（地图学与地理信息系统专业论文）基于mapobjects下的gis二次开发.pdf

摘要 地理信息系统( g e o g r a p l l i ci n f o 哪a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 作为集 计算机科学、测绘学、遥感学、地理学、环境科学、空间科学、信息管 理科学为一体的新兴交叉科学，越来越受到人们的重视，并且广泛应用 于城市规划、市场管理、国土资源调查与管理、环境监测与分析、森林 监测与管理、农作物估产、公安消防预警、交通与安全管理、配电网管 理等诸多领域。 本文简要回顾了地理信息系统的二次开发方法的发展历程，并指出 了_ 基于c o m ( c o m p o n e m0 b j e c tm o d e l ) 、o l e ( o b e c tl i n k m g & e m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 基础的组件式对象模型的开发方法是g i s 二次开 发的潮流与趋势。 作者较为详细的介绍了运用面向对象技术的m 印0 b j e c t s 开发组件 进行二次开发的方法和常用的组件属性、方法、事件的应用，并基于该 组件提供的完备的空间数据处理、分析功能，利用可视化开发工具，进 行了浏阳河地区信息系统的开发实践。该地区信息系统建设使用面向对 象的开发语言，充分利用了m 印o b i e c t s 提供的完备的空间数据的分析、 处理、显示等功能，有效地提高应用系统的开发效率，具有良好的外观 和完善的功能。用户不再需要面对复杂的g i s 概念和操作就可以适合本 系统，从而扩大了地理信息系统的应用范围。这也足当今地理信息系统 的一个新的研究领域。另外，在数据的组织和数据库的建立上作者尝试 使用新的数据组织与管理方式g e o d a t a b a s e 取得好的效果。 关键词g i s 的二次开发，m a p o b j e c t s ，g e o d a t a b a s e a b s t r a c t a sah t e r s e c t i o n a ls c i e n c e ，g i s ( g e o 斟a p h i ch l f o 咖a t i o ns y s t e m ) i s e r e c t e do nm eb a s eo fc o m p m e rs c i e n c e，t b p o g 畿l p h y，r e m o t e s e n s i n g ，g e o 掣a p h y ，e n v i r o n m e n t a is c i e n c e ，s p a t i a ls c i e n c e ，i n f o n n a t i o n a i l dm a n a g i n gs c i e n c e n o w ，g 1 si sd r a w i n gm o r ea 1 1 dm o r ep e o p l e s a n e m i o na n du s e dw l d e l ym c l t yp l a i l n m g ，m a r k e tm a n a g m 吕r e s o u r s e r e s e a r c h m g ，e n v l r o n m e mm o n l t o n n ga i l da n a l y s l s ，l a r i dr e s o u r s em a n a g m g ， f o r e s tm o n b r i n g 孤dm a n a g i n 舀e s t i m a t 讪gm ey i e l do fc r o p s ，6 r ea l a r m i n g ， 仃a m ca r i ds a f e 哆m a n a g i n 氍e l e c t r i c a ln e tm a l l a g i n ga i l ds oo n i nt h j sa r t i c i e ，t i l ea m h o rr e v i e w e dt h eh i s t o r yo f t t l ep m g r e s s e si ng i s s e c o n d a l yd e v e i o p i i l gm e t h o d s mb r i e f t h ec o m p o n e n to b j e c to r i e m e d m o d e lb a s e do nc o m 。o l ea n da c t i v e xa r e 廿1 e 打e n da 1 1 dd i r t i o no f s e c o n d a f yd e v e l o po fg i s t h ea u t h o ri l l u s t 】r a t e dh o wt ou s et h eo b j e c to r i e m e dt e c h n i q u eo f m a p o b i e c t sa n dt o o km e t h o do fd e v e l o p i n gf o re x a m p i e f u r t h e m o r e ，t h e a p p l i c a t i o no f 山ep m p e r t y e v e n ta l l dm e t h o do fc o m m o nc o m p o n e n ta r e a l s od e s c r i b e d s u p p o r t e db yv i s u a lb a s i ca n dt h e 向n c t i o n so fa r r a n g i n 舀 锄a l y s i s ，d i s p l a yo fs p a t i a ld a t ai i lc o m p o n e n t i n f b r m a t i o ns y s t e mo f l i u y a n gr j v e ra r e aw a se s t a b i i s h e d m o s tu s e r s w h i c ha r en o t f 缸i l i a rw i mt i ek n o w l e d g eo fc o m p l i c a t e dc o n c e p t 柏do p e r a t i o no fg i s ， c a nu s et h i ss y s t e m 仔e e i y t h e 印p i i c a t i o no fm a p o b j e c t si san e wr e s e a r c h f i e l do fg i s 锄de l l l a r g e sm es c o p eo fg i s a p p i i c a t i o n g e o d a t a b a s ei sa n e wo b i e c to r i e n t e dd a t am o d e lo fm a n a g m ga n do 唱a n i 五n gd a t a i f lt i l i s s y s t e m ，i tw a su s e dt ob u i l dd a 协b a s e k e yw o r d ss e c o n d a r yd e v e l o p i n go f g i s ，m a p o 巧e c t s ， g e o d a t a b a s e 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名日期：超! 年上月尘日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： i11 导师签名星! 1 2 查丝日期：垒! 年工月二坚月 中南大学硕十学位论文地理信息系统简介 第一章地理信息系统简介 1 1地理信息系统技术发展综述 1 1 地理信息系统基本概念、特征及内容 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是对地理信息进 行有效管理与处理的系统，是计算机科学同地学相结合的一个产物，通过对空间 地理分布数据进行一系列分析，为地球科学、环境科学、工程设计乃至企业管理提 供对规划、管理和决策有用的信息。它是反映人们赖以生存的现实世界的现状和变 迁等各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软、硬件的支持下， 以一定的格式采集、存储、管理、分析、查询这些空间信息的计算机综合应用系统。 其核心是“地图学+ 计算机图形学+ 数据库”，与一般的m i s 系统主要区别在于，它对空 间地珲数据具有较强的分析、处理、查询等功能。有关地珲信息系统定义比较多， 美国联邦数字地图协调委员会( f i c c d c ) 的定义如下：g i s 是由计算机硬件、软件和 不同的方法组成的一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系 统”。该系统设计来支持空间数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示，以解 决复杂的规划和管理问题。g i s 是分析和处理海量地理数据的通用技术。它集计算机 科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、信息科学和管理科学等为一体的新兴边缘 学科。在最近的3 0 多年内取得了惊人的发展，并广泛地应用于资源调查、环境评估、 区域发展规划、公共设施管理，交通安全等领域，成为一个跨学科、多方向的研究 领域。 作为一种通用技术，地理信息系统按一种新的方式去组织和使用地珲信息，以 便更有效地分析和生产新的地理信息：同时，地珲信息系统的应用也改变了地理信 息分发相交换的方式。因此，地理信息系统提供了一种认识相理解地理信息的新方 式，从而使地理信息系统进一步发展成为一门处理空间数据的学科。地理信息是有 关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和表达地理特征与地理现象之间关系的 地理数据的解释。而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括 空间位置、属性特征( 简称属性) 及时域特征二部分”1 空间位置数据描述地物所 在位置。这种位置既可以根据大地参照系定义、如大地经纬度雀标，也可以定义为 地物间的相对位置关系。如空间上的相邻，包含等：属性数据有时又称非空间数据， 是属于一定地物、描述其特征的定性或定量指标。时域特征是指地理数据采集或地 理现象发生的时刻时段。时间数据对环境模拟分析非常重要，正受到地理信息系 统学界越来越多的重视。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大摹本要素。 长期以来，地理学家对于这三大要素的综合做了大量研究，如b e r r y 的地理要素综合 中南欠学硕士学位论丈地理信息系 ；e 简介 模型、b e n n e n 的关于时空相关的统计理论等。 与一般的管珲信息系统相比，地珲信息系统具有以下特征： 1 地壬单信息系统在分析处理i 口j 题中使用了空间数据与属性数据，并通过数据 库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，具有空间性和动态 性： 2 地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据， 地珲信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。 3 地理信息系统的成功应用不仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系 ( 包括实施组成，系统管珲员、技术操作员、系统开发设计者等) 。实践 证明，人的因素在地理信息系统的发展过程中越来越具有蘑要的影响作 用，地理信息系统许多的应用问题已经超出技术领域的范畴。 广义来说，它是储存和处理与地理空间分布有关信息的集合。它主要由以下四 部分组成： 1 信息的获取与输入 2 数据的储存与管理 3 转换与分析 4 生成与输出 地理信息系统把要处珲的信息分为两类，第一类足反映事物地理空间位置的信 息，从计算机的角度可称空间位置数据，也常称为地图数据、图形数据；第二类是 与事物的地理位置有关，反映事物其他特征的信息，可称专题属性信息或专题属性 数据，也称文字数据、非图形数据。我们通常把第一类信息称为空间信息或空间数 据，把第二类信息简称为属性信息或属性数据。 事物空间位置最摹本的表示方法是点、线、面和三维表面。所谓点是该事物的 大小、长度可忽略不记，如灯塔、水井，区域规划层次上的城市在地图上常用点来 表示。所谓线是该事物的面积可以忽略不记，但长度、走向很重要，如道路、河流、 地下管线可在地图上用线来表示。所谓面是该事物具有特定的、封闭的边界，如行 政区域、房屋荩底在地图上往往是由线围成的不规则多边形所谓三维表面是该事 物在定地理范围内是连续变化的，其边界往往是模糊的，如不规则的地形表面。 三维连续表面在地图上常用等值线、均匀渐变的颜色块来表示”1 。地理信息系统将 点、线、面、三维表面储存在计算机中，成为事物的空间数据，储存的方式和手工 地图本质上相似。环保监测站的各种监测资料，水井的水质、取水量，道路的交通 量、路面质量，地下管线的用途、管径、埋深，河流的径流量，行政区的常住人口、 人均收入，房屋的产权人、质量、层数、居住人口等等，都是和点、线、面的位置 即空间( 地图) 数据相对应的属性( 文字) 数据，三维表面的属性如地面高程、大 气二氧化硫的含量一般和空间数据储存在一起”1 。地珲信息系统最基本的功能是将 分散收集到的各种空间、属性信息输入到计算机中，建立起有相瓦联系的数据库。 当外界情况变化时，只要更改局部的数据，就可维持数据库的有效性和现势性。同 时可将空日】信息以图形的方式表示出来，并能够进行空间数据和属性数据的拓扑查 询。 将数据储存到计算机中，其目的是分析和输出。查询、分类是g i s 最简单也是最 常用的分析功能。例如，空间数据可以和手工地图相类似的表达方式显示在计算机 2 中南大学硕十学位论文地理信息系统简介 的屏幕上，指定任意的空问位置就可以知道有关事物的属性，当用光标选择了若干 监测站、地下管线、行政区域的面积均可自动量算获得。从属性数据角度可查出每 小时交通流量大于5 0 0 的道路有几条，地下管线在空日】的分布情况，也可同时在屏幕 上将符合条件的道路、工厂位置用不同的颜色显示出来。除查询外还可进行分类。 查询、分类的结果可以一般的图或报表的形式绘制、打印在纸上。 更复杂一些，g i s 可以从空间位置的相互关系上进行综合分析。人们可以将道路 网定义为一组线，某个区域定义为一个面。把线的有关数据和面叠合到一起时，面 内的每公顷路网长度、总的交通流量，进入或出去的交通流量等，均可用文字报告 的形式输出。定义一条道路的中心线和规划红线宽度，并和房屋空间数据叠合，可 得到在红线范围内的有多少房屋可能拆除，大致有多少居民动迁等等。 1 1 2 地理信息系统发展历史 “地理信息系统”概念的提出，要追溯到5 0 年代。电子计算机科学的兴起和它在 航空摄影测量与地图制图学中的应用，使人们开始有可能用电子计算机来收集、存 贮和处理各种与空间和地珲分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据 的分析来直接为管理和决策服务，这样就导致了地理信息系统的问世。 早期g i s 发展的另一显著特点是许多与g i s 有关的组织和机构纷纷建立。例如： 1 9 6 6 年美国成立城i 扫和区域信息系统协会( u r i s a ) ，1 9 6 9 年又建立起州信息系统全 国协会( n a s i s ) ，国际地理联合会( 1 6 u ) 于1 9 6 8 年设立了地理数据收集和处理委 员会( c g d s p ) 。这些组织和机构的建立，对于传播地理信息系统的知识和发展g i s 技术，起到了重要的指导作用。 进入7 0 年代以后，计算机硬件和软件技术得到飞速发展，尤其是大容量存取设 备磁盘的使用，为空问数据的录入、存贮、检索和输出提供了强有力的手段。 用户屏幕和图形，图像夤的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使g i s 朝实用方向迅速发展。1 9 8 0 年美国地质调查局出版的空间数据处理计算机软件 报告，总结了1 9 7 9 年以前世界各国空间信息系统的发展概况。这期间许多大学和研 究机构开始重视g i s 软件设计及应用的研究。例如，美国纽约州立大学布法罗校区创 建了g i s 实验室，后来在1 9 8 8 年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和分析中心( n c g i a ) 。因此，g i s 这一技术受到 政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。 8 0 年代是g i s 普及和推广应用的阶段，由于计算机的发展，推出了图形工作站和 微型p c 机等性能价格比大为提高的新一代计算机，计算机和空间信息系统在许多部 门广泛应用。计算机网络的建立。使地理信息的传输时效得到极大的提高。g i s 系统 软件和应用软件的发展，使得它的应用从解决基础设施的规划( 如道路、输电线) 转向更复杂的区域开发，例如土地的农业利用，城市化的发展，人口规划与安置等， 地理因素成为投资决策中不可缺少的依据。在许多工业国家，g r s 作为有关部门的必 备工具，投入日常运转。 g i s 发展的另一个特点是先从应用开始，在应用中不断地开展理论研究，从而得 以完善。 f a r b l e 等在1 9 8 4 年拟订了处理空间数据的计算机软件说明标准格式，指出 地理信息系统今后的发展应着重研究空间数据的算法、数据结构与模型以及数据库 中南大学硕十学位论文 地理信息系统简介 管理系统等三个方面。 进入9 0 年代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，g i s 已深入到各行各业及至各家各户，成为人们生产、生活学习和工作中不可缺少的工 具和助手。 1 1 3 现代地理信息系统的特点及相关技术 随着计算机硬件及网络技术的发展，现代地理信息系统采用了计算机网络、数 据库管理、图形图像学、多媒体技术等最新科技成果，将各种高性能的计算机、大 容量的存储设备、高分辨率的图形显示器通过高速网络组合在一起，形成地珲信息 数据处理中心，能够处理不同来源、不同格式的数据，对多时态的空间信息做出主 动、直观的描述，并运用各种数学手段进行辅助决策，把处理结果迅速地以图、文、 表、卢、像一体化的形式提供给用户“1 。 地理信息系统要存储并处理大量、复杂、多时态的宅间信息数据，必须拥有海 量数据的存储设备和高性能的数据处理能力。然而由于多时态空间数据复杂的逻辑 关系，即使在高性能微机网络平台上也不能做到地珲信息处珲的实时性和智能推理 结果的完全合理性，导致目前地珲信息系统只能发挥其空日】数据统计分析能力，主 要应用于事务管理领域，提供辅助决策。随着以数据仓库和数据开采为代表的海量 数据存储管理和人工智能技术的发展，现代地珲信息系统的应用领域越来越广泛。 在信息社会，地珲信息系统作为一种集地理空日j 特性和各种统计信息为一体的特殊 信息系统，是政府部门进行科学管理和快速决策时不可缺少的工具。 1 1 3 1 数据仓库技术 数据仓库( d a t aw a r e h o u s e 简称d w ) 的概念是p r i s ms o l u t i o n s 公司副总裁 w h i n m o n 在1 9 9 2 年出版的书建立数据仓库( b u i l d i n gt h ed a t aw a r e h o u s e ) 中提出的。数据仓库的提出是以关系数据库，并行处珲和分布式技术的飞速发展为 基础，它是解决信息技术( i t ) 在发展中一方面拥有大量数据，另一方面有用信息 却很贫乏( d a t ar i c h i n f o r m a t i o np o o r ) 这种不正常现象的综合解决方案。 由于市场竞争激烈，新产品研制周期缩短，如何综合利用分散的异构环境数据 源，及时得到准确的信息是使企业取得成功的关键。于是数据仓库应运产生。 对数据仓库的理解不同，对数据仓库的定义也多种多样，以下是几个有代表性 的定义： 1 w h i 珊o n 在建立数据仓库一书中，对数据仓库的定义为：数据仓库 是面向手题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合，用于支持经营管理 中决策制定过程。 2 t i m s h e l t e r ( i n f o m i x 公司负责研究与开发副总裁) 的观点：数据仓库是 把分布在企业网络上不同信息岛上的商业数据集成到一起，存储在一个单一 的集成关系型数据库中。利用这种集成信息，可方便用户对信息的访问，更 可使决策人员对一段时间内的历史数据进行分析，研究事物发展走势。 4 中南大学硕士学位论文 地理信息系铳简介 3 s a s 软件研究所的观点：数据仓库是一种管理技术，旨在通过通畅、合理、 全面的信息管理，达到有效的决策支持。 传统数据库( d a t ab a s e 简称d b ) 用于事务处理，也叫操作型处理，是指对数据 库联机进行日常操作，即对一个或一级记录的查询和修改，主要为企业特定的应用 服务的。用户关心的是响应时间，数据的安全性和完整性。数据仓库用于决策支持， 也称分析型处理，用于决策分析，它是建立决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 简称d s s ) 的基础伽。 操作型数据( d b 数据) 与分析型数据( d w 数据) 之间差别如表卜l 所示。 表卜1蛐与叫对照表 d b 数据d w 数据 细节的综合或提炼的 在存取时准确的 代表过去的数据 可更新的不更新 操作需求事先可知 操作需求事先不知 事务驱动分析驱动 面向应用面向分析 一次操作数据量小一次操作数据量大 支持日常操作 支持决策需求 数据仓库有如下特点“： 1 数据仓库是面向主题的。 主题是数据归类的标准，每一个主题基本对应一个宏观的分析领域。 例如，保险公司的数据仓库的主题为：客户、政策、保险金、索赔等。 传统数据库的数据组织则完全不同，它的数据只是面向具体应用而组织在 一起的。 保险公司按应用来组织是：汽车保险、生命保险、健康保险、伤亡保险等。 2 数据仓库是集成的。 数据进入数据仓库之前，必须经过加工与集成。对不同的数据来源进行 统一数据结构和编码。统一原始数据中的所有矛盾之处，如字段的同名 异义，异名同义，单位不统一，字长不一致等。总之将原始数据数据结 构作一个从面向宅题的大转变。 3 数据仓库是稳定的。 数据仓库中包括了大量的历史数据。数据经集成进入数据仓库是极少或 根本不更新的。 4 数据仓库是随时间变化的。 数据仓库内的数据时限在5 一l o 年，故数据的键码包含时间项，标明数据 的历史时期，这适合d s s 进行时问趋势分析。 5 数据仓库中数据量很大。 中南欠学硕十学位论丈 地理信息系镜简舟 通常的数据仓库的数据量为l o g b 级，相当于一般数据库1 0 0 m b 的l o o 倍，大 型d w 是一个t b ( 1 0 0 0 邙) 级数据量。数据中索引和综合数据占2 3 ，原 始数据占l 3 。 6 数据仓库软、硬件要求。 ( 1 ) 需要一个巨大的硬件平台 ( 2 ) 需要一个并行的数据库系统 1 1 3 2 数据开采技术 1 9 9 4 年美国人工智能学会( a a a i ) 的一个专门委员会在2 l 世纪智能系统的报 告中指出，国家的竞争力量，取决于信息分析、决策做出和柔性的设计与创造能力 的增强；原来受到数据不足、计算能力不够、控制机制不适宜的限制，可望通过添 加上智能系统而得到克服。 数据开采( d a t am i n i n g d m ) 是从信息数据库中找出未知信息和规律，数据 开采是人工智能机器学习与数据库技术相结合的产物，具体地说：数据开采是在数 据库中寻找数据中的模式，再根据这些模式找出相应的规律“”。 知识发现( 1 ( n 钾l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s 矿_ k d d ) 被认为足从数据中发 现有用知识的整个过程。数据开采被认为是k d d 过程中的一个特定步骤，它用专门算 法从数据中抽取模式。k d d 过程定义：在数据中鉴别出有用的模式的非平凡过程，该 模式是新的，可能有用的和最终可理解的1 。k d d 过程如图卜l 所示。 圈卜lk d d 过程图 从图卜1 中可见，i 【d d 过程是多个步骤相瓦连接起来，反复进行人机交互的过程。 具体说明如下： 第一步，确定某个应用领域：包括应用中的预先知识和目标 第二步，建立一个目杯数据集：选择一个数据集或在多个数据集的子集上聚焦。 第三步，数据清理和预处理：去除噪卢或无关数据，去除空白数据域，考虑时 间顺序和数据的变化等。 6 中南犬学颂十学位论文地理信息系统简介 第四步，数据转换：找到数据的特征进行编码，减少有效变量的数目。如年龄， 1 0 年为一级，定为1 0 级。 第五步，选定某个数据开采算法：决定数据开采的目的，用k d d 过程中的准则选 择某一个特定数据开采算法( 如汇总、聚类、分类、回归等) 用于搜索数据中 的模式，它可以是近似的。 第六步。数据开采：搜索或产生一个特定的感兴趣的模式或一个特定的数据集。 第七步，解释：解释某个发现的模式，去掉多余的不切题意的模式，转换某个 有用的模式为知识。 第八步，评价知识：将这些知识放到运行系统中，考查这些知识的作用，或者 证明这些知识。用预先可信的知识检查和解决知识中可能的矛盾。 s a s 软件公司提出的数据开采方法论，概括为s e 删a 。即 1 s 锄p l e ：数据取样。从大量数据中精选数据样本，保证数据质量( 无错误数 据) 和完整性。 2 e x p l o r e ：数据特征探索、分析和预处理。对样本用可视化方法( 统计、多 维、动态、旋转显示) 探索数据的规律和趋势。 3 m o d i f y ：问题明确化、数据高速和技术选择。用量化方法进一步明确所分析 的问题，可能对数据增、删、组合，生成一些新变量。 4 m o d e l ：数据模型化、知识的发现。用数理统计方法，人工神经网络、决策 树等技术建立模型、发现知识。 5 a s s e s s ：模型和知识的综合解释和评价。 数据开采可产生五种基本类型的信息“”： 1 联信息，若干单个事件相关联的信息 2 聚类信息，对数据进行聚类 3 分类信息，进行分类的特性描述 4 偏差信息，反映异常情况 5 预测信息，从现有的数据中建立，计算未来值 数据开采的方法很多，归纳起来有六大类方法“”； 1 信息论方法 2 集合论方法 3 仿生物技术 4 公式发现技术 5 统计分析方法 6 模糊论方法 1 1 4国内g l s 发展趋势 我国g i s 产业目前正处于起步阶段，随着产业化的推进，暴露出不少存在的问题， 严重阻碍着g i s 产业健康有序地发展，因此国家将围绕建立一个工程( 数字化中国工 程) 、完善两个体系( 国家对地观测体系和国家空间信息技术应用体系) 、发展三 个产业( 空间数据服务产业、空间信息软件产业、空间信息应用产业) 来开展未来 空间信息技术领域方面的工作“”。在g i s 方面，以发展产业为目标，从加强推广应用、 7 中南大学硕七学位论文地理信息系统简介 实现传统行业改造着手，开展关键技术研究攻关和应用示范工程的开发，促进g i s 在资源环境、城市建设、电力、通信、交通、农业等方向的应用，为建立中国的“数 字地球”奠定技术皋础，软件摹础和应用基础。 g i s 具体发展目标是：开发具有自乇版权的全系列g i s 软件产品，包括基础软件 和应用开发平台软件，特别是开发网络环境下的大型g i s 软件产品：建立全国范围的 g i s 技术培训体系和推广应用网络，开发大型g i s 应用示范工程。从技术角度看，g i s 的发展方向表现为：系统互操作、系统模块化、系统多维化系统智能化、平台网络 化和应用社会化。 系统互操作 g i s 呵巨操作也指数据标准化，相应的可可操作的地理信息系统可以理解为g i s 系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统和其应用系统之间的巨相 通信和协作，以完成某一特定任务。 数据多维化 g i s 的数据只在面向多维化发展才能适应现代的要求，多维一般体现为三维，目 前研究重点集中在三维数据结构的设计，优化与实现，以及可视化技术的运用，三 维系统功能和模块设计等方面。 系统模块化 模块化的g i s 是面向对象和构件技术的地理信息系统，它把g i s 的功能模块划分 为多个控件，每个控件完成不同的功能，通过可视化的软件开发工具集成起来，形 成最终的g i s 应用。 系统智能化 提供决策支持服务是g i s 系统智能的体现，而这一点目前显得尤为重要，当前的 研究重点是如何将决策支持领域的研究成果与g i s 结合起来。 平台网络化 基于w w 的地理信息系统是利用i n t e r n e t 技术在w e b 上发布，空间信息供用户浏览 和使用。它可分为四部分：客户端、信息代理、服务器和编辑器。面向网络化的g i s 是以计算机技术、现代通信、网络技术、虚拟现实技术的综合应用为皋础，可以构 造出一种人们进行社会交往和交流的新型空间。 应用社会化 应用社会化是指作为数字地球核心的数字城市在发展的同时，相应的g i s 系统的 发展也在面向社会化。数字地球的核心思想是用数字化手段统一地处理地球球体和 最大限度地利用信息资源。实际上，数字地球也可以理解为g i s 的延伸，建立数字地 球的核心技术包括g i s 与数字库、遥感、遥测、信息技术等。 中甫大学硕十学位论文 地理信息系统简介 1 2 g i s 的系统结构和功能 g i s 的软件主要由两部分组成：是操作系统，二是g i s 应用软件。操作系统是 g i s 操作、运行的平台，只要与g i s 软件相适应，满足它和用户的需求即可。g i s 软件 有许多，国外有代表性的有a r c i n f 0 ，m a p i n f o ，i g d s 骶s ，t i g r i s ，g e n a m a p ， s i c a d ，s y s t e m9 等；国内具有代表性的有g e o s t a r ，m a p g i s ，方正智绘等。无论是 那种g i s 软件，作为地理信息自动处理与分析系统都要具有数据采集、分析、决策应 用等全部过程。由于地理信息系统发展的多源性、可扩充性以及应用的广泛性，很 难有一个全面的框架体系和功能清单。概括地说，g i s 系统部具有五大结构和功能： 数据输人子系统、数据处理子系统、数据存储和管理子系统、空间分析子系统和输 出子系统。g i s 系统结构如图卜2 所示。 i 空间分析子系统 l 显不器绘图仪打印机外存储器 数据输出子系统 地图统计图片文字报告等 图l - 2 地理信息系统的基本结构功能，数据流程图 9 中南大学硕十学位论文 地理信息系镜简介 1 3 本文选题的依据和研究的意义 地理信息系统已经被广泛应用于城市规划、国土资源调查与管理、环境监测与 分析、公安消防预警、交通与安全管理、配电刚管理等方面。 国内外的各种g i s 软件在提供了强大的处理和分析空日j 数据的功能的同时，还涉 及复杂的g i s 算法和数据模型。普通用户除了要熟悉自己的业务外，还必须为这蝗复 杂的操作所烦恼，这给g i s 的普及带来很大的难度。g i s 技术的二次开发就是解决这 一艰巨仔务的途径。 本文采用面向对象技术的g i s 软件，其二次开发可以利用可视化开发工具的高效 方便的编程功能，结合g i s 系统完备的空间数据的分析处理功能，采用c o m 技术进行 组件式二次开发，提高应用系统的开发效率，使g i s 系统面向对象，具有良好的外观 和完善的功能，使人们不再需要面对复杂的g i s 概念和操作，这也是当今地理信息系 统的一个新的研究领域。 目前，地理信息系统的二次开发工具较多，如： i n t e r g r a p h 的g e o m e d i a 、e s r i 的m a p o b j e c t s 、a r c o b j e c t s 、a r c i m s 以及m a p l n f o 的m a p x 等，国内武测的g e o m a p 等。 其中e s r i 的 l a p o b j e c t s 提供了全面、完善的二次开发功能，但是它的应用还处于起 步阶段，并且主要集中在部门管珲系统，很少有全面、综合的系统应用。因此，本 文应用m a p o b j e c t s 建立综合的长沙市浏阳河地区管珲信息系统，不仅能为公众和管 理者提供查询检索、分析及辅助决策等服务，而且用同样的技术和方法可以推广到 建立企业地珲信息系统、学校地理信息系统、城市地理信息系统等，对扩大地理信 息系统的应用范围和应用领域具有现实意义。 1 0 中甫大学顼十学位论文地理信息系统：次开发 第二章地理信息系统二次开发 计算机硬件性能的提高、软件技术的演进，计算机体系结构的不断变化，都促 进了更为强大、成熟和更为复杂的g i s 软件系统的出现。早期的软件往往部是一些较 小的单独的成果，很少有互相的协调和交流。当需要组织大批人员进行项目开发时， 产生了一些规范化的方法和经验，这些方法和经验在开发组织中发布，要求所有的 成员共同遵守，就形成了一种业界标准。现在已有成熟的、成功的开发标准，并且 还提供了很多工具 2 1地理信息系统开发方法 2 1 1 线形顺序模型 线形顺序模型，也称为传统的生命周期法、瀑布法等，是指在开发过程从一个 阶段的输出流向下一阶段的线形的、顺序的方法。整个软件过程历经系统调查、需 求分析、系统设计，编码，测试和维护等阶段”。 这种方法的最大问题是用户只有在系统几乎全部开发完毕时才能使用。因此， 如果用户开始时难以清楚的给出所有要求或开发人员对用户需求的理解有偏差，那 么对已经成型的系统的任何改动将要付出很大的代价。另一个问题是开发人员常常 因为某个阶段发生问题而阻碍其后阶段的正常进行。 2 1 2 原型法 - 当用户只定义了系统的一般性目标，不能给出详细的输人、输出、反馈等需求 时，可以先建立系统的一个初级版本提供给用户试用，经用户反馈，进行改进成第 二代、第三代版本，直到系统最终完成。创建原型法的方法有两种，一是先完成系 统的核心部分，再逐步增加其它的功能组件；另一种是先完成所有的功能组件的主 要部分，再逐步增加次要部分的功能。后一种开发方法的反馈过程相对少一些。原 型法的优点在于它能够很快完成可操作原型并提供给用户，这样用户会变得更积极 主动，容易及时发现问题并判断是否满足需求。 2 1 3 面向对象的方法 面向对象指的是使用面向对象的程序设计语言开发应用软件的一种软件开发方 法。面向对象的方法是一种模型化世界的抽象方法，它按照人类认识世界的思维方 式来解决问题。它有很多内在的优点：一是对象重用技术，这样可以进行快速的软 件开发：二是面向对象的软件易于维护和扩展。面向对象技术包含完整的软件工程 中南大学硕十学位论文 地理信息系圣兖次开发 观点。它包括面向对象分析( 0 0 a ) 、面向对象设计( 0 0 d ) 和面向对象计算机辅助 软件工程( 0 0 c a 江) 等方法和工具。面向对象技术及面向对象的软件工程已经被很 多软件，特别是信息系统软件所采用。 面向对象技术衍牛出许多面向对象的分析方法，比较著名的有b o o c h 方法( 重视 操作和行为，对类和继承的概念也值得借鉴) 、r u m b a u g h 方法( 重视数据和对象的 建模) 、j a c o b s o n 方法( 面向用例) 和c o d e y o u r d o n 方法( 一种简单明了的方法) 等。这些方法都引入了项目的系统分析过程，都有自己的建模语言。1 9 9 5 年，g r a d y b 0 0 c h 、j i mr u m b a u g h 和i v a rj a c o b s o n 这二个世界著名的面向对象技术专家推出了 统一建模语言( u m l 、u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ，并很快成为一种工业标准。1 9 9 8 年u 札的设计者基于u j l 语言，推出了一种命名为“统一软件开发过程”( u s d p ， u n i f i e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ) 的软件开发方法。统一软件开发过程是 一个基于组件式开发技术和u m l 语言的通用的软件项目开发方法。适用于各种各样的 软件系统、应用领域和开发组织。基于组件式面向对象技术具有的呵重用性、易维 护性和可扩展性等诸多优点，以及v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、v i s u a lf o xp r o 、 b o r i a n dc + + 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 、p o w e rb u i l d e 等众多的开发环境，使其 被广泛的应用到g i s 软件的开发当中，成为目前开发的主流方法。面向对象的开发方 法如图2 一l 所示。 图2 1面向对象的开发方法示意图 中甫大学碗十学位论文地理信息系统：次开发 随着地理信息系统应用领域的扩展，应用型g i s 的开发显得日益重要。如何针对 不同的应用目标高效地开发出既合乎需要，又具有方便、美观、丰富的界面形式的 g i s 应用程序是开发者和用户都非常关心的问题。扩展g i s 的应用领域的一个艰巨的 任务就是如何对g i s 软件进行再次开发，即g i s 技术的二次开发问题。 2 2 地理信息系统二次开发方法 早期许多商用g i s 软件是以解释语言方式执行的，摹本上都提供了自己的二次开 发方法和语言( a r c v i 鲫的a v e n u e 、m g e 的m d l 、i l a p i n f o 的m a p b a s i c 等以及动态数据 交换技术一d d e 、o l e 自动化等) ，它们的二次开发环境具有明显的不足：1 1 功能单一、综合处理功能差。 随着g i s 应用层次的提高，不仅要求应用程序能进行图形交互，同时也应具备 与操作系统交互的能力，甚至要求g i s 的应用程序可以访问处于分布环境的数 据。 2 解释执行、程序运行速度慢。 早期的g i s 开发环境着眼于交互操作，对于速度并无太多的要求。随着g i s 应 用的提高，要求提高软件处珲的自动化程度，这就要求g i s 下的应用程序能处 理较大的数据量：集成化需求的发展，要求g i s 下的应用程序不仅要能处理交 互任务，同时也要能处理相关的设计与计算。 3 缺乏好的保护机制，软件质量不易保证。 目前许多g i s 的二次开发语言都是解释的，程序的合法性只有在运行时才能验 证，而靠测试是难以穷尽程序的每一个分支途径的，因此要减少程序的逻辑 错误、提高软件质量的重要方面就是要求程序员有足够的细致和耐心。 4 语言规则千羞万别，不易学习和掌握。 每种g i s 软件，都按自己的习惯和自定义的语法规则提供二次开发环境，对于 已熟悉一种开发环境的人来说，要重新学习新的开发环境的困难较大。 5 不易保护软件成果。 一个好的g i s 应用软件系统，要进行大量的二次开发工作，其中包括了程序员 的艰辛劳动，但以解释形式运行的程序很难进行软件的保护。 g i s 二次开发的实现方式主要有单纯二次开发、集成式二次开发或组件式二次开 发。1 8 1 单纯二次开发指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。 g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发语言的宏语言，如a r c v i 钾提供的 a v e n u e 语言、m a p i n f op r o f e s s i o n a l 提供的m a p b a s i c 语言等。用户可以利用这些宏 语言以原g i s 工具软件为开发平台，开发出针对不同应用对象的应用程序。但是这些 进行二次开发的宏语言功能较弱，开发的应用程序不尽如人意 集成式二次开发是指利用专业的g i s 工具软件( 如a r c v i 明、m a p i n f o 等) ，实 现g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i 、v i s u a l b a s a s i cv i s u a l c + + 、 p o w e rb u i l d e r 等为开发平台，进行二者的集成开发。集 成开发主要有两种方式：0 l e 和0 d e 。开发工具开发前台可执行应用程序，应用o l e ( o bj e c tl i n k i n q e b e d d i n g ，对象链接与嵌入) 自动化技术或利用o d e 技术方式 中卤大学硕士学位论文 地珊信息系统：次开发 启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调( c a l l b a c k ) 技术动态获取其返回信息，实 现应用程序中的地理信息处珲功能。 组件式二次开发是指利用g i s 工具软件牛产商提供的建立在o c x 技术革础上的 g i s 功能组件( 如e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p i n f o 的m a p x 等) ，在v b 等编程工具编制的 应用程序中直接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。这种开发方法 是目前的t 流方法。 2 3 二次开发的数据库设计 数据库设计的目的是确定在数据管理系统中存储数据的基本结构和检索数据的 基本方法。 2 3 1 普通文件方式 普通文件管理方式要求开发者提供摹本的文件处理和分类检索能力，这种方法 将所有的数据部存放在一个或多个文件中。其优点是灵活，开发者町以任意定义自 己的文件格式，