研究生论文：人防地理信息制度设计与实现概述x
时间：2020-10-27 12:39:45 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
研究生论文：人防地理信息制度设计与实现概述
第一章 绪 论
1.1 研究背景
人防，又称民防，通常用来描述在遭到空袭时保护城市人民的生命财产安全，保护工业经济资源，保存进一步战争潜力，保持战略全局稳定。在美国对于人防的定义是这样的，人防是旨在减轻紧急状态对于一个地区或国家的人民、工业、机构以及社会所产生的影响，它包括减轻自然灾害、技术事故、常规战争以及核战争所造成之危害的措施的拟定和实施，民防的基本目的是保护人民，把物质损失减少到最低程度，并为迅速从突发事件的影响下复苏奠定基础；而俄罗斯对于人防的定义是：平时和战时为保护国家居民和国家经济不受敌人大规模杀伤破坏性武器和其他袭击兵器的攻击，以及为在杀伤破坏区和重灾区进行抢修工作而采取的全国性防卫措施体系的一个组成部分。从近年来的几场高技术局部战争如海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、第二次海湾战争以及近日多国部队对利比亚的空袭来看，城市作为区域的政治、经济、文化中心，已经成为作战双方争夺的焦点、战争的主战场，而空袭、远程打击、定点清除等已经成为主要的作战手段。因此，城市的防空建设其地位、作用更加突出。
进入二十一世纪，伴随着和平与发展主旋律，人类社会面临的最大威胁不仅仅是战争，还有层出不穷的突发性公共安全问题，如 2001 年美国纽约的“9.11”事件、2004 年西班牙马德里的“3.11”事件、2008 年西藏拉萨的“3.14”事件和“5.12”汶川大地震、2009年新疆乌鲁木齐的“7.5”骚乱、2010年青海玉树的地震和甘肃舟曲的泥石流以及今年日本的特大地震和海啸等。这些自然灾害和突发事件给人民生活造成了极大的灾难，为了应对城市公共安全突发事件，世界上许多国家和地区将城市人防与防灾减灾融合，进入两防一体化的发展道路。
目前，我国城市发展已经进入快速增长期，根据建设部综合财务司发布的《2004 年城市建设统计公报》，截止 2004 年末，我国建制市达 661 个，其中 100万人口以上的特大城市 171 个，50～100 万人口的大城市 279 个，50 万人口以下的中小城市 211 个，城市人口 3.41 亿，城镇化水平达 40.53%，城市面积 39.42 万平方公里，其中建成区面积3.03万平方公里，城市范围内人口密度847人/平方公里。城市在国民经济社会中发挥着主导作用，工业增加值的 60%，第三产业增加值的85%，国内生产总值的70%，国家税收的80%都来自城市。但是资料也表明，全国位于地震烈度大于或等于 7 度的城市占城市总数的 45%，全国 70%以上的大城市、半数以上人口和 76%以上的工农业产值分布在气象灾害、海洋灾害、洪水灾害和地震灾害都十分严重的沿海及东部平原丘陵地带，每年因突发事件造成的损失高达约6550亿，占GDP的6%。因此减少或减轻灾害，创造安全的生存环境，实现国家和城市经济社会的可持续发展是城市两防一体化的重要研究内容。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 GIS 的研究现状
从体系结构的发展和演进而言，二十世纪九十年代前，地理信息系统仅仅在少数人或用户手中，因为当时的计算机还非常昂贵，其体系结构主要是基于主机的GIS；随着计算机技术的发展，有了个人电脑，于是有了桌面GIS；更由于Internet网的迅猛发展，流量成几何级数的增加，使 WebGIS成为可能；组件技术的发展，有了ComGIS；而分布式技术的发展，就有了分布式 GIS；网格技术的发展，使得人们开始渴望开放式 GIS 的发展，总的趋势是从整体紧密耦合向分布松散耦合的方向发展；从软件的开发模式来看，GIS从GIS功能包、集成式GIS、模块式GIS向组件式GIS发展；从功能的发展来说，GIS已经逐渐从数据管理型GIS向分析应用型 GIS 变化，进一步的趋势是向决策支持型 GIS 的方向发展；而从应用的角度，GIS正在从个别部门向各个部门、个别领域向各个领域、个别地区向广阔的地区发展。
1.2.2 人防 GIS 的研究现状
对于人防的研究，英、美、德、俄等国开展较早，其研究比较深入且应用水平较高。第二次世界大战期间，为了应对德国空军对于伦敦的狂轰滥炸，英国政府就依靠组织有效的人防挫败了德军的阴谋，并取得了丰富的实践经验；在科索沃战争中，正是由于组织了有效的人防才使得南联盟能够抵抗北约长达78天的轰炸。而我国，人民防空的发展过程曲曲折折，在对外经济开放以前，为了针对当时苏联和美国两个超级大国可能的战争行为，人民防空做了大量的工作，但伴随着国家战略重心的转移，对该问题的研究出现了短暂的停滞，直到本世纪初，随着国家经济的腾飞以及世界形势的变化，人防工作重新回到了正常的建设轨道。
人防GIS的研究也是如此，早在上世纪80年代，英国就将 GIS 与本国人防、环境、国土安全、应急救援等信息资源相结合，建立了两防一体化的自动化指挥、控制系统；美国应用 ARC/INFO 地理信息系统平台开发了两防一体化GIS自动化指挥系列软件产品；日本政府也利用 GIS 技术建立了防震减灾系统，该系统的建成可以对像神户这样的大城市在大地震后作出快速响应，最大限度的减少伤亡和灾害损失。
国内对人防 GIS 的研究虽然起步比较晚，但发展势头很好。从最初的 GIS 在人防中的应用到人防 GIS 的设计与实现，从数据管理型人防 GIS 再到辅助决策型人防 GIS，可以说百花齐放、百家争鸣。如郝建平等人就论述了 GIS 的特点以及在人防应急指挥中的地位和作用，并将 GIS 集成到人防指挥通信网络中，突出了 GIS 在人防指挥、实时监控中的作用；杜四春等人针对防空指挥决策支持系统的特点，给出了 GIS 在系统中的应用，并重点阐述了电子地图的建立方法；刘建忠[等人根据人防工程的特点，利用 GIS 技术，对人防工程信息管理及其应用进行了研究，并实现了软件系统；郗笃刚采用MIS与GIS集成的思路，开发了基于 GIS 的人防工程信息管理系统，实现了人防工程信息的录入、查询、编辑，并完成了选定区域范围内人防工程总体情况评价分析、单一人防工程一定距离范围内隐蔽区域人口情况分析以及人防工程隐蔽人口全部进入工程所需时间分析等多种重要的分析功能；王凤山等设计并实现了基于 GIS 的人防工程信息管理系统，在城市平面图上管理城市地下空间的各种人防工程信息，并实现了数据的浏览、输入、输出、查询以及基本的空间分析；孙国庆等人为武汉市人民防空办公室开发了一个集快速查询、综合分析、辅助决策等功能为一体的 GIS 平台；黄建明在构建广东省人防工程管理信息系统空间数据库、影像数据库和属性数据库的基础上，利用组件技术实现图文互查和图文结合的显示与输出，并与人防办公系统进行了无缝结合；王锐结合信息化条件下作战样式的特点，基于ArcGIS平台构建了城市人防数据模型，提出了基于 GIS 的城市防空人口疏散方案，并建立了一个城市防空人口疏散原型系统；王峰结合两防一体化领域的特点建立了基于 GIS的应用模型体系，并重点研究了空情预警模型、警报器空间选址模型、有毒气体扩散模型和洪水淹没模型；钟凯文构建了基于空间分析的城市人防工程数据库结构，并根据城市人防工程规划、管理和施工的需要，建立了城市人防工程设备的承载力、辐射范围缓冲图、人口疏散隐蔽路线最佳路径、地下人防工程三维分析等几种空间分析模型，从而实现了城市人防工程的可视化和动态化管理。
第二章 系统总体设计
某城市人民防空办公室按照政府部门一级局设置。下设人防监督管理处、人防工程维护管理处、指挥通讯处、通信站和办公室，各县（市）区根据实际都明确有人防管理部门，有条件的成立了独立的人防机构。其中人防监督管理处主要负责报建和在建人防工程的审批和管理；人防工程维护管理处负责老人防工程、结建人防工程、拟报废人防工程和拆除人防工程的管理；指挥通讯处负责重点目标数据的收集、整理和指挥控制；通信站负责警报器的管理、维护和新的警报器的布设任务；办公室负责日常的管理工作。
在人防专题数据资料方面，人防办有所有人防工程的全部文档资料和全部警报器的位置及资料信息、有部分重点目标如重要的经济目标、危险源目标信息、重要的物资储备仓库信息、水库、桥梁、车站等的文字信息。
2.1 需求分析
需求分析是软件设计的第一个步骤，是开发人员在准确理解系统用户要求的基础上，进一步综合、归纳、分析，并将用户零散的、非形式化的需求转化为完整的、规范的需求定义，再由需求定义转换到相应的形式功能规格说明的过程。
2.1.1 系统运行环境分析
根据用户需求获悉，系统应用主要集中在两个场所，一是某城市人防办，另外一个场所就是某城市应急指挥中心。针对某城市人防办的使用，考虑到人防办已经建立有自己的局域网环境，而且与Internet 网实行了严格的物理隔离，不同的处室完成各自的数据维护工作且互不干涉，系统运行在内容上完成数据录入、报表打印和日常维护等业务；另外一个场所就是某城市应急指挥中心，虽然指挥中心是与某城市应急办和某城市信息办共同合用，但在使用方式上，仍然是各自独立运行。
综上分析，考虑到人防专题数据的保密性和安全性，加之目前在还无法保证能够做到在互联网环境下系统和数据的绝对安全，系统最好设计成为 C/S 模式。主要设想为：
一是系统的运行环境是独立运行的数据库服务器。所有人防专题数据全部在数据库中存储和管理，不同的处室仅能使用自己的权利范围内的数据，相关操作仅在属于自己权限范围内完成，下属各级单位的专题数据使用光盘拷贝后导入数据库；
二是数据库管理员对数据的职责。数据库服务器由数据库管理员负责，数据库管理员的主要职责是完成数据库备份、恢复、数据导入和导出、权限分配等；
三是系统运行硬件环境。系统所需的硬件环境立足于现有设备。
四是系统软件环境。软件环境是基于 Windows SP 3 操作系统，用Oracle 9i 数据库完成数据的管理，使用Office Excel 2003完成报表打印，使用PhotoShop等图像工具完成地图打印。
2.2 设计原则
根据用户的要求，系统设计总的要求是，以经济建设为中心，满足人防建设与城市建设相结合需求；提高城市的整体防空能力，提高人防战备效益；满足人防建设标准化、信息化、网络化的要求。
系统研制的总体目标是以人防需求为出发点，建立一个集计算机技术、软件工程技术、GIS技术、遥感技术、数据库技术、多媒体技术与可视化技术于一体的，具有信息收集、资料管理、态势标绘、多媒体信息查询、空间分析、专题和图形输出以及指挥控制等功能的地理信息系统应用软件平台。根据软件工程的思想，其兼顾数据管理型 GIS 应用系统的功能特点，同时又强调对人防领域 GIS 应用模型的研究与实践，使之成为具有较强空间分析、统计预测与辅助决策功能的决策型GIS应用系统。
除了遵循软件工程的基本原则以外，系统设计还需重点考虑和强调以下几项原则：
实用性与先进性的统一。实用性主要体现在两个方面：一方面是系统的功能以能够满足用户的需求为原则，不一定盲目追求系统功能的全面。另一方面是数据的精度，从某种意义上来说，数据的精度尤其是空间数据的精度越高越好，但精度越高，成本也会成倍增加，且系统的运算和相应速度也会受到影响，也就是精与效的矛盾；先进性体现在系统既要能够立足现有，满足目前指挥、调度、决策、管理的需求，更要着眼未来发展需求，站在要高视点上，是系统具有更好得可扩展性，和较强的可持续发展性。
可靠性与安全性的统一。鉴于系统中数据的重要性和指挥决策所需的实时性、准确性，要求系统具有较高的可靠性，要确保系统的安全性、权威性和准确性。并且在系统中具有良好的用户权限审核能力，以保证不同的用户拥有不同的访问权限，确保系统避免未授权者使用计算机资源或病毒等其他因素破坏计算机系统。
第三章 数据组织与功能设计....................17
3.1 空间数据组织 ............... 17
3.1.1 编码规则....................... 17
3.1.2 数据格式....................... 18
3.1.3 内容选择 ................... 19
第四章 系统的实现................31
4.1 用户管理的实现................. 31
4.1.1 表结构的定义..................... 31
4.1.2 设计思路....................... 31
第五章 系统的测试...........................46
5.1 软件测试的目的和方法......................... 46
5.2 对系统整体功能的测试........................... 47
第五章 系统的测试
5.1 软件测试的目的和方法
大型软件系统的测试的基本层次如图5-1所示。
测试任何产品都有两种方法：
(1)如果已经知道了产品已具有的功能，可以通过测试来检验是否每个功能都能正常进行。
(2)如果知道了产品的内部工作过程，可以通过测试来检验内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行。
白盒测试：称为结构测试，根据程序内部逻辑结构进行测试。
黑盒测试：称为功能测试，从用户观点，按规格说明书要求的输入数据和输出数据的对应关系设计测试用例，是程序外部特征进行的测试。
无论黑盒测试还是白盒测试都不可能作到穷尽测试，因为不可能作到穷尽测试，所以软件测试中的不可能发现程序中的所有错误。我们的目的就是要通过测试保证程序的可靠性，因此必须仔细设计测试方案，力争用可能少的测试发现尽可能多的错误。在完成系统之后，我个人对整个系统从流程上进行了详细对测试，也就是进行了白合测试，解决了遇到对问题。并且进行了黑盒测试。
第六章 总结与展望
城市作为区域的政治、经济、文化、交通和金融中心，已经成为保证地区经济发展和社会稳定的关键，保护城市的经济基础，维护城市的社会安定已经成为城市发展的重要保障。而人民防空的主要任务就是在平时和战时为保护国家居民和国家经济不受严重破坏而采取的全国性防卫措施体系的一个组成部分。如何利用现代科学技术新的发展成果，改善人民防空科学管理的水平，提高人防在平时应对突发事件和战时防空袭工作中的指挥控制能力，已经成为了人防管理部门的当务之急。本文就是在这样的背景和条件下开展的研究，研究的主要内容包括：
（1）在综合分析国内外相关研究的基础上，结合用户的实际情况和应用需求，按照软件工程的思想，阐述了系统的研究目标和研究对象，完成了对系统的数据需求分析、环境需求分析和功能需求分析，确定了系统总的设计原则和设计目标；
（2）认真分析了用户已有的系统和成果，总结了系统的数据来源、数据格式、数据参照系和数据组织方式，确立了系统的数据库体系结构和应用体系结构，完成了系统的总体设计、功能设计和数据库设计；
（3）根据用户的业务管理模式，提出了基于角色的用户管理方法；针对人防专题数据的内容特点，设计并实现了态势标号与数据库记录之间的图库关联；并结合用户数据输出的要求，研制了对空间几何数据的位图保存和人防专题数据的报表打印功能；
（4）使用Visual C++编程语言和Oracle数据库管理系统，开发了某城人防地理信息系统系统原型，验证了论文设计方案和技术路线的可行性；
在论文的研究和撰写过程中，本人深刻地感受和体会到，按照软件工程的思想，研制和开发一个应用型GIS，调查和分析用户需求是系统开发的前提，无论是开发方法还是体系结构，乃至于功能设计，都是以用户现有的条件为基础，以满足用户的实际需要为准则；数据是系统的生命，陈旧和过时的数据，无论功能如何完备、技术多么先进，而产生的结论和做出的决策往往差之千里，而现势的、准确的数据，才能保证系统得到真正应用，功能得到真正发挥；可视化是系统的关键，GIS应用的目的主要是有效传输空间信息，而良好的可视化效果有助于用户对空间信息的理解与解释；数据分析是系统的灵魂，良好的空间数据分析方法能够帮助用户提高对空间信息的传输效率，使信息优势转化为决策优势。
参考文献（略）
