平，带 动煤矿和相关行业安全生产信息化进程，提升我国煤矿安全生产和管理水平， 实现煤矿企业安全、可靠、高效生产的目的而提供有力的支撑。 本课题的研究任务是通过各课题的研究成果与现有瓦斯爆炸防治技术、 瓦斯监测监控系统和装备进行有机集成，以完善瓦斯监测监控系统为核心， 以稳定、精确、耐用、价低为宗旨，建立起完善的矿井瓦斯事故综合预防系 统，大幅度减少瓦斯爆炸事故发生率。 1 ．2 目的与意义 本论文研究的目的是针对矿井瓦斯涌出控制、监测、监控、防爆、信号 传输、风流控制、粉尘监测、设备维护、灾变事故处理、安全信息管理等方 哈尔滨工程大学硕士学位论文 面存在的，制约矿井瓦斯爆炸综合防治技术有效发挥作用的共性问题和尚未 解决的难题，通过充分调研、咨询和论证，以现场急需、技术上可能、开发 时间和费用可接受、市场前景广阔为原则，建立完善的矿井瓦斯事故综合预 防系统。 研究开发“煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统”有着重要的作用和意义。 1 该系统适应国家对企业安全生产和企业信息化的需求； 2 该系统可适用于所有类型矿业生产的井下作业环境的信息管理； 3 该系统的开发将为省内软件产业的发展，软件系列化和软件商品化 提供有益的经验 4 该系统的应用，带来显著的经济效益和社会效益； 5 提供管理系统与地理信息系统有机结合的范例。 1 ．3 国内外现状和技术发展趋势 近2 0 年来，各国煤矿瓦斯监测系统发展很快。M I N O S 监测系统是英国有 代表性的先进监测系统，它能对井下环境进行连续监测。德国T F 一2 0 0 系统是 Y F 一2 4 系统的更新产品，功能扩大，传输通道数由2 4 个增加到5 2 个。波兰 C M M 一2 0 m 瓦斯监测系统。适合于小煤矿，可配接2 0 个测点，采用循环方式监 测各测点的参数，包括瓦斯浓度和风速等。美国研发的集中监测系统S C A D A 测点总数达到1 1 5 0 个。 工业发达国家的煤矿井下生产环境与生产设备及自动化水平较高，从整 体技术水平和生产条件与国内煤矿不具备可比性。国内煤矿的信息化起步较 晚。 我国在煤炭信息系统方面明显存在重硬件、轻软件，重局部、轻整体， 重投入、轻管理的问题。具体的说，在煤炭安全监控系统方面，在计算机硬 件的采购方面投入比较大，软件投入较少；生产安全监控系统不完善，没有 真正建立有效的综合信息系统平台。 目前在我国的煤炭安全监测行业，有多家公司涉及这一行业。但目前为 止应用的系统没有形成统一的通信协议和标准，系统各自处于封闭状态，系 统间无法实现信息共享，很难实现全局或更高级别的联网和系统的实时监测、 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 管理。而且即使同一个厂家之间不同版本的产品协议也可能不一致。 目前存在的问题 1 通信协议不规范 由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，所以很难找到 两个相互兼容的系统。目前，信息传输系统的兼容性差已成为各矿业集团公 司进一步扩充系统功能的制约因素。通信协议不规范的后果是造成设备重复 购置、系统升级受制于人或不能随意进行软硬件升级改造。 2 厂家之间不同版本的产品协议不规范 厂家之间不同版本的产品协议不规范也是制约用户进一步扩充系统功能 的关键因素。如K J F 2 0 0 0 和K J 4 ／K J 2 0 0 0 系统，尽管两种系统均采用F S K 技术， 以及信息传输波特率均为1 2 0 0 b p s 或2 4 0 0 b p s ，但其传输信息造成这两种系 统的分站不能兼容。 3 传感器等关键产品质量不过关 与监测监控系统配接的甲烷传感器己成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测 的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。 随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以及矿务局自身现代化管理 的需求，煤矿安全监测系统越来越体现出其重要性。从技术和管理的角度出 发，统一标准的煤矿系统联网安全监测已是必然趋势。 因此，有必要建立一个标准化、通用性的信息化系统进行联网，建立起 全局性集多种信息的综合性、计算机的交互性、通信的分布性和监控的实时 性等技术于一体的煤矿分布式安全综合监测监控系统。 1 ．4 研究的主要内容 本文主要对煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统的设计和实现作重点论述和 详细的介绍。 本文所做的工作主要有以下几点。 1 在煤矿矿井瓦斯事故综合系统实施前，做好需求分析等前期准备工 作。 2 在矿井M I S 实施过程中，重点强化对瓦斯浓度监测管理，同时依照 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 软件工程的有关系统分析和设计方法来进行实际的系统设计工作。 3 采用V i s u a lB a s i c ．N E T 和M a p X 相结合的方法，实施矿井G I S 。 4 M I S 与G I S 两个系统功能模块的“无缝集成”。对这两个系统“无 缝集成”进行了研究。实现一个系统集成框架；将M I S 与G I S 无缝集成，为用 户提供业务级的服务。 5 以M I S 和G I S 技术为基础的“煤矿矿井瓦斯事故综合预防系统”软 件的开发。 1 ．5 本文的结构和组织 全文共分4 章。第1 章是绪论，第2 章是管理信息系统与地理信息系统， 第3 章是系统总体设计，第4 章是集成平台分系统的设计，第5 章是集成平 台分系统的实现。具体的结构为 第1 章为绪论，介绍了课题的研究背景，研究的目的与意义，国内外现 状与技术发展趋势，以及本课题主要的研究内容。 第2 章是管理信息系统与地理信息系统，分析M I S 和G I S 的主要基础知 识，说明两者的设计方法以及M I S 和G I S 集成的方法。 第3 、4 、5 章为论文的主要部分，介绍“煤矿矿井瓦斯事故综合预防系 统”的总体设计与软件部分的开发。首先对相关背景进行了分析，列举出系 统的总体需求，并进行总体设计。然后具体介绍软件部分的实现，包括M I S 的实现，G I S 的实现，关系型数据与空间数据库的交互等，最后介绍了部分 类的结构和部分函数实现。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章管理信息系统与地理信息系统 2 ．1 管理信息系统 管理信息系统 M I S - - M A N A G E M E N TI N F O R M A T I O NS Y S T E M S 作为一门管 理学、计算机科学、数学和系统科学等学科交叉组成的边缘学科是一门不断 发展的新型学科。M I S 系统在当今的知识经济社会发展的大背景下呈现出高 速发展的态势，并且在实践应用中逐渐发挥出越来越大的作用，已经为广大 企事业单位所接受并大量使用“1 。 2 ．1 ．1 管理信息系统的定义 管理信息系统的创始人G ．B ．D A V I S 认为管理信息系统是一个利用计算 机硬件和软件，建立数据库与分析模型，通过计划、控制等手段提供支持企 业或组织运行、管理和决策信息的系统。 根据我国的特点，登载于中国企业管理百科全书上的管理信息系统定义 为～个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传递、储存、加工、维护 和使用的系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情况，利用过去的数据 预测未来，从企业全局出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为， 帮助企业实现其规划目标。 随着人们对M I S 的认识在逐步加深，M I S 的定义也在逐渐发展和成熟。 M I S 定义具有代表性的几种如下 就其功能来说，管理信息系统是组织理论、会计学、统计学、数学模型 及经济学的混合物，这许多方面都同时展示在先进的计算机硬件和软件系统 中。这个领域的中心问题是扩展视野，综合政府部门和民间组织的决策，这 此组织必须控制其内部活动和由该组织的规模与复杂程度所引起的种种功能 要求。 一个管理信息系统是能够提供过去、现在和将来预期信息的一种有条理 5 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的方法，这些信息涉及到内部业务和外部情报。它按适当的时间间隔供给格 式相同的信息，支持一个组织的计划、控制和操作功能，以便辅助决策制定 过程。 M I S 是一个具有高度复杂性、多元性和综合性的人机系统，它全面使用 现代计算机技术、网络通讯技术、数据库技术以及管理科学、运筹学、统计 学、模型论和各种最优化技术，为经营管理和决策服务。 管理信息系统是一个由人、计算机等组成的能进行管理信息收集、传递、 储存、加工、维护、和使用的系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情 况，利用过去的数据预测未来，从全局出发辅助企业进行决策，利用信息控 制企业的行为，帮助企业实现其规划目标。 M I S 是为决策科学化提供应用技术和基本工具，为管理决策服务的信息 系统。 “不仅仅把信息系统看作是一个能对管理者提供帮助的基于计算机的人 机系统，而且把它看作一个社会技术系统，将信息系统放在组织与社会这个 大背景去考察，并把考察的重点，从科学理论转向社会实践，从技术方法转 向使用这些技术的组织与人，从系统本身转向系统与组织、环境的交互作用” 『2 ] 。 2 ．1 ．2 企业M l S 建设的意义与作用 M I S 是集计算机技术、网络通信技术为一体的信息系统工程。采用先进、 适用、有效的企业管理体制，运用于企业管理的各个环节和层次，可以改善 企业的经营环境、降低经营生产成本，提高企业的竞争力在企业内部改善 商流、物流、资金流、信息流的通畅程度，使得企业的运行数据更加准确、 及时、全面、详实，同时对各种信息地进一步加工，使企业领导层的生产、 经营决策依据充分，更具科学性，更好地把握商机，创造更多的发展机会 有利于企业科学化、合理化、制度化、规范化的管理，使企业的管理水平跨 上新台阶，为企业持续、健康、稳定的发展打下基础。 管理信息系统能及时、准确、全面、可靠地处理和提供信息，辅助管理 人员进行决策。因此，管理信息系统的开发能提高企业的管理水平和效率， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 支持企业的管理和决策，使企业的管理决策科学化、现代化，促进企业管理 机制的合理化和管理信息的标准化，从而全面提高企业的市场竞争力和整体 经济效益、社会效益。实施企业M I S 的作用如下 1 辅助分析。对于企业的生产经营活动进行决策，需要各种生产经营 数据作为依据。通过计算机系统将数据组织起来，可以随时提供各种所需的 数据。它能保证决策的准确、及时。 2 规范化管理。企业中的许多数据管理并不像财务管理那样，有⋯个 严格的制度，常常带有较大的随意性，数据采集的时间、格式、计算方式等 往往是根据经验和记在脑子里的公式完成的，而目又不便于审核，容易引起 混乱、错误。计算机系统为数据处理提供明确的尺度，使之标准化、规范化。 3 节省人力。不仅大量的重复计算由计算机处理，可以减轻人的劳动 强度，更重要的是，在输入数据以后，所有的处理都山计算机系统来完成， 可以免去人工方式下许多中间的处理环节，达到减员的效果[ 1 ] 。 4 促使企业管理人员综合素质的提高。从一定意义上说，企业搞管理 信息系统，对自身雨言是一项巨大挑战，它主要是对企业管理人员的素质提 出了更高的要求。尽管从整体上看，管理人员是企业中综合素质相对较高的 群体，但不可否认的是，随着社会的发展和科学技术的不断进步，企业中的 一些工作人员甚至高层管理人员的原有知识己经不能适应形势的需求。这就 要求他们进行知识学习，全面提高自身的素质。 5 信息的最大共享。企业的信息网络是通讯网、计算机网和资源网的 集成，它们构成了信息资源开发、传输、分配、使用的体系。这种体系改变 了资源的配置，最大程度地实现了企业资源共享，以往要面对面才能解决的 问题，现在只要在P C 终端上即可实现[ 2 ] 。 2 ．1 ．3 管理信息系统的开发 1 ．管理信息系统的开发原则 创新原则，体现先进性。计算机技术的发展十分迅速，要及时了解新技 术，使用新技术，使目标系统较原系统有质的飞跃。 整体原则，体现完整性。企业管理可以理解为一个合理的“闭环”系统。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 目标系统应当是这个“闭环”系统的完善。企业完整的实现计算机管理不一 定必须在企业的各个方面同时实现，但必须完整的设计系统的各个方面。 不断发展原则，体现超前性。为了提高使用率，有效的发挥M I S 的作用， 应当注意技术的发展和环境的变化。M I S 在开发过程中应注重不断发展和超 前意识。 经济原则，体现实用性。大而全和高精尖并不是成功M I S 的衡量标准。 事实上许多失败的M I S 正是由于盲目追求高新技术而忽视了其实用性。盲目 追求完善的M I S 而忽视了本单位的技术水平、管理水平和人员素质。 2 ．系统目标和内容的确立 M I S 的建设中，系统的最终目标和内容常常难以确定。比如设备管理 系统，设备的种类成千上万，规格型号、归属部门、安装位置等千差万别。 M I S 要管理的内容、达到的效果及运行后的状态等涉及的内容很多，很 难通过调研完全确定所有的内容。事实上，M I S 建设和一般工程的根本区别 就是不能在开发前完全确立系统的目标和内容，即不可能期望有一个详尽的 设计去简单地、方便地组织和控制系统的建设，这是M I S 建设的最大特点， 也最易引起比较大的问题。 常有人希望先有一个详尽的设计，再根据设计实施开发。这要求开发者 不仅要在短时间内把原有的工作方式完全掌握，而且要设计出一种新工作方 式，实际上是很难做到的。一方面，计算机技术人员掌握的是运用计算机技 术的能力，而并非快速学习掌握任何工作方式的能力。短期内计算机技术人 员不可能完全掌握原有的工作方式。另一方面，一种新的工作方式的确定必 然要经过用户反复的试验，不可能借助任何图表、算法而一次确定，更不可 能由计算机自动产生出来。有的系统调查花数周或二三个月的时问整理出大 量的表格，看似很有收获，而系统开发的决策者和组织者却并不明确系统开 发究竟能有什么效果，引起怎样的变化。在这种情况下就由计算机技术人员 展开程序开发，带有很大的盲目性，往往引起系统开发的紊乱或失败。 M I S 建设应从实际需要和可能出发，确立适度的丌发目标和内容，使企 业的决策者和系统的开发者都对系统建设心中有数，以便有效地安排和布署 开发工作，并且在开发过程中逐步确立新的工作方式。系统的目标和内容涉 R 哈尔滨工程大学硕士学位论文 及因素很多，而应考虑相应的策略和方法 1 系统分解。系统建设的规模一般较大，不易掌握和控制，可以将其 分解为多个子系统，以降低系统的复杂性。原有方式总是按照工作相关的程 度分为多个部门，因此，划分子系统是方便的，关键是要制定描述子系统问 联系的约束规范，以此保证各子系统最终能形成一个统一的系统。 2 全面评估。对于各子系统，全面评估系统开发的目的、内容、效果、 条件相运行后的维护扩展等因素，这些因素关系到系统建设的成败，应从实 际需要和可能出发，要从大局着眼进行认真的分析。盲目求大求全就会导致 图虚名而招实祸，达不到预期的效果。 3 逐步迫近。在满足系统约束规范的基础上，用快速原形法开发各子 系统。这样就不必首先进行详尽的需求分析，以完全掌握原有的方式，而是 通过试运行把用户的需求不断吸收进去，让系统直接逼近开发目标。这样做 有许多益处可以降低开发者掌握原有系统的难度；可以更准确地了解用户 的需求、确立新的工作模式；开发过程中，用户已经接受了新的系统。 3 ．管理信息系统开发的特点和难点 M I S 的开发具有所有软件系统的一些共性，同时也存在以下一些特点 1 以数据为中心。“数据中心原理”是说，只要企业的性质和目标不 变，它的数据类就是稳定的，任何经营管理的瞬间，都是对这些数据类的数 据输入 记录的增加、修改或删除 和数据输出 记录的检索或使用 ，信息系 统的开发应该而向数据，而不应该而向处理过程，因为处理过程是多变的。 2 指导管理过程规范化。一个企业或部门在没有M I S 系统时的管理方 式是适应人的工作特点逐步形成的。这些方式是分散的、不规范的，而且一 般运作时间很长。而计算机系统适合处理大批量的、规范的数据，要求处理 的过程尽量简单。所以具各计算机系统特点的M I S 不仅提供了规范数据的处 理功能，同时也使工作方式变得简单、规范。 3 信息化建设的可持续性。一个企业的信息化建设要经历一个较长的 时间，在这段时间内，不断地开发功能单一的面向单独部门的M I S 。通过新 老系统的不断集成，最终完成整个企业的信息化建设。所以，企业的信息化 建设是一个持续发展的漫长过程。 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 系统开发的初期难以完全确立准确的目标和内容。由于企业在信息 化建设的初期没有这方而的经验，所以多数M I S 在开发的初期没有完全确立 的目标和内容。经过前期企业用户和开发人员的共同探索，系统的目标和内 容会逐步确定下来。 M I S 的这些特点同时也是它在开发上的难点 1 建立系统的运行机制。M I S 建设是要用计算机系统把人工下的数据 处理控制起来。它涉及到计算机技术和管理工作两个方面。计算机技术的进 步只是解决了一个方面的问题。如果实际的管理过程比较规范，比如图书馆 系统，系统建设主要是程序开发的问题，这样的系统是比较容易成功的。但 M I S 建设大多涉及的是不够规范的管理工作，系统建设要对原有的工作方式 进行规范和整理，否则，M I S 不仅不能发挥应有的作用，而且由于系统结构 的零乱，常常难以运行下去。 2 了解实际的数据流程及业务逻辑。企业的业务通常也是较为复杂 的，并有较大的变动可能性，这一部分的分析和规整工作也是M I S 开发的难 点之一。 3 控制开发过程。M I S 建设需要用户和开发人员一起来解决大量与实 际业务相关的问题。在开发期间，应该分出开发工作的轻重缓急，合理地配 置资源，把众多的人员协调一致，确保开发出的系统结构合理、功能实用， 这是M I S 开发的目的。事实上，这很难做到。常见到的是开发者在经过和用 户简单的讨论之后就撇开用户，希望先开发出来再说；或者，用户认为开发 任务完全是开发方的责任，在整个开发期间不给予积极的配合。在这种失控 的状态下进行开发，进木上很难达到M I S 的开发目的[ 1 ] 。 4 重复开发。重复开发不仅浪费时间和人力、物力，而且重复开发的 系统经常性地处于修修补补的完善过程中。 5 重“硬”不重“软”。企业使用不懂M I S 的人员搞M I S 的工作。这 些人被戏称具有“电灯泡”思想，只重视购买设备而不了解“软件”功用才 是实施i I S 困难的根本问题[ 3 ] 。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 ．2 地理信息系统 在过去，G I S G e o g r a p h i c a lI n f o r m a t i o nS y s t e m 地理信息系统 往往被 认为是一项专门技术，其应用领域受到限制。随着技术的发展和社会需求的 增大，G I S 应用日趋广泛，凡是涉及空间信息分布的地方都可以用到G I S ，G I S 己经广泛地渗透到人们的日常生活中。G I S 和数据库、信息处理、通信等技 术一一样，己经成为信息技术 I T 的重要组成部分“1 。 2 ．2 ．1 定义 给出G I S 的准确定义是困难的，因为G I S 涉及的面太广，站在不同的角 度，给出的定义就不同[ 5 ] 。通常可以从4 种不同的途径来定义G I S 。 1 面向功能的定义。G I S 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地 理数据的系统。 2 面向应用的定义。这种方式根据G I S 应用领域的不同，将G I S 分为 各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决 策支持系统等。 3 工具箱定义方式。G I S 是一组用来采集、存储、查询、变换和显示 空间数据的工具的集合。这种定义强调G I S 提供的用于处理地理数据的工具。 4 基于数据库的定义。G I S 是这样一类数据库系统，它的数据有空间 次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间 实体的查询[ 6 ] 。 G I S 是以地理空间数据库为基础，软件环境支持下，对空间相关数据进 行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时 提供各种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析 和决策服务而建立的一类计算机应用系统。G I S 的系统组成如图2 ．1 所示 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 ．1 G I S 的系统组成 1 空间数据库。一个存储空间和非空间数据的数据库系统。 2 数据输入子系统。主要负责从各种数据源中收集并处理空间数据， 以及进行不同类型的空间数据间的转换。 3 数据存储和检索子系统。此系统准许以检索、更新、编辑的方式组 织空间数据。 4 数据操作和分析予系统。此系统是G I S 的心脏，用数据进行工作， 如数据的聚合与分散、评估参数和条件限制、进行模拟分析。 5 显示子系统。此系统以表格、图形、地图等形式显示输出全部或部 分数据库[ 4 ] 。 2 ．2 ，2 空间数据库的组织 在G I S 应用的深入发展过程中，如何有效合理地存储空间信息始终是一 个重要的问题，也就是用何种方式在计算机系统中将现实世界中复杂的空间 实体抽象、存储和管理，即如何定义一个空间数据库模型[ 7 ] 。比较成熟的方 法是用关系数据库和文件系统结合完成空间数据的存储。虽然这种处理方法 存在实现复杂、不利用空间数据共享等缺点，但其优势也是明显的 1 这种管理模式也有利于远程数据的传送和访问，有效地保证各地区 之间的信息交换； 2 其结构简单，表达能力强大，可以很方便地表示复杂结构，适用于 哈尔滨工程大学硕士学位论文 小型的空间数据库； 3 这种混合管理模式对空间信息的存储是透明的，具有平台无关性， 只要选定的平台能提供创建点、线、面对象的功能和相关的图形操作功能， 通过一定的二次开发，就能操作其图形信息。因此有利于地理信息系统的开 发。 2 ．2 ．3 组件式G I s 系统的组织 1 ．组件式G l s 介绍 地理信息系统的组件化是地理信息系统软件开发方式的必然趋势。引发 地理信息系统组件化的主要因素有两条，一是由于地理信息系统日益庞大导 致的系统集成的难度增加；二是应用需求的多样性和不确定性。组件式G I S 基于标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以进行自由、灵活的重组，而 且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。 组件式平台主要有M i c r o s o f t 的C O M C o m p o n e n tO b j e c tM o d e l ，组件对 象模型 ／D C O M D is t r i b u t e dC o m p o n e n tO b j e c tM o d e l ，分布式组件对象模型 和O M G 的C O R B A C o m m o nO b j e c tR e q u e s tB r o k e rA r c h i t e c t u r e ，公共对象 请求代理体系结构 ，目前M i c r o s o f t 的C O M ／D C 嘶占市场领导地位[ 8 ] 。基于 c 叫／D c 0 M ，M i c r o s o f t 推出了A c t i v e X 技术，A c t i v e X 控件是当今可视化程序 设计中应用最为广泛的标准组件。新一代的组件式G I S 也大都是A c t i v e X 控 件或者其前身O L E 控件。组件式G I S 代表着当今G I S 发展的潮流。 国际上大多数G I S 软件公司把开发组件式软件作为重要的发展战略。 I n t e r g r a p h 公司声称已经进入组件式G I S 的时代，它推出的G e o M e d i a 组件 式G I S 软件是其庞大的J u p i t e r 计划中的一部分。E S R I 和M a p I n f o 也分别推 出了M a p O b j e c t s 和M a p X 。 2 ．组件式G I s 系统的特点 C o m G I S 的发展符合当今软件技术的发展潮流，同时也极大地方便了应用 和系统集成。同传统的G I S 比较，这一技术具有以下几方面特点 1 小巧灵活、价格便宜。在组件模型下，各组件都集中地实现与自己 哈尔滨工程大学硕士学位论文 最紧密相关的系统功能。组件化的G I S 平台集中提供空间数据管理能力，并 且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小 巧灵活，而其价格仅是传统G I S 开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用 户便能以较好的性能价格比获得或开发G I S 应用系统。 2 直接嵌入M I S 开发工具。组件的生产建立在严格的标准之上，因此， 凡符合标准的组件都可在目前流行的各种开发工具上使用。这样，V 8 、V c 、 D e l p h i 、P o w e r B u i i d e r 、N o t e s 、F o x p r o 、A c c e s s 等都可直接成为G I S 或G M I S 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统G I S 专门 性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3 强大的G I S 功能。新的G I S 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用 I n P r o c 直接调用形式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不 比传统G I S 软件逊色。小小的G I S 组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲 区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 4 开发简捷。由于G I S 组件可以直接嵌入M I S 开发工具中，对于广大 开发人员来讲，就可以自由选用他们熟悉的开发工具。而且，G I S 组件提供 的A P I 形式非常接近M I S 工具的模式，开发人员可以像管理数据库表一样熟 练地管理地图等空间数据，无须对开发人员进行特殊的培训。在G I S 或G M I S 的丌发过程中，开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。这将使大量 的M I S 开发人员能够较快地过渡到G I S 或G ～I I S 的开发工作中，从而大大加速 G I S 的发展。 3 ．组件式G I s 的开发原则 设计C o m G I S ，需要根据功能划分为多个控件。划分控件需要根据不同的 数据结构和系统模型进行具体分析，设计时一般要遵循以下的原则 1 单一职责原则。单一职责原则的正规描述为就一个类而言，应该 仅有一个引起它变化的原因。 2 开放一封闭原则。开放一封闭原则的正规描述为软件实体 类、 模块、函数 应该是可以扩展的，但是不可修