基于多媒体GIS技术标准样地管理系统的设计与实现

刘耀林 刘洋 刘敏 兰泽英

（武汉大学资源环境科学学院，武汉，430072）

摘要：通过对多媒体技术和GIS的结合进行简介，主要阐述了基于多媒体GIS技术的标准样地管理系统的设计与实现，主要包括数据模型设计，数据的组织和管理，系统功能设计和物理实现。

关键词：多媒体；GIS；标准样地

1 引言

11 标准地块概述

标准地块是指在农用地分等定级对象所在区域内，在一定的栽培管理技术条件下，该区域内农作物产量水平最高的若干个农用地分等定级单元。标准地块所处位置的气候、地形、土壤、灌溉排水、土地利用等条件最优，农业生产条件最好。

设立标准样地具有十分重要的作用和意义，是农用地分等定级工作中必不可少的环节。通过设立标准样地可以直观地获得农用地质量等级信息，并对农用地分等定级成果进行评价、控制和校订；通过对标准地块的监测与管理，间接地对农用地质量等级变化进行动态监测与管理。

标准地块分国家级、省级和县级分别设置。标准地块的设置遵循3个原则，即分层设置原则，生产条件最好的原则，永久性标志的原则。

标准样地信息十分丰富，包括样地的空间数据、属性数据及其多媒体数据。其中空间数据是指标准样地的坐标及其拓扑关系；属性数据主要有样地编号、级别、二级区名称、实地位置、平面坐标、规划用途、气候、土壤、地形、农田基本建设情况、产量、土地利用和土地经济等方面的内容；多媒体数据则包括了样地的景观和剖面，以及介绍当地人文风貌、风土人情的文档、音频、视频数据。

12 采用多媒体GIS 技术管理标准样地信息的必要性

传统的地理信息系统主要研究空间数据的管理和分析，这些信息主要是以字母和数字的形式进行表达，手段单一而呆板。在GIS中采用多媒体数据，可将图形图像的直观性、数字的准确性、音频视频的引导性和亲切感相结合，充分调动用户的多种感官，增强GIS的信息处理和传输的效果。将空间数据库和多媒体数据库相结合，采用两者的数据存储与处理方法，以空间对象为主框架，将多媒体数据附着于对象上，可以解决多媒体数据与空间数据之间的整合关系。由于标准样地的数据具有多样性和复杂性，它不仅包括一般地理目标的空间数据和属性数据，还包括了大量与之相关的多媒体数据。为了对这些庞杂的数据进行高效的管理，方便查询和实时的更新，基于多媒体GIS技术开发了标准样地管理系统。

2 多媒体技术与 GIS 的结合

多媒体空间数据是以数值、文字、图形、图像和声音等多媒体形式表示的GPS数据、RS影像数据、GIS数据、视频数据、声音及其他属性数据。

多媒体空间数据库系统是多媒体GIS的核心，它将多媒体空间数据有机地集成于一体，不仅提供空间数据的存储与 *** 作，还提供相应多媒体数据的存储与 *** 作。多媒体空间数据库结合空间数据库和多媒体数据库的特点，采用两者的数据存储与处理方法，以空间对象为主框架，将多媒体数据附着于对象上，解决多媒体数据与空间数据之间的无缝整合关系，为多媒体地理信息系统提供数据管理基础。

多媒体空间数据库系统主要包括3个部分：关系数据库，多媒体对象数据库和空间数据库。关系数据库与空间数据库的作用分别是管理属性数据和空间数据，多媒体数据库是用来管理多媒体数据。如图1所示。

图1 多媒体空间数据库系统的结构

3 标准样地管理系统的设计与实现

31 标准样地管理系统的配置环境

标准样地管理系统的设计与开发是2004年国土资源部试点项目“湖北省农用地分等成果汇总”工作的一部分。为了科学有效地管理省级标准样地数据，并以视觉、听觉等形式直观、形象、生动地表达样地信息，为用户提供一个友好活泼的界面环境。开发采用当前流行的组件式GIS技术和多媒体技术标准样地管理系统。系统的配置主要有：PC机，Windows2000 *** 作系统，VC ＋ ＋ 开发平台，MapObjects 控件，Access 数据库。

32 标准样地管理系统的数据模型

由于大多数数据模型不支持复杂对象（影像和声音），而面向对象的数据结构支持定义复杂的数据结构，并且面向对象的数据模型具有以下的特点：

（1）多媒体GIS系统中定义的空间信息，如点、线、面和非空间信息，如多媒体数据，每一个数据不再是分散的，而是集成为统一的实体。

（2）用户可以根据需要定义自身系统的数据类型，编写相关的输入、输出和执行函数。

（3）具有类的继承性。

因此，标准样地管理系统采用了面向对象的技术，每个标准地块都是一个对象实体，有一个唯一的对象标识并包含有属性数据、空间图形数据、静态图像数据、视频数据和声音数据等，如图2。

图2 标准样地对象模型

定义 1：一个标准样地实体对象是一个7元组：［Oid，Aid，Gid，Wid，Pid，Mid，Sid］，其中，Oid为该样地对象的对象标识；Aid是属性数据标识；Gid是空间数据标识；Wid是文档数据标识；Pid是静态图像数据标识；Mid是视频数据标识；Sid是声音数据标识。

33 标准样地管理系统的数据组织和管理

331 空间属性数据的组织和管理

空间数据是标准样地管理系统的核心，是整个系统的主体。基本空间数据类型有点、线和面。在矢量格式中点目标用一个坐标对（X1，Y1）表示，线目标用一串坐标对（X1，Y1） （X2，Y2）……（Xm，Ym）表示，面目标则用首尾相接的一串坐标对（X1，Y1） （X2，Y2）……（Xn，Yn） （X1，Y1）来表示。标准样地的属性数据是指其非空间、非多媒体数据，如样地编号、级别、二级区名称、实地位置等，属性数据由多个属性数据项组成，如图3所示。在标准样地管理系统中，采用MapObjects控件默认的shape文件格式来组织空间数据，而属性数据则由shape文件对应的dbf文件来组织。

图3 标准样地的属性数据列表

332 多媒体数据的组织和管理

多媒体数据的管理方式一般有两种。一是采用统一的数据库，把所有的多媒体数据以BLOB对象纳入其中进行统一的管理。其优点是便于数据的集中管理，但是数据库会显得过于庞大，且访问数据的速度较慢。二是将多媒体的源数据和描述性信息分开存放。在硬盘中，每一个媒体数据以单个文件的形式存放，并将这些文件存放在一个特定的目录下，形成一个媒体数据库。在关系数据库中储存数据的描述性信息如数据的编号、名称、路径、格式、容量、默认表达方式等。通过建立空间目标与数据的描述性信息的联系，来间接访问多媒体数据文件，如图4所示。其缺点一是数据的主体信息和描述性信息分开存放不便于统一管理，二是需要常用媒体软件的支持；但是这种方式实现起来十分简单，响应速度较快。本系统将采用第二种方式对多媒体数据进行管理。

图4 多媒体数据的管理

333 系统的数据库设计

本系统的数据库分为两个部分，即描述性信息数据库和主体数据库。前者以Access关系数据库管理着图件数据的描述性信息表和多媒体数据的信息表。后者又分为空间数据库和多媒体数据库。其中空间数据库管理着所有的空间数据和属性数据，它是硬盘中一特定目录下shape文件、dbf文件及shx文件的集合；而多媒体数据库管理着标准样地的所有多媒体数据，它是硬盘中一特定目录下各类多媒体数据文件的集合。系统以描述性信息数据库为媒介访问主体数据库，如图6中所示。

图5 图件数据的描述性信息表结构

图6 多媒体数据的描述性信息表结构

34 标准样地管理系统的功能模块设计

标准样地管理系统是目标管理系统的一种，它是多媒体技术和传统地理信息系统结合的产物。系统主要对基础数据、底图数据和标准样地数据进行了管理。基础数据主要是道路图层、水系图层、注记图层等辅助性数据；底图数据采用了1∶50万的湖北省农用地分等单元图，它是各分等单元（面状目标）空间数据和属性数据的集合；标准样地数据则包括了省级样地（点状目标）的空间数据，属性数据及其多媒体数据。

针对以上的数据，系统主要提供了图层管理、图形编辑、统计分析、目标查询和多媒体数据处理五个功能模块。图层管理模块是对基础图层、分等单元图和标准样地图层进行显示、添加、删除和移动等 *** 作的方法的集合；图形编辑模块则提供了对点目标、线目标及面目标进行编辑的功能；统计分析模块主要针对分等单元图层数据，提供了各县市各等别面积统计和各地类各等别面积统计两个基本功能；目标查询模块和多媒体数据处理模块是系统的核心，其中查询模块提供了空间点击查询、空间分析查询和组合条件查询3种查询方式；而多媒体数据处理模块则用来存取和表达多媒体数据。运用系统提供的查询功能和多媒体数据处理功能，用户可以快速地捕捉标准样地目标并对其属性数据和多媒体数据进行详细的浏览。系统功能模块设计如图7所示：

图7 系统的功能设计

35 标准样地管理系统的功能模块的物理实现

标准样地管理系统在实现的过程中主要采用了组件式GIS技术和多媒体技术。其中组件式GIS技术实现系统中所有与空间数据和属性数据有关的功能，而多媒体技术和数据库技术则实现与多媒体数据有关的功能。

MapObjects控件提供CMoMapLayer，CMoPoint，CMoLine，CMoPolygon 等类接口中的属性和方法可以用来实现空间数据的 *** 作。属性数据的 *** 作则依靠 MO 控件提供的CMoRecordset类接口中的属性和方法来实现。

多媒体数据的表达则视数据的类型而定。对于标准样地景观和土壤剖面数据，可以视其为栅格图层数据，采用MO控件提供的CMoImageLayer类接口中的属性和方法来实现；样地文档数据、音频和视频数据的表达则分两步进行。先要通过ADO或DAO提供的数据库 *** 作函数访问关系数据库中的多媒体数据描述性信息表，根据标准样地对象实体的ID号，在信息表中找到此样地的多媒体数据的描述记录；然后根据记录中路径字段的信息从多媒体数据库中访问其多媒体数据文件，最后调用ShellExecute函数根据文件格式激活应用程序对多媒体数据进行表达，具体过程如图8所示。

36 标准样地管理系统的运行简介

标准样地管理系统主要是为了对标准样地数据进行科学有效的管理和图、文、声、影并茂的展示。为了把多媒体数据较好地连接到地理目标上，借鉴空间型超级文本的有关原理，即地理空间实体作为信息的结点，以地理实体的空间位置作为索引，由这样的结点和索引组成链表，用户可以对链表进行浏览、查询等 *** 作。这种方式比较简单方便，但尚不能达到真正意义上的超文本。

伴随着启动界面和背景音乐，进入标准样地管理系统。首先在图层管理器中选择标准样地图层激活并显示它，运用系统查询功能模块提供的其中一种查询方式捕捉到目标标准地块。此时目标变成红色，系统开始播放当地的民歌，接着属性信息对话框出现，可以在出现的对话框中浏览到样地的所有属性信息，还可以运用对话框中的多媒体接口进一步欣赏到目标标准地块的景观和土壤剖面，以及与当地风土人情有关的文字和视频信息。本系统改变了传统GIS呆板、沉闷的界面环境，给人耳目一新的感觉。

图8 系统的物理实现

图9 标准样地的剖面和景观查询

图10 标准样地的文档和视频信息查询

参考文献

黄涛等地理信息系统集成开发中多媒体的应用和实现微型电脑应用，2000，16 （4）

齐昕等多媒体技术在GIS中的若干应用研究微型电脑应用，1999，（5）

邱振戈等多媒体技术在目标信息管理系统中的应用解放军测绘学院学报，1999，16 （4）

艾海滨等多媒体数据在地理信息系统中的组织、管理及方法实现的研究测绘通报，2003，（4）

许云涛等面向对象的多媒体空间数据库系统设计武汉测绘科技大学学报，1999，24 （3）

WMS系统介绍：
WMS(Warehouse Management System)翻译成中文就是仓储管理系统，从信息系统体系上讲，它是对上游订单管理系统或ERP系统仓储功能的扩展、延伸与优化。实际应用中，它为仓储与配送中心提供更快、更准确、更精细的管理运营，提供系统层面的支持。
很明显，WMS是属于物流这个范畴内的，那么按照中国物流术语的标准定义，物流是物品从供应地向接收地的实体流动过程中，根据实际需要，将运输、储存、装卸搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合起来实现用户要求的过程。

WMS系统基本功能：
1、业务批次管理
该功能提供完善的物料批次信息、批次管理设置、批号编码规则设置、日常业务处理、报表查询，以及库存管理等综合批次管理功能，使企业进一步完善批次管理，满足经营管理的需求。
2、入库管理
入库业务的主要流程可以分为订单管理、预约管理、收货管理、收货取消、入库检验、入库上架、拒收退货、拒收入库、销售退货、退货入库、入库单、入库借口、入库看板这几个方面。在入库作业的时候通常有两种方式可以选择，一是通过ERP系统或电商平台，获取采购订单并转化为入库单；二是系统自动生成入库单号，录入待入库物品信息。
3、出库管理
出库业务的主要流程有订单管理、出库调度、打单、拣货管理、反拣货、理货分单、校验\打包\贴单、称重打快递单、快递交接、异常处理、其他出库、退货出库、ERP接口、出库看板这些方面。同样的在进行出库作业的时候也有两种方式可以选择，一是通过ERP系统或电商平台，获取销售订单并转化为出库单；二是系统自动生成出库单号，录入待出库物品信息。
4、库存管理
可查询当前物料即时库存数量和其他相关信息，库存更新控制随时更新当前库存数量，所有仓库、仓位、物料和批次的数量信息。

5、仓位管理
在仓库中增加仓位属性，同时进行仓位管理，以丰富仓库信息，提高库存管理质量，主要包括基础资料设置、仓库仓位设置、初始数据录入、日常业务处理和即时库存查询等。
6、波次管理
将多个订单合成一个订单，或将一个大订单拆分成多个小订单，主要用来提高拣货效率。

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