基于gis智能校园信息系统设计与实现

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摘要摘要随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统(GIS)技术也不断地取得进步，其应用范围也越来越广泛。而组件技术的兴起更是给地理信息系统的发展带来了前所未有的机遇。本文采用了VisualBasic和MapObjects组件相结合的开发模武，以河北旅游职业学院为例对校园地理信息系统(CGIS)进行设计与实现。。本文在详细介绍了地理信息系统相关背景的基础上，重点阐述了在高等院校建立校园地理信息系统的目的和意义，并分析了了国内外的研究现状，借鉴了许多学校的校园地理信息系统的研究成果，在充分讨论了图像数字化技术、数据库技术、最短路径算法及三维虚拟技术等GIS的关键技术之后，针对河北旅游职业学院校园地理信息系统建立的背景和用户需求进行了详尽的分析，确立了系统的基本功能模块，最终提出了河北旅游职业学院校园地理信息系统的构建思想并予以实现。本系统以河北旅游职业学院的校园规划平面图为背景，充分利用了MapObjects提供的空间数据的分析、处理、显示等功能，在VisualBasic开发语言平台的基础上将校园的空间信息和属性信息结合起来，初步实现了空间和属性数据的混合查询、显示、定位等功能；并在道路网络拓扑关系的基础上研究实现最短路径分析功能；同时利用VRML建立起虚拟的校园三维场景，初步实现三维虚拟校园的漫游功能。最后对初步实现的河北旅游职业学院校园地理信息系统进行了结果演示。在论文的最后部分，作者对论文中建立的河北旅游职业学院校园地理信息系统的主要研究工作、成果及系统仍存在问题进行了详细的总结，并对系统今后的发展方向做出了展望。关键词MapObjeets；图像数字化技术；数据库技术；最短路径算法；空间信息；属性信息：河北旅游职业学院校园地理信息系统 河北科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofcomputertechnology,GeographicInformationSystem(GIS)technologyisconstantlymakingprogress，anditisusedmoreandmorewidely．And‘thecomponenttechnologyhasbroughthithertounknownopportunitiestothedevelopment．ofgeographicinformationsystem．TakingtheHebeiTourismVocationalCollegeaSanexample，thispaperdesignsandimplementsCampusGeographicInformationSystem(CGIS)usingthedevelopmentpattemwhichisacombinationofVisualBasicandMapObjeetscomponents．ThispaperdescribesindetailthegeographicalinformationsystemonthebaSisofthebackground,elaborateswithemphasisinestablishingthepurposeandmeaningofCollegeanduniversitycampusgeographicinformationsystemandanalyzesthepresentresearchsituationathomeandabroad．Anditalsodrawslessons舶malotofcampusgeographicinformationsystemresearches；thenafterdiscussingadequatelythedigitalimageprocessingtechnology,databasetechnology,shortestpathalgorithm,three-dimensionalvirtualtechnologyandthekeytechnologyofGIS，alsoaccordingtotheHebeiTourismVocationalCollegegeographicinformationsystemtOestablishthebackgroundanduser’sdemandforadetailedanalysis，thepaperestablishesthebasicfunctionsofthesystemmodulesandfinallyproposedtheHebeiTourismVocationalCollegecampusgeographicinformationsystemconstructionideaandimplementation．ThesystemtakestheHebeiTourismVocationalCollegecampusplanningdiagramaSthebackground,makingfulluseoftheMapObjectsprovidesspatialdataanalysis，process，displayandotherfunctions；intheVisualdevelopmentlanguageBasicplatformbasedonthecampusspatialinformationandtheattributeinformationtogether,itpreliminarilyrealizesspatialandattributedataquery,display,mixedpositionfunctionsandintheroadnetworktopologybasedontheimplementationoftheshortestpathanalysisfunction；meanwhiletheuseofVRMLtoestablishvirtualcampus3Dsceneandpreliminaryimplementationof3Dvirtualcampusroamingfunctioncomeintoeffect．Finally,thepapershowstheresultsdemoofthepreliminaryrealizationoftheHebeiTourismVocationalCollegeCampusGeographicInformationSystem．Inthelastpartofthepaper’theauthorsummarizesdetailedlythemainresearchwork，itsachievementsandthestillexistingproblemsofthesystemintheestablishmentoftheHebeiTourismVocationalCollegecampusgeographicinformationsystem；andmakesafurtherprospecttowardsthedevelopmentdirectionhenceforth． 目录KeywordsMapObjects；Oigitalimageprocessingtechnology；Databasetechnology；Shortestpathalgorithm；Spatialinformation；Attributeinformation；TheHebeiTourismVocationalCollegegeographicinformationsystem 第1章绪论1．1地理信息系统概述地理信息系统(GeographicInformationSystem简称GIS)是在计算机硬件和软件支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。是应用于地理空间领域的科学、技术、工程和艺术等的统称。目前，以管理空间数据见长的GIS技术已经在全球气候变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用IlJ。一方面，地理信息系统是在地理学、图形学、计算机科学等学科基础上发展起来的一门交叉学科；另一方面地理信息系统又是一个基于数据库管理系统来提供数据的查询、存储、编辑、处理等功能的技术系统。地理信息系统采用的基本技术可归纳为数据库、地图可视化及空间分析三个方面：1)地理信息系统的数据库一般包括空间数据、属性数据和关系数据三类，空间数据是描述地理要素的空间特征部分的数据，也称为几何数据。即描述地理要素的空间位置、形状、大小等的数据；属性数据是描述地理要素属性特征的数据，有时也被称为非几何数据，它描述地理要素的定性或者定量指标：关系数据是描述地理要素之间的空间关系的数据，是联系空间数据和属性数据的纽带，这种空间关系一般用拓扑学来表达。关系数据是发挥地理信息系统高级功能的重要基础【2】。2)地图可视化是以计算机科学、地图学与地理信息系统为基础，以屏幕地图形式，直观、形象与多维、动态地显示空间信息的方法与技术。在地理信息系统中的地图可视化不单单是对地图的简单呈现，而是利用地图学和计算机图形技术来实现图形的分层、信息的输入、查询等功能[3】。3)空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机信息系统的根本区别。空间分析是指在地理空间数据和应用分析模型的支持下，对地理空间特征进行分析和运算，从而能够解决涉及空间分布的实际问题，为人们的决策提供支持。空间分析的内容大致可以分为以下几类。①基于空间图形数据的分析运算：包括空间图形数据的拓扑运算。②基于非空间属性数据的分析运算：包括逻辑与数学运算、数据检索、重分类以及统计分析等。③空间和非空间数据的联合运算：包括与空间图形数据相关的数据处理、叠加1 河北科技大学硕士学位论文处理、区域分析、领域分析、网络分析、以及空间内插等【41。1．2地理信息系统的发展历程及趋势1．2．1地理信息系统的发展历程地理信息系统的建立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断进步密不可分的。起初GIS大都走的是用计算机辅助处理、分析地图数据的道路，真正所谓的地理信息系统实际上是起源于北美，世界第一个运行性地理信息系统是在1963年，加拿大土地调查局为了处理大量简单但是劳动强度很大的土地调查资料，由测量学家．RogerTomlinsom提出并建立的加拿大地理信息系统，他也被誉为加拿大地理信息系统之父。同一时期美国哈佛大学的城市建筑和规划师HowardT．Fisher建立了SYMAP系统软件，发展了空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术水平有限，计算机的存贮量很小，信息的速存取度比较慢，使得GIS所附带的辅助制图、地学分析等功能极为简单【51。20世纪70年代以后，随着计算机软件技术的快速发展，特别是用于存贮数据的磁盘的容量不断扩大，这就为地理空间数据的存取、检索、输出等功能的实现提供了强有力的支撑手段，使GIS朝着较为实用方向迅速迈进。这期间美国、加拿大、英国、瑞典等发达国家先后建立了许多各具特色的地理信息系统。如美国地质调查局建立了50多个地理信息系统，范围涉及到了地理、地质、地形和水资源等多个领域，典型的有GIRAS，它主要用于处理、分析全美范围内的土地利用和土地覆盖制图的相关空间数据。许多大学和研究机构也开始意识到GIS软件设计和应用研究的重要性。如美国纽约州立大学创建了GIS实验室，后来逐渐发展成为包括加州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学基金会支持的国家地理信息分析中心。由于受到计算机技术发展的限制，70年代的GIS分析功能和过去相比，并未得到很大的扩充，许多数据库的容量也较小，但是这段时间人们开始注重了空间地理信息的管理。因此，70年代是地理信息系统的发展巩固阶段。20世纪80年代是GIS普及和推广应用的大发展阶段，由于新一代高性能计算机及其应用技术的普及和迅速发展，GIS也随之逐步走向成熟。这一时期地理信息系统的应用范围也不断扩大：从资源管理、环境规划到应急反应；从商业服务区域划分到政治选举区；从简单、单一、分散的系统发展到多功能、共享的综合性地理信息系统，开始在一些全球性的问题中得到了应用，并且向着智能化的方向发展。许多国家根据本国的情况制定了各自的地理信息系统发展计划，启动了一大批科研项目，投入了大批的资金，并且由政府和学校以及一些科研院所共同建立了一些有影响力的学术机构。于此同时由于GIS技术的进步，使得进入这一领域的门槛降低，GIS2 第1章绪论的发展也吸引了一批商业投资者，他们开办了一些公司来提供一系列专业化的GIS服务，并且开发出了一些实用性较强的软件。这个时期地理信息系统发展最显著的特点是GIS的发展不再是单一的政府投入行为，一些个人资本开始进入这一领域并且取得了一些长足的进步。计算机技术的快速进步和资金的投入增多给这一时期的GIS的发展提供了契机，使其不再是一个单一、分散的系统，而是逐渐成长为一个成熟的综合性的信息系统。在这一时期GIS的触角不断延伸，并不断结合了许多先进的技术，比如卫星遥感技术等，开始向智能化的方向发展。GIS在全球沙漠化、厄尔尼诺现象等一些全球性问题的研究中开始得到了应用。这一时期GIS的决策分析功能逐步显现出来，所以，80年代是地理信息系统发展具有突破性的年代，是GIS推广应用的阶段，这期间出现了一些具代表性的GIS软件。如ARC／INFO(美国)、GENAMAP(澳大利亚)、SPANS(加拿大)、MAPINFO(美国)、MGE(美国)、System9(瑞士／美国)、ERDAS(美国)等。．20世纪90年代，随着数字化技术的快速发展，GIS已逐步成为确定性产业，每2—3年投入使用的GIS系统就会翻一番。GIS市场的年增长率为35％以上，从事GIS的厂家已超过300家。这一阶段GIS的发展主要侧重于社会应用于服务，随着GIS功能的日趋完善，它正逐渐渗透到人们生产、生活、学习和工作的各个领域，为规划和管理等工作提供了越来越强有力的服务，大大提高了人们的工作效率，逐步成为了人们生产和生活中必不可少的工具和助手。90年代是GIS蓬勃发展的阶段【61。地理信息系统在我国的发展：我国地理信息系统的研发工作相对国际上来说起步较晚，从上个世纪70年代末开始，虽然时间不长，但是由于国家的重视和投入以及近年来大量资本的涌入，使其迅速发展起来，在国民的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。它大体上经历了技术准备阶段、起步阶段和全面发展阶段，目前正处于产业化阶段。第一阶段，上世纪70年代为技术准备阶段，主要是舆论准备，队伍建设，人员培训和个别实验研究。在遥感技术和计算机技术不断进步的带动下，我国的测绘工作取得了飞速的发展，国家测绘系统丌展了一系列航空摄影测量和地形测图工作，解析和数字测图、机助制图、数字高程模型的研究工作也在不断地展开。这都为我国地理信息系统的建设奠定了良好的基础。1977年第一张由计算机输出的全要素地图诞生了。1978年，全国第一届数据库学术会议在黄山召开。技术进步所取得的成果为我国GIS的研发工作提供了强有力的保障。第二阶段，上世纪80年代为起步阶段，在全球化的“信息革命"的影响下，我国的GIS工作进入了全面的理论探索和区域性实验研究阶段，这标志着我国的GIS正式起步。在引进了国外技术的基础上，数据规范、标准的制定、空间数据库建立、数据库模型设计、数据处理和分析算法及应用软件开发等一些工作相继完成。经过3 河北科技大学硕士学位论文几年的发展，我国自主研发的一些区域性的地理信息系统涌现出来，并且得到了认同，开始在城市建设和土地管理等诸多领域发挥作用，同时，我们自己的GIS队伍在实践中也逐步建立起来。这个阶段的发展为在全国范围内地理信息系统的研究和应用奠定了基础【7J。第三阶段，90年代以后是GIS在我国全面发展的阶段，作为一个全国性的研究领域，GIS已与我国的生产实践逐步相结合，在各个方面都取得了重大的进展。一方面，在市场经济发展的推动下，一批科研院所和大中院校纷纷制定了自己的GIS发展计划，建立自己的GIS科研队伍，一大批不同形式、不同层次、不同目标的GIS研发队伍纷纷建立起来，一些大型的GIS项目纷纷开始实施，我国的GIS进入了一个全面发展的时期。另一方面，GIS的飞速发展和广泛应用又促使了其加速了与其它学科的融合，在多个行业中都得到了广泛的应用，其自身的综合性不断增强，经济效益也日渐凸显。第三方面是国家标准的制定和市场需求促使了GIS的信息共享和兼容问题得到了解决，此时我国自主研发的具有核心知识产权的软件系统和专家系统纷纷出现，国产GIS软件的发展进入了快车道，这也意味着我国GIS的发展进入了一个新的时期。MapGIS、SuperMap等软件的开发代表了我国的GIS的技术水平已经开始进入到国际领域。而一批综合性、专题性和区域性的信息系统，如黄河下游洪水险情预警信息系统、黄土高原水土流失信息系统、中国国土基础信息系统等又表明我国的GIS应用日渐成熟。1．2．2地理信息系统的发展趋势近年来在计算机技术飞速发展的带动下，地理信息系统的发展取得了前所未有的成就，计算机领域的许多新技术：图象处理、三维技术、虚拟现实技术和人工智能等在地理信息系统中的应用，给地理信息系统带来了深刻的变化。在未来的几十年内，地理信息系统将向着系统开放化、数据多维化、系统集成化、平台网络化的方向发展【"】。(1)开放化的发展趋势在“数字地球”理念影响下和网络技术蓬勃发展的今天，地理数据共享、地理信息系统的互操作、GIS的应用社会化等客观需求日益凸显，这就要求我们的GIS不再是一个简单的操作系统，而是要满足多方面需求的一个综合性的信息系统，而这样面临的一个问题就是数据结构及数据交换格式的标准化，这样才能实现在异构方式下多个地理信息系统之间的互相通信和协作。虽然目前对数据标准化仍存在多方面的看法，但是在信息化的今天数据标准化的制定已经势在必行。在信息化浪潮的冲击下，地理信息数据不断膨胀，数据标准的统一可以大大减少重复工作，打造一个更加丌放的地理信息系统。早在1996年，美国就已经成立了开放地理信息系统联合会(OGC，OpenGISConsortium)，旨在利用4 第1章绪论其提出的开放地理数据互操作规范(OGIS)给出一个分布式访问地理数据和获得地理数据处理能力的软件框架。许多的软件开发商开始陆续关注这个标准，并已经着手按照该标准开发产品。开放性已经成为未来地理信息系统一个必然的发展方向。(2)数据多维化近年来，计算机图像处理技术有了很大进步，三维GIS也获得了很大的发展机遇。但是目前三维GIS的发展主要集中在三维数据的可视化方面，而GIS的一个重要的功能是数据管理和分析，因而如何将三维可视化和虚拟技术与三维对象的管理充分耦合将是今后三维GIS的一个重要的发展方向。在三维技术受到热捧的时候，四维GIS的理念也慢慢进入研究者的视野。四维GIS中一个最重要的维度就是GIS对象的时间维度。水位、人口、洋流等等GIS对象都会随着时间的推移而不断地变化，如何设计并运用四维GIS来展现、分析地理对象随着时间维度的变化特性将是今后GIS的又一个重要研究领域。(3)系统集成化3S技术的融合：3S技术指的是全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)。全球定位系统(GPS)和遥感(RS)的集成给我们带来了一个实时的，动态的GIS。3S技术的融合使得地理信息系统实现了高度自动化、实时化。同时三种技术之间又相互促进，保证了系统采集、处理和更新数．据的速度更快、更准，为各种应用提供科学的决策咨询。多媒体技术和组件式软件技术的应用也是GIS集成化的一个表现，组件式地理信息系统的发展使得GIS应用系统的开发更简单、易懂。多媒体技术的应用使GIS的表现形式更加丰富、灵活。这些融入了新技术的高度集成化的GIS更贴近人们的生活，也展现了GIS的一个全新的发展方向。(4)平台网络化飞速发展的Internet已经成为GIS新的系统平台，基于Web的地理信息系统(WebGIS)随着网络技术的蓬勃发展也应运而生。这让GIS告别了传统的单机、局域网的工作环境，使人们可以利用Intemet技术实现基于Web的查询、下载、浏览、处理、分析等工作。GIS与网络技术的有机结合也将是今后GIS的一个非常重要的发展方向[101．1．3校园地理信息系统的研究现状及意义1．3．1校园地理信息系统的研究现状数字化和信息化是当今世界科技发展的趋势。进入21世纪以来，数字地球和数字城市的建设受到了社会的广泛关注，在此影响下，校园信息化建设的步伐也随之加快，“数字校园’’的概念也相应出现。“数字校园"的提出最早要追溯到上个世纪，1990年由美国克莱蒙特大学教授凯尼斯格林(KennethGreen)发起并主持的一项大型科研项目“信息化校园计划”(TheCampusComputingProject)，被认为是数字化校园5 河北科技大学硕士学位论文概念的最早出现。数字校园的概念，广义上讲，是以网络平台为基础，利用先进的信息化手段和工具，实现从环境、资源到活动的全部数字化。在传统校园信息的基础上拓展校园的时间和空间维度，从而提升传统校园的效率，扩展校园的功能，最终实现校园的全面信息化。达到提高教学质量、科研和管理水平的目的Ill】。目前，大部分学校都有自己的校园网络系统，已经初步实现了数字校园的一些想法，但是由于种种原因，校园的信息管理中仍有许多问题：很多部门仍然采用分散的管理模式，各自的数据标准不一，互相之间不能充分共享，而这将直接导致大量的重复性工作，同时大部分的数据分析工作仍旧停留在人工操作的阶段，在信息化程度不断加深的今天，校园的信息量也在不断地加大，如此将会浪费大量的人力、物力。也会直接导致提供的数据数量少、质量不高。因而要实现高校的全面信息化，必须采用一种更高效的管理模式。而基于GIS技术的校园地理信息系统除了可以实现数据的标准化管理，还可以为管理者提供高效、准确的数据分析，从而为决策的制定提供有效的理论依据。因此基于GIS的规划管理工具可以有效地避免传统管理模式的不足，实现校园管理方式的规范、高效。目前校园地理信息系统的应用主要集中在以下几方面【l列：(1)校园基础信息的管理基础信息的集中统一管理，使得信息管理更高效，这样可以有效地减少数据的冗余。集中统一管理还有利于实现各种数据之间的通信，提高各种数据之间的关联程度。(2)校园专项信息的管理按着功能区划将信息进行分类、分层管理，。这样数据的查询和输出更加的直观高效。从而为高校的建设规划提供更专业更全面的信息服务。(3)资源的优化配置通过GIS数据分析功能的应用，探讨实现校园各种资源的优化配置的方法。例如如何提高教室的利用率等。(4)校园地理信息系统的功能开发对校园地理信息系统的结构、功能、丌发、实现与组织的各种模式进行探讨，如实现学生信息、课程信息等与相关地理位置等图上信息关联的管理：对校园图、楼、楼层与房间为对象进行校园信息管理等。(5)三维虚拟校园信息系统的建立研究如何实现校园的三维虚拟模型、实现空间动态漫游，更加直观展示校园信息。1．3．2建立校园地理信息系统的意义随着大学校园的规模不断扩大，传统的人工管理校园信息的方式已经远远不能适应当前的要求。如何解决海量信息的有序管理成为校园管理中亟待解决的一个问题。校园地理信息系统的建立和应用，可从根本上改变目前无序的人工管理状态，对校园的人员和设施进行了有序化的管理，节省大量的人力、物力，同时也为校园6 第1章绪论的管理和决策及应急处理等需求快速准确地提供各种高质量的图文数据资料。在学校后勤管理部门中的应用，可以为后勤提供更高效的管理方式。而GIS在网络服务方面的优势使得校园信息管理更加透明，让人们能够更直接快速地了解校园的动态，对校园的建设提供更好的建议，使得校园的管理更加人性化【13】。1．4本文的研究内容在对GIS和DBMS相关技术进行分析和研究的基础上，本课题将以河北旅游职业学院为例对校园信息系统进行设计与实现。本文采用基于VisualBasic和Mapobjects进行组件式开发的方式，将校园的空间信息和属性信息结合起来，初步实现了空间和属性数据的混合查询、显示、定位等功能；并在道路网络拓扑关系的基础上研究实现最短路径分析功能；同时利用VRML建立起虚拟的校园三维场景，初步实现三维虚拟校园的漫游功能。．1．5本章小结本章主要介绍了GIS的发展情况及校园地理信息系统的发展现状，详细地阐述了建立校园地理信息的意义，并针对本文所要研究的内容进行简要的介绍。7 河北科技大!学硕士学位论文第2章校园地理信息系统的关键技术分析2．1组件式地理信息系统‘随着组件技术的日趋成熟和地理信息技术的快速进步，以组件技术为平台的新的一代地理信息系统(GIS)迅速发展起来，技术的应用大大提高了GIS的开发效率，发展方向。2．1．1组件技术简介传统的GIS开发模式渐渐发生改变，组件GIS的组件化已经成为GIS的一个重要的组件技术是当今软件发展的潮流，其优点就是具有高度的重用性和通用性，目前组件技术已经涵盖了应用程序构成的各个方面，对应用程序的开发产生很大的影响。在组件技术的支持下，软件系统可以被看成是多个具有特定功能的对象集合，每个对象都能发出特定的标准信息，这样它们之间就可以通过组件接口进行信息的交换。由于组件封装的非常彻底，使其更便于在各种语言和环境中使用。随着组件技术的不断完善，软件产业的形式也随之发生了很大的变化。大量组件生产商纷纷推出各具特色的组件产品，软件集成商则利用相关的组件快速生产出用户需要的应用系统，这使得软件的开发周期大大缩短，丌发成本也大大降低，同时大而全的通用GIS产品逐步减少，而相对较为专业的软件都以组件的形式嵌入到到一般的软件产品中。组件式平台主要有Microsoft的COM(ComponentObjectModel，组件对象模型)、DCOM(DistributedComponentObjectModel，分布式组件对象模型)和OMG的CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture，公共对象请求代理体系结构)[14-161。目前Microsoft的COM／DCOM占据着市场的主导地位，Microsoft的COM／DCOM规范事实上已经成为业界的标准，而CORBA主要应用于UNIX操作系统平台上。而基于COM／DCOM的ActiveX控件也已成为当今可视化程序设计中应用最为广泛的标准组件。以下就COM、OLE和ActiveX技术以及它们在GIS中的应用作一些探讨。(1)COM／DCOMCOM是组件式对象模型(ComponentObjectModel)l妁英文缩写，是组件之间通信接口的规范，是OLE(ObjectLinkingandEmbedding)和ActiveX共同的基础，它的作用就是为各种组件和应用软件提供一个用于信息通信的统一标准。COM不是一种面向对象的语言，而是一种与源代码无关的二进制标准，是一种跨应用和语言共享二进制代码的方法。COM所建立的是软件模块之间的链接，当这种链接机制建立起来之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制相8 第2章校同地理信息系统的关键技术分析互通信【14】。COM标准包括规范和实现两部分：规范定义了组件与组件之间通信的机制，它不受限于任何特定的语言和操作系统，只要按照该规范，任何语言都可以使用；COM标准的实现部分是COM库，COM库为COM规范的具体实现提供了一些核心服务，它可以保证所有的组件按照统一的方式进行交互操作。COM是个开放的组件标准，它有很强的扩充和扩展能力，COM标准增加了保障系统和组件完整的安全机制，并扩展到了分布式环境：这种基于分布式环境下的COM就是DCOM(DistributedCOM，分布式组件对象模型)。它是COM的无缝扩展。DCOM是ActiveX的基础，它可以支持不同计算机上组件对象与客户程序之间或者组件对象之间的相互通信，这些计算机可以在局域网内、广域网上或者Intemet上。DCOM可以作为分布式应用系统的基本架构，客户的应用程序与DCOM组件对象之间形成了客户／服务器的关系，进一步可构成多层软件模型。DCOM组件除了具有COM组件的重用性、语言无关性等一些基本特性，还具有与COM不同的特性，位置透明性是其一个基本特性，DCOM的其他特性如下：1)可伸缩性。一方面，DCOM利用操作系统本身的可伸缩性；另一方面，DCOM也提供了方便、灵活的配置方案：组件对象可以不同，服务器也可以变化，但是组件源程序却可以不必修改。2)可配置性。DCOM有一个图形界面的配置工具程序(DCOMCNFGEXE)，它可以保证客户程序和组件程序在不改变源代码的情况下适应不同的网络环境。3)安全性。DCOM使用了WindowsNT提供的可扩展安全性框架，在非NT平台上实现的DCOM也包括了一个与NT兼容的安全提供器。从而对用户的访问和操作予以限制。4)协议无关性。5)平台独立性。6)可扩展性。它的处理能力能够随着用户的数量和数据量所需性能的提高而增加。(2)OLE技术OLE是对象链接与嵌,N．(ObjeetLinkingandEmbedding)，OLE并非是一个软件，而是一组链接与嵌入的技术或者说是用户的应用程序间通信的一种标准。它主要包括对象的链接、嵌入、激活和可视化编辑、结构化存储、统一数据传送、复合文件技术等。现在的OLE技术是基于COM技术基础的，从而GIS软件与其它软件的互操作可以通过OLE技术来实现。例如在利用VisualBasic平台开发GIS时，就可以利用OLE控件在Form中将ComGIS对象插入，从而实现两者的交互。(3)ActiveX与ActiveX控件ActiveX是微软公司提出的一套使用COM的，9 河北科技大学硕士学位论文使软件组件可以在网络环境中进行互操作的技术，是微软公司的组件技术标准，与具体的编程语言无关。实际上是从微软的对象链接与嵌入(OLE)技术发展起来的，但是其核心仍然是COM，只不过其更偏重于Intemet互操作。作为针对Intemet应用开发的技术，AetiveX既包含服务器端技术，也包含客户端技术。同时，ActiveX技术也常常被用来创建普通的桌面应用程序。ActiveX控件是充分利用OLE和ActiveX技术的自定义控件，是建立在COM标准上的独立的软件组件。其特点是可编程、可重复使用．它可以插入到程序中作为程序的一部分来使用，并且具有很强的独立性和组合性，其外部环境是开放的，能够在各种编程和非编程环境中使用。ActiveX控件可以通过设置属性、激活事件、调用方法等方式在控件之间或者在用户与服务器之间进行通信。它不仅可以用在一般的AetiveX控件容器(例女11：VisualBasic、Delphi、VisualC++等)中，而且还可以用在Intemet的W曲页面中。很多软件开发公司专门生产各种用途的ActiveX控件。例如：Mapinfo公司的MapX40．OCX、SuperMap的SuperMap．OCX等就属于基于这类ActiveX的GIS控件117~1sl。2．1．2组件式GIS的历史及发展趋势在计算机技术和信息技术不断发展完善的今天，特别是面向对象程序设计、多媒体技术、组件式技术以及intemet等技术的不断出现和广泛应用，传统GIS的弊端逐渐显现出来：传统的GIS是一个封闭的系统，并且体系庞大，丌发成本较高，而且开发语言比较复杂，这样就导致了普及起来比较困难。而组件式GIS的出现彻底改变了GIS的面貌，使得GIS的发展进入了一个全新的阶段。在GIS发展的早期阶段，由于受到各种技术条件的限制，GIS开发的软件只能是针对某一功能的功能模块，并且各个模块之间一般无法进行协同工作，这些功能模块都是相对独立的，针对某一特定功能的GIS系统。随着技术的不断进步和现实需求的不断增长，集成式的GIS被开发出来，它集成了GIS的各项功能，形成了一个完备的GIS系统，极大地增强了GIS的实用性。但是其丌发成本较高、很难与其它系统集成等问题又使得它在推广应用时遇到了困难。后来人们针对这一问题提出了模块化GIS的思想，即将集成化的GIS分成一个个的模块，客户根据需要选择不同的模块，这样更便于开发和应用，但是由于受到当时技术条件的限制，这些GIS模块很难与其它的系统实现高效、无缝的对接。为了解决集成式GIS与模块化GIS的缺点，核心式GIS(CoreGIS)的概念被提了出来。核心式GIS被设计成操作系统的基本扩展。Windows系列操作系统上的核心式GIS提供了一系列动态链接库(DLL)，在开发GIS应用系统时则可以采用现有的高级编程语言，通过应用程序接口(API)来访问内核所提供的GIS功能。除了一系列基本的动态连接库以外，实现各种功能的10 第2章校罔地理信息系统的关键技术分析动态链接库还可以被拆分和重新组合，这就为用户提供了更底层的组件化方式，大大增加了使用的灵活性。其组件化方式的开发还可以实现GIS与MIS的无缝集对接，这为对数据库管理要求较多的GIS用户提供了很大的便利。但是，由于核心式GIS提供的组件过于底层，给软件的开发带来了很大的难度，这并不符合软件可视化开发的潮流。随着计算机软件技术特别是组件技术的进一步发展，GIS组件化发展到了一个全新的阶段，出现了组件式GIS(ComGIS)。组件式GIS基于标准的组件式平台，各个组件之间不但可以实现自由、灵活的重组，而且具有可视化的界面和实现信息交互的标准接口。组件式GIS是当今GIS发展的一个重要方向。目前基于COM的组件式GIS在市场上仍然占有很大份额，但是曾经带来GIS技术变革的COM技术其实也存在一些不足。例如：因为“动态库地狱(DLLHell)”所导致的组件版本冲突等问题，这些问题使得基于COM的GIS技术的进一步发展受到了影响。随着组件技术的推陈出新，Java组件技术和微软的．NET组件技术相继问世。这些都使得组件技术更加完善。目前，基于．NET和Java技术的组件式GIS正在快速发展，并将逐步取代基于COM的组件式GIS。目前包括ESRI在内的许多软件开发商已经相继推出了自己的基于．NET和Java的组件式GIS产品。基于．NET和Java的组件式GIS正在快速发展，在很多领域业已得到了应用，这是将是组件式GIS未来发展的必然趋势【191。2．1．3组件式地理信息系统的特点与传统的GIS开发软件相比，组件式GIS自身具有其无可比拟的优点【20】：(1)高效无缝的系统集成与传统的GIS有所不同，组件式GIS不依赖于某一门开发语言，它可以直接嵌入到通用的开发环境(如VisualBasic，VisualC++等)中来实现特定的GIS功能，而对于一些非GIS功能则可以直接在开发环境中实现或者借助与其它的控件来实现。因而ComGIS实现了高效无缝的系统集成【211。如图2．1。GIS应用集成系统ComGIS控件其他控件VisualBasic等可视集成开发环境图2一lComGIS与应用程序之间的无缝集成(2)小巧灵活、开发成本低由于其开放性的特点，组件式GIS可以充分利用开发环境中已有的功能，从而只需针对特定的GIS功能开发出相应的控件即可，这不单大大降低了软件开发的成本，同时也降低了软件本身的负担，使得ComGIS的11 河北科技大学硕士学位论文控件更具有针对性，使用时也更加方便灵活。(3)大众化的GIS由于GIS可以直接嵌入到普通的开发环境中来，这样使得许多开发人员不必进行特别的专业培训也能够很快熟悉GIS应用软件的开发工作。同时，ComGIS的控件开发都是按照国际标准来进行的，就像普通的ActiveX控件一样，这样非专业的普通用户也能够开发和集成应用系统，这极大地推动了GIS的大众化进程。(4)强大的扩展性由于组件式软件的交互性的特点，基于国际标准开发的控件之间都可以进行有效的通信，而世界上有许许多多的软件开发商在开发着针对不同需求的控件产品，ComGIS只是其中的一个，这就保证了我们在开发GIS应用软件时面对的是一个庞大的控件资源库，可以根据开发系统的具体要求来安装需要的控件产品，从而让ComGIS在应用时具有了无比强大的扩展功能。2．1．4GIS组件产品ESRI推出的MapObjects和Maplnfo公司推出的MapX就是20世纪九十年到中后期推出的最具代表性的GIS组件产品，这两个产品都是属于入门级的组件式GIS产品。2000年前后，ESRI推出的AreObjects和超图推出的SuperMapObjects则把组件式GIS的发展到推到了一个新的阶段，庞大的GIS组件群几乎涵盖了数据管理、格式转换、地图编辑、网络分析、缓冲区分析、栅格分析、三维可视化等GIS的几乎全部功能，并引领了此后将近十年组件式GIS的发展。MapObjects与MapX的主要功能比较见表2—1，根据系统开发的实际需要，我们选用了MapObjects作为平台开发组件。2．1．5组件式GIS开发平台的结构普遍认为组件式GIS的开发平台被认为是三级结构：(1)基础组件处于开发平台的最底端，是整个系统的基础和核心，主要面向空间数据的管理，实现数据的存取和管理，并提供基本的信息交互过程，能够以灵活的方式与数据库系统进行连接。(2)高级通用组件高级通用组件由基础组件构造而成的。它们面向通用功能，实现GIS的基本分析、处理等功能，简化用户开发过程。如显示工具组件、选择工具组件、编辑工具组件、图像分析组件等等。它们之间的协同控制消息都被封装起来，这级组件经过封装以后，二次开发就变得更为简便。(3)应用组件应用组件的构建是以实际工程应用为目的，它除了具备通用组件所拥有的一般GIS功能外，还需要针对具体的目标，开发特定的GIS功能，这就需要把相应的功能按照组件的模式进行封装，固化到组件中，实现高级应用功能。12 第2章校同地理信息系统的关键技术分析从而在这一层的二次开发工作量就可以大大简化。以GPS监控为例。对于GPS特定的应用功能，如动态目标显示、目标锁定、轨迹显示等。这些GPS行业性应用功能组件被封装起来后，二次开发者的工作就可简化为设置显示目标的图例、轨迹显示的颜色、锁定目标等【211。表2-IMapObjects与MapX的主要功能比较功能MapObjectsMapXArcview的SlIP、ARC／INFO的coverage、显示的地图数据格式Maplnfo的数据格式SDE图层叠加栅格图像有对地图的常用操作放大、缩小、漫游等．图层控制增加、移走、设置当前层属性数据绑定有1．通过鼠标选取特征地图信息金询方式2．通过SOL查找特征3．通过空间操作选取特征专题地图较弱有GPS集成有：用户绘图图层无有生成／编辑地图对象较弱地图标注有地图符母化较弱较强分析功能无地理编码确。有VC、VB、PowerBuilder、Delphi、可使用的开发语言VC、VB、PowerBuilder、Delphi、Access等LotusNotes等2．1．6组件式GIS的应用组件式GIS是通过属性、方法和事件与用户和客户程序之间进行信息交互。属性、方法和事件是控件的通用标准接口，适用于任何可以作为ActiveX容器的开发语言，具有较强的通用性【221。利用已经熟悉任何一门面向对象的可视化开发工具，两者结合，就可以开发出功能强大的GIS应用系统。13 河北科技大学硕士学位论文图2．2ComGIS与集成开发环境及其他组件之间的交互2．2图像的数字化处理技术地理信息系统中空间数据的采集是至关重要的，一般采用的方法有人工输入图形数据，空间数据数字化，数据格式转换等。人工输入图形数据虽然非常准确，但是因为其效率比较低下，工作量太大而不常常为人们所用，后两者则是人们在信息采集时常常用到的方法。空间数据的数字化是指将传统的的纸质地图数据，借助一定的仪器或者软件，转换成计算机可识别的地图数据的过程。即通常所说的地图的矢量化。地图的矢量化一般有两种方法：扫描矢量化和手扶跟踪矢量化。扫描矢量化一般是借助于扫描仪和矢量化软件来实现的，现有的地理信息系统软件如Maplnfo、MapGIS、ArcView等都具备地图矢量化功能。手扶跟踪矢量化则主要借助于数字化仪。数据格式转换主要是针对已有的、存储在计算机内的非既定地理信息系统格式数据而言。可以将其他的数据转换成地理信息系统软件可以识别的数据，这也是获取空间数据的一条途径，可以有效地避免工作重复。一般说来，Maplnfo向MapGIS的转换、AutoCAD向ArcView格式数据的转换等都是空间数据转换中常见的。本系统在获取空间数据时采用的AutoCAD向ArcView格式数据转换的办法。ArcView是世界上最大的GIS软件厂商美国环境系统研究所(ESRI)的桌面GIS软件。从ArcView的2．0版以后，ArcView就广泛受到GIS领域的重视。ArcView2．0版给自己的定位是“基于GIS的桌面制图系统”，桌面制图系统是指利用ArcView可以方便地制作各种专题地图，利用ArcView2。0的GIS功能可以使用桌面制图更加灵活。界面如图2．3所示。ArcView为CAD数据提供了一个CADReaderExtension扩展模块，该模块允许根据CAD的drawing文件直接创建专题(Theme)。然后在根据系统的需要将其转换成Shapefile文件，转换后可以利用ArcView的地图编辑功能对其进行处理，最后以．shp格式输出，即得到了校园信息管理系统所需要的地图数据【23~27】。14 第2章校园地理信息系统的关键技术分析嗷?：j。i．J。：·J—jj．一’jj．i：。‘。r+。I，。：：I-1。，-遵遵羹Die_EdityIewTheme_Graphics'v,／tndoI^-Help同网府I同圃网网啄I廖l圄冈冈冈阿i冈酉|阿10Ik卜旧l殴l&i聊l当I歹憎i鼍ITl．，lScale1．I强疆鸨￥镦i摹?≯≤i，一j蠢。’o。一川×√The"r'e-s一：一2．3数据库技术分析图2—3ArcView中CAD文件数据库是数据库系统的简称。它是为一定目的服务，以特定的数据结构组织、存储和管理的相关联的数据集合，是数据管理的高级阶段。一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统(DatebaseManagementSystem，DBMS)、数据库应用系统三部分。构成如图2．4所示图2．4数据库系统构成图 河北科技大学硕士学位论文2．3．1数据库模型数据库在存储数据时需要根据数据的具体逻辑关系、数据的性质以及数据的特征等来组织和管理数据，这样就构成了不同的数据模型。每一种数据模型都以不同的方式来反应客观事物，也都有各自不同的处理事物之间联系的模式。传统的数据模型主要有层次模型、网状模型、关系模型。近年来又发展出了面向对象模型等新的数据模型[28’29J。其中关系模型是发展比较成熟也是应用最广泛的一个模型。(1)层次模型层次模型是数据库处理中的一个早期模型。其特点是除了第一个节点无父节点外，其它节点都只有一个父节点，而子节点则可以有若干个，简单来说就是一对多的关系，而父节点和子节点在数据上是从属关系。层次模型的树形结构所反应的现实模型的层次关系式是非常清晰的，从上到下近似一个金字塔模型。如图2．5所示。这就导致了在查询数据等操作时必须从根节点开始，这使得操作效率很低，图2．5层次数据模型(2)网状模型网状数据模型是美国CODASYL提出的一种数据模型，常被用于网络数据库。其特点是节点数据间没有从属关系，一个节点可以有多个父节点，可以与其它多个节点建立联系。如图2-6所示，这种数据模型不同于层次模型，没有对节点数据间的限制，具有一定的独立性和共享特性，并支持一定程度上的系统重构，这就使得系统运行效率较高。但是网状模型结构复杂，特别是会随着数据量的16 第2章校同地理信息系统的关键技术分析增长结构会变得非常复杂，这不利于数据的开发和利用。所以虽然其在数据库的发展进程中占据了非常重要的地位，但是却逐渐被关系模型所取代。’图2-6网状数据模型(3)关系模型关系模型是20世纪70年代首次引入到数据库领域中来的，它是建立在坚实的数学理论模型基础上的一种数学化模型，简单来说关系模型就是以各种二维表来表示实体数据之间的各种关系，并把实体抽象为若干关系的集合。如图2．7所示。关系模型数据结构简单灵活，有利于数据的各种操作，也更便于程序的开发和利用。关系数据已经成为现代数据库市场的主流。但是关系模型在处理复杂目标、查询数据等方面往往不如前两种模型。在数据的独立性和抽象方面还有待于I学号I姓名I性别．1年龄l系别I专业I20090102韩吉飞男20旅游管理系景区开发与管理专业20090103王盼女20旅游管理系景区开发与管理专业20090301马志抽女19旅薄管理系航空月R秀专业20090405李海洋男20旅游管理系旅游管理专业进一步的完善和发展。注：圈中的信息表为学籍信息示例图2．7关系数据模型17 河北科技大学硕士学位论文根据本系统的具体需求，我们选择了Access来储存相关的属性数据，Access是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库管理系统，是Office系列应用软件之一。Access界面友好，简单易操作，支持广泛，易于扩展，比较适合小型数据库的开发2．3．2空间数据与属性数据的连接方式由于GIS中包含了大量的空间数据和属性数据，那么这两种数据的管理就显得尤为重要，而两种数据之间的联系非常紧密，如何在系统中有效地实现空间数据和属性数据的连接是任何一个系统必须面对和解决的问题，这直接关系到系统的运行和管理。主要有两种处理方式【29J：(1)混合式模型在这种模型中，属性数据采用关系数据模型以RDBMS来管理，图形数据采用拓扑数据模型以文件处理方式来管理。分别在两个子系统中予以管理，它们之间通过唯一的标识符(ID)来建立联系。如图2．8所示。采用混合数据模型的GIS软件在商业上获得了巨大的成功，如Arc／Info，MapInfo、MapObjects等。．图2-8混合式模型．(2)扩展式模型它主要是将空间和属性数据存储在一个关系型数据库中，并且在现有商用关系型数据库管理系统(RDBMS)的基础上进行扩展，使之能存储非结构化的空间数据，使用标准的关系模型来定义空间数据、属性数据、以及两者之间的关系。从而实现对空间数据和属性数据的统一储存和管理。如图2-9所示。相关的GIS软件有SmallWorld、Geovision等。空间数据的存储和管理是GIS中一个非常重要的方面，ESRI公司开发的空间数据库引擎(SDE)摆脱了以前关系数据库只存储和管理属性数据的模式，将空间数18 第2章校同地理信息系统的关键技术分析据的管理也纳入到关系数据库中来，进一步拓展了关系数据库的发展和应用空间。图2-9扩展式模式2．3．3数据库访问技术随着数据库产品和技术的发展，数据库访问技术也从ODBC、DAO、RDO、OLEDB、ADO和RDS发展到今天的ADO．NET。基于MapObjects可以使用ODBC、DAO、ADO以及借助于ESRI的SDE来访问相应的数据库，下面就几种相关的技术进行简单的比较【3∞41。1)ODBC开放数据库互连(ODBC)是微软提出的数据库访问接口标准。它定义了访问数据库的API一个规范，这些规范不依赖于DBMS和具体的编程语言。ODBC技术为访问不同的SQL数据库提供了一个共同的接12，客户通过ODBC可以顺利地访问各种后台数据库。2)DAODAO是建立在MicrosoftJet数据库引擎基础之上的。用户可以通过DAO直接访问Access、DBASEIV等索引顺序访问方法(ISAM)数据库。由于DAO是严格按照Access建模的，因此，使用DAO是连接Access数据库最快速、最有效的方法。DAO也可以连接到非Access数据库，例如，SQLServer和Oracle等大型数据库。DAO要通过使用ODBC来实现，但是访问速度较慢。总体来说DAO最适合在单系统应用程序和小范围本地分布使用。3)OLEDBOLEDB建立于ODBC之上，是一种新的数据访问方式，它在ODBC技术的基础上进行了扩展，可以为SQL、非SQL和非结构化数据源等提供一致的访问接口。它还可以处理访问各种数据，而不用考虑数据的具体存储地点、格式或类型。OLEDB中有一系列的COM接口，这极大地提升了访问数据库的性能，使得用户对数据库的操作和访问更加方便、快捷。19 河北科技大学硕士学位论文4)ADOADO是Microsoft推出的另一个数据访问对象模型。ADO采用基于DAO和RDO(RemoteDataObject)的对象，并提供比DAO和RDO更简单的对象模型。ADO是Microsoft为了最强大的数据访问范例0LEDB而设计的，它是一个便于使用的应用程序接口，VisualBasic、VisualC++、Java等语言都可以通过ADO来实现对各种数据库的访问和操作。与DAO和RDO相比，ADO为用户提供了一个性能更高、更稳定的接口，访问速度更快，使用也更加方便【35】。‘本文所设计的校园地理信息系统就是采用了ADO来访问数据库。在使用ADO对象之前，需要在VisualBasic的工程栏中引用对话框选择MicrosoftActiveXDataObject2．X选项，之后再利用ADO的两个主要函数Connection和Recordset来访问相关数据库。方法如下：DimcnAsNewADODB．ConnectionDimrsAsNewADODB．Recordset．PrivateSubForm_Load()cn．Open”Driver={MicrosoftAccessDriver(幸．mdb))；DBQ=C：＼Users＼Desktop＼学籍信息．mdb”rs．Open”select幸from表1”，cn，adOpenKeyset，adLockOptimisticEndSub：2．4最短路径算法分析网络分析功能是GIS与其它信息管理系统所不同之处，而最短路径算法则是GIS最重要的网络分析功能之一。最短路径算法在资源配置、通讯、导航、运输科学、管线维护、线路优化以及电力等领域都有着非常广泛的应用。而在校园地理信息系统中最短路径的实现则是其中一个很重要的研究课题，本系统在比较了经典的Dijkstra算法和Floyd算法的基础上选择了Dijkstra算法来作为系统最短路径算法的实现基础【3¨羽。最短路径算法，通常都是建立在抽象的数学模型之上，即网络模型。要实现最短路径的分析，必须将现实中的校园道路网实体化为图论中的网络图。本系统中的道路网络是数字化的矢量地图，要进行最短路径分析就必须对其节点、弧段进行处理，建立起网络拓扑关系。首先要做的就是提取交叉路口的坐标信息和各个路段的属性信息，构建起网络拓扑结构【39】。从地图中提取网络拓扑结构，要首先确定各个路段的属性信息、路段的长度、路段的起始点等。另外需确定各个交叉点的坐标，在此基础上建立起节点表和路段表，从而构建起道路的基本网网拓扑关系。结构图如2．10所示20 第2章校同地理信息系统的关键技术分析路段表。D起点号终点号道路长度道路名称图2-10节点表和路段表Floyd算法Floyd算法从Do丌始，由Do计算Dl。然后Floyd算法再由D1计算D2。将这个过程重复进行下去，直至由D。．1求得D。为止。基本思路如下，设我们已知：1)顶点i到顶点m的最短路径，其中只容许前m．1个顶点即l，2，⋯⋯，m．1作为中间顶点：2)从顶点m到顶点J的最短路径，其中只容许前m．1个顶点即l，2，⋯⋯，m．1作为中间顶点：3)从顶点i到顶点j的最短路径，其中只容许前m．1个顶点即l，2，⋯⋯，m．1作为中间顶点。因为不存在有负长度的回路，所以4)项与5)项中给出的两条路中较短的一条一定是从i到j的最短路，其中只容许前m个顶点即顶点l，2，⋯⋯，m作为中间顶点。4)1)项和2)项两条路径的并。5)3)项的路径。因此，dm0--min{d仃卜1im+dm。1jm，dm-IⅡ}。从此方程可以看出，只需要Dm．1，矩阵的各个元素，就可以计算出矩阵Dm的各个元素，而且，无需参看基本图就可以进行计算。从算法的复杂度来看，Floyd算法比Dijkstra算法更复杂，Dijkstra算法的时t'B-J复杂度是O(n2)，Floyd算法的时间复杂度是O(n3)，因而通常情况下Floyd算法的运行时间就更长，所以在结点比较少得情况下Dijkstra算法的运行效率更高。Dijkstra算法通常用来由近及远求解起点到终点的最短路径，而Dijkstra算法则可以求解任意两结点间的最短距离，其应用范围更广。而根据我们系统的实际需要我们选择了Floyd算法作为我们求解最短路径的基本算法。Dijkstra算法【4¨2】算法的基本思想：首先从起点求出和其邻近点的距离中最短的一条路径，然后再把所有和这条路径两个端点直接相连的点中挑出到和起点路径之间距离最短的下一级路径，下一步就是从所有和这两条最短路径节点直接相连的点中再挑出到起点的距离最短次下一级路径，依次类推，每次都以己经找到的最短路径的节点为基础21 河北科技大学硕士学位论文查找下一条最短路径，直到到达终点为止。因为每次都是把找的最短路径与之前所有标识的节点与起点之间的最短路径的集合进行比对，所以找到的一定是从起点出发到某一点的最短路径。Dijkstra算法的基本方法：假设每个节点都有一对标号(也，Pf)’其中df是指从起点S到结点j的最短路径的长度(节点到其本身的最短路径长度设为零)；P，则是从S到J的最短路径中j点的前一节点。求解从起点S到节点j最短路径算法的基本过程如下：1)初始化。起点设置为：①ds=O，Ps为空；②所有其他节点：d,=oo，PF?；③标记起点S，其他所有节点都设为未标记。2)检验从所有已标记了的顶点K到其邻接点j的距离，并设置：d，吼in{所有的【嘭，酣l旬．])式中，1村是从顶点k到节点j的直接连接距离。3)从所有未标记的顶点中，选取d，值最小的一个节点i，i就被选为最短路径中的一个节点，标记节点i。4)找到顶点i的前一节点。从己标记的节点中找相应的节点．j作为前一顶点，设置：P尸j。5)如果d,--oo，则说明没有到达所选节点的路，计算终止：如果节点i是终点，则计算结束，否则，转到(2)继续。直到找到最短路径为止。2．5VRML三维虚拟技术VRML(VirtualReali够ModelingLanguage)即虚拟现实建模语割43’471，它是一种用来构建虚拟的三维世界的建模语言，利用它可以描述物体的三维属性及其行为，并可以将物体置于三维虚拟境界之中，建立起人机交互的虚拟三维多媒体世界。因此它又被称为灵境技术。VRML的应用相当广泛，包括科研、教学、工程、建筑、商业、娱乐、军事等，它给人们带来了全新的感受。VRML具有如下特点：(1)交互性和智能化VRJV[L构造出了良好的三维立体造型和场景，同时VRML通过定义相应的传感器使得用户可以充分的实现人机交互。(2)平台无关性VRML适合于多种平台，与具体的操作系统无关。(3)路由和脚本控制VRML采用路由的方法来实现节点与节点之间的通信。(3)可扩展性VRML支持基于基本标准的三维动态对象的扩展定义，即V蹦L具有可扩展性。(4)面向网络的特性VRML是随着因特网的飞速发展而产生的，因此它具有良好的网络特性，V砌vIL是描述性语言，不需要任何编译器来编译。其创建的虚拟场景可以在安装了插件的浏览器中直接浏览。一个VRML场景对应的就是一个VRML文件。22 第2章校园地理信息系统的关键技术分析IaIIIlI嬲III=I黑苦嘶．T『，“if．b-"IIif．!矗l；：1#口鬲并玎’E写Tl。T『1：I“⋯二Ⅲ一，《翟酾嘲■_霄．●舅舅：2．6本章小结图2．11VRIVlL制作的虚拟校园场景本章主要地论文中设计的具体的技术问题进行详细的论述，对于论文中设计的数据管理技术、空间分析问题以及简单的虚拟技术都进行了详细的介绍，通过上述内容的分析，对论文中涉及到的关键技术的处理给出了较为明确的设计方向。¨Ⅳ仁fFm¨¨1．¨一．日％％翟问圜．¨“％mm匪霪．r■●一互■辩口盈种尊^。㈦瓣善鑫觏而嚣嚣骝簿。赫嚣一嚣爨艄 河北科技大学硕士学位论文第3章基于Mapobjects的智能校园信息系统的总体设计3．1系统需求分析近年来随着河北旅游职业学院学校规模的扩大和新校区建设步伐的加快，学校的管理工作日益繁杂，工作量骤升，这给学校的日常管理带来了很大的挑战，经过调查发现，学校各部门现在使用的管理系统大部分还是MIS模式，这已经不能适应当前学校的发展趋势，因而我们尝试引入GIS模式来对校园的信息系统进行优化。基于GIS的校园地理信息系统可以一改之前分散管理的状况，给校园的信息化管理带来新的面貌，它与之前的管理信息系统相比有很多优势：基于学校的规模不断扩大，学校的在校生人数目前已经达到将近1万人。GIS的引入会给不断增长的管理信息创造更好的数据共享平台，避免重复工作。也更利于信息和突发事件等问题的处理。新校区的投入使用使得校园的面积已经达到32．8万平方米，电子地图功能的引入会给刚刚入学的新生带来很大的方便，使得学生能更方便的查询学校的相关信息，提高学校各项教学资源的利用率。GIS所特有的分析功能会给学校的管理工作提供更好更快更准确的信息分析数据，更有利于学校各项资源的优化配置，更好地促进学校的建设和发展。：一体化的信息管理系统，这将原本分散的系统整合起来，制定了统一的数据标准，统一的管理模式。大大节约了校园管理的各项成本。在简单实用原则的基础上，基于用户对系统的具体需求我们给出了基本的研究思路。如图3．1所示3．2系统开发平台的构建3．2．1硬件平台的搭建校园GIS的构建需要借助于校园的网络平台，这样才能实现海量数据的存储和分析，因而，基于GIS的河北旅游职业学院的校园信息系统采取了比较成熟的ClienVServer架构模式。这种模式更便于日常客户端对空间和属性的信息的管理、查询、编辑、修改等操作。实际操作时采取一台PC作为服务器来进行模拟，有了服务器以后GIS的数据存储、分析等工作就可以在服务器中完成，从而降低了数据流量，也降低了对访问端PC机的要求，真正实现了数据的共享。因为采用的是CIS架构模式，所以我们可以对客户端的权限进行设置，对于不同的客户赋予不同的权限，有效地保证了系统信息的安全【48】。具体设计流程如图3．2所示。24 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计图3．1校园GIS研究思路3．2．2软件平台的搭建图3．2硬件平台构建示意图开发校园GIS管理系统，除了可以达到客户所需求的基本功能之外，还要有长远的思想，要保证系统在开发完毕后还可以随着技术的进步不断的更新，来适应新的需求，所以在系统开发时选择一个好的开发软件非常重要，现在国内外比较常见的软件有MapInfo公司开发的桌面地理信息系统软件Maplnfo、Esri公司开发的ArcGIS组件系统等，国内的有武汉中地公司开发的MapGIS、北京超图丌发的SuperMapGIS系列软件等。根据本文开发校园地理信息系统的需要，我们选择了VisualBasic6．0+Mapobjects的开发平台14如51】。(1)VisualBasic6．0简介VisualBasic6．0152_53】(简称VB6)是Microsoft公司推出的可视化开发工具，一个集成丌发环境。它继承了BASIC语言简单易懂的特点，采用面向对象、事件驱动的编程机制，提供了直观的可视化程序设计方法。在以Windows操作系统为平台的众多可视化编程工具中，VisualBasic是最简单、最容易使用的语言，因而深受众多编程人员的喜爱。从1991年微软推出了VisualBasic1．0以来，VisualBasic已经发展到了最新的25 河北科技大学硕士学位论文2010版本。从本世纪初微软就推出了基于．net框架的VisualBasic．NET版本系列，虽然VisualBasic．NET系列目前已经发展的比较成熟，但是我们根据系统的具体需要选择了更为成熟和稳定的VisualBasic6．0版本。Visualbasic6．0具有以下特点：1)可视化的开发平台与面向过程的丌发方式不同的是VisualBasic是一个集应用程序开发、测试、查错等功能于一体的集成的可视化的开发环境。在使用面向过程的开发语言的时候应用程序界面的设计完全需要通过编程来实现，但是实际结果并不能立刻呈现，需要在程序运行时才能呈现给编程人员，这样在调试过程中就需要编程人员不断地运行程序，然后再回到程序中去修改，如此反复，大大影响了编程的效率。而VisualBasic6．0给我们提供了一个可视化的编程工具，它将Windows界面设计的复杂性完全“封装”起来，这样在设计界面时编程人员就不必去编写大量的代码，只需要利用已有的控件工具，再编写几个简单的代码就可以实现，并且整个过程是可视的，程序的调试过程也非常简单，VisualBasic6．0可视化开发的优点给编程人员提供很大的便利。。2)面向对象的程序设计思想VB采用了面向对象的程序设计(ooP)方法，其主旨思想就是把程序和数据封装起来视为一个对象，然后通过给对象赋予相应的属性来完成对对象的描述，这样在程序员在设计对象时，不必再为对象的建立和描述编写代码，要做的就仅仅是用控件工具将对象面在可视图形界面上，此时VB会自动生成程序代码并封装起来。接下来真正需要做的是针对相关对象的程序设计。3)事件驱动的编程机制VB编程采用的是通过“事件”驱动来执行相关操作。一个对象可以有多个事件，不同的事件过程对应不同的过程代码。因此VB开发的应用程序并没有明显的开始和结束的标识，因为它的运行是通过事件来驱动的。编程要做的就是编写若干个微小的子程序，也就是过程。这些过程分别面向不同的对象。系统在运行时由用户操作触发某个事件来驱动程序实现某个功能，或者由事件驱动程序调用相关过程来执行指定的操作。整个应用程序就是由彼此独立的事件过程构成，因此，使用VB创建应用程序，就是为各个对象编写事件过程。这样就不用再去编写大型的应用程序了，而是只需要编写小程序，最后通过事件来驱动即可，这大大降低了编程的难度，也更利于程序的调试。4)结构化的程序设计语言VB是在结构化的BASIC语言的基础上发展起来的，具有丰富的数据类型，众多的内部函数，它还继承了BASIC语言模块化、结构化的程序实现机制，让程序的结构清晰明了，更便于用户学习。5)强大的数据库管理功能VB具有强大的数据库管理功能。利用VB的数据控件和数据库管理窗口，可以直接建立和编辑Access格式的数据库，VB还提供了强大的数据存储和检索功能，同时，还能直接编辑和访问其他外部数据库，如dBASE、26 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计VisualFoxPro等格式的数据库。VB6．0的新的ADO组件让VB对大量数据的快速访问成为可能，使得VB可以直接访问或者以建立连接的方式使用一些大型的网络数据库系统，如SQLServer，Oracle等。在应用程序中，结构化的查询语言(SQL)的使用使VB6．0可以直接访问服务器上的数据库，同时VB6．0还提供了一些简单的面向对象的库操作命令、多用户数据库的加锁机制和网络数掘库的编程技术，为单机上运行的数据库提供了SQL网络接口，以便在分布式环境中快速而有效地实现客户端／JR务器(C／S)方案。6)网络功能VB6．0提供了DHTML(DynamicHTML)设计工具。这种技术在一定程度上改变了网页制作的方式，它使Web页面设计者可以动态地操作网页上的所有元素，让Web页面表现出多媒体的显示效果。7)Windows资源共享VB提供的动态数据交换(DynamicDataExchange简称DDE)技术，利用这项技术可以实现应用程序与其它的Windows应用程序之间动态数据交换的机制，从而实现了不同应用程序之间的通信。VB提供的对象链接和嵌入(ObjectLinkingandEmbedding简称OLE)技术或ActiveX技术，是将每个具有特定功能的应用程序看成一个对象，可以将不同的对象链接起来，嵌入到某个应用程序中，使得这个应用程序可以实现某些特定的功能。8)人性化的应用程序向导VB提供了许多应用程序向导，为用户提供了许多自动创建多种类型和不同功能的应用程序的模板，另外，还有安装向导、数据对象向导、数据窗体向导DHTML应用程序等，VB提供的丰富的应用程序向导让编程更加的方便、快捷。一乞(2)MapObjeets简介MapObjects简称MO，是由美国的ESRI(EnvironmentSystemResearchInstitute，环境系统研究所)提供的一组供应用丌发人员使用的制图与GIS功能组件(AetiveX控件)，它由一个ActiveX控件和一系列可编程的ActiveX对象组成。它是一款比较流行的组件式GIS开发软件。MapObjects不是为最终用户而是专门为开发人员提供的，开发人员象用砖块盖房子一样利用ActiveX组件开发和集成Windows应用。MapObjects是一个ActiveX控件，它可以直接插入到许多标准开发环境的工具集中，包括VB、Delphi、VisualC++、MicrosoftAccess、VisualFoxpro等流行的程序设计环境。因此开发人员可以在自己熟悉的开发环境中利用MapObjects开发小的OlS应用。MapObjects允许定制利用制图和GIS组件的应用程序，它的特点包括：1)、MapObjects能够支持多种类型的数据格式。如shape文件、大量的栅格图像格式、AutoCAD的DXF、DWG格式数据等。2)、支持ODBC和ADO访问数据库表格数据源27 河北科技大学硕士学位论文3)、支持扩展的图形数据及操作4)、支持投影当一个shape文件、Arclnfocoverage或SDElayer作为一个MapLayer被添加到MapObjeets中的时候，与之相关的详细的投影信息也会被保存下来。5)、增强的GPS管理功能MapObjects2．0以上的版本支持对点、线和多边形目标对象的追踪。新的方法和属性使得对GPS动态目标的管理和追踪更加方便。6)、空间分析功能MapObjects提供了一个功能丰富的空间几何运算库。7)、支持数据库版本管理MapObjects2．X支持ArcSDE8．1的版本管理，在许可权限内，允许用户连接到ArcSDE空间数据库版本树中的任一指定版本。MapObjects具有以下功能：1)能够显示一张多图层地图(道路、河流、边界等)；2)可以实现对地图的放大、缩小和漫游等基本功能：3)生成、绘制图形元素，如点，线，圆，多边形；4)以文本形式在图上标注地址或定位：5)说明注记；6)识别地图上被选中的元素：7)通过线，方框，区域，多边形，圆来拾取不同的对象：8)产生shape格式的地图文件和其它通用格式的图形文件；9)对选取物体进行基本统计：10)可以在调用对象时使用数据库，查询和更新与对象相关的数据库；11)绘制专题图；12)从航片或卫星图片上截取图像：13)动态显示实时或系列时间组数据；14)用特殊方法渲染图层，如数值、类别、密度、图表、事件或Z值。MapObjects由一个名为MapControl的ActiveX控件和一系列的可编程对象组成的，一般认为这些对象按着功能可分为4大类。分别是：数据通道对象组、地图显示对象组、几何图形对象组、地址匹配对象组。数据通道对象组：通过数据通道目标组，可以建立与地图数据的联系。增加属性值，从地图元素上反馈属性信息。、地图显示对象组：通过地图显示对象组，可以用符号或专题描述画一张地图。也可以加入图像作为背景，在地图上显示出动态数据。几何图形对象组：几何图形对象组提供几种功效：根据从图层中选择的元素反馈相关的几何信息；向图层中添加几何对象：在地图中画几何对象而不必更新图层。地址匹配对象组：地址匹配对象组让你能够进入某一图层上的某个地址，该地28 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计址具有街道和地址范围，通过此信息能够返回一个位置，你也可以通过地址匹配对象组去找到十字路口的位置和地名。3．2．3校园地理信息系统(CGIS)系统结构系统基本结构由平台用户层、核心功能层、数据资源管理层、软件资源层以及硬件资源层构成。平台用户层分为一般用户、普通管理人员、系统管理人员三类：核心功能层即为系统的功能模块，包括GIS功能、MIS功能、分析功能等；数据资源管理层完成空间数据库、属性数据库的管理；软件资源层是为搭建系统平台所提供的VisualBasic和MapObjects等软件；硬件资源层为系统的网络基础设施。具体内容如表3．1所示。表3．1系统结构一般用户、普通管理人员、系统管平台用户层理人员核心功能层GIS功能、MIS功能、分析功能等系统结构数据资源管理层空间数据库、属性数据库的管理软件资源层VisualBasic和MapObjects等软件硬件资源层系统的网络基础设施3．2．4系统开发方式的选择根据地理信息系统的基本内容可以将其分为两大类型：一是工具型地理信息系统。工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统的基本功能，供其他系统调用或者用户进行二次开发的操作平台，并且不受应用领域的限制。简单来说就是GIS工具软件包，如MAPGIS、ARC／INFO等，它能够提供数据采集、存储、处理、分析和输出等GIS基本功能。二是应用型地理信息系统。应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。应用型地理信息系统按研究对象性质和内容又可分为专题地理信息系统和区域地理信息系统。伴随着地理信息系统应用领域的不断扩展，应用型GIS在GIS开发中所占的比重越来越大。如何根据用户的需求开发出高效实用的地理信息系统是很多开发者最为关心的问题，目前应用型GIS的开发主要有以下几种方式：(1)独立开发这种系统式指不依赖于任何地理信息系统开发组件，完全从底29 河北科技大学硕士学位论文层开始进行开发的地理信息系统。从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的这些过程都由开发者独立设计完成，然后选用某种程序设计语言，如VisualC++等，在一定的操作系统平台上通过编程实现。这种开发方式不依赖于任何工具软件，具有较高的自由性，便于开发者充分发挥自己创造力，开发出的产品更具有针对性。但是同时这种从底层开始的独立开发，对开发者的能力、时间等多方面都提出较高的要求，如果丌发者的基本能力达不到用户的要求，可能最后开发出的产品反而不如一些商业化的GIS工具软件。(2)单纯二次开发指基于GIS平台软件所提供的丌发语言进行的应用系统开发。大部分GIS平台软件都为用户提供了进行二次开发的脚本语言，如ESRI的ArcView提供了Avenue语言，Maplnfo公司的MaplnfoProfessional提供了MapBasic语言等等。用户可以利用这些专业的开发语言，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式较之独立开发的方式更方便、快捷，但由于这种开发是基于特定的平台语言的，所以这种丌发方式具有一定的局限性，所开发出的应用系统离不开平台语言的支持，同时开发的功能也受到平台软件的限制，因而基于这种开发模式的地理信息系统并不是很多。(3)基于GIS组件的二次开发大多数GIS软件产商都提供商业化的GIS组件，如ESRI公司的MapObjeets、Maplnfo公司的MapX等，这些组件具备GIS的基本功能，开发人员可以基于通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如Delphi、VisualC++、VisualBasic、PowerBuilder等为开发平台，进行二次开发。利用GIS工具软件生产厂家提供的建立在OCX技术基础上的GIS功能控件，如ESRI的MapObjects、Maplnfo公司的MapX等，在Delphi等编程工具编制的应用程序中，可以直接将GIS功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。(4)三种实现方式的分析与比较由于独立开发难度太大，而单纯的二次开发受到具体的编程语言的限制，这就对程序员提出了较高的要求，不仅要求程序员重新熟悉一门新语言，还要了解庞大、复杂的函数库、命令库。这样结合GIS工具软件与当今可视化丌发语言的集成二次丌发方式就成为GIS应用丌发的主流。它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用可视化开发语言所具有的编程功能强大、高效、方便等优点，可以大大地提高应用系统的开发效率，系统可靠性好、并且具有良好的可移植性、便于维护。3．3系统数据库的构建地理信息系统在构建时所需的数据量庞大，各种数据纷繁复杂，因而GIS数据库在构建时需要考虑到很多因素，既要考虑数据本身的特点，同时又要兼顾系统应用的需要。而从地理信息系统的整体组建来看数据库的构建在整个体系中起着至关30 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计重要的作用，它的构建是否合理将直接影响到系统的性能。所以数据库的构建是系统设计的关键所在。系统的数据库一般可分为两种：空间数据和属性数据。空间数据记录实物的位置，数据数据记录实物的具体属性。在进行数据库设计时，通过数据分层、图层管理、属性编码和空间索引设计，建立空间数据库，然后进行属性数据库设计，最后建立空间数据库与属性数据库的连接关系。本系统数据库的具体结构如图3．3所示。．图3-3系统数据库结构示意图3．3．1空间数据的组织与管理本系统的空间数据主要包括图形数据和少量的图像数据。其中图形数据是系统建立的关键，图形数据涉及到点、线、面等多种类型的数据文件。本系统所采用的图形数据是河北旅游职业学院的校园规划图。在处理图形数据时首先要利用AutoCAD对电子规划地图进行预处理，这就需要在AutoCAD的图形编辑环境下对各图层的点、线、面进行加工，例如对闭合多边形线条的连接、对线段断开的处理、对图层的分类、对线段交叉点的处理等，其中图层的分类对最终数据的导出至关重要，因为每一个图层都代表着一类专题信息，各个图层都对应着相应的线型、符号、颜色等。只有对原图的图层进行了明确的分类才能按要求导出，才能够保证专题图层要素的完整。本系统将校园分为水域、道路、宿舍楼、公共设施、教学楼等专题图层，最后利用ArcView软件对所获得的数掘进行数据转换，得到MapObjects能够识别的shape文件。空间数据按照专题进行分层组织可以适应系统数据分类管理的需要，便于对相应的专题数据进行管理、分析和应用。一般分层基于以下原则：便于信息的检索和应用；便于拓扑关系的建立；便于空间信息的处理。本系统一共将校园信息分为五31 河北科技大!学硕十学位论文层。每一层都以不同的颜色显示。如表3．2所示【541。表3-2校罔信息分层设色一览表层名内容符号颜色JXSSL教学楼、宿舍楼面状灰白LD绿地面状绿色。HL河流面状深绿．DL道路线状浅蕊GGSS公共设施面状蕊色XYLK校l剥轮廓线状紫色3．3．2属性数据的组织与管理属性数据库管理子系统是进行数据存储、分析、查询、更新等操作的基础，也是整个系统的重要组成部分。本系统的属性数据中包含了两类属性数据：一类是空间属性数据，指的是地图实体的属性数据，比如教学楼的层数、建筑面积等。另一类是非空间属性数据，这部分一般有学生的个人信息、院系的基本信息、课程信息笙【55】寸O(1)空间属性数据的组织这里面的属性数据是与空间数据相对应的，系统的六个图层每一层都对应一个属性表，属性表的制定是按照系统的需求来做的，例如教学楼层和道路层的属性表如下表所示：表3．3教学楼、宿舍楼图层属性表图形建筑属性名编号ID名称层数用途链接图片类别面积时间类型整数字符串整数字符串整数实数字符串表3-4道路图层属性表图形建筑文字属性名编号ID名称路宽链接类别时间说明类型整数字符串整数字符串实数字符串32 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计其他的图层属性表与上述图表类似。链接项一般用于连接图片、文字说明信息等，这样更方便查询。Mapobjeets采用的是关系模型的数据库管理方式，这种管理方式主要采用的是通过ID属性来建立空间数据与属性数据的对应关系。此方式已经被大多数的GIS软件所采用，它的算法及数据管理的方法也越来越成熟、高效。2、非空间属性数据的组织这类数据是以关系数据表的形式存储在Access数据库中，对于这类数据系统中常见的有学生信息表、宿舍信息表、课程信息表、教师信息表等。这些数据的逻辑结构可以用E—R(实体一关系模型)图来加以阐述，如图3．4所示。本系统中为了更好地实现数据的查询、分析等功能，我们对上述信息表的具体内容做了如下的设计。如图3．5所示。图3-4实体间的基本E-一R模型实例33 河北科技大学硕士学位论文图3．5E—R模型中的实体属性图34 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计3．3．3数据的分类编码校园地理信息系统虽然只涉及学校的一些信息，但是学校内部涉及的人员、实体众多，相当于现实社会的一个小的缩影，因而信息量仍然可用“海量”来形容。这些种类繁多的信息的管理、应用直接关系到地理信息系统运行效率。而要实现数据的有效管理，对数据进行分类和编码是必不可少的一个过程，地理信息的分类和编码是其入库之前必须要完成的一项任务。数据的分类主要是将不同种类的数据区分开来，保障数据的有序管理。本系统在数据信息分类时对空间信息主要采用的是树形结构的分类方法，将矢量信息按图层逐级分类，形成串并结合的树形结构，树形索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，但是树形结构编码的工作量很大，费时费力，容易出错。对属性数据的分类一般就是面向对象分类，每一个对象对对应着一组不同的属性项，他们之间不相互重复、不相互交叉。数据编码主要是将分类的结果以一种容易被计算机识别的符号体系表示出来，简单的理解就是将其“数字化”为计算机语言。编码是将各类信息按约定的标准分别赋予不同的代码加以区分和识别，比如一条路、一栋建筑、一片水域进行标识。下面是本系统中部分数据在Access数据库中设计的表格。表3．5学生信息表设计字段名称数据类型可否为空说明xsxh数字NotNuIl学号xsxb文本Null性别Xm文本Null姓名b‘ibh数字Nul|班级编号xbbh数字Null系部编号zybh数字NulJ专业编号表3-6建筑物属性信息表设计字段名称数据类型可否为空说明备注．izwbh数字NotNull建筑物编号jzwmc文本NulI建筑物名称lcs数字Null楼层数整数Jzml数字Nu】l建筑面积保留1位小数vt文本NulI用途说明35 河北科技大学硕士学位论文垫P墼兰型!!!璺盐I墨11笠墅笙-_l__-●_●-____●_■_____‘●_o■o__■●____■●●-●●■●■■■_●___o■o●Io●-_●__■■●_l_●I●■l_l_■■P■●__■__■l●●●lI●__■●I●■o●■●■■_●_●●●一表3．7宿舍信息表设计字段名称数据类型可否为空说明ssbh数字NotNull宿舍编号jzwbh数字’Null建筑物编号Oh数字。Null房间号rs数字Null人数cyl文本Null成员Icy2文本NuIl成员23．4系统功能的开发河北旅游职业学院校园地理信息系统的功能丌发是本系统中一个非常重要的环节，它是在充分考虑系统需求及学校具体情况的基础上，结合具体的开发工具来完成的。河北旅游职业学院校园地理信息系统将校园的空间数据与属性数据充分结合，并加以空间分析功能，在可视环境下解决了校园信息的查询、管理及校内资源的优化配置等实际问题。系统功能模块的具体设计如图3--6所示。(1)数据管理功能。根据系统需要输入、输出图形或者属性数据，数据的编辑、修改等功能。(2)电子地图功能。根据用户需要通过系统工具实现图层的增加、删除以及地图的放大、缩小、漫游、打印等功能(3)查询功能1)图形信息查询可直接查询图上对象的属性，即由空间信息到属性信息的查询，也可以反过来利用属性表的相关属性去查找图上的校园实体，即从属性信息到空间信息的查询。充分实现了双向查询的功能2)宿舍信息查询，可以根据所输入的宿舍编号查找到宿舍相关成员的信息，也可以通过通过学生本人的信息查找到其所在宿舍的相关信息。3)学生信息查询，主要就是通过输入学生的学号查询到学生本人的相关信息，并能通过其中透露的空间信息对其空间位置进行分析，从而实现了对学生档案信息的地理定位。4)课程信息查询，主要是对学校所丌设的课程信息进行详细介绍，包括课程名称、上课时间、本学期的上课对象、任课老师、学分等基本信息。5)教师信息查询，主要是可以查询相关教师所讲授的课程、所属系部、教师36 第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计的研究方向及教师的职称等相关信息。6)空闲自习室查询，用户可以设定固定的时间条件去查询在相应时间段内的空闲教室，方便学生和教师查找教室，有利于资源的优化配置。(4)空间分析功能最短路径分析功能可以帮助用户使用该系统查出从某地出发到目的地的最短的路径，并在图上显示出来，这样可以让最短路径直观地呈现在用户面前。同时也为城市的数字化工作提供了很好的实验工作。(5)三维虚拟场景的显示本系统初步实现了简单的三维虚拟校园漫游功能。图3-6系统功能模块3．5系统的实现3．5．1系统的详细开发思路本文结合河北旅游职业学院校园信息管理的具体特点，在充分研究系统具体需求的基础上，根据所采用的VB+MO软件开发平台【561，制定了出详细的设计开发流程，包括制定系统结构、界面设计、各个功能模块的实现方法等，系统总体设计思路如图3．7所示【57】。3．5．2系统的具体实现本系统以校园的规划平面图为基础，在矢量图上展示了校园内的教学楼、宿舍楼以及绿地、河流等实体信息，并充分利用了GIS的可视化特点将空间信息和属性信息相结合，实现了空间属性信息的双向查询功能。同时还实现了空间的最短路径分析和虚拟校园的漫游等功能。37 河北科技大学硕士学位论文系统的功能模块分为数据管理模块、信息查询模块、电子地图模块、空间分析模块和三维虚拟显示模块五个部分。具体实现过程如下1)系统的登录界面。系统启动时会出项如图3．8所示的界面，界面上显示了系统的名称河北旅游职业学院地理信息系统以及系统的更新时间。I系统功能需求分析图3．7系统设计流程图2)在点击确定后可以进入系统的主界面，如图3-9所示。系统总体界面主要包括菜单栏、工具栏、地图。菜单栏主要包括电子地图、查询、空间分析与输入输出、三维虚拟漫游、用户管理几个菜单。菜单栏中的电子地图包括地图的放大、缩小、漫游等功能。查询主要包括空间属性数据的双向查询功能、学生、宿舍、教师、课程信息、空闲教室的查询功能。菜单中的空间分析功能可以实现最短路径查询。三维虚拟漫游可以实现简单校园三维虚拟漫游功能。38 +、’＼d立色口≮剀3-8系统登录界面豳涵．1图3-9系统的主界面3)信息的输入输出功能主要是涉及到属性信启、的输入、编辑、维护及相关信启、的输出等功能。图3．10是系统的输入模块示例39一一蓍一．鬈尊t_o窟0¨、鏊～墓 河北科技大学硕士学位论文+、一、一二出ok图3．10属性数据编辑示例4)电子地图的漫游功能。我们可以直接选取工具栏中相关工具来实现校园地图的放大、缩小以及地图漫游的功能，包含放大、缩小、拖动四个子菜单项，分别控制放大显示鼠标框取的地图部分、鼠标点击放大地图、鼠标点击缩小地图、鼠标拖动地图功能。图3．11是整体缩小示例§’。o‘。。。_．?。?“7．⋯’一71‘一”+’_‘’。14j一‘崮国奠’+、一、．d垒己。太图3．11校园地图的缩小实例5)信息查询功能。本系统容纳了大量的校园信息，包括图片资料、文本资料及相关地理信息的属性数据等，本系统实现了各类校园信息的快捷查询。一方面，通过鼠标点选地图上的相关实体图可以快速显示该实体的属性信息，同时附以图片的形式显示各种设施的景观图。另一方面我们可以直接查询一些主要包括的属性查40 第3章基于Mapobjects的校园地理信息系统的总体设计询、学生信息、课程信息、宿舍信息、教室信息、教师信息等。匿蔓：!：!!薹!i蔓!羔鳘羔篓：一篓1j1。。’妻辫爹篓童鐾。曼蔓麓l鬻j妻受薹蓉签篓垄辫f闺I鎏建筑物编号{-一一j建筑物名称楼层数建筑面积1用途006图片角Fil!一～～一3．1罢--乏泛弓弓平隽米厩军F一一一图3．12属性信息查询P’“j。o／，一～．‘一‘；一一-。’⋯4t．‘。：一⋯一．1-。-．、^，o{9：}，．·j。～。’．一l-o⋯⋯⋯～一“f．^⋯～。～～，，～v，．～一⋯一一v一^“_-一t*-⋯』⋯+、一＼一o◇≮t，瘟西羔图3．13宿舍信息查询41 照黧鐾瓮霪篓1：i竺篓≥釜篓!爹璧磐i等鹫黧§蘩鬻篓；孥璧壁骥蠹蓬蝼-、一、d边固、图3．14学生信息查询盥翌鬻磐登鏊堂”芗警翼?j鼍鬻冀鬻雩稳灏翮簸溅旗蕾辨誊瓣《瓣黼戮缀嬲夏爱糍矮国i蠹耍产⋯_—__—由h——～—叫—_—_‘__—曲叫凶“—▲——～⋯⋯～砷—～⋯“——㈧⋯—o⋯～—如一j=!黑曼苎巴皇!蔓：+、一、矗o’f—K图3—15教师信息查洵6)空间分析功能。空间分析模块在对Dijkstra算法和Floyd算法比较的基础上，分析比较了各自的优势，采用了Dijkstra最短路径分析算法，实现了系统的最短路径分析功能。此外系统还可根据课程分布情况以及选课学生的分布情况，对课程和教42 ——第3章基于Mapobjects的校同地理信息系统的总体设计22。。。222222222—==——=——=—————————=——=：：：；：：：：；：：室进行分配，使得学校的相关资源实现优化配置，比如可以使学生尽量在两节课之间不调换教室或者走最短的路径去上下一节课。图3．16是最短路径分析示例+、一＼一三立≮一-失銎：≥耋!黧：叠：二j篓毫墨■j’：。■冀．蔓j_：{|：：．o+：譬誓I隘凿o⋯一⋯一一”⋯一⋯⋯～··一一～．⋯‘：：■IL=J‘一。图3—16最短路径分析实例7)三维虚黧焦凰埋堂黧熊搏过飞行模式实现简单的三维虚拟场景中漫游校园。二⋯．一i·‘一一1～’i#““7r～"’．⋯·。·c--一．．～．，、．’’一⋯⋯⋯；。’-一≯：．。‘，3．6本章小结图3—17简单的三维虚拟校园漫游本章在分析如何合理选用丌发平台、丌发模式、丌发语言和数据库的基础上，以河北旅游职业学院校园地理信息系统建设为例，给出了一种基于VB+M印objects的校园地理信息系统的实现模式，同时充分考虑了空间信息的高效查询和最短路径等空间分析的高效实现。43 河北科技大学硕士学位论文结论社会的信息化管理将是今后整个社会发展的一个方向。而高等学校作为信息化的前沿阵地，其信息化管理的作用和优势也R益凸显。引入GIS的校园智能管理系统给校园的信息化管理带来了一个全新的定位。这也是近年来GIS研究的一个热点之一。本文系统的论述了建立数字化校园的意义，对数字校园的发展现状给予了详细的分析和阐述，同时对构建校园地理信息系统流程、数据库的搭建、关键技术的实现都进行了详细的分析，最后以河北旅游职业学院为例采用VB+MO的开发方式进行了GIS二次_丌发的实现。(1)论文的主要工作及研究成果本文主要围绕着河北旅游职业学院的校园信息管理的构建展开分析研究，主要讨论了智能校园信息系统的设计和实现所涉及的相关理论和技术。本文的研究工作及成果主要涉及以下几方面内容。1)从地理信息系统的角度出发，系统地阐述了地理信息系统的发展现状及趋势，同时结合了社会和学校的发展现状详细地分析了校园地理信息系统所面临的发展机遇及发展现状。2)本文详细探讨了构建校园地理信息系统所需的地图矢量化处理技术、数据库技术、组件式技术及空间分析所涉及的算法等内容，为河北旅游职业学院校园地理信息系统的构建建立了强大的技术支撑平台。3)顺利搭建了河北旅游职业学院校园地理信息系统平台。在对学校的相关情况进行分析的基础上，面对学校扩大后的具体需求，在VisualBasic6．0和MapObjects软件构架的基础上，结合Arcview及数据库相关技术实现了河北旅游职业学院校园地理信息系统的构建。在可视环境下实现了数据管理、信息查询、电子地图功能、空间分析和三维虚拟漫游的GIS基本功能。为GIS在校园的具体实践提供了一个现实的研究范例。(2)系统存在的问题与展望实现校园的全面信息化管理是学校管理中面临的一项长期而复杂的工作，不可能在短时间内构建出令用户完全满意的系统。由于时间精力有限，本文虽在GIS的基础上搭建了简单的校园地理信息系统，但是在很多方面的工作并不完善：1)本系统中未涉及到后勤管理所涉及的内容，比如地下管网管理系统的构建，学校食堂管理系统的整合。这也将是今后本系统所需要面临解决的一个问题。2)校园地理信息系统的网上发布。网络化是其今后的发展的一个重要方向，只有真正实现了信息系统的网络化管理与应用，才能真正体现出系统的价值，才能有效地促进校园的信息化管理进程。3)三维地理信息系统是当今GIS研究的热点之一，本系统虽然通过VRML实44 结论蕾蕾墨—墨_墨—__-篁昌毒毒簟昌_昌l__l—_昌皇昌置昌昌E昌—-_l瞄皇昌皇皇昌篁●一-一_鲁蕾置昌葛昌曩墨—-蠢昌置置昌；j昌=目昌毫I皇l昌昌=皇嗣_目I现了简单的三维校园漫游功能，但从实质上来看所涉及的GIS三维处理技术远远不能满足当今的发展需要。因而对三维校园地理信息系统的研究将是今后系统开发的一个重要方向。海量数据的存取技术、高效的空间查询和空间分析技术，都在不断的推出新的算法，这些基础理论技术的发展让GIS的运行效率有进一步的提升，这都为GIS的发展提供了广阔的前景，也是今后GIS发展所必不可少的研究内容。45 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