毕业设计（论文）-计算机在城市管理中的应用.doc

计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 1 标 题：计算机在城市管理中的应用 专 业：计算机应用 考生姓名： 导师姓名： 起止时间：2003.9-2005.9 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 2 摘摘 要要 城市的发展，必然带来诸如水源缺乏、用地紧张、交通拥挤、能源不 足、环境污染等一系列棘手的城市问题，这给城市建设管理和规划提出 了更新、更高的要求，而多年来城市建设管理和规划工作面临的一个难 题是对现状信息的收集、分析、整理工作相当复杂而繁琐。为适应现代 城市发展的客观要求，在城市建设和管理中必须寻求新方法的应用，计 算机技术的应用使城市建设管理和规划走上自动化、定量化、科学化的 轨道就成了必然。 本文探讨了计算机在城市土地利用、交通控制中以及在其他城市运 行中的运用。尤其是分析了城市 gis（geographic information system）这 种包罗万象的技术，gis 依赖于城市地理空间，由多层类社会、经济技 术图文信息组成，以计算机技术为主要支撑工具，人机结合组成的综合 信息系统，可广泛应用于城市规划、建设和管理各个领域，从而为政府 部门进行城市规划建设决策提供准确的资料、档案、使城市管理从定性 逐步走向定量化。 最后说明通过计算机技术建立统一的城市建设管理和规划信息系 统，不仅将城市各部门的大量信息统一集成，避免了信息采集的重复性 和不一致性，同时，集成的信息又为部门提供共享服务，大大提高了信 息的利用率。这表明，计算机技术在城市管理中的应用，对于城市的可 持续发展提供了坚强的技术保证，也为落实科学发展观，加快城市的发 展，起到了极大的促进作用。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 3 关关键词键词： ：城市 gis 城市管理 可持续发展 科学发展 abstract its certainly that the development of city may cause many serious problems such as the scarcity of water resource and fields、traffic jam、the inefficiency of resources、environment pollution and so on, which require more sufficient constructional management and scheme of cities. at present, one of the obstacles the constructional management and scheme of cities facing is that the gathering, analysis and management of information is so complicated and complex. in order to meet the requirement of modern citys development, new methods must be used in city construction and management. so its necessary that the applying of computer has made the city construction and management become automatic, quantitative and scientific. this article discusses the applying of computer in city fields、 traffic control and other city works, especially the gis. gis is made of multi layers social and economic hieroglyph information, depending on city geography and computer. this complex information system can be widely used in city scheme、construction as well as management, and it can provide government with precise datum and files to make city construction and scheme, which may change city management to be quantitative. using computer technology to construct city management and scheme system can gather large amount of information, avoiding repetitive and inconsistent information gathering. meanwhile, those gathered information has enhanced the information usage. all of these has manifested that the applying of computer technology in city management has provided strong technical guarantee for city persisting development and enhanced city development greatly. key words： ： gis、city management、persisting development、scientific development concept 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 4 目目 录录 摘摘 要要2 目目 录录4 第一章第一章 序论序论5 1.1 研究目的5 1.2 研究意义8 第二章第二章 计算机技术在城市土地管理中的运用计算机技术在城市土地管理中的运用9 2.1 土地面积的计算机量算与统计.9 2.1.1 图形计算机量算原理9 2.1.2 图形计算机量算精度对比.10 2.1.3 ace/info 图形拓扑关系与图形面积综合处理 .11 2.2 规划方案辅助决策12 2.3 土地利用计算机辅助地图制图13 2.3.1 计算机辅助地图制图优越性.13 2.3.2 mapgis 软件辅助制图概述14 2.4 小结15 第三章第三章 计算机技术在城市交通管理中的运用计算机技术在城市交通管理中的运用16 3.1 交通运输规划问题.16 3.2 基于 gis 技术的交通运输规划 18 3.2.1 现有运输资源数据库的建立18 3.2.2 模型库的建立与交通运输规划.20 3.3 小结22 第四章第四章 结论结论23 4.1 研究体会23 4.2 研究展望24 致致 谢谢25 参考文献参考文献26 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 5 第一章第一章 序论序论 1.1 研究目的研究目的 现代城市是拥有高度密集的人口、建筑、财富和信息形 成的一个时间、空间和物质的动态开放系统。因而，现代城 市建设管理和规划是对现代化的交通流、能源流、商品流、 信息流和人口流进行的包括物质形态、社会经济的规划和管 理的系统工程。其中，计算机作为系统信息存储和分析应用 提高了信息大、速度快的载体和处理手段，信息论、系统论、 区位论、模式识别等为系统提供了新的理论和方法，多层次 遥感和遥测手段为系统提供了新的信息源，计算机图示和脊 柱制图方法提供了更直观的表现形式1。本文将从以下几大 方面对计算机在城市管理中的应用进行深入的探讨。 首先，作为城市管理中重要的环节，对城市空间（包括 土地）的有效管理越来越受到重视，地理信息系统（gis） 随即成为城市管理中的重中之重。gis 是反映人们赖以生存 的现实世界（资源与环境）的现实和变迁的各类空间数据机 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 6 描述这些空间数据特征的属性数据在计算机软硬件的支持下， 以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技 术系统，使现实世界整个或部分区域的资源、环境在计算机 中的缩影。gis 按其范围大小可分成全球的、区域的和局部 的共 3 种。gis 一般具有公共的地理定位基础、信息的标准 化、数字化和多维结构等特点。已由 1963 年加拿大测量学 家 r.f.tomlinson 首先提出 gis 这一术语,并建立了世界第一 个 gis 系统加拿大地理信息系统(cgis),发展到现今的网 络 gis 技术,到目前为止世界上已研制了数百种 gis 基础与 应用软件。其中具有代表性的有:美国环境系统研究所(esri) 的 arc/info 软件系列及 mapinfo 公司的 mapinfo、澳大利 亚 genasys 公司的 genamap 软件系列、 transcad、igds/mrs、tirls、microstation 和 sicad 等。 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在世界的普及, gis 将深入到各行各业乃至各家各户,成为人们生产、生活、 学习和工作不可缺少的工具和助手2-4。 在人类生存所必需的物质条件中，尤其在城市中，土地 占有特别重要的地位。我国古代著名学者管仲有云：“地者， 万物之本原，诸生之根苑也” （管子校正卷 14） ；马克思 亦指出：“土地最初以食物、现成的生活资料供给人类，他 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 7 未经人的协助，就作为人类劳动的一般对象而存在” 。 （资 本论第一卷） 。十分珍惜每一寸土地，合理利用每一寸土 地，是我们的国策。科学决策离不开科学技术，根据中华 任民共和国管理法的规定，各级人民政府必须编制土地利 用总体规划，并强调规划的科学性与实用性5。 gis 实际上是对地理环境有关问题进行分析和研究的一 门学科。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种 要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据进 行数字存储，发展到各种分析和处理功能，建立有效的数据 管理系统，通过对多要素的综合分析，方便快捷地获取信息， 满足应用或研究的需要，并能以图形和数字的方式来表示结 果，所以，gis 也是一个计算机化的地理信息的数字分析处 理系统。而土地利用和开发，恰恰是 gis 最早的开发动机， 在我国开展土地资源调查，土地利用总体规划中不约而同地， 都迅速将 gis 直接运用于生产实践当中6-8。可以认为地理 信息系统(gis)是反映人们赖以生存的现实世界(资源与环境) 的现势和变迁的各类空间数据,及描述这些空间数据特征的属 性数据在计算机软件和硬件的支持下,以一定的格式输入、存 贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统9。 其次，城市管理中另一重要的内容即交通运输管理。交 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 8 通运输规划是实现交通运输资源的合理利用与最佳配置的基 本保证，其根本任务是按照社会经济发展模式和趋向，设计 合理的交通系统，以便为以后土地利用与社会经济活动服务， 满足社会和经济发展的需要，基于现有交通运输资源来探索 最好的解决方案，通过制定目标并设计达到目标的策略或行 动。 1.2 研究意义研究意义 基于以上分析，本文将对计算机在城市管理中的运用趋 势进行分析预测，寻求其发展的规律性本质。这种规律性本 质是未来城市发展所依循的原则，并且对构建社会主义和谐 社会，实现城市的和谐发展具有重要的现实意义。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 9 第二章第二章 计算机技术在城市土地管理中的运用计算机技术在城市土地管理中的运用 近年来,土地被非法占用和浪费的现象十分严重,对农业 和国民经济的发展影响很大。除了对土地进行集中管理外， 编制土地利用总体方案,严格按计划使用土地是保证土地资源 得到有效利用和可持续利用的得力手段。在编制方案与土地 利用的研究的过程中,目前更多采用地理信息系统(gis)技术, 解决土地利用研究过程中的部分技术难题,如图形面积快速准 确量算与统计和计算机辅助制图,大大提高了土地利用方案的 技术含量和可操作性。土地利用研究过程中需要处理大量与 土地相关的数据如土地面积、人口、社会经济数据、图形数 据等,其中图形处理最为关键。因此配备了以图形处理为中心 的软硬件体系,包括主机、calcomp 数字化仪、hp750c 喷墨 绘图仪、mapgis、ace/info 软件及 c 编程语言等。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 10 2.1 土地面积的计算机量算与统计土地面积的计算机量算与统计 2.1.1 图形计算机量算原理图形计算机量算原理 城市土地面积统计是城市土地管理的重要内容之一。现 阶段的土地数据大多数是逐级上报的统计数据,而很少经过测 量,因而统计数据与图形面积存在一定的误差,随着年代的推 移这种误差将增大。在图形与统计数据之间,人们一般重视后 者而忽略前者。主要原因是图形面积不容易量测,土地图形实 际数据与统计数据的统一是土地管理工作的要求。地理信息 系统技术的应用使用图形面积的量算从速度上和精度上都得 到大幅提高。采用基于矢量数据的地理信息系统软件,其原理 是对不规则图形进行分割,把不规则的几何图形分割成若干个 规则的几何图形,把任意形状的图斑面积、曲线长度量算的问 题转化为对规则几何图形的计算,从而解决土地面积、线状地 物准确量算的问题。 2.1.2 图形计算机量算精度对比图形计算机量算精度对比 目前对图形的量算主要有 3 种方式。一是用方格法量取 面积,用分规量取曲线长度;二是用电子求积仪量面积,曲线仪 量曲线长度;三是用计算机量取面积及曲线长度。第一种是较 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 11 早出现的方法,精度较低,速度很慢,这里不作比较,只比较后两 种,并把第二种暂称为传统量算法,第三种称计算机量算法。 为了使两者具有可比性,选择圆形、长方形、三角形、梯形四 种规则图形,先算出它们的理论面积和轮廓的周长,并用一正 弦曲线与轴构成的范围来模拟非规则图形,用求积分方法得 出其理论面积,再用前述的两种方法分别量算各图形的面积与 周长,然后求各量算值与理论值之间的误差。 2.1.3 ace/info 图形拓扑关系与图形面积综合处理图形拓扑关系与图形面积综合处理 以上地块面积量算是指其形状表示为几何面状的地块,如 果实际地物由于其宽度太小而不能以面积的形式(只能用线的 形式)表示于图上,如城市简易道路、简易公路、河流、沟渠 等,其面积就要另外计算。这些线状地物宽度虽小,但其数量 大,所占的地面面积也不小,使用土地类型图计算的面积应扣 除每一地块中所包含的线状地物的面积。一条线状地物可能 会经过很多个不同种类的地块,某一地块可能有多种不同类型 的线状地物经过,若没有好的手段来处理,其难度、工作量和 精度可想而知。实际工作中作者使用 arc/info 具有的图形 拓扑处理等功能,可实现线状地物面积自动扣除(如图 2-1)。 图 2-1 基于 arc/info 的 gis 设计方案 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 12 2.2 规划方案辅助决策规划方案辅助决策 对城市土地进行科学管理，较为重要的一个途径即城市 土地利用总体规划。城市土地利用总体规划是在现有土地利 用现状的基础上,根据当地的经济发展的需要以及政府的调控 指标综合考虑,制定出科学、合理的规划方案。各种预测指标 如未来人口数量、未来城市发展用地量、交通发展用地量等, 都可以用专门的模型进行预测,政府也有各种用地的规划控制 指标。规划方案不仅有文本,也需要表现在地图上。把各种规 划指标具体落实在地图上,主要解决规划要素在什么地方和量 (形状与大小)是多少的问题,实现规划指标与其图形分布合理 和吻合是最困难之处。由于规划方案一般均有多次反复,手工 操作的难度、工作量很大,精度更难以保证。使用 ace/info 等 gis 软件,可把等高线、交通线、地类等要素集成于同一 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 13 图形环境中,规划者可以参照各要素确定规划要素的合理分布 位置与分布范围,可方便地修改图形,各规划要素确定后,再采 用前面所述图形面积计算与统计方法得出规划方案各地类图 形面积指标,若不合理,则再重复以上步骤,直至合理。 2.3 土地利用计算机辅助地图制图土地利用计算机辅助地图制图 2.3.1 计算机辅助地图制图优越性计算机辅助地图制图优越性 土地利用研究中大部分成果与数据如土地利用现状图、 总体规划图、基本农田保护区图等,都要以图形方式表示。因 此,从地图编制手段来说就应该具有很高的灵活性,很强的稳 定性,快速及高质量的特点。对于手工制图来说,对颜色单一 的线画图,有较好的制图稳定性,但对于多色块状图在同一幅 图内也难保证其稳定性,更不用说制作不同图幅、不同时期的 地图,而且手工制图一旦完成,几乎无法修改,若重做其工作量 很大,制图时间很长。印刷制图虽有很高的质量,但其制版过 程时间很长,修改极为困难,每一次修改均要重新制版,费用十 分昂贵。以处理图形数据为主要任务的 gis 技术,具有数字 制图的功能,采用数字量化方式对制图要素进行定义,它对图 形可以做到“无痕”修改,对图形的各种变换(如字体大小、 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 14 地物色调、比例尺等),几乎与工作量无关,一旦图件成型,则制 图效果与时间无关,与操作员无关,质量极为稳定,重复制图耗 时很少,费用很低,实践证明, gis 辅助计算机地图制图是编制 土地利用总体规划图件的最佳选择。 2.3.2 mapgis 软件辅助制图概述软件辅助制图概述 mapgis 是国内市场占有率较高、功能强大的计算机地 图制图与地理信息系统结合型软件,与 ace/info 软件配合 使用,可以快捷方便地完成制图任务，如图 2-2。该软件有图 形数据输入,图形数据编辑、图形拓扑处理,矢量图形数据光 栅化处理与彩色输出等模块,图形颜色的屏幕输出控制和打印 输出都采用减色法合成原理。 图 2-2 mapgis 总体结构图 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 15 2.4 小结小结 在土城市地利用研究中应用地理信息系统技术,体现了明 显的优势,其图形处理功能提高图形量算能力,大大加快成图 速度,提高数据的精度,使规划方案的制定更为科学、合理、 高效。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 16 第三章第三章 计算机技术在城市交通管理中的运用计算机技术在城市交通管理中的运用 在一定的经济发展阶段,需要有一定水平的运输能力与之 适应，以便最大限度地发挥一个国家或地区的潜在经济能力。 在我国,随着经济的快速增长，导致对运输需求的急剧扩张， 而我国的运输业目前仍处在初级阶段，运网能力不足，运输 供给短缺，运输能力不能适应经济发展水平，需要大力发展 交通运输事业。但交通运输业需要聚集大量资金，面对我国 目前资金紧缺的实际情况，倘若大规模上新线，不太实际。 因此，应从现有运输资源出发，进行交通运输的合理规划以 使现有运输资源合理配置，从而更大限度地发挥其效力就显 得尤为重要。但我国交通运输规划仍处于以定性分析为主， 辅以定量计算，来推测未来的交通需求量，其理论方法，以 及技术手段不仅完善。随着现代科学技术的发展，尤其是计 算机的普及，地理信息系统的日趋完善，为交通运输提供了 一条崭新的途径。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 17 3.1 交通运输规划问题交通运输规划问题 交通运输较为集中的地方为城市，城市交通的合理管理 成为改善交通运输状况的有效途径，而交通运输规划在城市 交通管理中的作用是极为重要的。交通运输规划的根本任务 是按照社会经济发展模式和趋向,设计合理的交通系统,以便 为以后的土地利用与社会经济活动服务,满足社会和经济发展 的需要,本着现有交通运输资源来探索最好的解决方案,通过 制定目标并设计达到目标的策略或行动。具体内容有:交通量 的产生(运输需求预测)、交通量的分布(o-d 流的形成)、运 输方式选择、运量分配(路径选择)、道路建设、土地利用、 路网规划、运输设计、编组计划及运行图的编制等。交通运 输规划的实质就是根据未来的运输需求分配合适的运输资源, 以实现运输资源的最佳配置以及高效利用的问题,使人与物的 位移安全和经济,并使环境不受破坏与污染。要制定合理的规 划,必须先预测未来的运输需求情况,并了解现有运输系统的 状态和土地利用情况,目前交通路线及设施是否合理,是否足 够并进行综合、定量分析,然后提出改进措施,以适应当今以 及将来发展的需要。总之,运输规划主要解决两方面的问题, 一是预测未来的运输需求情况,二是了解与分析现有运输资源 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 18 状况,而不管是运输需求还是运输资源都具有很强的空间特性 (均分布于特定的空间位置上),并有丰富的社会属性,所有这些 都涉及海量的空间数据与属性数据,如果仅靠人工手段处理这 些数据将是非常繁重而又低效率的。gis 具有强大的空间数 据与属性数据综合处理能力（如图 3-1）,若能借助 gis 技术 处理运输规划中的海量数据,运输规划工作将大大简化,并更 具高效性与科学性。 图 3-1 空间数据在 gis 中的处理过程 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 19 3.2 基于基于 gis 技术的交通运输规划技术的交通运输规划 3.2.1 现有运输资源数据库的建立现有运输资源数据库的建立 (1)数据来源 交通运输资源数据库数据来源有如下 5 种: a.基础制图数据,包括地形数据和人文景观数据,主要取自 现有地图条例,其产生有两种基本格式,即图形结构和拓扑结 构。 b.自然资源数据,主要是指与现有运输资源相关的各种自 然资源数据,如:土地利用,道路覆盖数据集合(在美国,这类数 据主要从 158000 彩红外航空影像上提取)。 c.调查统计数据,包括与运输资源有关的各种统计资料数 据。 d.研究区域中的海、陆、空运输网络,包括铁路、水路、 航空、管线和航海线网络。 e.其它有关规则知识数据。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 20 (2)数据的加工整理数据的加工整理是进行数据组织处理,建 立数据库的重要环节,若没有严格的数据统一格式与合理的办 法和标准,会造成数据加工的困难。 (3)数据的输入与输出上述数据源中的所有数据可分为两 大类,空间数据和与之相联系的属性数据。数据输入方法有: 键盘输入、坐标几何、手工数字化、扫描和现有的数据文件 输入。输出方式有:硬拷贝、软拷贝和电子输出。 (4)数据的检核和存贮为确保输入数据的正确性,必须对 输入到计算机中的数据进行一般检查,误差检核、输出结果与 原始资料的叠合比较,或逐行比较检核,然后再对数据进行编 辑(改错、更新),最后存贮到安全、可靠的介质上。 (5)数据的组织按一定的空间数据组织与结构方式对数据 进行组织管理,最后建立数据库。一般 gis 数据结构分为两 大类:矢量结构和栅格结构,建立的数据库的数据模型可用层 次数据库模型、网络数据库模型和关系数据库模型三种。根 据已建好的交通运输资源数据库,我们可以对其进行查询检索、 统计与分析等多种操作,这样,就可以对现有运输资源的形态 和土地使用情况有个清晰的了解,为后续规划工作做准备。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 21 3.2.2 模型库的建立与交通运输规划模型库的建立与交通运输规划 模型集中了从某一视角分析该系统所涉及的主要要素。 运输问题可以大致归并为运输需求与供给,运输需求具有如下 特性:需求的高度数量化和分散化、特定的空间分布及强烈的 动态特性;运输供给主要具有服务性与路网设施的空间分布的 网络特性。对运输问题的解决(比如进行运输规划)同样需要 借助于模型。根据交通运输规划的需要,我们可以建立如下模 型:运输需求预测模型,网络分析与评价模型,路径选择和物流 模型,分区定位模型。模型可按下面步骤建立:提出问题并进 行适当简化处理,提出恰当的假设,并利用适当的数学工具,刻 划变量之间的关系,建立相应的数学结构,并求得相应的解。 模型库建好以后,就可以同资源数据库集成,最后形成交通运 输规划的 gis 系统。 (1)模型标定 上面建立的模型系统中各个模型的自变量系数及模型中 的参数一般都为未知数,在具体应用模型进行交通规划之前, 必须对模型进行标定。模型标定一般常用现状数据按最小二 乘原理求解模型参数与系数的方法。得到模型的参数与系数 后,应先检查一下用模型计算的数据是否与现状观测的数据相 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 22 一致。 (2)运输需求预测 利用 gis 中的运输需求预测模型,结合现场采集的数据 对该区域的运输需求进行预测。具体有:交通量的产生、交通 量的分布、交通方式的划分和交通量的分配。 (3)路网规划 利用 gis 中的网络分析与评价模型,可以对现有路网进 行总体规划,并可以动态模拟车流量的变化情况,测试路网效 率,以实现运输资源的最佳配置，如图 3-2。 图 3-2 交通地理信息系统的逻辑模型图 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 23 (4)路径选择、运输方式选择 利用 gis 中的路径选择和物流模型,按给定的限制条件 (时间最省、路径最短、运输费用最低),进行自动、快速地选 择行驶路径。 (5)道路建设与维护 利用上述 gis 系统还可以进行新线的自动化选线与设计,方 便道路建设;还可以利用交通路网的属性数据库,对路网设施 进行管理与维护。 3.3 小结小结 利用 gis 进行城市交通管理及规划的主要内容是对交通 流数据与交通设施数据进行采集、存贮、管理和分析,为决策 提供依据。可以说基于 gis 的城市交通管理是一种很有前途 的管理方法,它可以让我们从地理或空间的角度认识与理解交 通管理问题,能更简单、快速和清晰的把握问题实质。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 24 第四章第四章 结论结论 4.1 研究体会研究体会 计算机技术在城市管理中的应用，对于城市的可持续发 展，落实科学发展观有极大的促进作用，具体表现在以下三 个方面： （1）在城市土地利用管理及规划研究中应用地理信息 系统技术，体现了明显的优势，其图形处理功能提高图形量 算能力，大大加快成图速度，提高数据的精度，使规划方案 的制定更为科学、合理、高效。 计算机在城市管理中的应用本科毕业论文 25 （2）基于 gis 的城市交通管理及运输规划是一种很有 使用价值的交通管理方法，它可以让城市管理者从地理或空 间的角度认识与理解交通管理问题，能更简单、快速和清晰 的把握问题实质。