（大地测量学与测量工程专业论文）基于gis的厂区建构巩物管理信息系统的研究.pdf

摘要 本文的撰写是结合课题“ 株冶建构筑物管理系统” 的研制而进行的 在文中， 作者首先介绍了地理信息系统的基本概念、 发展历史、 数据结 构及开发环境等。 然后着重探讨了用v c 语言开发地理信息系统的一 般 原理、 方法和步骤， 其中主要包括矢量图形系统的建立和属性数据与图 形 数据的连接技术。 并在此基础上， 对厂区建构筑物管理信息系统进行了 总体设计，阐 述了 其结构和功能。 并通过o l e 自 动化技术用v c - 与 m a p l n f o 集成， 重构了 厂区 建构筑物管理信息系统的 某 些功能。 【 关 键 字 : 数 据 结 构; 地 理 信 息 系 统歹v c ; 矢 量 图 形 系 统;属 性 数 据 ; ma p l n f o ;集成;o l e 自 动化; abs t r act t h i s p a p e r s i s w r i t t e n i n c o - o r d i n a t i o n w i t h t h e r e s e a r c h o f z h u y e f a c t o ry c o n s t r u c t i o n ma n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m . i n t h i s p a p e r , a u t h o r i n t r o d u c e t h e c o m m o n c o n c e p t i o n s , d e v e l o p m e n t h i s t o r y , d a t a s t r u c t u r e a n d d e v e l o p m e n n t e n v i r o m e n s o f g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , t h e n d i s c u s s t h e b a s i c t h e o ry, m e t h o d a n d p r o c e d u r e o f d e v e l o p i n g g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m u s i n g v c l a n g u a g e i n d e t a i l , w h i c h m a i n l y i n c l u d e s t h e e s t a b l i s h m e n t o f v e c t o r g r a p h i c s y s t e m a n d t h e t e c h n o l o g y o f t h e c o n n e c t i o n o f t h e v e c t o r g r a p h i c d a t a w i t h a t t r i b u t e d a t a . o n t h e b a s i s o f a b o v e d i s c u s s i o n , t h e g e n e r a l fr a m e o f t h i s s y s t e m a n d i t s s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n s a r e i n t r o d u c e d . i n a d d i t i o n , s o m e a p p l i c a t i o n s o f t h e s y s t e m a r e r e d e s i g n e d t h r o u g h t h e i n t e g r a t i o n o f v c - w i t h m a p l n f o b a s e d o n o l e a u t o m a t i o n t e c n o l o g y . k e y w o r d s : d a t a s t r u c t u r e ; g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ; v c ; v e c t o r g r a p h i c s y s t e m ; a t t r i b u t e d a t a ; ma p i n f o ; i n t e g r a t i o n ; o l e au t o ma t i o n 中南大 学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 . 1地理信息与地理信息系统 地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示表层物体及环境 所固 有的数量、 质量、 分布 特征， 相互联系和 变化规律 1 。 从地理实体到 地理数据， 再到地理信息的发展， 反映了 人们认识的巨大飞 跃。 地理信息属于空间信息， 地理信 息与 其它信息的 最根本区 别之 一就在于 其强烈的 空间 性 2 。 地理数据的 种类、 特征 是与其地理位置联系在一起的， 因此具有地域性。 地理信息又具有多重结构的特征， 即在同一经纬位置上可以有专题与属性数据结构。例如，在同一地域，有其相应的 高程值、 地表状况等多种信息。 此外， 地理信息还有明显的时序特征， 既动态特征. 这就要求及时采集和更新地理信息， 并根据多时相的 数据或信息来寻求随时间的分 布和变化规律，作出对未来的预测和预报。 地 理 信息 系 统( g e o g e r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m或 g e o i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 有时又称为“ 地学信息系统” 或” 资源与环境信息系统” 。 它是一种特定的十分重要 的空间信息系统。它是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间 中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示、描述的技术系 统。 g i s 处理、 管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系， 包括空间定位数据、 图形数据、遥感图象数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域分布的各 种现象和 过程， 解决复杂的 规划、 决策和管理问 题 9 o g i s的 概念框架如图1 - 1 所 示 图1 - 1 g i s 的概念框架 图1 - 2所示g i s 对现实世界提出的问题的处理过程及其与外部世界的关系 中南大学硕士论文第一章绪论 地理信息系统把要处理的信息分为两类，第一类是反映事物空间位置的信息，从计 算机的角度可称为空间位置数据，也称地图数据、图形数据; 第二类是与事物的地 理位置有关， 反映事物其它特征的 信息， 可称谓专题信息或专题属性数据，也称为 数据、非图形数据。 图1 - 2 g i s 对现实世界的处理过程及其与外部世界的 关系 1 .2地理信息系统的发展 1 . 2 . 1 地理信息系统的发展简史 5 0 年代，由于电子计算机的兴起和发展，使人们开始有可能用电子计算机来收 集、存储和处理与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并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。 1 9 6 3 年， 加拿大测量学家r o f o t o m l i n s o n 第一次提出了地理信息系统这一 科学术语， 并建立了 世界上第一个地理信息系统 ( g i s ) - 一加拿大地理信息系统 ( c g i s ) ， 主要目 的 是用于自 然资源的管理与规划。 随之而来， 发达国家建立了许 多与地理信息系统有关的组织和机构。 7 0 年 代g i s 的 巩固阶 段。 不同 专题、 不同 规模、 不同 类型的 各具特色的 地理信 息系统在世界各地纷纷研制，美国、 加拿大、 英国、 西德，日 本等国对地理信息系 统的研究投入了大量的人力、物力和财力。 8 0 年代为地理信息系统的大发展阶段。由于计算机硬件和软件的发展，越来越 多的g i s 建立起来， 并在全世界范围内 全面地推向 应用阶 段。 许多发达国 家将地理 信 息系统用于国土规划、 支持资源与环境管理决策，同时发展中的 第三世界国家， 在高技术的冲 击下， 也迈开了信息时代的步伐，开始引进、应用和发展自 己的地理 中南大学硕士论文第一章绪论 信息系统。 进入9 0 年代， g p s 技术的提出和逐渐成熟， 再借助传统的遥感 ( r s ) 技术， g i s 技术这时才真正成为国民经济、 人民 生活工作中不可缺少的工具。 g i s 从具备储存、 分析评价、查询检索、自 动制图等一般功能，向信息采样自 动化、多样化、多功能 的综合分析评价模型， 智能化的专家系统， 充分与遥感技术直接连接进行信息更新， 以 及规范化、 标准化和 信息充分共享 a j 方面 发展。 1 . 2 . 2中国 地理信息系统的 发展状况 我国 g i s 的 起步虽晚， 但发展较快、势头良 好。 具体而言， 大致分为以下几个阶 段: 第一阶段是准备阶段，起步于7 0 年代初期，主要进行舆论准备阶段，正式提出 倡议，开始组建队伍、 组织个别的实验研究。 第二阶段是实验起步阶段。进人8 0 年代后，我国在理论探索、规划探讨、实验 技术、软件开发、系统建立、人才培养和区域性、专题性实验都积累了经验，取得 了突破性进展。 第三阶段是初步发展阶段。 从1 9 8 5 年到1 9 9 5 年前后，国产g i s 基础平台开始走 向成熟，理论研究开始深人。 g i s 技术在研究基地和队伍建设、 技术研究和成果应 用、前沿领域开拓以及参与全球重大的研究计划，如国际空间年、国际减灾十年等 方面服务的进展速度，已大大缩短了同世界先进国家的距离，并挤身于国际先进行 列 第四阶段是持续发展、 行成行业和走向 产业化的阶段 ( 1 9 9 6 )。 经过了前面卜 - 儿年的发展，中国的g i s 已 在研究和应用领域上逐步形成行业，开始走向产业化道 路， 将成为国民经济建设和社会生活的一种共同需要和普遍使用的工具，并在城市 建设、农业、能源等基础建设、环境保护、灾害防治和海洋开发等方面发挥重大作 用。 1 . 3地理信息系统的数据 数据是一种对客观对象的 表现形式， 此时它只是信息的载体，只有赋给它一定 的内涵，它才成为有用的信息。 反之，信息一方面需要用数据这种形式来表现;另 一方面信息具有适应性、现实性及准确性， 有以下几种类型: i) 几何图形数据: 来源于各种类型的地图和实测几何数据。几何图形数据不 中南大学硕士论文第一章绪论 仅反映空间实体间的地理位置，还反映实体间的空间关系。 2 ) 影象数据: 主要来源于卫星遥感和航空遥感等。 3 ) 属性数据: 来源于实测数据，文字报表，或地图中的各类符号说明，以及 遥感数据中通过解释得到的信息等。 4 ) 地图数据:来源于地形等高线的数字化， 已建立的数字化高程模型( d t m) ， 或其他形式表示的 地形表面 ( 如t i n ) 等。 在智能化g i s 中还具有应用规则和知识数据。 空间数据的特征可以概括为空间特征、属性特征和时间特征。空间特征表示地 理实体或现象的空间位置和相互关系;属性数据表示其名称、 分类、数量等;时问 特征指实体或现象随时间的变化。 实体空间位置及属性常随时间而相互独立地变化 因此， g i s 是一个动态的复杂的空间数据管理系统。 1 . 3 . 1 空间数据的抽象表示 抽象地理数据可为点、线、面三类元素，以便表示他们的位置、大小、形状、 高低等。 点( p o i n t ) ， 又称为元素( e l e me n t ) 或相元 ( p i x e l ) 。 它以一对坐标 ( x , y ) 表示一个独立点，例如:一个油井或钻孔;在小比例尺图或影响中可以表示某 个城市。对于线的起点、终点或交点，则称为结点 ( n o d e )，它同样以一对坐标 表示。 线 ( l i n e )， 是具有相同属性点的轨迹， 用一个坐标序列表示。道路、河流、 地形线、区域边界等属于线状地物。 线上各点具有相同的 公共属性并至少存在一个 属性。线有时也称为弧段 ( a r c )，特别是指两个结点之间的线段。 面 ( a r e a) ，是线包围的可见实体， 或称多边形 ( p o l y g o n) ， 也是具有相 同属性轨迹并以一坐标系列表示。 点、 线、面都是一个空间实体， 实体是基本的地理信息单元。空间的点、 线、 面 可以 按一定的 地理以 组成区 域 ( r e g i o n ) ， 有时 称为 一个覆盖 ( o v e r l a y ) ， 数据面 ( d a t a p l a n e )。 各种专题图 在g i s 中 都可以 表示为一个数据平面 1 . 3 . 2空间 数据的 拓扑关系 在g i s 中， 为了真实地反应地理实体， 不仅要包括实体的位置、 形状、大小和 属性， 还必须反映实体之间的相互关系。 这些关系就是指它们之间的 邻接关系、又 联关系和包含关系 8 0 中南大学硕士论文第一章绪论 地图上的拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 地 图上的各种图形的形状、大小会随图形的变形而改变，但是上述三种关系则不会改 变。 因此称拓扑关系是绘在橡皮上的图 形关系， 或者说拓扑空间中 不考虑距离函数 空间数据的拓扑关系，对数据的空间处理和空间分析具有重要的意义，因为: 1 )拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系有更大 的稳定性， 不随地图投影而变化。 2 ) 利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如某条铁路通过哪些地区与哪些 县临界。又如分析某河流能为哪些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地类型及 对生物栖息环境作出评价等。 3 )可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的 选取，进行最佳路径的选择。 在地理信息系统中，描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括:空间位 置、 拓扑关系和属性三方面的内容。 地理信息系统空间数据结构是指描述地理要素 和地理现象的空间数据在系统内的组织和编码形式;它是适合计算机系统存贮、管 理和处理地理图形的逻辑结构， 是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述， 是对数据的一种理解和解释。没有说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户尤 法解释，计算机也无法处理。对同一种数据，按不同的数据结构处理，得到的是截 然 不同的内 容。 只 有充分的 理解地理信息系统的 特定的 数据结构才能正确地使用系 统。 1 . 4数据结构 目 前尚 无统一的 数据结构能同时存储所有类型g i s 数据， 而是将它们分别以矢 量数据结构、 栅格数据结构、 二维关系表、 及其它类型的数据结构方式存储。有些 g i s 软件包括矢量和栅格两种数据，并能实现它们之间的 转换。 1 . 4 . 1 矢量数据结构 矢量数据结构是最常见的图 形数据结构。 它通过记录坐标的方式， 尽可能地将 点、 线、 面 地理实体表现得精确无误。 这里x 、 y 可以 对应于 地面点的 经纬 度， 也可 以 对应于平面坐标系的 x 与y 坐标。 其坐标空间 假定为连续空间， 不必象栅格数 据结 构那样进行量化处理。因而矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。基本实体 的矢量结构如下: 中南大学硕士论文第一章绪论 点实体:只需记录特定坐标系下的坐标和属性代码; 线实体:用两个点或以一系列点的坐标表示，并加上属性代码: 面实体:用边界上一系列点的坐标表示;由于多边形封闭，首尾点坐标必须相 同。 线和多边形边界通常是有光滑曲线间隔采样而来，如采点越多，以后恢复时越 接近曲线，失真越少，但数据量也越大。反之取点越少， 恢复时越失真，甚至成为 折线。因此数字化时采样取点应适当。这些坐标一般都以文件的方式存贮在计算机 中。 总的来说，矢量数据结构表示的数据量少而精度高，易于建立和分析图形的拓 扑关系， 且目 前最为流行的 数字化输人和高质量的 线划地图的输出都需要矢量数据 结构。 但是它在空间分析运算上比 较复杂， 特别是缺乏与遥感、 数字高程数据直接 结合的能力。 1 . a . 2 栅格数据结构 栅格数据结构或称网 格结构( r a s t e r 或g r i d c e l l ) ， 又 称像元结构( p i x e r 它将地表表面划分为均匀紧密相邻的网格阵列。 每个网格的 位置由行列号定义 它 包含一个代码以表示该网格的属性 ( 如灰度) 或指向属性记录的指针。因而，栅格 数 据结构是一系 列 x , y 坐 标定位的 像元， 既每 个像元用行列确定它的 位置， 同时每 个 像元独立编码， 并具有属性值。 这种数据结构很适合计算机处理，因为行列像元 阵列非常容易存储、维护和显示。 点实体在栅格数据结构中表示一个像元;线实体表示为在一定方向上连接成串 的 像元集合;面实体由聚 集在一起的 相邻像元集合表示。 用栅格数据表示的 地表是 不连续的，是量化和近似离散的数据，这就意味着地表一定面积内 ( 像元地表分辨 率内) 地理数据的近似性。例如在栅格数据结构中表示的地表面，地表被分成相互 邻接、 规则排列的 矩形方块， 每个地块与一栅格单元相对应。 栅格数据的比 例尺就 是栅格大小与地表相应单元大小之比。在栅格数据处理时，一般认为，表示的量化 表面 是连续的， 以 便能使用某些函 数计算。 在计算面积、 长度、 距离等空间指标时， 如果栅格较大， 会造成较大的 误差。因为在一个栅格的 地表范围内， 可能多于一种 地物，而表示在栅格单元中只能有一个代码。 g i s 中 空间 实体的 类型 很多， 不论是在栅格数据结构， 还是在矢量数据结构中， 都 有如 何组织这些不同 类型实体的问 题。 通常的 办法是将不同 类型的 地理实体分层 中南大学硕士论文第一章绪论 编排，每层只有单一的类型。 例如点状实体、 线状实体和面状实体分别处于不同的 层上。 同样类型的实体又可按不同的专体内容分层 。 例如同样是线状要素， 可将道 路作为一个层， 水系作为另一个层。 这样， 在一个层中可以只有一种变量反映其不 同的属性。当 然，也可以 将多个变量贮存在同 一栅格单元中， 其文件格式也将有所 不同，但这样会给栅格的编码增加困难。 与矢量数据结构比较而言，栅格数据在空间运算方面要简单的多，还能够与遥 感数据和高程数据结合。 但它的数据量比 较大， 精度比 较低， 且难于建立空间实体 的拓扑关系，不利于检索等。 1 . 4 . 3 栅格一矢量一体化数据结构 目 前，通用的g i s 主要有矢量、 栅格或两者的混合系统。针对现有的数据存取 状况， 提出了矢量栅格一体化的概念:“ 无论是点状地物、 线状地物还是面状地物， 均采用面向目 标的描述方法， 即直接跟随位置描述信息并进行拓扑关系描述， 因此， 它可以保持矢量的特性，而元子空间充填表达了位置与地物的联系，使之具有栅格 的性质。” 2 9 1 对于面状空间目 标，在基于矢量结构的g i s 中，主要使用边界表示的方法;f (ii 基于栅格结构的g i s 中，一般用元子充填表达的方法。后者更符合计算机数据表达 的特点。对线状目 标， 人们习惯使用矢量方法表示。如果将矢量表达的线状目 标也 用元子空间充填的话， 就能将矢量和栅格的概念统一起来， 进而发展成为矢量栅格 一体化的数据结构。假设在一个线状目 标数字化采样时，恰好在经过的栅格内都获 得了采样点，这样的位置就具有矢量和栅格双重性质。 一方面它保留了矢量数据的 全部特征，目 标具有明显的位置信息， 并能建立拓扑关系;另一方面又建立了 栅格 与 地物的 关系，即 路径上的 任一点都与目 标直接建立联系。 因 此，可采样充填线状目 标路径和充填面状目 标空间的表达方法作为一体化数 据的 基础。 每个线状目 标除记录原始取样点以 外， 还记录所通过的栅格;每个面状 地物除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。因而它既保持了矢量的 特征，又保持了 栅格的性质。 1 .5 g i s的硬件软件环境 g i s 一般由硬件、软件、用户和数据构成，对于一个实用的g i s 系统缺一不可 反之，它们对g i s的发展既有贡献也有约束作用。 中南大学硕士论文第一章绪论 1 . 硬件环境 g i s 一般的硬件环境如图1 - 3 所示。 计算机系统、 网络系统、 数据采集/ 输人系统 和地图输出系统构成了g i s 的硬件环境。计算机系统是核心，用作数据和信息的处 理、 加工和分析: 数据采集/ 输人系统包括数字化仪、 解析测图仪、 扫描仪、 数字摄 影测量系统和遥感图象处理系统和g p s 等，用于地理数据和信息的采集和输人:地 图输出/ 存储系统包括绘图仪、 打印机、 硬盘和光盘机等;网络系统包括把以上 一 部 分联网以及和其他网络互连的网络设备。 数 据 采 集 输 人n 计算机系统 地图输出存储 图1 - 3 g i s 的硬件环境 2 . 软件系统 软件是g i s 的核心， 它代表着g i s 的功能和性能。 图1 - 4 表示g i s 软件的体系结构 系统的内核是操作系统，外一层是数据库系统和其他系统软件，再外一层就是g i s 系统软件和g i s 应用软件。 按照g i s 对数据进行采集、 加工、 管理、 分析和表达可将 g i s 软件分为数据输入、转换、图形和属性数据编辑、数据存储和管理、空间查询 和分析以及数据输出与表达5 大子系统如图1 - 5 0 g i s 应 用 系 统 gis系统软件 数据库管理系统 其他软件系统 _ 操 作 系 ， 一.瑙 翱 gis系统软件 漂 黔 ) 数据库管理系统 其他软件系统 操 作 系 ， 操 作 系 统 图1 - 4软 件体系 结构 中南大学硕士论文第 一 章绪论 数据输人与转换 空 间 查 询 空 间 分析 图 形 属 性 数 据 编辑 地理数据数据库 管理系统 图1 - 5 g i s 的5 大子系统 1 . 本文的内 容及说明 本文是结合课题 “ 株冶建构筑物管理信息系统” 而撰写的。 该系统是用v c 语 言的m f c 类库开发用于对厂区建构筑物实行动态管理。 本文旨在探讨用v c , 开发对 厂区建构筑物实行动态管理的 基本g i s 系统的核心过程与技术。因 此， 本文拟对以下 几个问题进行阐述: i .讨论用v c 开发g i s 的优缺点， 以 及开发g i s 的基本思路。 2 从矢量图形的类组织、文档管理、视图组织、图形绘制、图形接口及图形 保存等各个方面论述了开发g i s 矢量图形系统的 基本过程和关键技术 3 .讨论矢量图形与属性数据连接的方式和连接信息的存储， 并阐述实现图 形与 属性数据双向查询的过程。 4 .一个具体的应用开发实例， 即株冶建构筑物管理信息系统的设计与实现. 及 一些开发过程中采用的关键技术与算法。 中南大学硕士论文第二章 vc-语言开发g i s 的基本思想 第二章v c 料 语言开发g i s 的基本思路 v c + 是一个功能强大的可视化面向对象编程工具。它具有低级语言 ( 如汇编语 言) 的开发底层功能， 又 具有高 级语言 ( v b , d e l p h i ) 的灵活 性与方 便性 实际 l ，目 前比 较流行的一些专业g i s 系统很多都是由c 十 + 开发完成的。 在短时间内， 我 们用有限的开发力量和资金投人，很难开发出象g i s 系统专业开发工具那样的软件 系统， 但是应用v c “ 开发以信息管理、决策服务及设计为主的实际g i s 系统时，终 有良 好的应用前景。在很多条件下，建立g i s 系统的目的不是为了能够精确地管理 图 纸， 管理海量的坐标数据及性质数据， 而只是利用g i s 技术完善n ii s , c a d , d s s 系统的功能。 在这种对空间坐标数据的管理要求并非很高的情况下，应用v c + 可以 迅速开发出满足要求的实用系统， 并在灵活性，可操作性各方面具有无可比拟的优 点 2 1 1 0 2 . 1 v c + + 开发g i s 的 优缺点 2 . 1 . 1 .优点 1 ) 较强的灵活性 应用v c + + 开发g i s 系统时，因为系 统的所有流程和数据都可以 在设计者的控制 之下，可以根据系统的具体要求实现具体的操作功能。因此， 设计出的系统强小精 悍，软硬件要求低，运行速度快。 2 ) 易于扩展成各种系统 用g i s 系统专业开发工具开发g i s 系统时， 开发者所做的是在别人系统基础土的 简单开发和应用，完全受该专业工具的制约，开发者形成不了自 主的技术积累和创 新;而用vc-开发g i s 系统时，开发者可以在开发过程中，不断完善和综合开发技 术，从各个方面进行完善，把系统的开发从应用项目 级提高到开发工具级，最终能 够完成自 身的g i s 系统开发工具和底层开发技术。 3 ) 有系统版权 开发者具有系统版权，在一些行业的大规模推广中具有无可比拟的优势 2 . 1 . 2缺点 1 ) 开发有一 定困 难， 且开 发工作量大; 2 ) 开发连续性难以 保障; 中南大学硕士论文 第二 章 v c语言开 发g i s 的 基本 思恕 3 ) 对开发人员的素质要求高; 2 . 2选用g i s 系统的开发方法 在进行g i s 系统设计时，具体选用g i s 系统开发工具还是用v c + 设计g i s 系统的 方法，则需要考虑系统本身的性质和特点，以及设计者自 身的具体情况来确定 般来说， 对一些大型的g i s 系统开发项目，如一个地区的综合信息管理系统时，因 为其图形平台容量可靠性等各方面要求，一般易于选用已成熟的g i s 系统开发工具 来组织开发。而对于一些小型的g i s 系统，特别是一些以数据管理，决策研究、辅 助设计等具体应用为主的系统，或在某个行业中需要推广使用的实用系统，因为这 些系统对矢量图形开发平台要求不高，开发的重点在于g i s 技术的实际功能，可以 考虑采用v c + + 来组织系统的开发。在开发过程中， 不断总结经验， 最终达到和超越 g i s 系统专业开发工具具有的功能。进而，开发出具有独立自主版权的软件产品. 2 . 3 v c + 开发g i s 的思路 用v c + + 开发g i s 系统， 其实现的难度是较大的， 一个最基本g i s 系统， 需要包括 如 下的 组成部分:管理空间坐标数据的矢量图形系统， 管理属性数据的数据库管理 系 统， 以 及实现矢量图 形系 统与 数据 库管理系 统双向 连接系统。 如m a p i n f o 等， 也是 通过如上思路， 在矢量图形系统基础上开发完成的。 2 . 3 . 1 开发矢a图形系统 矢量图形系统是g i s 系统最重要的组成部分，也是用v c + + 开发g i s 系统的重点 所在口应用在不同领域的g i s 系统，其需要的矢量图形功能是有差别的。建立一个 城市信息管理的 g i s 系统时， 要求矢量图形系统有丰富的图 形元素、丰富的线型、 巨大的储容量， 完善的 输入输出功能， 强大的 地图 编辑功能，甚至需要三维显示和 处理能力，而某些管理型g i s 系统所需的矢量图形系统，可能需要具有简单处理二 维普通图形元素的功能。 一个基本矢量图形系统一般需要如下的功能: 1 ) 相对完善的图 形元素， 应具备处理点，直线，圆， 连续直线， 多边形区 域， 标注文本等图形元素能力， 并具有处理图例 ( 即图块)的 能力; 2 ) 相对完善的图 形操作功能， 应具备图 形的放缩， 移动，回 溯等各种功能: 3 ) 具有图层， 颜色， 线型等设置功能; 中南大学硕士论文第二章 v c + 语言开发g i s 的基本 思恕 4 ) 相对完善的图形输入输出功能， 应具备鼠 标交互绘图功能， 图形数据交互输 人等功能。 根据具体情况需要具有数字化输人， 与其它图形系统的数据接日 等功能_ 系 统应具备打印或绘图设备输出图形的能力; 5 ) 具有较大的存储容量; 6 ) 具有较强的容错能力和可恢复性; 7 )具有较高的处理速度。 本文的第三章， 将结合具体的实现代码，介绍一个包含了以上具体功能的矢量 图形系统的开发过程。 2 . 3 . 2开发数据库管理系统 数据库管理系统是g i s 系统重要的组成部分， 用来管理g i s 系统中的各种性质数 据。最常用的开发数据库管理系统的方法是使用o d b c . o d b c 做为一种开发的数 据 库 标 准， 可以 使 用 各 种数 据 库系 统 ( 如 f o x p r o , s q l s e r v e r , o r a c l e , a c e c e s s 等) f lr j 数据库文件作为数据源， 使用s q l 语言 作为 操作和 查询语言， 按照统一的 方法来实 现数据库管理系统。v c :十 + ，特别是最新的v c 千 + 6 .0 企业版，为开发基于o d b c 的数 据库管理系统提供了完善的开发技术。 一 个 基 本 的 数 据 库 管 理 系 统 需 要 提 供以 下的 操 作 功 能: 1 ) 数据库浏览功能 实现操作界面对数据表的浏览。 2 ) 编辑功能 能够对数据表进行增加记录， 修改记录， 删除记录等操作，即可以任意修改数 据库的内容。 3 )查询功能 能够提供操作界面，任意组织数据表的过滤条件， 对数据表进行查询操作 4 ) 排序功能 能够组织排序字段，对数据表进行多字段和可选顺序的排序操作。 2 . 3 . 3 建立矢a图 形与数据库管理系统的 连接 在g i s 系统中，矢量图形系统与数据库管理系统并非相互独立的，而是需要在 两者之间建立起连接关系。 所谓连接关系，就是在矢量图形系统的图形元素与数据 管理系统的 数据库记录之间建立连接， 把性质数据赋给矢量图形元素， 对于一个比 较完善的 g i s 系统来说， 这种连接必须具有如下特点。 中南大学硕士论文第二章 v c 语言开发g i s 的基本 思想 i ) 连接的双向性 即通过矢量图形元素可以得到并维护性质数据库中的相应数据，同时，通过性 质数据库也能够得到并维护矢量图形系统中的相应图形元素。 2 ) 连接的多项性 对于矢量图形元素来说，连接的多项性指的是一个矢量图形元素可以与 多个性 质数据建立连接，如针对矢量图形的一个城市标志，建立了两个数据库来存储城市 的信息， 一个数据库是用来存储各种资源方面的， 另一个数据库来存储各种工农业 生产指标方面的，同样，对于性质数据库来说 ( 如数据库的一条记录)，连接的多 项性指的是它可以与多个矢量图形元素来建立起连接。 3 ) 连接的稳定性 矢量图形元素与性质数据间的连接一旦建立，就会永远的存在下去 ( 除非解除 了 连接)，不会因为对矢量图形元素或性质数据库的增加， 插人等操作而受影响， 连接的稳定性是通过对矢量图形元素和性质数据建立唯一识别号来实现的，在g i s 系 统中，连接单元 ( 一个图形元素或一条记录) 必须具有唯一的识别号，即每一个 连接单元必须具有与其他连接单元区分开来的唯一标志。 2 . 3 . 4查询、 空间 信息统计和分析功能 在建立了矢量图形和数据库管理系统的连接关系后，就可以通过对矢量图形系 统的图形元素的操作 ( 选中图形元素中的拓扑关系) 来得到或操作与之连接的性质 数据，实现空间信息统计和分析功能。即以建立起的g i s 系统框架为基础，开发实 用系 统的具体功能。 本章小结 本章主要阐 述了 用v c 开发地理信息系统的优缺点， 并论述了开发矢量图形系 统， 属性数据库系统以及两者进行连接的基本思路. 中南大学硕士论文第三章 厂区建构筑物矢量图形系 统 第三章厂区建构筑物矢量图形系统 矢量图形系统是对图形数据进行管理的功能模块，其中包括图形输人、图形编 辑、图形存储、属性查询、 读取外部数据以及视图控制 ( 放大、缩小、漫游、重绘 上屏) 等功能，它是厂区建构筑物管理系统的基本模块。以下就该系统建立过程的 关键问题进行论述。 3 . 1坐标映射方式 在v c 十 十 中进行wi n d o w s 应用程序设计时， 可以采用多种不同的映射方式即不同 的坐标系 wi n d o w s 映射方式就是在wi n d o w s 下的逻辑坐标方式。一个实际物理屏 幕由 像素组成的， 如平常所说的 6 4 0 x 4 8 0 1 0 2 4 x 7 8 0 指的是物理屏幕的实际宽度和 高度的像素数目。 为了 方便各种情况下的程序开发， 减轻程序的开发的负 担， wi n d o w s 提供如下了几种映射方式，每一种方式提供不同的测量单位和坐标原点 - m m - t e x t 方式 ( 默认方式) -mm l o me t r i c . -mm hi me t r i c mm l ongl i s h 一 .-mm ai e ngl i s h mm i s ot rop i c mm ani s ot r op i c mm t wr i p s 以上八种wi n d o w s 映像方式， 是为了满足各种具体方式下的需要， 以mm- t e x t 方式 ( 像素方式) 为基础， 通过在wi n d o w s 内 置了一些完成各种映像方式下的 逻辑坐标 到屏幕设备坐标的转换函数来实现。 任何一种映像方式下的逻辑坐标都可以 通过 m m es t e x t 方 式通过程序设计 转换而 成。 在 m f c 应用程序中， 通过调 用c d c 类的 s e t m a p m o d e 函 数设置映 像方式。 如 在 c z h u y e v ie w : : o n d r a w ( c d c * p d c ) 函 数中 ， 可 以 通 过 以 下 代 码 设 置 第 n 种 映 像力 式: p d c - s e t ma p mo d e ( n ) wi n d o w s 系统提供了这八种映像方式，并实现了 设备无关性。所谓设备无关性 中南大学硕士论文第三章厂区建构筑物矢量图形系统 是指只要设定了映像方式，那么就会在不同设备上显示出同样大小的图形例如: 在 m m - l o m e t r i c( 单位是o . l m m ) 下画 一条1 0 0 逻辑单位的 线， 不管在什么样的 显 示器和分辩率下这条直线的显示长度为1 厘米 ( 1 0 0 个0 . 1 毫米夕， 在打印机上和打 印输出时长度也是1 厘米， wi n d o w s 系统内部实现了这个与设备无关的映像过程， 所 以使用mm- l o me t r i c , mm- h i me t r i c , mm- z o n g l i s h , mm- h i e n g l i s h. m m - t wr i p s 映射方式时，可以 保证在不同的显示和输出 设备上显示相同大小的图 形对于mm- t e x t 映像方式来说，因为其单位是像素，长度不固定 ( 即一个像素 所占的实际长度随着设备的不同而不同)，所以，在不同的显示和输出设备上不能 保证图形大小一样。 3 . 2窗口 和视口 3 . 2 . 1 窗口 和视口 的 概念 窗口 指的是虚拟存在的一个屏幕，而视口 是在屏幕上看到的视图客户区域，之 所以分为窗口和视口，是与wi n d o w s 进行绘图的机制有关。wi n d o w s 绘制图形时， 并不是把图形直接绘制到屏幕，而是以各种映射方式下的逻辑坐标系将图形绘制到 虚拟的窗口中，然后将这个窗口内的内容映像到视口中，如果是映像到屏幕上，就 实现了图形的显示， 如果是映射到打印机等输出设备上， 就实现了图形的打印输出、 窗口 原点与视口 原点指的是同一点在窗口 逻辑坐标系和视口设备坐标系中的坐标 值， 它决定了图 形由窗口 到视口 的相对位置 1 8 1 . 3 . 2 . 2窗口 逻辑坐标与视口 设备坐标的 转换 1 . 逻辑坐标与设备坐标的转换方法 假设在窗口中有一幅图形，图形用的是逻辑坐标系，它的原点在 0 , 0 )，宽 度为1 0 0 0 个逻辑单元， 高度也是1 0 0 0 个逻辑单元， 在这个图形中设置一个点 ( a , b ) 为窗口 原点，当wi n d o w s 把这幅图形映像到视口 ( 如屏幕)上时，在视口中坐标单 位不再是逻辑单位。而是设备坐标 ( 像素坐标)。根据设备的无关性，图形映像在 视口 上的 大小是不变的。 但是视口 中坐标系的 单位是像素而不是逻辑单位。所以映 像出 来的图 形用像素表示的幅度是不一样的。 这就是要求应该有像素与逻辑单位的 转换比 例， 另外， 还需要确 定把图 形映 像到 视口 的 什么 位置。 在窗口中， 在图 形卜 取定一个点 ( a l , b l )为窗口 原点，现在只要能够确定这个点映像到视口时，在视 口中的坐标位置，就确定了整个图形的映像位置，这个点在视口中的坐标可以通过 中南大学硕士论文第三章 厂区建构筑物矢量图形系 统 设置视口 原点来实现。 如将视口 原点设置为 ( a 2 , b 2 )， 通过窗口原点与视口 原点， 可以 得到图形中的同一个点的设备坐标与逻辑坐标的关系。假定一个点在窗口 逻辑 坐 标为 ( x i , y 1 ) ， 在视口 设备像素坐 标为 ( x 2 , y 2 ) ， 在两 个坐 标系y 轴同向的 情况下，根据在窗口和视口中这个点到原点的距离相等， 则有如下转换关系: ( x l - a l )= ( x 2 - a 2 ) x n ( y l - b l ) =( 刃- b 2 ) x n 在y 轴反向的情况下， 则有如下的转换关系 ( x l - a l )= ( x 2 - a 2 ) x n ( y l - b l ) =( y 2 - 6 2 ) x n 3 . 3厂区建构筑物动态管理系统的图形元素类组织 3 . 3 . 1空间数据 系 统的空间数据是指用来描述建构筑物的空间位置， 形状， 大小及其相互关系， 并能用几何图形表示的数据，它以地球表面的空间位置为参照。建构筑物的空间数 据包括两个方面的数据。 1 .空间数据 描述建、构筑物实体本身的位置 ( 空间坐标)，形状大小，长度，面积等度量 信息。为了 用数字表示空间实体， 需要选择合适的空间实体类型。 从几何角度可 把 空间实体划分为点状， 线状，面状三种基本类型。 点状实体:表示确定的位置， 但离散的、 无面积、 无长度的目 标，如中小比 例尺卜 的楼房，住宅小区。 线状实体:表示有确定位置并有长度的目 标。 如街道， 河流等。 面状实体: 是一个有中心标识并由 一个封闭的 多边形围 成的， 有确定位置、长度和 面积的地理实体。如在大比例尺图中的楼房、绿地等。 2 空间关系 描述建、 构筑物实体间的 空间 相关性， 即 拓扑关系( t o p o l o g y ) ， 包括接近度， 邻接、 关联、包含， 连通等。 空间关系数据的存在有助于各种应用和空间分析。 3 . 3 . 2 建构筑物图 形元素的 组织 面向对象的 程序设计， 是目 前程序设计的主流方法。 本文将利用面向对象的程 序设计和c 十 十 类的组织方法， 组织建立起一个基本矢量图 形系统的图形元素类， 这 中南大学硕士论文第三章厂区建构筑物矢量图形系统 个 实现的建构筑物能够处理直线， 连续直线及多边形区 域， 标注文本等图 形元素， 针对每类图形元素组织建立起对其组织管理的c + + 类把每个图形元素作为一个独、) _ 对象来管理。 l .图形元素基类的组织 对各种图形元素进行分析，可以发现各类图形元素具有一些相同属性和操作功 能，如图形元素的颜色、线型、 线宽、所在层等属性和得到一个图形元素是否做r 删除标志等操作，把这些图形元素共有的属性与操作组织存放在一个图形元素基类 中，具体的图形元素由这个类派生。 在头文件z h u y e d o c .h 中， 定义 一个图 形元素 基类c d r a w c l a s s c d r a w : p u b l i c c o b j e c t / / 图形元素基类， 用来存储图形的颜色、 线型、 层信息 p r o t e c t e d : s h o rt m _ c o l o r p e n / s h o rt m co l o r br u s h s h o r t m l i n e wi d e s h o rt m we l i n e t y p e s h o rt m l a y e r / 笔色 刀 填充颜色 线宽 ( 像素) 线型 / b ool i n t p u b l i c b de l e t e m i d o n l y 图层 刀 是否处于删除状态 刀图形元素唯一的识别号 cdr a w刀 构造函数 2 . 具体图 形元素类的 组织 具 体 元素 包括直 线、 多边形、 区 域、 圆、 圆弦等 元素 类， 它们是由 基类c d r a w 派牛 而来，继承了某些属性的函数， 并增加了自己独特的成员变量及成员函数 直线类的定义: c l a s s c l i n e : p u b l i c c d r a w /直 线 类 p r o t e e t e d : 中南大学硕士论文第三章厂区建构筑物矢量图形系统 fl o a t m x l , m es x 2 , m 一 y 1 , m y 2 ; / /直 线的 起点与 终点坐 标p u b l i c : c l i n e) 刀不带任何参数的 构造函 数 c l i n e ( s h o rt c o l o r p e n , s h o rt c o l o