（大地测量学与测量工程专业论文）阜新城市消防导航地理信息系统研究.pdf

辽宁工程技术大学硕士学位论文 摘要 本文介绍了城市消防地理信息系统的发展概况，详述了开发环境的特点 并对开发方式进行探讨，通过对系统的总体分析和设计，根据m a p i n f o 的特 点设计了基于城市消防的g i s 空间数据结构，利用面向对象技术和m a p x 组 件，结合开放式数据接口以及g p s 卫星定位技术和地图匹配技术，实现了电 子地图的放大、缩小、漫游、图元闪烁及鹰眼图显示，对空间数据和属性数 据的编辑、查询、检索和空间目标的定位显示，以及对消防救援的最优路径 分析及缓冲区分析等功能。 关键词：城市消防g i sm a p l n f o ；卫星定位系统；空间数据库；道路拓扑 辽宁工程技术大学硕士学位论文 i i a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e d d e v e l o p m e n tg e n e r a ls i t u a t i o no ft h ec i t y f i r e 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 ，h a sd w e l lo nc h a r a c t e r i s t i co ft h ee x p l o i t u r e e n v i r o n m e n ti nd e t a i la n dc a r r i e so nt h ed i s c u s s i o nt ot h ee x p l o i t u r em e t h o d ， t h r o u g ht h eo v e r a l ls y s t e ma n a l y s i sa n dt h ed e s i g n ，h a sd e s i g n e dt h es t r u c t u r eo f s p a t i a ld a t ab a s e do nt h ec i t yf i r eg i sa c c o r d i n gt ot h em a p i n f oc h a r a c t e r i s t i c ， u s e do b j e c t - o r i e n t e dt e c h n i ca n dt h em a p xm o d u l e ，u n i f i e dt h eo p e nd a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ，t h eg p st e c h n o l o g ya n dt h em a pm a t c ht e c h n o l o g y ，r e a l i z e d e n l a r g e m e n t ，r e d u c e ，r o a m so ft h ee l e c t r o n i c m a p ，t h eg l i t t e r so fm a pe l e m e n t a n dt h ed i s p l a yo ft h ee a g l e - e y e dm a p ，t h ee d i t i o n ，i n q u i r y ，s e a r c ho fs p a t i a l d a t aa n dt h ea t t r i b u t ed a t aa n dt h eo r i e n t a t i o na n dd i s p l a yo ft h es p a t i a lt a r g e t l o c a l i z a t i o n ，a n dt h eo p t i m a lp a t ha n a l y s i sa n db u f f e ra n a l y s i sf u n c t i o no ff i r e f e g c u e k e yw o r d s ：c i t yf i r eg i s ；m a p i n f o ；s a t e l l i t ep o s i t i o n i n gs y s t e m ；s p a c e d a t a b a s e ；r o a dt o p o l o g y 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 地理信息系统概述 1 1 1 地理信息系统概念 地理信息系统，简称g i 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 ) ，是处理地 理信息( 地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称 为空间信息) 的系统：同时，g i s 也是一门综合了经济管理学、运筹学、地理 学、测量学及计算机科学等多种学科的科学技术，它是对地球空间数据进行 采集、存储、检索、建模、分析和表示的计算机系统，其不仅可以管理以数 字、文字为主的属性信息，而且可以管理以图形、图像为主的空间信息。它 通过各种空间分析方法对各种不同的空间信息进行综合分析解释，确认空间 实体之间的相互关系，分别在一定区域内发生的各种现象和过程。因此g i s 可定义为：“用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数 据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术”。 1 1 2 地理信息系统的组成2 j 完整的地理信息系统主要由4 个部分构成，即计算机硬件系统、计算机 软件系统、空间数据和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统，包括 软件和硬件。空间数据反映地理信息系统的地理内容，而管理人员和用户则 决定系统的工作方式和信息表示方式。 i 计算机硬件系统 计算机硬件系统是计算机系统中实际物力设备的总称，是g i s 的物理外 壳。系统的规模、精度、速度、功能、形式及使用方法甚至软件都与硬件有 极大的关系，并受硬件指标的支持或制约。g i s 由于其问题的复杂性和特殊 性，必须有计算机设备的支持。构成计算机硬件的基本组件输入输出设备、 中央处理单元、存储器( 包括主存储器、辅助存储器) 等。这些硬件组件协 同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务；保存数据，以备现 在或将来使用；将处理得到的结果或信息提供给用户。 2 计算机软件系统 辽宁工程技术大学硕士学位论文 g i s 软件是地理信息系统的核心，用于执行g i s 功能的各种操作。包括 数据的输入、处理、存储、管理、空间分析等。按照其功能可以分为：g i s 专业软件，数据库软件，系统管理软件等。 3 空间数据 空间数据是地理信息系统中的重要的组成部分，是系统分析加工的对 象，是g i s 表达的现实世界经过模型抽象的实质性的内容。如果将地理信息 系统比作汽车，则数据就相当于汽油，由此可见空间数据的重要性同时。 空间数据也是g i s 项目中费用最为昂贵的部分。据统计：在地理信息系统当 中，用于空间数据获取的代价是建立整个g i s 系统代价的5 0 一8 0 。当前来 看常用的空间数据的获取的方法有：扫描数字化、手扶跟踪数字化、实地数 字化测图、g p s 采集空间图形位置数据、以及遥感获取数据等手段。 在地理信息系统当中，空间数据主要包括：几何位置数据、属性数据和 时态数据。几何位置数据由点、线、面等组成，它们的数据表达主要采用栅 格和矢量两种形式；属性数据用来表示地理实体的名称、类型和数量等；时 态数据表征实体随着时间的变化而发生的变化。 4 系统的应用人员及组织机构 地理信息系统是一个复杂的系统，对于一个合格的系统设计、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因素所在， 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目应当包 括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理技术人员、系统用户化的应用 工程师以及最终运行系统的用户。缺乏合格地理信息系统专业人员是当今地 理信息技术应用中最为突出的问题之一。 1 1 3 地理信息系统的发展概况及趋势 1 9 6 0 年，加拿大诺基尔汤姆逊( r o g e rf t o m i n s o n ) 提出了一个新颖 的思想：要把地图变成数字形式，以便于计算机进行处理和分析。当时，极 少有人能看到计算机g i s 这个领域中的应用前景。之后，他又首先提出了地 理信息系统这一术语，并建立了世界上一个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，同样，当时也很少有人能预见到它会成为 一个新兴产业的标志然而，在过去短短的三十余年中，地理信息系统由一 个诱人的思想发展成为一个新兴的产业一一地理信息产业，一个新兴的学科 一一地理信息学或地球信息学。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 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。 经过近4 0 年的发展，g i s 系统软件和应用软件日趋成熟和完善，但地理 信息系统技术的发展还远没有止境，并且正处于急剧变化之中。主要表现在 以下几个方面： 1 面向对象技术与地理信息系统的结合。 2 真三维g i s 和时空g i s 。 3 i n t e r n e t 与g i s 的结合：包括组件式g i s 、开放式g i s 和嵌入式g i s 。 4 g i s 应用模型的发展。 5 。g i s 与专家系统、神经网络的结合。 6 g i s 与虚拟现实技术的结合。 7 g i s 与g p s 、r s 、d p s 的结合 1 2 城市消防地理信息系统概述 城市地理信息系统是地理信息系统的一个分支，是一种运用计算机硬 件、软件和网络技术，实现对城市各种空间、非空间数据的输入、存贮、查 询、检索、处理、分析、显示、更新，并以处理城市各种空间实体及其关系 为主的技术系统。存贮、查询、统计、分析、输出的一门综合性空间信息系 统。作为一种决策手段和工具，城市地理信息系统在城市规划、建设、管理 及资源与环境保护中正发挥着越来越重要的作用。作为城市地理信息系统的 一个分支，城市消防g i s 在城镇高度密集化的今天更是不可或缺 城市消防6 1 s 是城市消防部门应用地理信息技术提高城市消防工作水平 和能力的新技术。具体来说，它就是在计算机软件和硬件的支持下，运用系 统论、信息论的理论和方法，结合计算机科学、软件工程、计算机图形学、 城市地理学、数据库技术、现代通讯技术、网络技术和空间定位技术产生的 辽宁工程技术大学硕士学位论文4 能够科学管理和综合分析具有空间内涵的城市消防信息的一种软件系统。它 能够提供消防业务上的数据处理、统计、指挥调度以及控制显示、接警实时 处理等功能，能够提高消防部门指挥决策的现代化水平，提高消防整体作战 能力和对突发事件的快速反应能力。 消防g i s 起步较晚，从城市地理信息系统中完全独立出来、针对消防部 门的g i s 还很少。在国际上较早应用的是美国加利福尼亚的圣地亚哥市，在 它的城区和所属地区共有2 8 个部门参与建成了一个共同的g i s 一一区域城 市信息系统( r u i s ) ，消防就是其中一个部门。在我国第一次把g i s 技术应用 于城市治安管理的是1 9 9 0 年由公安部第一研究所研制的警务指挥调度系统。 由于数据和技术力量的缺乏，它只是在少数几个试点城市应用，并没有得到 推广，但其它各城市却由此开始研制各自的系统。1 9 9 5 年公安部以郑州、南 宁、大连和厦门作为试点城市，建立以城市公安g i s 为中心的1 1 0 接处警系 统，消防业务的实现仅仅是其中的一部分，但这却为消防g i s 的研制奠定了 基础。随着城市消防工作的不断发展深入，一些城市建立了专门针对城市消 防的g i s ，如北京消防信息系统等。这些小型、专业的g i s 非常实用，合乎 专业特点要求，势必存在广阔的发展空间，同时也推动了我国g i s 软件的发 展。 1 - 3m a p l n f o 简介 1 9 8 6 年，美国( t r o y ) 特洛伊市的r e s s e l a e rp o l y t e c h n i ci n s t i t u t e 的4 位学生和其导师一起研制开发了基于普通的微机硬件操作平台的桌面地 图信息系统软件m a p i n f op r o f e s s i o n a l 。它是一个处于世界领先地位、功能 强大、全面而直观的的桌面地图信息系统，经过十多年的发m a p l n f o 已经在 全球应用遍及各行各业，涉及社会的各大领域。如：市政管理、保险业、银 行系统、销售和市场分析、国土信息管理、医疗保健、邮电通讯、交通运输、 地震业、消防自动化指挥系统等：在国内的应用中亦有很多规模系统。 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供的复杂而深层次的可视化地理分析功能可 以帮助用户在不同的数据库之间建立关联，在同一环境中显示，并迅速揭 示数据之间的关系以及易被忽视的数据模式，从而作出快速有效的决策。 m a p i n f o 至今已从最初的m a p i n f of o rd o s1 0 发展到了m a p i n f op r e f e s s i o n a l8 0 。m a p i n f o 提供了自己的二次开发平台和组件，用户可以根据需 要开发各自的g i s 应用。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 5 1 3 1m a p i n f o 软件介绍 m a p i n f o 家族软件主要有： 1 m a p i n f op r o f e s s i o n a l 基于微机的桌面地图信息系统软件。 2 m a p b a s i c ：m a p i n f op r o f e s s i o n a l 的应用开发语言。 3 m a p i n f op r o f e s s i o n a lp r o s e r v e r ：基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的桌面 地图信息系统软件。 4 m a p x ：几乎涵盖m a p l n f o 全部功能的o c x 控件。 5 m a p x s i t e ：基于i n t e r n e t 的网络地图的a c t i v e x 控件。 6 m a p x t r e m e ：基于i n t e r n e t i n t r a r e t 的地图应用服务器。 7 s p a t i a lw a r e ：基于s q l 空间查询和空间分析的空间信息管理系统， 是符合i s o 标准的空间数据库服务器。 8 y e r t i v a lm a p p e r ：基于网格的数据分析工具。 9 m a p d r a w ：功能强大的数据采集的工具。 1 0 m a p o l a p ：用于进行大量数据进行联机分析处理的工具。 1 1 m a p m a k e r ：最主要的地址匹配工具。 1 3 2m a p i n f o 的特点嘲 以下为m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的主要特性： 1 直接打开使用d b a s e 或f o x b a s e 、间隔的a s c i i 文件、s h a p e f i l e s 、 m i c r o s o f te x c e l 和m i c r o s o f ta c c e s s 创建的文件，转入各种格式的 图形文件，从本产品中创建数据库文件 2 为数据提供三种格式的视图：地图、浏览和统计图窗口。热点技术可 支持同时打开相同数据的多个视图，并在任一视图更改时自动更新所有 视图。 3 对o r a c l e 和s q ls e r v e r 等远程数据库数据实现活动的o d b c 访问。 4 可将多个地图图层作为一个图层处理的无缝地图图层 5 支持创建和自定义任意地图图层图例的制图图例。 6 可用于创建具备高视觉冲击效果数据分析的专题地图，包括格网表面 专题、3 d m a p s 和棱柱地图。 7 使用栅格支持功能来增强工作会话功能。 8 查询功能一涵盖从单一文件选择数据到从一个或多个文件执行复杂的 s q l 查询。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 9 工作空间一保存所有设置和视图，以便可在上次离开工作会话的地方 重新开始工作。 1 0 热链接一可用于直接从地图窗口打开文件或u r l 。 1 1 地图窗口的o l e 可嵌入其他应用程序中 1 2 全面的绘图和编辑工具以及用于自定义地图的其他功能。 1 3 数以千计的地图以及众多函数可用于创建自定义的地图 1 4 c r y s t a lr e p o r t s 一业内标准的报表编写程序，可用于直接从本产 品创建表格数据的报表。 1 5 用于准备输出的布局窗口。 1 6 打印和转出功能，用于高质量的输出。 1 7 更改地图用于显示或数字化的投影的功能。 1 8 对象处理功能，可纠正数据中的错误，并设置不同对象的节点、瘦 节点和多边形的对齐公差。 m a p i n f op r o f e s s i o n a l 复杂而深层次的可视化地理分析功能，可以帮助 用户在不同的数据之间建立关联，从地理学的角度来获取信息，并迅速解释 数据之间的关系，特别是那些易被忽视的数据模式，从而做出快速有效的决 策，提高运作效率，加强竞争能力。m a p i n f op r o f e s s i o n a l 在对其完善的基 础上，还增加了大量的新功能，从而使桌面制图和地理分析变得更加快速而 简单。 利用m a p i n f o 对地图数据的有效管理、灵活显示及其一套可视化地理分 析功能，本消防地理信息系统在v i s u a lb a s i c6 o 环境中采用m a p x 控件来实 现与地图信息有关的功能，比如地图缩放显示、图形数据与属性数据结合存 贮等等。这些在后续章节中将进行详细介绍。 1 4 本文研究的内容 1 根据m a p l n f o 的特点设计基于城市消防的g i s 空间数据结构，实现了对 消防的最优路径分析功能，增强了系统的空间分析能力。 2 设计实现消防信息的管理功能，包括消防信息的增加、修改和删除。 3 对灵活的电子地图显示及消防专题信息查询功能进行了分析。 4 实现了对消防车辆的实时跟踪和在地图上的动态定位显示 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 开发环境及方式探讨 2 1 开发环境一一v i s u a lb a s i c6 0 介绍i 】 v i s u a lb a s i c6 o 是美国微软公司的一个产品，它是一种可视化的、面 向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发，w i n d o w s 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大。在v i s u a l b a s i c 环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使 用，w i n d o w s 内部的应用程序接口( a p i ) 函数，以及动态链接库( d l l ) 、动态 数据交换( d d e ) ，对象的链接与嵌入( 0 l e ) 、开放式数据连接( o d b c ) 等技术， 可以高效、快速地开发出w i n d o w s 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软 件系统。v i s u a lb a s i c6 o 有以下特点： 1 可视化编程。 2 面向对象的程序设计。 3 结构化程序设计语言。 4 事件驱动编程机制。 5 访问数据库。 6 动态数据交换( d d e ) 。 7 对象的链接与嵌入( o l e ) 。 8 动态链接库( d l l ) 。 2 2m a p x 控件概述 2 2 1m a p x 简介 m a p x 是m a p i n f o 公司向用户提供的具有强大地图分析功能的a c t i v e x 控件产品。由于它是一种基于w i n d o w s 操作系统的标准控件，因而能支持绝 大多数标准的可视化开发环境如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 、p o w e r b u i i d e r 等。编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言，轻松 地将地图功能嵌入到应用中，并且可以脱离m a p i n f o 的软件平台运行。利用 m a p x ，能够简单快速地在企业应用中嵌入地图化功能，增强企业应用的空间 分析能力，实现企业应用的增值。m a p x 采用基于m a p i n f op r o f e s s i o n a l 的 相同的地图化技术，可以实现m a p i n f op r o f e s s i o n a l 具有的绝大部分地图 编辑和空间分析功能。而且，m a p x 提供了各种工具、属性和方法，实现这些 功能是非常容易的。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 2 2 2m a p x 的空间数据结构习 空间数据结构，是g i s 的基石，g i s 就是通过这种地理空间拓扑结构建 立地理图形的空间数据模型并定义各空间数据之间的关系，从而实现地理图 形和数据库的结合，m a p x 空间数据结构图2 - i 。 综合地图 图层1 图层2 的空间数据表 对应的空间数据表 图2 一lm a p x 的空间数据结构 从横向分析，m a p x 采取的空间数据结构是基于空间实体和空间索引相结 合的一种结构。空间实体是地理图形的抽象模型，主要包括点、线、面三种 类型。任何点、线、面实体都可以用直角坐标点工、y 来表示。点可以表示 成一组坐标( x ，y ) ，对于线和面，则均被表示成多组坐标( z ，) ，； 而， y ：；x 一，儿) 。空间索引是查询空间实体的一种机制，通过空间索引，就能 够以尽量快的速度查询到给定坐标范围内的空间实体及其所对应的数据。 从纵向分析，m a p x 的空间数据结构是一种分层存放的结构。用户可以通 过图形分层技术，根据自己的需求或一定的标准对各种空间实体进行分层组 合，将一张地图分成不同图层。采用这种分层存放的结构，可以提高图形的 搜索速度，便于各种不同数据的灵活调用、更新和管理。 2 2 3m a p x 组件的模型结构 m a p x 组件的基本组成单元是o b j e c t ( 单个对象) 和c o l l e c t i o n ( 集合) 。 其中集合包括对象，是多个对象的组合。每种对象和集合负责处理地图某一 方面的功能。 由图2 2 可以看出，位于顶层的是m a p 对象本身，其它均由m a p 对象继 承。l a y e r s 、d a t a s e t s 、a n n o t a t i o n s 是m a p 对象下面的三个重要的分支。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 其中l a y e r 主要用于操作地图的图层，d a t a s e t 用于访问空间数据表，a n n o r a t i o n 用于在地图上增加文本或者符号。 2 2 4m a p x 的显著特征 1 专题地图 将数据库表中的特定值赋给地图对象的颜色、图案或符号从而创建不同 的专题地图；可创建范围值、等级符号、点密度、独立值、直方图和饼图6 种方式的专题地图。 2 可深入的地图 通过简单的点击方式可浏览与地图对象相连的数据信息。 3 数据绑定 地图可通过嵌入o c x 的容器与数据库相连，并提供了几种不同的数据绑 定方式包括z i pc o d e l e v e l 地理编码法。 4 注解 可提供方向、加亮显示特殊数据，还可加入文本、符号、表格使地图信 息更加丰富直观。 5 图层 显示和控制图层的缩放、使用或创建无缝地图、还可支持一些特殊的应 用，比如用于实时跟踪的活动图层和可绘制特殊图形的用户自定义图层( 如 l o g o 图案) 。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 栅格图像 采用栅格图像作为地图的基础图层可使其它图层有一个更细致的背景。 7 自动标记 自动在地图上加入标记，同时标记属性和显示。 8 选择 可在地图上拖动鼠标以在圆、矩形或特定的点上选择一个或多个对象或 记录以供分析。 9 对象库 创建、联接或删除点、线、区域图形 1 0 工具 使用m a p x 的标准工具或根据需要自己创建的自定义工具，用户可通过 点击或拖拽对地图直接进行操作。 1 1 地图编辑 允许用户添加、修改、删除地图上的文本、编辑区域、点等特殊对象。 1 2 投影与坐标系 m a p x 允许用户调整地图的显示、用本地坐标系处理x y 坐标数据。 1 3 远程空间数据服务器 可以访问存储在o r a c l e 8 i 和m a p i n f os p a t i a lw a r e 中的远程地图数 据。空间数据服务器如s p a t i a lw a r e 和o r a c l e 8 i 等都提供了先进的查询处 理能力，提高了空间数据组织的性能。将空间数据存储到关系型数据库中， 可以增加应用程序的灵活性，同时也要求在地图编辑和大数据集方面做更多 的工作。 2 2 5m a p x 的基本属性嗍 1 m a p 每个m a p 对象主要包括d a t a s e t s 、l a y e r s 、a n n o t a t i o n s 三个对象集合 2 l a y e r s 在m a p x 中，每张单独的地图都被表示成单独的一个图层，所有的图层存 储在l a y e r s 集合中。l a y e r s 集合由l a y e r 对象组成，按顺序编号为0 到n 。 l a y e r 对象由f e a t u r e s 对象组成，f e a t u r e s 对象又是由f e a t u r e 对象组成， 对应于地图中的点、线、区域或符号。 3 g e o s e t s 象 对h幻f阳u札n用 使以 可瓤对 辽宁工程技术大学硕士学位论文 g e o s e t 是在g e o m a n a g e r 中建立好的g s t 文件，类似g a p i n f o 中的w o r k s p a c e 概念，是图层及其设置的集合，控制程序中显示的地图。 4 d a t a s e t s d a t a s e t s 用于实现地图与数据的绑定。 5 a n n o t a t i o n s a n n o t a t i o n s 集合提供了操纵地图中文字和符号的简单方法。 6 可创建对象 在m a p x 对象模型中，可以创建以下对象： a f f i n e t r a n s f o r m 、b i n d l a y e r 、b i t m a p s y m b o l s 、c o o r d s y s 、d a t u m 、f e a t u r e 、f i e l d s 、l a y e r l n f o 、m a p 、o d b c q u e r y l n f o 、p a r t s 、p o i n t 、p o i n t s 、r e c t a n g l e 、 r o w v a l u e 、r o w v a l u e s 、s t y l e 、v a r i a b l e s 、n o t e s q u e r y l n f o 、n o t e s v i e w l n f o 2 2 6g a p x 可激发事件 a d d f e a t u r e t o o l u s e d ，a n n o t a t i o n a d d e d ，a n n o t a t i o nc h a n g e d ，d a t a m - i s m a t c h ，d r a w u s e r l a y e r ，m a p d r a w ，m a p i n i t i a l i z e d ，m a p v i e w c h a n g e d ， m o u s e w h e e l ，p o l y t o o l u s e de v e n t ，r e q u e s t d a t a ，r e s o l v e d a t a b i n d ，r e s o - l v e d a t a b i n d e x ，s e l e c t i o n c h a n g e d ，t h e m e m o d i f y r e q u e s t e d ，t o o l u s e d 2 3 开发方式的选择 应用型g i s 开发的三种实现方式如下i ? l ： 1 独立开发 指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理 分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计 语言，如v i s u a lc + + 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这 种方式的好处在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但一 方面对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的 产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相比，而且在购买g i s 工具软件上 省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。 2 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的宏语言，m a p l n f o 公司研制的m a p i n f op r o f e s s i o n a l 提供了g a p b a s i c 语言等等。用户可以利用这些宏语言， 辽宁工程技术大学硕士学位论文 以原g i s 工具软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。 这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言，作为编程语言只能算是二流， 功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意。 3 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件，如a r c v i e w 、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 lc + + 、v i s u a lb a s i 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。 集成二次开发目前主要有两种方式： ( 1 ) o l e d d e 采用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用d d e 技术，用软件开发工具开发前台 可执行应用程序，以o l e 自动化方式或d d e 方式启动g i s 工具软件在后台执 行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功 能。 ( 2 ) g i s 控件 利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控 件，如e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p i n f o 公司的m a p x 等，在d e l p h i 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。 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s 工具提供的编程语言的限 制差强人意，因此结合g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发 方式就成为g i s 应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件 对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高 效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率， 而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更 强大的数据库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。尤其是使用o c x 技术利用g i s 功能组件进行集成开发，更能表现出这些优势。 由于上述优点，集成二次开发正成为应用g i s 开发的主流方向。合理选 择和运用现成的控件，减少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用 的具体编程，直接调用控件，实现这些具体应用，不仅可以缩短程序开发周 期，使编程过程更简洁，用户界面更友好，可以使程序更加灵活、简便。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 消防g i s 的总体分析和设计 3 1 系统结构及运行环境 3 1 1系统结构及模块结构 图3 - 1 消防系统结构图 图3 - 2 系统模块结构图 3 1 2 系统的硬件环境 本系统基于以下硬件设备： 1 计算机硬件： ( 1 ) 计算机处理器：p e n t i u m 42 4 g h z 。 ( 2 ) 计算机内存：2 5 6 m b 。 ( 3 ) 计算机硬盘：8 0 g 。 ( 4 ) 图形处理器内存：6 4 m 。 ( 5 ) 显示器：三星s y n c m a s t e r7 4 3 d f1 7 寸彩色纯平显示器 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 ( 6 ) 5 2 x 光盘驱动器。 2 接警设备。 3 g p s 接收机。 4 激光打印机。 5 大屏幕投影仪。 3 1 3 系统的软件环境 本系统基于以下软件环境： 1 操作系统m i c r o s o f tw i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l ( 版本2 0 0 2s e r v i c e p a c k2 ) 2 编程环境v i s u a lb a s i c6 0 。 3 图形接口m a p x 5 0 。 4 数据库m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 。 3 2 消防g i s 的设计原则 消防地理信息系统是地理信息系统在城市消防方面的一个应用，它属于 专题性地理信息系统。系统的建立具有地理信息系统的共性，总体可分为系 统的分析、系统的设计、系统的实现及系统评价四大步骤。同时系统具有自 身的特点，系统的设计要遵循以下原则： 1 实用性原则设计目的在于将系统应用到实际中，从而解决实际需求。 为此要求系统运行可靠、操作方便、满足用户的实际需求。 2 规范性原则系统的数据必须是合乎地方及行业的规范与标准。 3 可扩充、更新性原则对于系统的设计，要充分考虑到将来功能扩展的 需求和数据的更新的需要，须在系统功能设计和数据编码方面留有余地 3 3 系统总体设计 3 3 1 系统功能设计 消防地理信息系统主要有两大功能： 1 日常的维护管理功能。 系统中存在有与城市消防管理工作有关的城市街区图、交通图以及重点 单位内部详细图等。平时可以进行数据的输入、显示、分析、输出等； 2 是对火情的分析功能。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 一旦发生火灾，系统即可以迅速判断火灾的位置、着火单位的信息、相 邻单位的信息，确定可能发生危险的单位、周围的水源，同时利用系统的地 理分析功能确定相关消防中队到火灾现场的最佳路径等。以上这些分析结果 传输给调度指挥系统，该系统综合灭火出动专家系统、各消防中队的实力和 各相应单位的灭火方案，形成出动命令。通过计算机网络下达到有关中队。 消防导航调度系统的关键就是要快速、准确。当火灾发生时，要迅速定 位火场，判断事故现场，以最快速度到达火场，立即组织消防救援。因此， 在消防地理信息系统中提供数据的快速查询、显示、分析计算是非常重要的。 m a p l n f o 软件提供了强大的查询、显示、分析功能接口，在本系统中，利用 m a p x 控件进行o l e 编程将消防地理信息系统所要实现的功能编制成菜单式 的界面，极大的提高了查询、显示、分析的速度。 系统实现的主要功能有： ( i ) 显示查询功能。主要是屏幕点位查询。根据屏幕菜单提供的条件， 利用鼠标在屏幕上定位，查询有关属性信息。 ( 2 ) 动态车辆管理功能。动态显示和记录消防车辆奔赴火场的行车轨 迹。指导消防车辆沿正确的路径行驶。并能回放行车轨迹。 ( 3 ) 路径分析功能。确定各消防中队到着火地点的最佳行车路线。最 佳行车路线根据系统提供的路况、路宽和动态信息，确定各路段的阻抗 值( 影响行车时间) ，计算行车路线的里程，得出最小值。 ( 4 ) 数据维护功能。主要是对图形和数据进行实时维护。图形和属性 数据的正确与否直接影响着查询和分析的准确性。因此要做到只要数据 发生变化就及时进行更新，包括增加和删除多边形、弧段、点等图形数 据，增加、删除属性数据项和记录，并做到图形和属性数据修改的一致 性。 ( 5 ) 对电子地图的数据操作与输出功能。 3 3 2 消防g i s 界面的设计原则 友好的用户界面设计是保证系统正常运行的一个重要因素，它关系到用 户能否方便地使用系统，进而影响到系统的使用效率。消防地理信息系统直 接面向消防部门指挥人员，因此系统必须针对其特点，设计符合用户习惯、 便于用户掌握和利用的界面才能满足需要。在进行用户界面设计时应注意以 下几个方面： 1 用户界面设计要何理，使具有一定专业知识的技术人员易学易用。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 针对系统功能复杂、处理方式多样的特点，界面应用下拉菜单的组 合方式，以便用户能方便通过键盘和鼠标实现其功能。 3 系统应具有较强的健壮性，对偶发事故发出警报并进行必要的处理。 3 3 3 系统界面总体设计 图形是g i s 的最大特点，图形表示形象直观，易于理解。有了图形，可 以实现从图形到属性、从属性到图形的双向查询。系统界面将所有的图形编 排于同一窗口中，有利于浏览地图，是系统界面的主要特点。如下图3 3 。 图3 - 3 阜新市消防导航地理信息系统主界面 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 消防g i s 数据库的分析和建立 数据库是地理信息系统的核心组成部分，它直接决定着系统的成功与 否。g i s 数据库则是对空间数据存放的个集合，建立数据库不仅仅是为了 保存数据，更主要的是为了帮助人们管理和控制与这些数据相关联的事物。 应用型g i s 系统的数据库设计包含两个部分：空间数据和属性数据。 g i s 中的数据大多数都是地理数据，它与通常意义上的数据相比，具有 自己的特点：地理数据类型多样，各类型实体之间关系复杂，数据量大，而 且每个线状或面状地物的字节长度都不是等长的等等。地理数据的特点决定 了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足， g i s 必须发展自己的数据库一一空间数据库“” 空间数据库是一种应用于地理空间数据处理与信息分析领域的具有工 程性质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据( 主要包括空间数据 和非空间数据) 。g i s 空间属性数据库设计，是通过m a p i n f o 来完成的，一个 图层建立一张数据表，以文件方式保存在磁盘中“。 4 1 空间数据的基本内容 空间数据库是以某种基本的数据集合的存储为中心，通过管理程序科学 地组织和管理这些数据，并借助各种程序来完成各种输入和输出任务。最中 央为存贮的数据体( 亦称库存数据) ，其外为数据管理程序，实施对数据的管 理、维护和操作。然后，通过各种应用程序来实现它们与外部的联系，各种 输入和输出介质便是实现这种联系的工具。 将计算机科学中的数据库技术与数字测图工作结合起来，便可以产生和 形成各类空间数据库的基础一一测量数据库。一般地讲，测量数据库是采集、 管理、加工和使用所有的数字化形式的测绘数据和成果的系统。由此出发， 我们可以将测量数据库作如下的分类( 图4 - 1 ) 。 广地图资料库 厂字母数字数据库j 地名数据库 i ( 传统数据库) i 航片、卫片资料索引库 ll 大地测量成果数据库 测量数据库系统 i广制图数据库 l厂图形数据库_ 地形测量数据库 l 图象数据库一( 矢量，_ q - - 值影像) t 土地管理数据库 l 影像数据库( 多值数字数字化影像) 图4 1 测量数据库的分类 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 2 空间关系例 在地理信息系统中集中存储了以下的内容：空间分布位置信息、属性信 息、拓扑关系信息。由此可见，空间位置、关系与度量的描述在g i s 中起着 举足轻重的作用。地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线、面、多边 形之间的空间几何关系，其关系如下： 1 点一点关系 相合；分离；一点为其它诸点的几何中心；一点为其它诸点地理重心。 2 点一线关系 点在线上，可以计算点的性质，如拐点等；线的端点，起点和终点：线 的交点；点与线分离，可计算点到线的距离。 3 点面关系 点在区域内，可以计数和统计；点为区域的几何中心；点为区域的地理 重心；点在区域的边界上；点在区域外部。 4 线一线关系 重合：相接：首尾环接或顺序相接；相交；相切；并行。 5 线一面关系 区域包含线，可计算区域内线的密度；线穿过区域；线环绕区域：对于区 域边界，可以搜索其左右区域名称；线与区域分离。 6 面一面关系 包含，如岛的情形；相合；相交，可以划分子区，并计算逻辑与、或、 非和异或；相邻，计算相邻边界的性质和长度；分离，计算距离引力等。 4 3 空间数据结构与组织 空间数据结构是指对空间数据进行合理的组织，以便进行计算机处理。 数据结构是数据模型和文件格式的中间媒介。数据结构的选择取决于数据的 性质以及使用的方式。不同的结构适用于不同的任务。 g i s 中数据结构主要有两种类型：基于矢量( 图形) 的数据结构和基于栅 格( 图像) 的数据结构。现代的一些地理信息系统结合了两种数据结构，或采 用了混合数据结构和栅格一体化