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摘要：随着3S技术、信息技术、网络技术和通讯技术的不断发展，矿产资源管理部门越来越依赖信息化。本文详细介绍了基于3S、C/S和B/S分布式结构进行的矿产资源执法管理信息系统的设计和实现的方法。
关键词：WebGis；Java；3S
中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31638-02
Design and Implementation of MIS for Excuting the Law in Mineral Resources Based on "3S"
LONG Jun,TANG Xiao,HE Chong-yuan
（Southwest University Geographic Institute the Laboratory of Ministry of Education of Zoology Environment of SanxiaReservoir Region, Chongqing 400715, China）
Abstract:With the development of information,net and comunication technologies ,mineral resourrces management becomesmore and mare depent on informatization. This paper discusses the method of design and implementation of MIS for Excuting the Law in Mineral Resources based on C/S and B/S structure in details.
Key words:WebGis;Java;3S
1 引言
传统的矿产资源管理与执法手段落后，不能及时发现矿产资源开发中各种违法违规现象, 针对矿产资源管理和执法部门的工作特点，提出了基于GIS、RS和GPS 技术集成的矿产资源管理与执法信息系统，它是以GIS为核心的“3S”技术集成[1]；地理信息系统(GIS)是一个采集、存储、管理、分析、显示和应用地理信息的计算机系统，是处理、分析和应用海量地理数据的交叉学科[2], 它以数据可视化、思维可视化的形式，提供了一种新的决策支持方式，使管理者对各方面进行的研究不再是孤立的，而将自己置身于自然和社会环境中，直接的掌握全面的情况，从而大大提高管理的现代化水平[3]；提高矿产资源管理与执法信息化程度，提高管理、执法部门办事效率，有效、准确地打击矿产资源开发中的各类违法违规现象。
2 系统目标
(1)空中遥感监控侦查，及时发现违法区域。
(2)GPS导航定点排查，提高排查的准确性、针对性。
(3)GPS现场移动协同执法，保障违法打击的有效性。
(4)执法过程全程信息化管理，全程过程监控与督办。
(5)矿产资源管理全程信息化，高效准确地辅助决策部门进行决策。
3 系统设计
2.1设计原则：
(1)简单实用性。使用简单、方便管理、数据更新和系统升级容易，系统采用友好的图形用户界面方式，用户能简单、方便地采集基础数据，实现信息共享与交换。
(2)安全可靠性。在系统设计过程中，把可靠性和可靠性主要目标，容错能力强，对用户的非法操作均有限制和提示，数据出错时具有相应的提示信息及处理能力，采用事务机制保证数据的完整性和一致性，系统结构优化。
(3)开放扩充性。系统具有在硬件和软件的开放和扩充的功能，在系统软件设计时，要特别考虑今后可能的功能扩充，以及硬件或网络的改变或升级基本不影响应用软件。在GIS的设计中要有超前性，必须充分考虑技术的发展趋势，如采用关系数据库管理空间数据、Web GIS应用、OpenGIS规范及空间数据互操作（Interoperability）等问题；在硬件配置和系统设计中还要充分考虑系统的发展和升级，使系统具有较强的扩展能力。
(4)通用共享性。系统设计过程中，要充分考虑文档资料数据的通用共享问题，减少重复建设。
(5)技术先进性。系统采用软件工程的理论进行开发，利用 E—R模式分析实体间的关系并进行数据库结构设计；采用高效的可视化开发工具进行系统开发。
(6)移动灵活性。 矿山管理和执法管理过程需要到矿山现场进行实地调查取证等活动，因此系统必须能够满足这种移动办公的需求，使执法工作人员能够在现场方便的调取相关的矿权登记信息、卫星照片信息和矢量数据等相关的信息，使执法人员在执法时有据可依。
(7)经济实用性。 系统建设要在实用的基础上做到最经济，在硬件和软件配置、系统开发和数据库建立上都充分考虑投入和经济效益，以最小的投入获得最大的效益。
3.2系统总体设计：
系统包括三个模块：遥感侦查子系统、现场排查子系统、移动协同执法子系统，如图1所示。各部分功能详细说明：
2.2.1遥感侦查子系统
调用不同时相的遥感影像数据，通过特有的变化检测与异常区提取算法，识别提取可能的矿产资源违法地点，及时发现矿产资源违法行为，锁定违法区域，缩小巡查范围，引导定点排查，提高执法排查的效率和违法打击的准确度。
图1 系统功能框图
3.2.2现场排查子系统
基于PDA移动计算设备和GPS定位系统、无线网络GPRS/WLAN实现现场排查地点目的地空间搜索导引和空间定位，引导现场排查人员准确到达违法地点，通过对电子地图、遥感影像、矿政管理数据的动态查询，对违法主体进行现场排查登记，核实现场情况和矿政管理数据，标定违法地点和违法主体，为矿产资源执法采集现场第一手证据材料。
3.2.3 移动执法子系统
基于Tablet PC移动计算环境和GPS定位系统、无线通讯网络GPRS/WLAN，实现移动现场执法人员到达执法目的地的动态导引和违法现场的空间定位与确认，核实执法地点和违法主体，通过无线网络动态调取矿政管理数据和违法排查数据，调用图文表一体化现场执法文书生成系统，生成执法文书，下达执法决定，同时通过无线网络，及时报送现场执法结果。
3.3软件体系结构
本系统是一个省市县区的矿产资源管理和矿政执法的分布式平台，整个系统采用C/S（client/server）与B/S（browser/server）混合结构，以B/S软件为主的软件结构体系（如图2），既发挥传统C/S模式成熟的技术，避免建立3层C/S模式的高昂的代价，又能利用Intemet技术充分发挥B/S模式的优点，充分利用二者的有点[4]。C/S体系结构适用于信息管理、办公自动化等事务处理的系统； B/S模式特别适用于信息的浏览、查询与发布，适于领导辅助决策支持。对于B/S部分，我们采用采用J2EE的三层客户/服务器体系结构，在这个框架上再部署GIS引擎和相关应用，J2EE是一个分布式的服务器应用程序设计环境，它提供了基于组件以服务器为中心的多层应用体系结构，具有很强的适应性、高度的兼容性、可移植性，B/S体系结构在逻辑上分为三层，分别是客户端（Web浏览器）、应用服务器（WWW服务器）与数据库服务器[5]。客户机负责数据结果的显示和用户请求的提交,地图应用服务器和Web服务器负责响应和处理用户的请求，而数据库服务器负责管理维护属性数据和空间数据。属性数据、空间数据和应用程序都放在服务器端，便于对各类数据进行集中高效的管理，有利于保持数据的安全性、一致性和完整性。对那些涉及到图形操作多、不需要在线工作的一些子系统，如遥感图像管理、移动执法等子系统将采用C/S的结构进行开发；对于要在各市县区都要运行的执法管理等子系统采用B/S结构进行开发。
图2 软件体系结构
4 数据库设计
4.1业务分析
矿产资源管理和矿政执法部门的业务主要有：采矿权申请批复、换领采矿许可证、对矿产企业、对矿产的分布及储量、对已有矿点(区) 的各类信息进行查询修改增删等等[6],对采矿违法行为的管理和执法，根据具体违法行为依据相应的管理法规生成执法文书并下达报送到相关违法企业或个人依法进行矿政管理和执法，这些业务过程涉及到各种文字数据图表等资料。六个业务表单：矿产资源开采排查情况汇总表、矿产资源开采情况排查登记表、矿产资源勘查排查情况汇总表、矿产资源勘查情况排查登记表、选（洗）矿企业排查情况汇总表、选（洗）矿企业情况排查登记表等。
4.2数据库
数据库设计遵循规范化、安全性、可扩展性等设计原则，在业务分析分析的基础上，我们需要的建立以下几个数据库。
4.2.1基础数据库
(1)基础地理要素数据库：
DEM数据，基础地理信息（包括行政区界、水系、交通、居民地），基础地质信息（地层、岩体，构造信息），矿产资源专题信息（矿产资源现状分布、重要成矿带、开采规划区、保护区、生态环境规划）。
(2)法律法规数据库：
《中华人民共和国国土资源管理法》（1998），《中华人民共和国国土资源管理法实施条例》（1998），《矿产资源开采登记管理办法》(1998年)，《矿产资源勘查区块登记管理办法》（1998），《中华人民共和国矿产资源法实施细则》（2006），《中华人民共和国矿产资源法》，《中华人民共和国矿产资源法实施细则》（2006）等。
4.2.2业务数据库
主要包括：矿山登记信息数据库、遥感影像数据库、土地利用现状数据库、土地利用规划数据库、异常区数据库、异常区排查结果数据库等。
4.3数据库的选择
Oracle系列产品功能强大，可靠性高，性能稳定，我们选用Oracle 10i管理空间数据和属性数据，在通用的关系型数据库的基础上建立空间数据库，采用Geodatabase存储,通过ArcSDE空间数据库引擎将空间数据库数据存放在Oracle 10g数据库中，实现空间数据库与属性数据库的关联，通过空间数据引擎进行访问,这是一种优越和高效的空间数据库管理模式，所有的用户都是通过连接缓冲池连接到数据库的，用户对数据库的连接不是独占式的，用户数基本不受限制，访问速度快。
5 关键技术
系统的设计目标是在技术上要求达到国内外比较先进的水平，在采用现有比较成熟的系统开发技术的同时，根据GIS和计算机科学发展的趋势，在总结国内外已有的相关系统开发经验的基础上，主要应采用以下技术：
(1)面向对象的系统分析和设计（OOA&D）方法。
(2)采用关系数据库管理空间数据。
(3) 组件式GIS与Web GIS技术。
(4)采用TDD（测试驱动开发）技术。
(5)遥感和卫星导航定位系统技术。
(6)多分辨率无缝影像数据库技术。
(7)XML数据交换技术。
图3 综合信息查询
6 系统实现
系统开发环境为：Microsoft Windows Server 2003、 Windows xp，Apache + Tomcat Web服务器和 Oracle 10g 数据库服务器。具体可分为三部分。C/S模式开发采用ArcObjects组件和VB语言进行二次开发；B/S模式下采用ArcIMS、JSP、JavaScript、 Java和Struts1.1进行开发；移动终端PDA采用Windows CE和EVB进行开发。其中地图应用服务采用ESRI公司的ArcIMS4.2，空间数据引擎采用ESRI公司的ArcSDE9.0，java语言为SUN公司jdk1.5.0，开发平台采用Eclipse 3.2，其它辅助工具包括数据库设计软件ERWIN4.1 和软件辅助工具Rational Rose 2003，采用的软件具有较好的可扩展性和可移植性。部分运行界面如图3。
7结束语
本系统以先进的数据库技术和网络技术为基础，特别是利用3S集成技术实现了对矿山管理和执法的可视化、主动性和时效性，及时发现矿产资源开发中各类违法现象，为可持续发展提供有力保障。今后还需在已有的功能的基础上重点实现以下两个功能：
(1)实现矿产资源三维信息表述和分析。
(2)提高异常区检测的智能化程度。
参考文献：
[1]闾国年,张书亮.地理信息系统集成原理和方法[M].北京:科学出版社,2003,98.
[2]张正祥,张洪岩．ArcObjects组件在地理信息系统二次开发中的应用.GIS技术,2004(2).
[3]龚健雅.地理信息系统基础[M].北京:科学出版社,2001.
[4]刘小生,栾奎峰.基于C/S与B/S混合模式的WebGIS模型设计.中国钨业.2006,26(6).
[5]J2EE完全参考手册-J2EE概述. HTTP://java.sun.com/j2ee.
[6]杨德生,唐益平.基于GIS的矿产资源规划管理信息系统开发[J].矿业研究与开发,2004,24(5).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：WebGis；Java；3S
中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31638-02
Design and Implementation of MIS for Excuting the Law in Mineral Resources Based on "3S"
LONG Jun,TANG Xiao,HE Chong-yuan
（Southwest University Geographic Institute the Laboratory of Ministry of Education of Zoology Environment of SanxiaReservoir Region, Chongqing 400715, China）
Abstract:With the development of information,net and comunication technologies ,mineral resourrces management becomesmore and mare depent on informatization. This paper discusses the method of design and implementation of MIS for Excuting the Law in Mineral Resources based on C/S and B/S structure in details.
Key words:WebGis;Java;3S
1 引言
传统的矿产资源管理与执法手段落后，不能及时发现矿产资源开发中各种违法违规现象, 针对矿产资源管理和执法部门的工作特点，提出了基于GIS、RS和GPS 技术集成的矿产资源管理与执法信息系统，它是以GIS为核心的“3S”技术集成[1]；地理信息系统(GIS)是一个采集、存储、管理、分析、显示和应用地理信息的计算机系统，是处理、分析和应用海量地理数据的交叉学科[2], 它以数据可视化、思维可视化的形式，提供了一种新的决策支持方式，使管理者对各方面进行的研究不再是孤立的，而将自己置身于自然和社会环境中，直接的掌握全面的情况，从而大大提高管理的现代化水平[3]；提高矿产资源管理与执法信息化程度，提高管理、执法部门办事效率，有效、准确地打击矿产资源开发中的各类违法违规现象。
2 系统目标
(1)空中遥感监控侦查，及时发现违法区域。
(2)GPS导航定点排查，提高排查的准确性、针对性。
(3)GPS现场移动协同执法，保障违法打击的有效性。
(4)执法过程全程信息化管理，全程过程监控与督办。
(5)矿产资源管理全程信息化，高效准确地辅助决策部门进行决策。
3 系统设计
2.1设计原则：
(1)简单实用性。使用简单、方便管理、数据更新和系统升级容易，系统采用友好的图形用户界面方式，用户能简单、方便地采集基础数据，实现信息共享与交换。
(2)安全可靠性。在系统设计过程中，把可靠性和可靠性主要目标，容错能力强，对用户的非法操作均有限制和提示，数据出错时具有相应的提示信息及处理能力，采用事务机制保证数据的完整性和一致性，系统结构优化。
(3)开放扩充性。系统具有在硬件和软件的开放和扩充的功能，在系统软件设计时，要特别考虑今后可能的功能扩充，以及硬件或网络的改变或升级基本不影响应用软件。在GIS的设计中要有超前性，必须充分考虑技术的发展趋势，如采用关系数据库管理空间数据、Web GIS应用、OpenGIS规范及空间数据互操作（Interoperability）等问题；在硬件配置和系统设计中还要充分考虑系统的发展和升级，使系统具有较强的扩展能力。
(4)通用共享性。系统设计过程中，要充分考虑文档资料数据的通用共享问题，减少重复建设。
(5)技术先进性。系统采用软件工程的理论进行开发，利用 E—R模式分析实体间的关系并进行数据库结构设计；采用高效的可视化开发工具进行系统开发。
(6)移动灵活性。 矿山管理和执法管理过程需要到矿山现场进行实地调查取证等活动，因此系统必须能够满足这种移动办公的需求，使执法工作人员能够在现场方便的调取相关的矿权登记信息、卫星照片信息和矢量数据等相关的信息，使执法人员在执法时有据可依。
(7)经济实用性。 系统建设要在实用的基础上做到最经济，在硬件和软件配置、系统开发和数据库建立上都充分考虑投入和经济效益，以最小的投入获得最大的效益。
3.2系统总体设计：
系统包括三个模块：遥感侦查子系统、现场排查子系统、移动协同执法子系统，如图1所示。各部分功能详细说明：
2.2.1遥感侦查子系统
调用不同时相的遥感影像数据，通过特有的变化检测与异常区提取算法，识别提取可能的矿产资源违法地点，及时发现矿产资源违法行为，锁定违法区域，缩小巡查范围，引导定点排查，提高执法排查的效率和违法打击的准确度。
图1 系统功能框图
3.2.2现场排查子系统
基于PDA移动计算设备和GPS定位系统、无线网络GPRS/WLAN实现现场排查地点目的地空间搜索导引和空间定位，引导现场排查人员准确到达违法地点，通过对电子地图、遥感影像、矿政管理数据的动态查询，对违法主体进行现场排查登记，核实现场情况和矿政管理数据，标定违法地点和违法主体，为矿产资源执法采集现场第一手证据材料。
3.2.3 移动执法子系统
基于Tablet PC移动计算环境和GPS定位系统、无线通讯网络GPRS/WLAN，实现移动现场执法人员到达执法目的地的动态导引和违法现场的空间定位与确认，核实执法地点和违法主体，通过无线网络动态调取矿政管理数据和违法排查数据，调用图文表一体化现场执法文书生成系统，生成执法文书，下达执法决定，同时通过无线网络，及时报送现场执法结果。
3.3软件体系结构
本系统是一个省市县区的矿产资源管理和矿政执法的分布式平台，整个系统采用C/S（client/server）与B/S（browser/server）混合结构，以B/S软件为主的软件结构体系（如图2），既发挥传统C/S模式成熟的技术，避免建立3层C/S模式的高昂的代价，又能利用Intemet技术充分发挥B/S模式的优点，充分利用二者的有点[4]。C/S体系结构适用于信息管理、办公自动化等事务处理的系统； B/S模式特别适用于信息的浏览、查询与发布，适于领导辅助决策支持。对于B/S部分，我们采用采用J2EE的三层客户/服务器体系结构，在这个框架上再部署GIS引擎和相关应用，J2EE是一个分布式的服务器应用程序设计环境，它提供了基于组件以服务器为中心的多层应用体系结构，具有很强的适应性、高度的兼容性、可移植性，B/S体系结构在逻辑上分为三层，分别是客户端（Web浏览器）、应用服务器（WWW服务器）与数据库服务器[5]。客户机负责数据结果的显示和用户请求的提交,地图应用服务器和Web服务器负责响应和处理用户的请求，而数据库服务器负责管理维护属性数据和空间数据。属性数据、空间数据和应用程序都放在服务器端，便于对各类数据进行集中高效的管理，有利于保持数据的安全性、一致性和完整性。对那些涉及到图形操作多、不需要在线工作的一些子系统，如遥感图像管理、移动执法等子系统将采用C/S的结构进行开发；对于要在各市县区都要运行的执法管理等子系统采用B/S结构进行开发。
图2 软件体系结构
4 数据库设计
4.1业务分析
矿产资源管理和矿政执法部门的业务主要有：采矿权申请批复、换领采矿许可证、对矿产企业、对矿产的分布及储量、对已有矿点(区) 的各类信息进行查询修改增删等等[6],对采矿违法行为的管理和执法，根据具体违法行为依据相应的管理法规生成执法文书并下达报送到相关违法企业或个人依法进行矿政管理和执法，这些业务过程涉及到各种文字数据图表等资料。六个业务表单：矿产资源开采排查情况汇总表、矿产资源开采情况排查登记表、矿产资源勘查排查情况汇总表、矿产资源勘查情况排查登记表、选（洗）矿企业排查情况汇总表、选（洗）矿企业情况排查登记表等。
4.2数据库
数据库设计遵循规范化、安全性、可扩展性等设计原则，在业务分析分析的基础上，我们需要的建立以下几个数据库。
4.2.1基础数据库
(1)基础地理要素数据库：
DEM数据，基础地理信息（包括行政区界、水系、交通、居民地），基础地质信息（地层、岩体，构造信息），矿产资源专题信息（矿产资源现状分布、重要成矿带、开采规划区、保护区、生态环境规划）。
(2)法律法规数据库：
《中华人民共和国国土资源管理法》（1998），《中华人民共和国国土资源管理法实施条例》（1998），《矿产资源开采登记管理办法》(1998年)，《矿产资源勘查区块登记管理办法》（1998），《中华人民共和国矿产资源法实施细则》（2006），《中华人民共和国矿产资源法》，《中华人民共和国矿产资源法实施细则》（2006）等。
4.2.2业务数据库
主要包括：矿山登记信息数据库、遥感影像数据库、土地利用现状数据库、土地利用规划数据库、异常区数据库、异常区排查结果数据库等。
4.3数据库的选择
Oracle系列产品功能强大，可靠性高，性能稳定，我们选用Oracle 10i管理空间数据和属性数据，在通用的关系型数据库的基础上建立空间数据库，采用Geodatabase存储,通过ArcSDE空间数据库引擎将空间数据库数据存放在Oracle 10g数据库中，实现空间数据库与属性数据库的关联，通过空间数据引擎进行访问,这是一种优越和高效的空间数据库管理模式，所有的用户都是通过连接缓冲池连接到数据库的，用户对数据库的连接不是独占式的，用户数基本不受限制，访问速度快。
5 关键技术
系统的设计目标是在技术上要求达到国内外比较先进的水平，在采用现有比较成熟的系统开发技术的同时，根据GIS和计算机科学发展的趋势，在总结国内外已有的相关系统开发经验的基础上，主要应采用以下技术：
(1)面向对象的系统分析和设计（OOA&D）方法。
(2)采用关系数据库管理空间数据。
(3) 组件式GIS与Web GIS技术。
(4)采用TDD（测试驱动开发）技术。
(5)遥感和卫星导航定位系统技术。
(6)多分辨率无缝影像数据库技术。
(7)XML数据交换技术。
图3 综合信息查询
6 系统实现
系统开发环境为：Microsoft Windows Server 2003、 Windows xp，Apache + Tomcat Web服务器和 Oracle 10g 数据库服务器。具体可分为三部分。C/S模式开发采用ArcObjects组件和VB语言进行二次开发；B/S模式下采用ArcIMS、JSP、JavaScript、 Java和Struts1.1进行开发；移动终端PDA采用Windows CE和EVB进行开发。其中地图应用服务采用ESRI公司的ArcIMS4.2，空间数据引擎采用ESRI公司的ArcSDE9.0，java语言为SUN公司jdk1.5.0，开发平台采用Eclipse 3.2，其它辅助工具包括数据库设计软件ERWIN4.1 和软件辅助工具Rational Rose 2003，采用的软件具有较好的可扩展性和可移植性。部分运行界面如图3。
7结束语
本系统以先进的数据库技术和网络技术为基础，特别是利用3S集成技术实现了对矿山管理和执法的可视化、主动性和时效性，及时发现矿产资源开发中各类违法现象，为可持续发展提供有力保障。今后还需在已有的功能的基础上重点实现以下两个功能：
(1)实现矿产资源三维信息表述和分析。
(2)提高异常区检测的智能化程度。
参考文献：
[1]闾国年,张书亮.地理信息系统集成原理和方法[M].北京:科学出版社,2003,98.
[2]张正祥,张洪岩．ArcObjects组件在地理信息系统二次开发中的应用.GIS技术,2004(2).
[3]龚健雅.地理信息系统基础[M].北京:科学出版社,2001.
[4]刘小生,栾奎峰.基于C/S与B/S混合模式的WebGIS模型设计.中国钨业.2006,26(6).
[5]J2EE完全参考手册-J2EE概述. HTTP://java.sun.com/j2ee.
[6]杨德生,唐益平.基于GIS的矿产资源规划管理信息系统开发[J].矿业研究与开发,2004,24(5).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。