（市政工程专业论文）GIS在校园环境导航系统中的应用.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着我国高等教育管理体制的改革，许多高校相继合并，这样同院校就有 多个校区，给学生的教学和管理带来了诸多的不便。同时，高等院校的校园面积较大、建 筑物较多，地上和地下管网、供电和通信线路的交叉分布，这些信息用常规的管理方法难 以实现有效的管理。 校园信息除了包括一般城市建筑物所具有的信息外，还包含了学生信息及学生对校内 相关建筑物利用情况等信息，因此，它不但涉及到地图实体本身的管理，而且也包括对其 使用者的管理。地理信息系统不仅能将空间信息和非空间信息集成在统一的平台上进行管 理和分析，而且，以地理空间数据和其特有的空间分析方法为基础还可以开发各种应用模 块，为校园发展规划、资源优化配置、突发事件的紧急处理等提供决策和分析。 本论文是在以上认识的基础上，结合以往导航系统的所存在的弊端，提出了以地理信 息系统为基础建立大连理工大学校园环境导航系统。系统是以组件式软件s u p e r m a p 和面向 对象的可视化编程工具v i s u a lb a s i c 6 0 构架的技术体系为基础进行开发的。系统不仅具有普 通导航系统所具有的功能，同时具有g i s 的空间查询，空间分析和统计分析等功能。系统 界面设计采用最常用的菜单和工具条的形式来驱动任务，把异构的平台和智能化的功能内 核，集成于用户化的界面中，模糊了g i s 的一些专业知识和概念，更方便用户使用。 文章结合系统的开发过程，介绍了空间数据的采集、空间模型的建立、系统数据库的 设计、系统详尽的功能分析等，以及系统开发过程中所涉及到的些关键性技术( 如 c o m g i s 、a d o 技术等) 。 校园环境导航系统的开发，不仅在辅助领导决策、提高管理效率等方面显示出传统管 理模式所不能比拟的优点，同时也为在校生和校园的来访者提供了及时、准确的信息。为 学校日后建立科学、智能、网络一体化的综合校园管理体系奠定了基础。 关键词：地理信息系统；校园导航系统；s u p e r i d a p ；组件技术；a d o 技术 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 t h eu s eo fg i si nc a m p u se n v i r o n m e n tn a v i g a t i o ns y s t e m s a b s t r a c t r e c e n t l y ，m a n yu n i v e r s i t i e su n i t et o g e t h e ro n ea l t e rt h eo t h e ra l o n gw i t ht h er e f o r m a t i o no f n a t i o n a l1 1 i g h e re d u c a t i o ni nm a n a g e m e n ts y s t e ms ot h a tt h e r ea r em a n yd i s t r i c t si no n e u n i v e r s i t y a n da l s om u c hi n c o n v e n i e n c eo fs t u d e n tt e a c h i n ga n dm a n a g e m e n t a tt h es a m et i m e i t sh a r dt o c a r r yo u te f f i c i e n tm a n a g e m e n tu s i n gn o r m a lm e t h o d sw h e nt h ea r e ao fau n i v e r s i t yi sl a r g e ，t h e b u i l d i n g si sm a n ya n dt h ep i p en e t w o r ko fo v e r g r o u n do ru n d e r g r o u n d ，w a t e ra n di n f o r m a t i o nf i r e a l lc r o s s - l i n k b e s i d e st h eg e n e r a li n f o r m a t i o no f c i t yb u i l d i n g s ，t h ec a m p u si n f o r m a t i o na l s oc o n c l u d e st h e s t u d e n ti n f o r m a t i o na n dc o r r e l a t i v et h i n g sa b o u tu s i n gb u i l d i n g ss ot h a ti tn o to n l yd e a l sw i t ht h e m a n a g e m e n to fm a pe n t i t yb u ta l s o t h eu s e i s g e o g r a p m c a li n f o r m a t i o ns y s t e mc a nn o to n l y m a n a g ea n da n a l y s i st h es p a t i a l0 1 n o ts p a t i a li n f o r m a t i o no nt h eu n i t i v ef l a tb u ta l s oe x p l o i ta l l k i n d so fa p p l i c a t i o nm o d u l ew h i c hp r o v i d ed e c i s i o na n da n a l y s e sf o r c a m p u sd e v e l o p m e n t p l a n n i n g ，r e s o u r c eo p t i m a lc o l l o c a t i o na n de m e r g e n c yd i s p o s a lb a s e do ng e o g r a p h i c a ls p a t i a ld a t a a n ds p e c i a ls p a t i a la n a l y s i sm e t h o 凼 t 1 i sp a p e rp r e s e n t st h ec a m p u se n v i r o n m e n tn a v i g a t i o ns y s t e mo fd u tb a s e do ng i s m g a r d i n gt h ea b u s eo fe a r l i e rn a v i g a t i o ns y s t e m ，t h es y s t e mi sd e v e l o p e dw i t ht e c h n i q u es y s t e m c o m p o s e do fs u p e r m a pw h i c h i sa l lc o m p o n e n ts o f t w a r ea n dt h ev i s u a lb a s i c 6 0w t f i c hi sav i s u a l p r o g r a m m e dt o o lo f o b j e c to r i e n t e d i th a st h ec a p a b i l i t yo f s p a t i a li n q u i r eo f g i s ，s p a t i a la n a l y s i s a n ds t a t i s t i ca n a l y s i s e t c n l ed e s i g no fs y s t e mi n t e r f a c eu s e st h ec o m m o nm e n ua n dt o o l b a rt o d r i v et h ea s s i g n m e n ta n dt a k e st h ei s o m e r o u sf l a ta n di n t e l l i g e n tf u n c t i o nk e m e la sa nu n i ti n t ot h e c u s t o m m e di n t e r f a c es ot h a ti tc o u l dm a k et h es p e c i a lk n o w l e d g ea n dc o n c e p to fg i sf u z z yt o c o n v e n i e n tt h eu s e r s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o l l e c t i o no f s p a t i a ld a t a , t h ef o u n d a t i o no fs p a t i a lm o d e l ，t h ed e s i g no f s y s t e md a t a b a s e ，f u n c t i o na n a l y s i so fs y s t e md e t a i l sa n dp i v o t a lt e c h n i q u e sw h i c ha r ec o m ed o w n t ot h es y s t e md e v e l o p i n gp r o c e s s ( s u c ha sc o m g i s ，a d o ，e t c ) n l ed e v e l o p m e n to fc a m p u se n v i r o n m e n tn a v i g a t i o ns y s t e mw h i c hn o to n l yo f f e rt h er e m a r k a b l e a d v a n t a g e s o v e rt h ec o n v e n t i o n a lm a n a g e m e n tm o d ei na s s i s t a n t l e a d i n g d e c i s i o na n d i m p r o v e m e n to fm a n a g e m e n te f f i c i e n c yb u ta l s op r o v i d e ss t u d e n t sa n dc a m p u sv i s i t o rt h et i m e l y a n dv e r a c i o u si _ r f f o m a a t i o ns e t t l eb a s ef o rt h eu n i v e r s i t yt os e tu p s c i e n t i f i c ，i n t e l l i g e n ta n dn e t w o r k i n t e g r a t i v ec a m p u sm a n a g e m e n ts y s t e mi ns u b s e q u e n t k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ；c a m p u sn a v i g a t i o ns y s t e m ；s u p e r m a p ； c o m p o n e n tt e c h n i q u e ；a d ot e c h n i q u e i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得研究成果。尽我所知，除了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的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其 他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡 献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：墨巍 日期：2 1 1 皇：也! 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规 定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名 导师签名 塑皇年生月且日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 概述 随着信息技术的发展，以地理信息的收集、分析、处理等功能为主的g i s 技术在城市建 设、规划、环境资源利用、综合平衡、协调发展和决策支持等方面发挥了很大的作用。校 园地理信息系统( c g i s ) 是城市地理信息系统( u g i s ) 的一个缩影，具有城市地理信息系 统的特点和功能，它用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素，为用户提供 各种校园信息查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专 题要素，为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠的依据j 。 同时，随着我国高等教育管理体制的改革，许多高校相继合并，这样同一院校就有多 个校区，给学生的教学和管理带来了诸多的不便。另外，高等院校的校园面积较大、建筑 物较多，地上和地下管网、供电和通信线路的交叉分布，这些信息用常规的管理方法难以 实现有效的管理。在此基础上本论文提出了校园环境导航系统，本系统是以地理信息系统 为基础的，克服了以往导航系统注重多媒体的演示而缺乏地理空间信息的缺点，通过建立 校园环境的g i s 模型，利用g i s 管理空间数据的功能，在一张校园电子地图上集成及其丰 富的空间、非空间( 属性) 信息；以电子地图为依托，把校园环境信息以图像、图片、声 音、文字等多媒体形式展示在用户面前：利用g i s 空间查询、统计和分析功能，实现用户 从属性到地图和从地图到属性的双向查询和浏览，并为用户提供了相应的统计数据和诸如 缓冲区分析等分析工具。本系统利用g i s 技术和多媒体技术相结合的方式，对校园环境信 息进行了全面的管理和展示，为数字校园的建立奠定了基础。 1 2 地理信息系统简介 1 2 1 地理信息系统定义 地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是以计算机设备、系统软件、 地理信息数据库、网络通讯设备和数据管理设备等组成，用来采集、存储、管理、分析和 描述空间地理信息的综合信息管理系统，是集计算机技术、测绘与遥感技术、地理学、环 境学、工程学、信息处理技术、管理和统计学等现代学技术，综合发展而成的- - 1 7 新兴学 科。 地理信息系统同时也是- - f 7 是以计算机为基础的新兴技术，是管理和研究空间数据的 技术系统。在计算机软件和硬件的支持下，通过对输入系统的空间数据的各种操作和处理， 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 研究各种地理实体及其相互关系；通过对多种地理要素的综合分析，迅速的满足应用需要 的信息，并以地图、图表或数据的形式表示处理的结果。 地理信息系统具有一下三方面的特征【2 j ： 第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性； 第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，由计算机程序模拟常规的或专门的 地理分析方法，作为空间数据产生有用信息，完成人类难以完成的任务； 第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能快速、 精确、综合的对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。 地理信息系统的外观，表现为计算机软硬件系统，其内涵却是由计算机程序和地理数据 组织而成的地理空间信息模型。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时，他所面 对的数据不再是毫无意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据，用户可以按应用 的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的分析和预测的信息，用 于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。 1 2 2 地理信息系统的构成 一个完整的地理信息系统由三个基本部分构成：计算机系统( 硬件、软件) 、地理数 据库系统、应用人员与组织机构，如图1 1 所示【3 】。 镭b 二然、 显示 国 图1 1 地理信息系统组成示意图 f i g 1 1g i sc o m p o s i n g 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 计算机系统。计算机系统又可分为硬件系统、软件系统。地理信息系统的硬件部 分包括执行程序的中央处理器，保护数据和程序的存储设备，用于数据输入、显示和输出 的外围设备等。其中大多数硬件是计算机技术的通用设备，而有些设备则在地理信息系统 中得到了广泛的应用，如数字化仪、扫描仪等。地理信息系统的硬件系统正朝着低价位且 快速的力向发展。 地理信息系统的软件系统由核心软件和应用软件组成。其中核心软件包括数据处理、管 理、地图显示和空间分析等部分，而特殊的应用软件包则紧紧的与核心模块相连，并面向 一些特殊的应用问题，如网络分析、数字地形模型分析等、虽然地理信息系统软件有些是 通用的数据库管理系统，但大部分的软件是专用的，仅限于地理信息系统的领域；一些地 理信息系统软件属于免费软件，但大多数为商业化软件系统，并有知识产权所有问题；有 些软件是面向特定硬件的，但大多数软件独立于特定硬件，为开放系统。 ( 2 ) 地理数据库系统。地理信息系统的地理数据分为几何数据和属性数据。它们的数 据表达可以采用栅格和矢量两种形式，几何数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、 方向以及拓扑几何关系。 地理数据库系统由数据库实体和地理数据库管理系统组成。地理数据库管理系统主要用 于数据维护、操作和查询检索。地理数据库是地理信息系统应用项目重要的资源与基础， 它的建立和维护是一项非常复杂的工作，涉及到许多步骤，需要技术和经验，需要投入高 强度的人力和开发资金，是地理信息系统应用项目开展的瓶颈技术之一。 ( 3 ) 地理信息系统的应用人员和组织机构。对于合格的系统设计、运行和使用来说， 地理信息系统专业人员是地理信息系统应用成功的关键，而强有力的组织是系统运行的保 障。一个周密规划的地理信息系统项耳应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理 的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。 1 23 地理信息系统的功能 在建立一个实用的地理信息系统过程中，从数据准备到系统完成，必须经过各种数据 转换，每个转换都有可能改变原有的信息。地理信息系统的基本数据流程如图1 2 所示。地 理信息系统的功能主要是完成流程中不同阶段的数据转换工作。一般的g i s 包括以下几项 基本功能。 ( i ) 数据采集与输入 数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将 这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。对多种形式、多种来源的信 息，可实现多种方式的数据输入。主要有图形数据输入( 如管网图的输入) 、栅格数据输 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 入( 如遥感图像的输入) 、测量数据输入( 如全球定位系统g p s 数据的输入) 和属性数据 输入( 如数字和文字的输入) 。 f 2 ) 数据编辑与更新 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成， 图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、 误差校正等功能。数据更新即以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数 据项或记录，它是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。由于空间实体都处于发 展着的时间序列中，人们获取的数据只反映某瞬时或一定时间范围内的特征。随着时间 的推进，数据会随之改变。数据更新可以满足动态分析的需要，对自然现象的发生和发展 做出合乎规律的预测预报。 ( 3 ) 数据存储与管理 数据存储，即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。其存储方式与 数据文件的组织密度相关，关键在于建立记录的逻辑顺序，即确定存储的地址，以便提高 数据存取的速度。属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，常用软件用o 虻l e ， s q l s e r v e r ，f o x b a s e ，f o x , p r o 等进行管理。空间数据管理是g i s 数据管理的核心，各种图 形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中。 ( 4 ) 空间查询与分析 空间查询与分析是g i s 的核心，是g i s 最重要的和最具有魅力的功能，也是g i s 有别 丁其他信息系统的本质特征。它主要包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。 数据查询检索即从数据文件、数据库或存储装置中，查找和选取所需的数据，是为了满足 各种可能的查询条件而进行的系统内部数据操作，如数据格式转换、矢量数据叠合、栅格 数据迭加等操作以及按一定模式关系进行的各种数据运算，包括算术运算、关系运算、逻 辑运算、函数运算等。综合分析功能可以提高系统评价、管理和决策的能力，主要包括信 息量测、属性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析及多要素综合分析等。 ( 5 ) 数据显示与输出 数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的 对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。g i s 不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图 表及数据等h 。 大连理工大学硕士学位论文 数据准备阶段 数据输入阶段 数据管理阶段 数据处理阶段 空间分析阶段 数据输出阶段 图1 2g i s 的数据流程图【4 j f i g 12 g i sd a t af l o w 1 2 4 地理信息系统的发展 ( 1 ) 地理信息系统的发展简史 地理信息系统萌芽于2 0 世纪6 0 年代初，加拿大预量学家r o g e rf t o m l i n s o n 首先提出g i s 概念，并建立了世界上第一个g i s 一加拿大地理信息系统( c g i s ) ，用于自然资源的管理和 规划。随后，美国哈佛计算机图形与空间分析实验室开发了s y m a p 、o d y s s e y 软件包。进入 7 0 年代以后，由于计算机软、硬件技术的飞速发展，促使g i s 朝着实用方向迅速发展，一些 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 发达国家先后建立了许多专业性的应用系统。8 0 年代是g i s 技术碍到大力发展的时期，涌现 出一些具有代表性的0 i s 软件，j z a a r ci n f 0 、t i g r i s 、m g e 、s i c a d 、g e n a m a p 、s y s t e m 9 等。 9 0 年代是g i s 的用户时代，一方面，g i s 已成为许多机构必备的工作方式；另一方面，社会 对g i s 认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致g i s 应用的扩大和深化。国家级乃至全球 性的g i s 已成为公众关注的焦点，如美国政府制定的“信息高速公路”计划、美国副总统戈 尔提出的“数字地球”战略、我国的“2 1 世纪议程”和“三金工程”、“数字中国”都包 括g i s 。 我国g i s 的研究起步于2 0 世纪8 0 年代初期，经过“六五”、“七五”、“八五”三 个五年计划，早期以引进国外的地理信息系统软件为主。随着国内g i s 基础研究的发展以 及应用领域的不断扩大，已经从技术引进、实验研究、局部应用走向自主开发、实用化和 产业化，已经在重大自然灾害监测评价、农作物估产、城市规划管理等诸多领域获得了广 泛而成功的应用。同时开始独立研制开发了适合国情的g 工s 软件产品，国内较著名的有 m a p g i s ， c i t y s t a r ，s u p e r m a p 等。总之，中国地理信息系统事业虽然起步较晚，但取 得了重大的进展，目前地理信息系统现正在向产业化方向发展，并己成功地应用于众多领 域f 5 】。 ( 2 ) 地理信息系统的发展趋势旧 峥g i s 网络化 万维网的发展给g i s 数据在更大范围内的发布、出版、获取和查询提供了有效可行的 途径。高速度的数据传输使得数据库之间的数据传输能够快速的实现。网络浏览器的使用 在视觉上给提供和使用地理数据的人们带来了方便。地理数据不仅可以按照地理位置、专 题内容、生产机构、使用价格等进行搜索，甚至可以直接在网上进行数据的各种空间操作， 使用网络提供的各种模式进行模拟，直接产生新的数据结果，真正的实现“网络就是计算 机”这一新的概念模式。但是，网络技术虽然发展速度沫人，但是在g i s 数据的网络传输 仍然具有一些局限( 如：数据量不能满足要求、网络速度限制以及网络安全问题等) ，网 络技术的巨大潜力如何在g i s 领域中得到有效使用，充分恰当的发挥出它的潜能仍然是需 要人们探索的问题。 聋g i s 标准化 g i s 发展到今天这样，能够在各个领域得到使用的盛况，人们不断意识到软件、硬件、 数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、广泛的对g i s 的使用。g i s 的标准化将在 国际、国家、省、市、县和机构范围内多层次的进行，其内容可能包括到g i s 的各个组成 部分、各个操作过程、各个数据类型、软件硬件系统等。标准化的真正实现将使人们能在 一个共同理解基础上共享信息和资源。 大连理工大学硕士学位论文 数据商业化 地理数据的开发、更新和维护既费时又费力，在g i s 界曾经有人统计过，g i s 硬件、 软件和数据的造价比是1 ：1 0 ：1 0 0 ，所以如何更有效的生产和维护地理数据将会是g i s 未 来面临的主要挑战之一。g i s 生产的主要目的之一是对于空间信息进行更好的管理和处理， g i s 空间分析功能实际上是使用现有的数据来产生新的数据，所以数据是整个g i s 的操作 对象。如果数据问题能够解决，信息系统才会有意义和价值，才能够真正的运行。 g i s 企业化 g i s 网络化的发展使得g i s 在机构内部各部门之间更有效的进行通讯、交流和进行各 种资源的共享。企业和机构可以从更高的层次上对r 讧& 在企业中的使用进行统筹安排和计 划，这种方式被称为“企业化g i s ”。企业化g i sj 授术和管理人员有更高的要求，需要 企业不断的对人员进行技术和管理培训。 g i s 全球化 网络技术的发展使得世界空间缩小，使人们之间 勺j 良系更加紧密：世界经济的发展也在 要求人们建立一个更稳定、和谐的环境，在这个环 ：锫g i s 越来越成为一种有效的工具来 帮助人们了解他们所存在和依赖的自然条件状况和：t 龛变化状况。目前世界各国都在积极 地发展和使用g i s 、制定有关地理信息的政策、开月! 酶的g i s 项目，例如世界银行和其 他国家信贷组织都要求在它们资助的项目中来使用h f ( 来辅助决策。g i s 标准化对于它在 各级范围内的推广和使用将起到促进作用，国际标洼缝织已经专门就地理空间技术从各个 方面进行标准化制定和实施。 g i s 大众化 g i s 不仅在国际舞台上已经越来越受到人们的重视，甚至在人们日常生活中也潜移默化 的改变着人们的生活。以往人们需要使用地图来定向、定位和导航，而现在地图已经存储 在数据库中：从一个地点到另一个地点的最佳路线轻而易举的就可以使用g i s 系统得到； 到一个新的地方，不需要再费力寻找餐馆、旅店、娱乐中心、购物中心、银行、旅游景点 等，g i s 就是最好的向导。 1 3 校园g i s 的发展现状及其意义 1 3 1 校园g i s 的发展现状 “数字地球”、“数字城市”是近几年来地球空间信息科学研究的热境。随着世界各 国校园信息化建设的发展，“数字校园”的概念也相应出现。“数字校园”的历史要追溯 到上个世纪，1 9 9 0 年由美国克莱蒙特大学教授凯尼斯格林( k e n n e t h g r e e n ) 发起并主持的一 项大型科研项目“信息化校园计划”( t h ec a m p u sc o m p u t i n gp r o j e c t ) 7 1 被认为是数字化校 姜巍：g i $ 在校园环境导航系统中的应用 园概念的最早出现，在实践的过程中，数字校园的理念得到了逐步完善和扩充。从广义上 讲，数字校园是以网络为基础，利用先进的信息化手段和工具，实现从环境( 包括设备、教 室等) 、资源( 如图书、讲义、课件、信息等) 、到活动( 包括教、学、管理、服务、办公等、) 的全部数字化。在传统校园的基础上构建一个数字空间以拓展现实校园的空间维度，从而 提升校园的管理效率，扩展传统校园的功能，最终实现教育过程的全面信息化。达到提高 教学质量、科研和管理水平的目的删。 随着信息可视化( i n f o r m a t i o n v i s u a l i z a t i o n 技术和g i s 技术的发展及广泛应用，出现了 另一种数字校园的理念，即在现实校园的基础上构建可视化的虚拟校园。这是一种基于地 球地理坐标系建立的关于校园的空间信息模型，通过信息网络将现实校园的各种信息收集、 整理、归纳、存储、分析和优化，进而对校园的各种资源、生态环境、社会环境、教学环 境等方面的实体和现象进行模拟、仿真、表现、分析和深入认识网。 现在许多高等院校都建立了自己的校园地理信息系统，将g i s 技术与传统的管理信息 系统相结合，利用g i s 提供的空间管理和空间分析功能去解决常规管理方法难以解决的许 多问题。但是建设数字校园是一项复杂而庞大的工程，它一方面需要学校内部多方面相互 配合，理顺学校的内部管理机制；另一方面，建设过程应统筹规划、分期进行 6 1 。因此，校 园地理信息系统应该首先规划出分类管理模块和功能模块，然后逐一实现每个模块的功能， 同时还要考虑各个模块间的相互关系和信息交互，实现系统化管理。 1 3 2 建立校园g l s 的意义 我们研究的校园地理信息系统( c a m p u sg i s ，简称c g i s ) 是一种以校园地理信息为主要 管理内容的综合性软件系统。校园地理信息是校园管理的重要资源之，利用地理信息系 统对地理坐标和空间位置的表示能力，我们可以将学校各个地图( 如地形图，道路图，楼 字分布图，干线图，地下管网图等) 以及相关属性数据结合起来，并实现地图及属性的查 询、统计，使学校领导和相关部门可方便的了解学校的有关信息。除此以外，我们可以将 校园的地形部分实行分层管理，数据资料与图形完全对应，并可进行组合显示、无级缩放 和平移，必要时可在绘图仪上打印输出。而且，利用最新的软件技术如多媒体技术、软件 复用技术，我们可以进步拓展校园地理信息系统( g g i s ) 的功能，使之具有多媒体功能、 链接与嵌入( o l b ) 功能等。简而言之，校园地理信息系统( c g i s ) 可以将地图、图形、多 媒体信息( 如图像、声音以及影视信息) 和属性资料有机的结合起来迸行综合管理，利用 它不但可以在地图上对学校各种属性的相关资料进行管理，而且还可以对各种要素进行汇 总、统计和分析，并在屏幕上显示或打印输出。 总之，建立校园地理信息系统的意义归纳起来主要有以下几个方面1 1 7 1 ： 大连理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 有利于用电子数字产品全面地反映校园地理信息的现状，包括各类建筑物、管线的 空间位置、分布及其相互关系。由于系统的空间信息和属性信息都实现了数据库管理，可 以生成用户所需的各种数字化产品，同时可按各种条件生成和输出各种图表和报表。 ( 2 ) 有利于校园地面建筑物、管网等信息的有序化管理。可快速、准确地进行建筑物、 管网信息的检索查询和定位，进行各种统计分析和空间分析，为管理和设计规划提供准确 而详细的数据，这种检索和查询是双向的，既可以根据图形查属性，又可以根据属性显示 相应的图形。 ( 3 ) 有利于学生及教师信息的有序化管理。将学生及教师档案信息与地理信息相结合， 可快速、准确地进行学生及教师信息的检索查询和定位。 ( 4 ) 为学校的施工建设及时提供准确而现势的各种资料，从而可减少因地下管网信息不 明确或不准确而造成的各种损失。 ( 5 ) 有利于校园资源的更加经济有效的利用。将校园的地理位置信息与学生的选课信息 相结合，可以进行各种统计分析和空间分析，实现了教室资源的优化配置。 ( 6 ) 有利于紧急事故的处理，如地下管线的破坏。通过信息的快速查询和空间分析功能， 动态显示受影响的范围，快速制定抢救方案，如应关闭哪些阀门等。 ( 7 ) 由于使用了计算机管理，管理信息便于传输，适合一次建设，多家共享。使用网络 分析工具来优化资源调配，作各种应急处理，提高了决策的科学性。 1 4 建立大连理工大学校园环境导航系统的目的和意义 长期以来流行的环境导航系统软件主要有以下几个特点：第一、侧重于信息多媒体的 演示，界面丰富，但是缺少地理关系的分析和应用。第二、有一些使用地图来反映环境的 地理信息，但是所有的地图多为栅格图，不能进行更新和拓扑分析。第三、少数使用矢量 电子地图，能进行简单的地图放大、缩小、移动等操作和简单的查询，但是地理信息间的 分析功能难以实现；并且因为g i s 专业概念的使用，界面粗糙，使得一般的用户难以使用。 同时，由于高校管理体制的改革，许多高校相继合并，这样同一院校有多个校区，给校园的来 访者、新生等带来了诸多的不便；另外，高等院校的校园面积较大、建筑物较多，地上、地 下的管网、供电和通信线路交叉分布，这些信息在常规的导航系统中是难以及时有效的更新 的。将地理信息系统技术应用于校园环境导航系统中可以随时更新校园的地理信息，并将 校园的地理环境信息及时准确的提供给用户。使导航系统真正具有了实时准确性。 1 5 论文研究内容及目标 “大连理工大学校园环境导航系统”校园工程主要是在大连理工大学地理信息的基础上 建立起来的，以实现地理信息系统与导航信息系统的结合，为推动和实现广义概念的“数 姜巍：g i s 在校园环境导航系统中的应用 字校园”奠定了基础。 本系统以大连理工大学现有的1 ：5 0 0 的校园电子地图为基础，利用测绘教研室的g p s 接收机以及其他测绘工具，将改建和新建的校园地物准确的在电子地图上表达出来，用 s u p e r m a p d e s k p r 0 5 0 对地图进行分层处理后，通过s u p e r m a p o b j e c t 5 0 运用v i s u a l b a s i c 对系统进行开发，这种开发方案具有高度的伸缩性和良好的扩展性，开发方便，界面友好， 适合本系统的开发。 本系统主要对如下功能进行研究和开发： 书数据的输入、输出功能。系统中现有的地图数据能以a u t o c a d 等数据格式输出：能 接受a u t o c a d 、m a p i n f o 等数据格式的数据，也能将野外测量和调查获取的地物的空间 位置信息和属性信息直接录入； 书各类地物图素的编辑功能； 寺查询、统计功能和各种地图、图表的输出功能： 串专题( 面状专题、网状专题等) 拓扑关系的建立； 串空间分析功能。主要包括缓冲区分析、最短路径分析等； 书多媒体技术在校园导航系统中的应用； 串校园三维景观的浏览。 大连理工大学硕士学位论文 2 校园环境导航系统所涉及到的相关软件及技术 2 1 关于s u p e r m a p s u p e r m a pg i s 5 0 是北京超图地理信息技术有限公司研制的新型通用桌面地理信息处理 应用平台。其技术特点是；s u p e r m a p 是全组件式开发平台，有八个a c t i v e x 组件，1 2 1 个 对象，2 1 2 0 个接口；数据兼容性强，支持多种矢量数据格式转换( 如a u m c a d 的d x f 、 d w g 格式) ，多源空间数据无缝集成：支持海量数据处理，支持多种数据库，如o r a c l e 、 s q ls e r v e r 、a c c e s s ，可以适合大型系统开发：具有海量影像压缩技术，可以快速还原显示 9 1 。 211 s u p e r m a pd e s k p r 0 5 0 s u p e r m a pd e s k p r 0 50 是用于地理空间数据处理与分析建模的大型桌面g i s 软件。它提 供了地图的编辑、属性数据管理、分析与辅助决策相关事务以及输出地图、打印报表、三 维建模等方面的功能。s u p e r m 却d e s k p r 0 50 作为一个全面分析管理的工具，应用于土地管 理、林业、电力、电信、交通、城市管网、资源管理、环境分析、旅游、水利、航空和军 事等所有需要地图处理行业。在校园环境导航系统的开发中s u p e r m a pd e s k p m 5 0 主要用于 对地图迸行前期处理以及添加地图属性 9 1 。 2 1 2s u p e r m a p0 b j e c t s 5 0 s u p e r m a po b j e c t s 50 是超图地理信息技术有限公司基于a c t i v e x c o m 技术开发的一个 开放的组件地理信息系统软件开发平台。s u p e r m a po b j e c t s 5 0 提供了强大的g i s 功能，适 合于用户快速开发专业g i s 应用系统，或g i s 功能。 s u p e r m a po b j e c t s 5 0 的主要特点有【1 0 ： 易于开发。s u p e r m a po b j e c t s 5 0 以标准a c t i v e x 组件的形式提供了g i s 的全部功能。 基于这些组件可以在v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 、v i s u a lb a s i c ，n e t 、v i s u a lc # 、 v i s u a lc + + n e t 等流行的开发工具中，开发出强大的g i s 应用系统，并可与o a 、m i s 等 其他信息系统无缝集成。 ( 骊独立分发运行。s u p e r m a po b j e c t s 50 是专门面向二次开发者设计的全组件式开发平 台，基于该平台开发的应用软件可独立分发运行，不依赖于s u p e r m a pg i s 系列的任何其它 软件。降低了应用软件的部署复杂程度和分发成本。 功能强大。s u p e r m a po b j e c t s 5 0 提供了1 1 个控件、1 7 0 多个可编辑对象和3 0 0 0 多个 二次开发接口，二次开发能力强大，封装粒度适中。功能涵盖了图形和属性编辑、拓扑处 姜巍：6 i s 在校园环境导航系统中的应用 理、空间分析、三维建模和分析、三维可视化、专题图制作、符号线型填充库的编辑和管 理、布局打印等。 高度的可伸缩性。s u p e r m a po b j e c t s 50 是全组件式g i s 开发平台，各个g i s 组件可 以象搭积木一样灵活的分拆和组合。既可以使用全部组件来开发大型g i s 项目；也可以根 据需要选择其中一部分组件来开发中小型g i s 系统。 面向对象与面向拓扑相结合。s u p e r m a po b j e c t s 5 0 支持以拓扑结构和面向对象两种方 式组织空间数据，兼有二者之长，为系统中数据组织提供了更多的选择，有利于降低系统 设计开发难度。 g i s 与c a d 相结合。g i s 和c a d 数据结构各有自己的优势，在g i s 系统中都有广 泛的应用。s u p e r m a po b j e c t s 50 的数据模型同时提供了这两种数据，充分发挥它们各自的 特点和优势。同时，s u p e r m a po b j e c t s 5 0 还吸收了编辑智能捕捉等c a d 技术，大大增强了 s u p e r m a po b j e c t s 5 0 的功能，使之可堪与c a d 相媲美。 易于其他系统集成。g i s 已经成为信息技术的一部分，越来越多的行业都在或将要使 用g i s ；同时越来越多的g i s 应用电需要集成办公自动化( 0 a ) 、通信等技术。s u p e r m a p o b j e c t s 50 可以在各种流行的开发语言中与o a 、m i s 等系统随意集成，相互协同，提供完 善的系统功能。 适度的封装“粒度”。封装“粒度”是g i s 组件接口很重要的指标，它对组件提供 鲶接口是否易用有重大关系。如果“粒度”封装过粗，则在开发时很难做到功能的扩展和 灵活开发；如果“粒度”过细，则会导致对象数量过于庞大，可能导致系统初始化速度慢， 同时可能导致理解和掌握该组件群非常困难，即使进行基本功能开发也会花大量成本编写 代码。s u p e r m a po b j e c t s 50 组件对象封装粒度适中，使用灵活且易于掌握。 大型g i s 开发平台。s u p e r m a po b j e c t s 5 ，0 不仅结构合理、数据模型齐全，功能完善、 强大，而且直接支持多种关系型大型数据库，支持多种数据格式。所以s u p e r m a po b j e c t s 5 0 完全能够胜任各种大型g i s 系统建设。 2 2 组件技术基础 2 21 c o r d 技术 c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l 的英文缩写，是一种允许对象之间跨 进程、跨计算机进行交互( i n t e r a c t 的技术，是组件之间相互接口的规范，是0 l e 和a c t i v e x 共同的基础，其作用是使各种软件构件和应用软件能够用一种统一的标准方式进行交互。 c o m 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。c o m 所建立的是一个 软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链