（大地测量学与测量工程专业论文）基于gis组件的社区地理信息系统的建立.pdf

昆明理工大学硕士学位论文 摘要 摘要 地理信息系统的应用已经越来越广泛，为各行各业的管理与发展起到了决策 支持的作用。而地理信息系统的建立的途径也随着计算机软件开发技术的不断进 步变得更加多样化，其中基于组件技术的g i s 应用系统的开发有着其它开发方法 无可比拟的优势，成为当今地理信息系统开发的潮流和热点。 本文首先介绍了地理信息系统及其应用，接着探讨了应用型地理信息系统的 开发模式及其存在的问题，从而引入基于组件技术的g i s 应用系统的二次开发方 法，并详细论述了组件技术及其特点以及基于组件g i s 的应用地理信息系统的建 立。 文章的最后结合梁源社区地理信息系统的建立，具体论述了基于g i s 组件 m a p o b j e c t s 的二次开发的实现。 关键词：地理信息系统，组件技术，m a p o b j e c t s ，集成开发 昆明理工大学五贞士学位论文 a b s t r a c t w i t hg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) b e i n gw i d e l yu s e di nd i f f e r e n ta r e a ， i t sd e c i s i o n - s u p p o r t i n gi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t a n dt h et e c h n i q u eo f d e v e l o p i n ga p p l i c a t i o no fg i sh a sb e c o m em o r ev a r i e t yw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e s o f t w a r et e c h n i q u e c o m p o n e n tt e c h n i q u ei st h en e wt i d eo fs o , w a r ed e v e l o p m e n t a n di ti sm o r ea d v a n c e di nd e v e l o p i n ga p p l i c a t i o no fg i st h a nt r a d i t i o n a lw a y s f i r s t l yt h i sp a p e ri n t r o d u c e dw h a ti sg t sa n d i t sc h a r a c t e r ，a p p l i c a t i o na n dt h e t r e n do fg i s sd e v e l o p m e n t t h e nt h et r a d i t i o n a lm o d e l so fd e v e l o p i n gg i sw a s s t u d i e da n dp r o b l e m si nt h e s em o d e l sw e r ef o u n d t h ec o m p o n e n tt e c h n i q u ei s t h e w a yt os o l v et h e s ep r o b l e m s t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ec o n c e p t i o n o fc o m p o n e n t t e c h n i q u ea n di t sc h a r a c t e r sa n de s t a b l i s h i n gaa p p l i c a t i o no fg i s o nb a s i so fg i s s c o m p o n e n t sw a sa l s od i s c u s s e di nd e t a i l s i nt h ee n do ft h i sp a p e r ，ac o r n m u n i t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e n e s t a b l i s h e dw i t ht h eg i sc o m p o n e n t ，m a p o b j e c t s k e yw o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，c o m p o n e n tt e c h n i q u e ，m a p o b j e c t s ， i n t e g r i t yd e v e l o p m e n t i i 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：垆j 、肌 日 期：j 一，年扛月，7 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 、 导师签右f 丕! 丝 一论文作者签名： 一 昆明理工大学硕士学位论文第一章地理信息系统致其心用 第一章地理信息系统及其应用 世界已进入信息时代，世界各国特别是发达国家，都把发展信息产业、建设信息高 速公路和培养信息建设人才作为重要的发展战略“。人们不仅需要能够快速检索和交互 使用各种统计型、文档型等社会经济信息，而且愈加迫切要求将这些信息与地理信息有 机地匹配和结合起来，以掌握这些社会经济信息的空间分布及其相互关系。当前社会各 方面对地理信息的需求日益增长，地理信息的用户市场逐步形成，对地理信息的内容、 提供地理信息服务的方式和地理信息人才等方面的需求不断提高。地理信息系统作为一 种以采集、贮存、管理、分析和描述整个地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统， 与人类生存、地区的发展和进步密切关联，在我国己受到愈来愈多的重视。 1 1 地理信息系统 1 1 1 地理信息系统概念 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 作为信息处理技术的，一 种，是以计算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和 信息科学的理论，采集、存储、显示、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管 理和决策提供信息来源和技术支持。简单的说，g i s 就是研究如何利用计算机技术来管 理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机 体，用于高效的采集、存储、更新、处理分析和显示各种类型的地理信息“。 g 1 s 涉及的面很广，要想给出g i s 的准确定义是很困难的，站在不同的角度给出的定义 就会不同。一般g 1 s 的定义应包括4 个方面。： 1 ) 面向功能。g i s 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。 2 ) 面向应用。这种方式根据g 1 s 应用领域的不同，将g 1 s 分为各类应用系统，例如 土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。 3 ) 面向工具。即通过g i s 提供的用于处理地理数据的工具来定义采集、存储、查 询、变换和显示空间数据等的集合。 4 ) 面向数据库。g i s 是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一 个对数据进行操作的集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。 1 1 2 地理信息系统的组成 g i s 由五个主要的元素所构成：硬件、软件、数据、人员和方法 3 , 4 , 3 1 。 硬件：是g i s 所操作的计算机，令天g i s 软件可以在很多类型硬件上运行，从中央 计算机服务器到桌面计算机，从单杌环境到网络环境。 昆f ；j j 理工大学硕上学位论文 第一章地理信息系统及其应用 软件：g i s 软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件 部件有 输入和处理地理信息的工具 数据库管理系统( d b m s ) 支持地理查询、分析和视觉化的工具 容易使用这些工具的图形化界面( g u i ) 数据：一个g i s 系统中最重要的就是数据了。地理数据和相关表格数据可以自己采 集或者从商业数据提供者处购买。g i s 把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，可 以使用被大多数公司采用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。 人员：g i s 技术如果没有人员来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么 价值。g i s 用户的范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他 们每天工作的人员。 方法：成功的g i s 系统，具有好的设计计划和自已的事务规律，这些都是规范而且 对每一个公司来说具体的操作实践又是独特的。 虽然g i s 是- - f 多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技术是数据 库、地图可视化及空间分析( 见图1 1 ) 。因此，也可以这样定义：g i s 是处理地理数 据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。 图1 1 地理信息系统的组成 1 1 3 地理信息系统的分类 地理信息系统按内容、地理信息系统的组成功能和作用可分为两类：工具型地理信 息系统和应用型地理信息系统”。 工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，具有地理信息系统基本功 能，供其它系统调用或用户进行二次开发的操作平台。地理信息系统是一个复杂庞大的 空间管理信息系统。用地理信息技术解决实际问题时，有大量软件开发任务，如各用户 2 昆明理工大学硕士学位论文 第一章地理信息系统及其应用 重复开发对人力物力是很大的浪费。工具型地理信息系统为地理信息系统的使用者提供 一种技术支持，使用户能借助地理信息系统工具中的功能直接完成应用任务，或者利用 工具型地理信息系统加上专题模型完成应用任务。 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的基本功能外，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。它可以 在比较成熟的工具型地理信息系统基础上进行二次开发完成，工具型地理信息系统是建 立应用型地理信息系统的一条捷径。应用型地理信息系统也可咀是为某专业部门专门设 计研制的，此系统针对性明确，专业性强，系统开销小。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： 专题地理信息系统( t h e m a t i cg i s ) ：专题地理信息系统是具有有限目标专业 特点的地理信息系统，为特定专门目的服务。 区域地理信息系统( r e g i o n a lg i s ) ：主要以区域综合研究和全面信息服务为 目标。可以有不同的规模，如国家级、地区或省级、市级和县级等为不同级别 行政区服务的区域信息系统，也可以有以自然分区或流域为单位的区域信息系 统。 1 1 4 地理信息系统的功能 由于地理信息系统发展的多源性，其功能具有可扩充性以及应用的广泛性。其基本 功能包括【3 ，7 ，8 】： 1 ) 数据的采集、检验与编辑：主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的 数据在内容与时间上的完整性、数据值逻辑一致及无错等。一般而论，地理信息系统数 据库的建设占整个系统建设投资的7 0 或更多。为此信息共享和自动化数据输入成为地 理信息系统研究的重要内容。 2 ) 数据操作( 数据格式化、转换、概化) ：数据格式化是指不同数据结构的数据问 变换，是一种耗时、易错、需要大量计算的工作。 数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变换。在数据格式的转换方式上，矢量 到栅格的转换比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺的缩放、旋 转、平移等方面，其中最重要的是投影变换。 数据概化包括数据平滑、特征集结等。 3 ) 数据的存储与组织：这是一个数据集成的过程，也是建立地理信息系统数据库 的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格膀：量混台 昆纠理工大学硕= b 学位论文 第一章地理信息系统及其应用 模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在很大程度上决定了系统所能执 行的数据分析功能。在地理数据的组织与管刊中，最为关键的是如何将空间数据和属性 数据融合为一体。大多数现行系统都是将二者分开存储， 通过公共项( 一般为地物标识码) 来进行连接。 4 ) 查询、检索、统计、计算功能：查询、统计、计算是地理信息系统以及其它许 多自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能。 5 ) 空间分析：这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 系统的根本区别，是地理信息系统应用深化的重要标志。包括缓冲分析、叠嚣分析，拓 扑分析等几个方面。 6 ) 可视化：地理信息系统为用户提供了许多用于显示地理数据的工其，尤为重要 的是地理信息系统的地图输出功能。 1 1 5 组件式地理信息系统 g i s 技术从发展历程看，经历了g i s 模块，集成式g i s ，模块化g i s ，核心化g i s ， 组件式g i s 和w e b g i s 六个阶段。组件式g i s 是g i s 技术发展的一个全新的阶段。组 件式g i s 基于标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以进行自由、灵活的重组，而且 具有面向对象的可视化的界面和使用方便的标准接口，可以与传统的m i s ，o a 等系统 有机的集成，克服传统g i s 与m i s 系统难于成一体的缺点。 因而组件式g i s 有着广阔的发展前景“ 1 1 51 组件式g i s 的特点 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统g i s 工具无 法比拟的优点： 1 ) 小巧灵活、价格便宜 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。组件化的g i s 平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能 的前提下，系统表现得小巧灵活，而其价格仅是传统g 1 5 开发工具的十分之一，甚至更 少。这样，用户便能以较好的性能价格比获得或开发g i s 应用系统。 2 ) 直接嵌入m i s 开发工具 组件的生产建立在严格的标准之上，因此，凡符合标准的组件都可在目前流行的各 种开发工具上使用。这样，v b ，v c ，d e l p h i ，p o w e r b u i l d e r ，n o t e s ，f o x p r o ，a c c e s s 等都可囊接线为辎或g m i s 驹优秀开发工具，它们各自的优点都能够得劐充分发挥。 这与传统g i s 专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 4 琵明理工大学硕士学位论文 第一章地埋信息系统及其应用 3 ) 强大的g i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用i n p r o c 直接调用形式，所以无论是 管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的g i s 组件完全能 提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 4 ) 开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中，对于厂大开发人员来讲，就可以自 由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组件提供的a p i 形式非常接近m i s 工具的模式， 开发人员可以像管理数据库表样熟练地管理地图等空间数据，无须对开发人员进行特殊 的培训。 在g i s 或g m i s 的开发过程中，开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。这 将使大量的m i s 开发人员能够较快地过渡到g i s 或g m i s 的开发工作中，从而大大加 速g i s 的发展“。 随着现代化建设速度的加快，我国资源与环境正在发生显著的变化，尤其城市面貌 更是日新月异。面对日益增多的信息、越来越决的更新速度以及新老技术管理人员的交 替，城市许多行业领域的管理等都面临着非常大的压力。尽快采用先进的管理系统是十 分必要的。g i s 和g m i s 系统完全可以通过对空间地理信息与数据库信息的综合管理， 为有关部门和单位提供全面的信息管理和有力的辅助决策支持服务。 1 1 5 2 组件式地理信息系统的意义 我国g i s 的发展比发达国家要落后许多年，尤其是g i s 软件的开发与应用方面差距 更大。组件式g i s 开发平台的出现，特别是国产优秀组件式g i s 平台的推出，大大缩短 了我国与发达国家g 1 5 软件之间的差距，为我翻中小型g i s 应用系统的建设带来了新的 机遇。我们完全有可能一步跨越儿个台阶，直接利用最新的技术，开发出先进的管理 系统： 1 ) 性能与可靠性有较大提高 国产组件式g i s 开发平台和国外几乎同时起步，系统从较高的技术起点出发，性能 和可靠性较过去的系统已经有了较大的提高，且在各个领域的实际应用中积累了不少缀 验，完全可以充当中小型系统的支撑平台。 2 ) 充分利用现有的开发人员 由于组件式g i s 开发平台可以采用一般的m i s 工具来开发，且其开发a p i 的形式 与常规数据库的开发接口类似，所以许多m i s 开发人员只需经过短期学习就可以承担起 g i s 或g m i s 的开发任务，这是普及g i s 或g m i s 至关重要的因素。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章地理信息系统硬其应用 3 ) 开发周期缩短 由于采用高层次的开发工具，开发者可尽可能地利用已有的经验和技能，3 h 2 ：组件 式g i s 平台本身具有层次简明的特点与对象化的开发方法，将会大幅度缩短构造个 g i s 或g m i s 系统所需的时间。过去，利用传统g i s 开发平台开发一个应用系统往往需 要- - f 或更长的时间，而采用组件式g i s 开发平台，对于不太复杂的系统来说，几周就 可以构造出原型，几个月就能见到成效了。 4 ) 可扩展性增强 组件本身封装程度高，系统的升级可以做到较为透明。整个g i s 系统就是由组件搭 建而成，其结构必然更为简单且易于调整。此外，组件遵循的是国际标准，开放性会更 好。 5 ) 降低系统建设成本 如果采用传统g i s 开发平台，构造个运行在十几台计算机上的中小型g i s 系统， 购买开发环境的费用在3 0 万元人民币左右。而采用国产组件式g i s 平台产品，开发环 境只需几千元，加上平均几百元一个的运行许可，总体平台费用会降到十分之一左右。 我国g i s 发展了近二十年，但目前仍未形成有规模的产业。组件式g i s 开发平台的 出现是推动我国g i s 软件产业和应用事业的一个重要机遇。从另一方面看，g i s 要真正 得到发展，必须改变原来过于专业化的开发方式，让更多的开发人员掌握开发工具，使 其成为一个比较大众化的应用领域。 1 2 地理信息系统在国内外的应用 地理信息系统近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化【托1 。最初的地理信息系统 都是一些具体的应用系统，充其量只能称之为一门技术。现在已发展成一个独立的、充 满活力的新兴学科，这已经为大家所公认。地球信息科学从理论上讲是解决地球信息问 题，它的范围包括从卫星航空遥感或全球定位系统( g p s ) 接受信息，变换和校正后进 入空间数据库：数据库中的地理信息可以力便地检索、查询，在此数据库和相关知识库 的基础上能够定义和生成各种领域专用模型，如城市规划模型、灾害评价模型等；运用 这些模型对地理数据进行有效分析，并把分析结果或是决策咨询建议以直观、清晰的形 式输出。这一范围包括了计算机科学、地图学、航测、遥感等多种学科的交叉“”。 目前世界上常用的g i s 软件己达4 0 0 多种。它们大小不一，风格各异，国外较著名 的有a r c i n f o ，g e r n a m a p ，m g e ，m a p i n f o 等：国内较著名的有m a p g i s ， g e o s t a r 和c i t y s t a r 等。虽然g i s 起步晚，但它发展很快，目前已成功地应用到一百 多个领域。 乩咐埋工太学硕l 学位论文 第一章地理信邑系统及其应刖 3 ) 开发周期缩短 由于采用高层次的开发工具，开发者可尽可能地利用已有的经验和技能，加上组件 式g i s 平台本身具有层次简明的特点与对象化的丌发方法，将会大幅度缩短构造一个 g i s 或g m i s 系统所需的时叫。过去，利用传统g i s 开发平台开发一个应用系统往往需 要一年或更长的 i 寸问，而采用组件式g i s 开发x r 台，对于不太复杂的系统来说，几间就 可阻构造出原型，几个月就能见到成效了。 4 ) 可扩展性增强 组件本身封装程度高，系统的升级可以做到较为透明。整个g i s 系统就是由组件搭 建而成，其结构必然更为简单且易于调整。此外，组件遵循的是国际标准，开放性会更 好。 5 ) 降低系统建设成本 如果采用传统g i s 开发平台，构造一个运行在十几台计算机t 的中小型g i s 系统， 购买开发环境的费用在3 0 万元人民币左右。而采用国产组件式g i s 平台产品，升发环 境只需几千元，加上平均几百元一个的运行许可，总体平台费用会降到十分之一左右。 我国g i s 发展了近二十年，但目前仍未形成有规模的产业。组件式g i s 开发平台的 出现是推动我国g i s 软件产业和应用事业的个重要机遇。从另一方面看，g i s 要真正 得到发展必须改变原来过于专业化的开发方式，让更多的开拄人员掌握开发工具，使 其成为一个比较大众化的应用领域。 1 2 地理信息系统在国内外的应用 地理信息系统近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化【1 2 】。最初的地理信息系统 都是一些具体的应用系统，充其量只能称之为- - f 7 技术。现在己发展成一个独立的、充 满活力的新兴学科，这已经为大家所公认。地球信息科学从理论上讲是解决地球信息问 题，它的范围包括从卫星航空遥感或全球定位系统( g p s ) 接受信息，变换和校正后进 入空间数据库：数据库中的地理信息可以力使地检索、查询，在此数据库和相关知识库 的基础上能够定义和生成各种领域专用模型，如城市规划模型、灾害评价模型等：运用 这些模型对地理数据进行有效分析，并把分析结果或是决策咨询建议姓直观、清晰的形 式输出。这一范围包括了计算机科学、地图学、航测、遥感锌多种学科的交叉“。 曰前世界上常用的g i s 软件己达4 0 0 多种。它们大小不一，风格各异，国外较著名 的有a r c i n f o ，g e r n a m a p ，m g e ，m a p i n f o 等；国内较著名的有m a p g i s ， g e o s t a r 和c i t y s t a r 等。虽然g i s 起步晚，但它发展很快，日前已成功地应用到一百 g e o s t a r 和c i t y s t a r 等。虽然g i s 起步晚，但它发展很快，目前已成功地应用到一百 多个领域。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章地理信息系统及其麻用 尽管现存的地理信息系统软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情 况。一是利用g i s 系统来处理用户的数据；二是在g i s 的基础上，利用它的开发函数库 二次开发出用户的专用的地理信息系统软件。目前已成功地应用到了包括资源管理、自 动制图、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、 教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，地理信息系统的应用遍及 环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域近年 来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了地理信息系统应用的进程，在城市规划管理、 交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益 和社会效益。 1 ) 地理信息系统在地理空间数据管理中的应用：即以多种方式录入的地理数据， 以有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索，以多种方式 输出决策所需的地理空间信息。 2 ) g i s 在综合分析评价与模拟预测中的应用：g i s 不仅可以对地理空间数据进行编 码、存储和提取，而且还是现实世界模型，可以将对现实世界各个侧面的思维评价结果 作用其上，得到综合分析评价结果；也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、 函数和分析模拟程序作用在这些数据上，模拟这些过程的发生发展，对未来的结果做出 定量的和趋势预测，从而预知自然过程的结果，对比不问决策方案的效果以及特殊倾向 可能产生的后果，以做出最优决策，避免和预防不良后果的发生。 3 ) g i s 的空间查询和空间分析功能的应用：为了便于管理和开发地理信息( 空阀 信息和属性信息) ，在建库时是分层处理的。也就是说，根据数据的性质分类，性质相 同或相近的归并一起，形成一个数据层。这样g i s 对单幅或多幅图件及其属性数据进行 分析和指标量算。这种应用以原始图为输入，而查询和分析结果则是以原始图经过空间 操作后生成的新图件来表示，在空间定位上仍与原始图一致。因此，也可将其称为空间 函数变换。这种空间变换包括叠置分析、缓冲区分析、拓扑空间查询、空问集合分析( 逻 辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算) 。 4 ) g i s 的输出功能在地图制图中的应用：地理信息系统的发展是从地图制图开始 的，因而g i s 的主要功能之一就是用于地图制图，建立地图数据库。与传统的、周期长、 更新慢的手工制图方式相比，利用g i s 建立起地图数据库，可以达到次投入、多次产 出的效果。它不仅可以为用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种 专题，如行政区划图、土地利用图、道路交通图等等更重要的是由于g i s 是一种空问信 息系统。它所制作的图也能够反映一种空间关系，可以制作多种立体图形，而制作立体 图形的数据基础就是数字高程模型。 7 昆明理工大学硕士学位论文 第一章地理信息系统及其应用 5 ) 地理信息系统与遥感图像处理系统的结合的应用：遥感数据是地理信息系统重 要信息源。其实目前大多数g i s 系统己揉进图像处理功能，并把它作为其一个子模块。 6 ) 应用g i s 一些二次开发函数库开发出具有特定功能软件系统 7 ) g i s 中属性数据的综合及融合：在现有的g i s 中，属性数据只是用于检索和查 询，或进行简单的统计，难以深入的分析，难以发掘隐含在其中的模式和规律。在众多 项的属性数据中，有时将几个属性项的属性数值加以综合，构成一个具有某领域特定意 义的新属性项新属性值，这种综合不是综合前属性数据值的简单反映，也不是它们的孤 立集合，而是经过某领域研究人员深思熟虑的综合分析，闰数量表示某领域问题的综合 概念和结果特征。 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、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、农业等方面的应用，为建立中国的“数字地球”奠定技术基 础、软件基础和应用基础。 1 3 地理信息系统发展趋势，“ ”1 1 ) 互操作( i n t e r o p e r a b l e ) g i s 。地理数据的继承与共享、地理操作的分布与共摩、 g i s 的社会化和大众化等客观要求使得尽可能降低采集、处理地理数据的成本，实现地 理数据的共享和互操作成为共识。互操作g i s ( i n t e r o p e r a b l eo l s ) 的出现就是为了解决 传统g i s 开发方式带来的数据语义表达上不可调和的矛盾，这是一个新的g i s 系统集成 平台，它实现了在异构环境下多个佃或其应用系统之间的互相通信和协作，可以完成莱 一特定任务。这一过程对于实现语言、执行环境和建立模型是透明的。 2 ) 3 d 和4 do l s 。g i s 处理的空间数据，从本质上说是三维连续分布豹。但目前 g i s 的主要应用还停留在处理地球表面的数据上，大多数g i s 平台都支持点、线、殛三 类空间物体，不能很好地支持曲面( 体) ，因为三维g i s 在数据的采集、管理、分析、 表示和系统等方面要比二缨佃复杂很多，尽管有些g i s 软件还采用建立数字高程模型的 方法来处理和表达地形的起伏，但涉及到地下和地上的真三维的自然和人工景现时往往 显得无能为力，只能把它们先投影到地表，再进行处理，也就是说，实际上系统是以二 维的形式来处理数据的。这种试图用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精 昆明理工大学硕士学位论文 第一章地理信息系统及其应用 确地反映、分析和显示三维信息的问题。 3 d 和4 dg i s 涉及的关键技术是：3 d 和4 d 的建模技术，数据模型的研究，海量数 据的存贮、管理、访问、显示，空间索引技术，三维显示技术与科学计算可视化技术的 集成，面向对象的空间数据库的研究，面向对象的空间数据库与三维实时显示技术的集 成。 3 ) 组件式g i s ( c o m g i s ) 。组件式软件技术已成为当今软件技术的潮流之一， 它的出现改变了以往封闭、复杂、难以维护的软件开发模式。c o m g i s 便是顺应这一潮 流的新一代地理信息系统，是面向对象技术和构件式软件技术在g i s 软件开发中的应 用。组件式g 1 s 所涉及的关键技术是：各种组件技术( c o m 和c o r b a ) 的集成，通 用性、可移植性的研究。 4 ) 移动电话g i s ( w a g g i s ) 。随着通信技术的发展，移动电话上网己成为现实， 移动电话与掌上电脑集成构成一个小型“移动办公室”，人们使用移动电话在网上查询 资料，收发邮件等。因此使用移动电话在网上查询与空间位置有关的信息( 如旅游地图、 交通线路) 的时代将很快到来。很多厂商已在能运行w i n d o w sc e 的掌上电脑上开始研 制g i s ，可以预计移动电话g i s ( w a g g i s ) 年代即将到来。 它所涉及的关键技术是：存贮容量的增大，实时性、易操作性，w a p g i s 、g p s 和 g s m 的集成研究。 5 ) 互联网g i s ( w e b g i s ) 。飞速发展的i n t e r n e t i n t r a n e t 已经成为g i s 新的系统平 台。利用i n t e m e t 技术在w 曲上发布空间数据供用户浏龉w e bg i s 站点中的空间数据。 制作专题图、进行各种空间检索和空间分析，这就是基于w w w 的地理信息系统 ( w e b o l s ) 。w e b g i s 显然要求支持i n t e m e t i n t r a a e t 标准，具有分布式应用体系结构 它可以被看作是由多主机、多数据库与多台终端通过i n t e m e t i n t r a n e t 组成的网络，其网 络c l i e n t 端为g i s 功能层和数据管理层，用以获得信息和各种应用，网络s e r v e r 端为数 据维护层，提供数据信息和系统服务。 它所涉及的关键技术是：怎样提高互操作性、易用性和响应速度，网络计算的研究。 6 ) 数字地球。是在全球范围内建立的一个以空间为主线，将信息组织起来的复杂 系统，也就是全球范围的以地理位置及其相互关系为基础而组成的信息框架，并在该框 架内嵌入我们所能获得的信息的总称。它所涉及的关键技术是：信息交换标准的建：立， 海量数据的存贮和管理。 9 昆明理工大学硕士学位论文第二章应用型( 3 i s 的建市 第二章应用型g i s 的建立 如前所述，g i s 分为工具型和应用型两种，工具型g i s 又称为通用型g i s ， 是指具有数据输入、编辑、结构化存储、处理、查询分析、输出、二次开发、数 据交换等全套功能的g i s 通用软件，是开发各种专用系统的基础与工具；应用，弘 地理信息系统是利用g i s 系统开发工具集，针对某一专业领域和业务部门的工作 流程而开发的独立的g i s 运行系统，旨在利用g i s 工具有针对性地解决具体的问 题。它符合专业领域或业务部门的工作流程，针对性强，是g i s 产品向专业化发 展的产物，对扩大g i s 产品影响力，在更广泛的领域应用g i s 产品具有重要作用。 本章将探讨应用型g i s 的建立。 2 1 地理信息系统的软件技术体系n ，”3 地理信息系统是一门建立在计算机技术基础上的综合性的技术，是一种对空 间数据进行采集、存储、更新、分析、输出等处理的工具，软件是其核心内容之 一。地理信息系统软件技术体系主要指g i s 软件的组织方式，依赖于一定的软件 技术基础，决定了g i s 软件的应用方式、集成效率等许多方面的特点。从发展历 程看，地理信息系统软件技术体系可以划分为六个阶段，即：g 1 s 模块、集成式 g i s 、模块化g i s 、核心式g i s 、组件式g i s 和万维网g i s 。 1 ) g i s 模块 在g i s 发展的早期阶段，由于受到技术的限制，g i s 软件只是满足于某些功 能要求的一些模块，没有形成完整的系统，各个模块之间不具备协同工作的能力。 这一阶段可以称为g i s 模块( g i sm o d u l e s ) 阶段。 2 ) 集成式g i s 随着理论和技术的发展，各种g i s 模块走向集成，逐步形成大型的g i s 软件 包( g i sp a c k a g e ) ，可以暂称为集成式g i s ( i n t e g r a t e dg i s ) ，如e s r i 的a r c i n f o 、 g e n a s y s 的g e n a m a p 等均为集成式g i s 的典型代表。集成式g i s 是g i s 发展的一 个重要里程碑，其优点在于其集成了g i s 的各项功能，形成独立完整的系统；而 其缺点在于系统过于复杂、庞大，从而导致成本高，也难于与其它应用系统集成。 3 ) 模块化g i s 模块化g i s 的基本思想是把g i s 按照功能划分为一系列模块，运行于统一的 基础环境之上( 如m i c r o s t a t i o n ) 。尽管许多集成式g i s 软件也可以划分为几个 模块，但模块化g i s 软件豹攘块被鸯目的地划分得更细。模块化g i s 具有较大的 工程针对性，便于开发和应用，用户可以根据需求选择所需模块。但无论是集成 1 0 昆明理工大学硕士学位论文第二章应用型g i s 的建订 式g i s 或是模块化g i s ，都很难与管理信息系统( m i s ) 以及专业应用模型一起 集成高效、无缝的g i s 应用。代表软件为i n t e r g r a p h 的m g e 。 4 ) 核心式g i s 为解决集成式g i s 与模块化g i s 的缺点，提出了核心式g i s ( c o r eg i s ) 概 念。核心式g i s 被设计为操作系统的扩展。w i n d o w s 系列操作系统上的核心式 g i s 提供了一系统动态链接库( d l l ) ，开发g i s 应用系统时可以来用现有的高 级编程语言，通过应用程序接口( a p i ) 访问内核所提供的g i s 功能。但是，由 于核心式g i s 提供的组件过于底层，给应用开发者带来一定难度，它不适应可视 化程序设计的潮流。目前还没育成熟的核心式g i s 商业软件。 5 ) 组件式g i s 随着计算机软件技术的发展，g i s 组件化发展到了一个全新的阶段，出现了 组件式g i s ( c o m p o n e n t sg i s ，以下简称c o m g i s ) 。所谓c o m g i s ，是指基于组 件对象平台，以一组具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的 g i s 。这种组件称为g i s 组件，g i s 组件之间以及g i s 组件与其他组件之间可以 通过标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算机实现。 c o m g i s 不是一种小技术在g i s 软件开发中的应用，而是一种全新g i s 软件 技术体系。不仅仅是g i s ，组件式软件技术给整个软件产业带来了场技术革命， 是当今g i s 发展的重要趋势。 6 ) 万维网g i s 互联网地理信息系统w e b g i s 是i n t e r n e t 技术应用于g i s 开发的产物，是一一 种基于i n t e r n e t 的o p e n g i s 。g i s 通过w w w 功能得以扩展，真正成为一种大众 使用的工具。从w w w 的任意一个节点，i n t e m e t 用户可以浏览w e b g i s 站点中 的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使g i s 进入 干家万户。一般把因特网中的g i s 称为w w w g i s 或w e b g i s ，中文名为万维 网g i s 。 2 2 应用型g is 的建立模式 2 2 1 当前g i s 开发模式存在的问题n 7 3 早在2 0 世纪8 0 年代人们就预期，地理信息系统( g i s ) 广泛应用于政府和 大型企业将会极大地提高经济效益，同时带来巨大的社会效益。然而事与愿违， 至今为止，g i s 在许多政府部门和企业的应用并没有给企业带来预期可见的效果。 许多单位对g i s “爱恨交加”：方面，不上g i s 是万万_ 不行的，早上比晚上要 昆f 刊理工大学硕：l 学位论文 第二章应用型g i s 的建立 好：另一方面，g i s 实施复杂与困难，耗费的时间长，而且投入巨大。诸多迹象 和事实表明，众多的企业在g i s 应用方面的投资似乎遇到了个巨大的“黑洞”， 使得企业的大量投入见不到回报。 目前，一个g i s 通常的开发流程如图2 1 。 图2 ig i s 开发流程 从表西看，这种开发模式并不存在任何问题，往往一个成功的g i s 也正是 采用这样一种流程来实现的。但在实际运作中却存在以下几方面的问题： 1 ) 不够了解具体需求的招投标模式。 招投标的运作本身使得投标单位和用户之间的沟通交流不够，用户对投标单 位的资质了解不够，投标单位对用户的需求和开发的背景了解不够。 2 ) 计划不合实际。 用户往往希望用最小的代价和在最短的时间内获得一个功能完备和稳定的 g i s 系统，而软件开发者在这样的希望之下没有详细和合理的计划。合理的计划 必须充分考虑到系统全面实旌各个环节需要完成的工作，可能遇到的问题以及针 对问题的解决方案，对待突发事件的处理，不同环节的有效连贯等等。 3 ) 需求分析不明确 软件开发完成之压，不断有薪的需求，这是最常见的问题。因此一定要最大 限度地坚持最初的需求分析，如果万不得已，确实需要增加新的需求，那么一定 要更改撩关的计划。 4 ) 测试不充分 一个于呼万唤始出来斡g i s ，由于没有尽早避开展测试并在闽题修改之后进 行回归测试，系统一推出使用就遭到用户的“冷淡”，得不到用户大力支持的系 统难阻很好的推广应用，系统也就难免变成“科研成果”，丽不是用户预期的“生 产系统”。 5 ) 交流不够充分 开发人员与开发人员之间、开发人员与项目管理组之间、项目组和用户之间 不能充分地交流导致出现籽焉 昆明理工大学硕士学位论文 第二章应用型g i s 的建立 2 2 2 应用型g i s 的开发模式 针对以上g i s 开发中存在的问题，在进行应用型g i s 的开发中应该注意 1 6 , 1 7 ： 1 ) 以用户为主导。 用户在g i s 应用项目中多多少少要承担一定的开发工作。只有在用户将专业 领域的需求及时地反映给g i s 应用项目开发人员，所实现的系统才能很好地反映 业务流程。另外，系统的维护工作一方面需要g i s 开发人员的支持，另一方面又 强烈依赖于用户对g i s 概念的理解和对图形思维方式的适应和成熟运用。 2 ) 以业务为主导，应用为目标。 开发g i s 的最终日的是为了辅助业务办理、日常办公和支持决策。因此，在 设计系统时，必须充分考虑业务的需求，将g i s 与业务紧密结合，考虑到g i s 应 用的目标和具体业务使用g i s 的过程和目的来设计系统。 3 ) 面向对象 面向对象的核心思想之一就是复用，因此，目前面向对象开发模式下，“复 用”就仅仅局限在代码复用，而只有做到面向对象分析，面向对象设计后，才能 做到系统级重用。 4 ) 面向对象的系统件开发模式 面向系统件开发模式的思路大致为：从需求分析结果开始进入系统设计，设 计围绕系统件来进行，即选择什么样的系统件，选择什么样的数据库，该怎样来 设计数据库以正确配置系统件等。根据系统设计的结果，选择合适的基于系统件 开发模式的集成工具来完成系统的实现以得到最后的系统的过程。所谓系统件就 是一个系统模版，就和一个类、一个组件、控件差不多，只是它是系统级别的， 这类系统模版并不具有任何具体的数据特性，不具有任何个性化的信息，但具有 固定的系统结构和布局。当我们使用这些系统模版来做系统实现的时候，我们只 需要赋予它具体的属性值，比如说具体的数据库信息，具体的显示信息等。 基于这种模式开发的系统重用度很高，容易在同行业的其他单位使用，对于 软件开发技术的积累和g i s 产业化都非常有好处。 2 3 应用型g l s 的选型n 6 儿”1 和其它应用项目一样，需求分析阶段g i s 软件的选型是对于g i s 应用