（道路与铁道工程专业论文）基于GIS的城市道路信息管理系统的研究与开发.pdf

东南大学硕士论文摘要 摘要 近年 来， 随着测绘 技术、 计算机软 硬件水 平的 飞速发展，以 空间数据及其属性数据为 特征的地理 信息系 统 ( g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t io n s y s t e m . 简称g i s ) 技术在工 程中的广泛应 用， 大大提高了 信息 管理的效率与 质量。由 于 g i s具有的反映地理空间 关系 及综合、 统计 各种空间和 属性信息能 力的特性， 为 地理资源与 环境的开发、 建设、 管理、 规 划及决策提供 了 非常好的 先进技术 手段。 随 着计算机技术的 迅猛发展，g i s 技术己 进入成熟阶段， g i s 在 实用化方面己 取得重 大发展. 本课题为 基于 g i s的城市道路 信息管理系统， 首先对南京市城市道路及现有的管理系 统 进行了 现状 调查和需 求分析， 得出了 建立本系 统的可行性与 必要性， 架构出系统总体框架 与具体 实现的 功能模块。 接着实 现了 城市道路 信息管理系 统中基于a r c l n f o 的关键技术， 包 括数 据处 理 ( 数据转换、地 理配准、拓扑关 系、 动态分段等技术) 、 数据管理 ( 子类、属 性 域、 关系 类、 儿何网) 和数据显 示。 最后由 本系统的 实用性使用， 实 现了生成报表、图 表与 图形图 像的超 链接技术等 功能，同时 通过d e lp h i + m o二次开发实现了 属性数据的图形链 接 和基于不同标准或要求的空间及属性查询功能. 关键词: g is . 城市 道路、 拓扑、 动态分段、 子类、 属性域、关系类、超链接 东南大学硕士论文 ab s t r a c t w i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g y o f m a p p i n g a n d c o m p u t e r , 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 ( g i s ) w h ic h r e p r e s e n t s s p a t i a l d a t a a n d a tt r i b u t e d a t a , is w i d e l y a p p l i e d t o e n g i n e e r i n g , w h ic h g r e a t l y p r o m o t e s t h e l e v e l o f m a n a g e m e n t o f in f o r m a t i o n . a s g i s r e fl e c t s t h e re l a t io n o f g e o g r a p h i c a l s p a c e , i n t e g r a t io n a n d s t a t is t i c o f s p a t i a l a n d a tt r i b u t e i n f o r m a t i o n , g i s p ro v i d e s v e ry g o o d a n d a d v a n c e d t e c h n o l o g y t o r e a l i z e t h e e x p lo i t a t i o n , c o n s tr u c t i o n , m a n a g e m e n t a n d p r o g r a m m in g o f g e o g r a p h i c a l re s o u r c e a n d e n v i r o n m e n t . n o w , g i s t e c h n o l o g y h a s a l r e a d y c o m e i n t o t h e m o m e n t o f m a t u r i t y , s o i t w i l l b e m o r e a n d m o r e p o p u l a r a p p l ie d t o u t i l it y e s t a b li s h m e n t t h i s p a p e r i s b a s e d o n t h e s o f t w a r e -a r e g i s , f i r s t o f a l l , i t g e t s t h e f e a s i b l e a n d n e c e s s a r y f o r c re a t i n g t h i s s y s t e m t h r o u g h r e s e a r c h i n g a n d a n a l y s i s , t h e n b u i l d s t h e f r a m e o f s y s t e m a s a w h o l e . s e c o n d l y , it r e a l i z e s t h e p r i m a ry t e c h n o lo g y o f s y s t e m b a s e d o n a r c l n f o , i n c l u d i n g d a t a m a k i n g ( d a t a c o n v e r s i o n , to p o l o g y , d y n a m i c s e g m e n t a t i o n , e t c . ) ， d a t a m a n a g i n g ( s u b ty p e , a t t r i b u t e d o m a i n , re l a t io n s h i p c l a s s , g e o m e t ry n e t w o r k ) a n d d a t a d i s p l a y in g . f i n a l l y , i t m a k e s r e p o rt f o r m s , g r a p h a n d h y p e r l in k o f p ic t u r e o r m o v i e . c o n t e m p o r a ry , it r e a l i z e s t h e f u n c t i o n o f a tt r i b u t e d a t a o f h y p e r l i n k a n d l o o k u p i n g w it h d i ff e re n t s t a n d a r d b y p r o g r a m m i n g o f d e l p h i + m o. k e y wo r d : g i s , u r b a n r o a d , t o p o l o g y , d y n a m i c s e g m e n t a t i o n , s u b t y p e , a t t r i b u t e d o m a i n , r e l a t i o n s h i p c l a s s , h y p e r l i n k 学 位 论 文 独 创 性 声 明 本人声明 所呈交的学位论文是我个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 得东南大学或其它教育机构 的 学位或证书而使用过的 材料。 与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名 : 3 7l - 。 期 :. 3- 2 1y 0 3 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论 文的 复印 件和电 子文档， 可以 采用影印 、 缩印 或其他复制手段保存论文。 本人 电子 文档的内 容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的 保密论文外， 允许论 文被查阅 和借阅， 可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内 容。 论文的 公布( 包 括刊登)授权东南大学研究生院办理。 签 、 : 1 ;o 上 导 师 签 名 : 鞋 鱼 生 。 、 : 二 东南大学硕士论文 第一章绪论 第一章 绪论 第一节概述 1 . 1 . 1 国内外g i s 的发展 地 理 信 息 系 统 简 称g i s ( g e o g r a p h ic a l i n f o r m a ti o n s y s t e m ) ， 是 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， 是分析和 处理大量地理数据的 通用技术( 1 ) . 地理信息系统脱胎于地图，它们都是 地理信息的载体，基本具 有相同的功能。地图 是 地理学的第 二代语言， 而地理信息系 统成为了 地理学的第三代语言。 地理信息系统发展至 今 已 有4 0 年的历史。归 纳起来g i s 的发展主 要经历了以下几个阶段。 6 0年代 初， 计算机 技术开始 用于地图 量算、 分析和 制作，由于机助制图具有快速、灵 活、 操作简便、 便于 存储、 分类、 合并和 分析等优点 而迅速发展起来。当时由于计算机硬 件 系统 功能 较弱， 限制了 软拌 技术的发 展， 直到6 。 年 代末期，针对g i s 一些具体功能的软 件 技术有了较大进展。但算法还比较粗糙，图形功能有限。 进入7 0 年代以 后， 计算机发展到了 第三 代， 计算机软硬件技术都有了长足的发展，为 空间数 据的录入、 存储、 检索和输出 提供了 强有 力的手段。 一些发达国家先后建立了许多不 同专题， 不同 规模、 不同类型的 各具特色的 地理信息系统。 此外，以 遥感数据为基础的地理 信息系统 逐渐受到重视。 这一时期软 件最重要的 进展是人机图形交互技术的发展。 8 0 年 代是g i s 推广时 期。 g i s 应用从 解决 基础设施的规划( 如道路、 输电线路等) 转向更 复杂的区 域开发应用 如土地的农业利 用、 城市的发展、 人口的规划与布置、环境科学研究 等) 。1 9 8 0 年中国 科学院遥感应用 研究 所成立标 志着我国 地理信息系统方面工作的开始。 进入9 0 年代， 地理信息 系统深入到 各行各业。 我国的 地理信息系统也步入了快速发展 阶段。同时地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。 同时g i s 是集多种学科为一体的新兴学科，如图1 - 1 所示。 地 理 学 制图技术 计算机科学 软件工程卜一 数据库技术卜 一刊计算机图形学 c 4 0 图1 - 1地理信息系统相关学科 1 .1 .2 g i s 理论发展及理论研究中 存在的问题 g i s 是一门 技术引导的多 技术交叉的 信息 空间科学。 其不断的发展， 不断用新的技术和 方法来装备自 己， 目 前在 技术 上所关注的 是: 数据采集、 数据建模、 数据的精度和系统回 答 问 题的可信 度、 数 据量、 数据 存取与保密、 数据分析、 用户接口、 成本与效益、 g i s 系统的 寿 命、 g i s 系 统工作的 组织问 题。 这些 技术问 题 将会随 着相关 学科和计算机软硬件手段的不 断 进步而日 趋完善。 随 着g i s 理 论的发展与完善，以 及人 们对空间信息需求日 益扩大，目 前g i s正向集成 东南大学硕士论文第一章绪论 化和智能化方向发展: 图形数 据和属性数据的结合。 最初， 图 形和属 性数据是完全分开的: 然后， 通过内 部连 接 将二者联系 起来: 再次，进行 混合处理， 最 后。达到完全结合，这也是未来g i s 的要求。 g i s 与r s 的结 合。 遥感是地理信息系 统重要的数据源和数据更新手段， 而g i s 则是遥 感数 据中 数据处 理的 辅助信息。 g i s 与r s 有如下 可能的结合方式:分开但平行的结合 ( 不 同用户界 面、 不同工具 库和不同数据库) 、表 面无缝的 结合 ( 同一用 户界面、 不同工具库和 不同 数 据库) 和整体的结合( 同 一个用户界面、 工具库和数据库) 。 未来要 求是整体的 结合。 g i s与g p s 和c c d技术的 结合。 g p s 即为全球定位系统， 利用g p s 接收机可以直接 测 定地面上 任意一点的三维 坐标。g p s 与g i s相结 合可以实现电 子导航， 用于交通管理、 自 动导航， 也可以用 作g i s 实时更新。 再加之c c d摄像机实时摄像和配以影像处理， 则可 以形 成实时g i s 运行系统，用于公 路、 铁路线路 状况的自 动检测和管理系统。 g i s 与专家 系统 ( e x p e rt s y s t e m) 的结合。 g i s 是一个基于地理数据的空间信息系统， 它具 有自 动 采集和处理数据功能， 与专家 系统相结 合， 能够智能化地分析和 运用数据提供科 学地决策 咨询， 回答用户可能 提出 地各种复杂问 题，从而形成智能化的高 度集成g i s 系统。 而要有 一个理想的g i s 系统， 就需要从g i s 理论上解决以 下主 要问题: 1 ) g i s 设 计与实现的方法学。由 于缺乏严 格的工程管理和好的分析设计方法支持， g i s 软 件系统的可靠性 和可维护性差。这是 一个长期以 来人们一直在尽力解决但还未解决。 2 ) g i s 功能。 当前的g i s以 数 据采集、 存贮、 管理 和查询检索功能为主， 不能够完全满足 社会和区域可持续发展在空间分析、 预测预报、 决策支持等方面的要求，直接影响到 g i s 的应 用效 益和生命力。 3 )多 媒体地 理信息系统的管 理和操作。 现今信息媒体多元化新时代的突出问题是在一个多 种 数据类型并 存的 混合系统 之中， 如何首先对 各类数据的随意操作和有效管 理， 这比 单 一 地图 数据库的 操作和管理更复杂。 4 ) g i s 地理信息的 深加工。 目 前g i s 还远未发 挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作 用， 这是 涉及对g i s 地理信息进 行深加工的问 题。 这种深加工的结果， 可以 是结论性专 题地图， 也 可以 使结论性 专题数据集。 前者提 供结论性图形信息，后者提供结论性数字 信息，提供尽过深加工的结论性成果对用户更直接更有利。 5 )控件信 息可视化技术和 虚拟现实技术 ( v r ) 。 可视化技术已经远远超过了传统的符号化 及视觉 变量表示法的水 平， 进入了 在动态、 时空 变换、多 维的可交互的地图条件下探索 视觉效果 和提高视觉工具 功能的阶段， 其重点是 要将那些通常难于设想和接近的环境与 事物，以 动态直 观的 方式表 达出 来1 1 1 . 1 .1 .3 现有公路与城市地理信息 系统软件平台概述 随 着道路不断发 展与改建， 就需要采集新的 数据并且有效利用已有数据， 这就必须使 用 一些专业软 件对于道路的数 据进行科学地组 织和管理，借助于g i s 软件就可以实现科学 管 理的目 的。 下面列出了 国内 外常 用的g i s 软 件。 国外 常用g i s 软件有: e s r i 产品 系列、 i n t e r g r a p g 产品系 列、 m a p i n f 。 产品系列; 有:国 内 常用g i s 软件有: m a v g i s , g e o s t a r , c i t y s t a r e2 3 . . 1 .4 国内 外公路与城市道路信息管 理系统的发展与存在的问题 g i s有着十分强 大的 空间 信息的 管理功能， 可以 把社会、经济、 人口 等属性信息与地 表空间 位置相连，以 方便查询、 管理、分析、 调用和显示:同时g i s也 提供了许多 地理空 东南大学硕士论文 第一章绪论 间分 析功能， 如图层叠加、 缓冲区、 最 佳路径、 自 动配准等。 因此， g i s 可用于城市规划与 管理 领域的 各个方面， 从前期资 料收 集整理 到成果出图， 从小范围的详细规划到大的区域规 划， 从 综合性的总体 规划到专业性的 专 项规划， 从项目 选 址到可持续发展战略制定等等。 把 g i s 引 入城市管理， 可以 提高管 理工作的 效率， 改 善管理成果的准确性和合理性， 同时能监 控城市发 展状况， 及时调整、制定 城市发展战略。 城市规 划与管理总处理的 数据 7 0 - 8 0 % 是与 地理 位置 有关的。 在美国，g i s已被广泛 地应用于 城市管理的各 项工 作中。 应用g i s 的城 市和地区的比例由1 9 9 2 年的4 0 迅速上升 到 1 9 9 7 年的8 7 / o ( e s n a r d , 1 9 9 8 ) . s o m e r s ( 1 9 9 1 ) 介绍了美国 弗吉尼亚州f a i r f a x 县政府 的g i s系统 ，g i s规划管理 是其中 的一大 部分。早 在 8 0年代初， f a i r f a x县政府就利用了 g i s 系统， 当时 主要还是尝试性地利 用其作信息 可视 ( 图形展示) 工具。 到了8 0 年代末期， 随着 g i s应用需求的 增加， 对原来的初 级系统进行了升级改造， 建成了 现有的多功能的 政 府 g i s系 统。 其包 括地理编码、自 然地 理信息、道路、人口、 管线、规划分区、 土地利用 等7 5 层 信息，对 应实际 地理精度可达到2 英尺左右，涉及到了交通、规划、 环境、 统计等 近2 0 个部门。 这样一 来， 管理部门 可以 方便地查询调用规划信息和城市 其他相关信息以 辅 助规划管理 决策; 同时 又可以 实时掌握 城市发展变化地各类信息。 g i s 充分的地发挥了 其强 大 的 空 间 及 相 关 属 性 信 息 的 管 理 和 展 示 功 能 3 j 进入9 0 年代之后， 随着信息技术与网络技术的发展，国内的很多城市和公路管理部门 逐步实 现了 数据规划管 理从 手工 到计算机决 策管理。比较典型的 有上海公路地理信息系 统。 “ 八五” 、 “ 九五” 计划的实 施。 上海公 路建设有了 很快的 发展， 炉宁、 沪杭、 外环线等一批 高等级公路的相继建成，到 2 0 0 1年年底公路通车里程为 6 0 7 9 k m，公路密度达到了 0 .9 6 k m /k m 2 。 公 路 设 施 的 现 代 化 ， 对 现 代 化 管 理 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 也 为 现 代 化 管 理 奠 定 了 坚实的基 础。 在1 9 9 8 年， 上海市市委、 市府提出了 “ 建管并举，重在管理”的 要求， 尤 其是随着政 府职能的 转变和公路 管理体制改 革的 不断深化， 必须不断提高行业管理的整体水 平， 特别是 提高 科学管 理的 水平。 从1 9 9 8 年开始，上海市公路管理处从上海公路的 实际出 发， 以 需求为导向， 以 应用为重点， 从高效管 理入手， 充分 利用地理信息系统、网 络技术等 计 算机先进技术， 研究开发了“ 上海公路地理 信息系统” 。该系统通过对上海市公路设施空 间 信息采集、 转换方法 和精度控制的 研究， 通过 对公路设施空间数据库的 分析、 设 计和建立， 实 现了 与属性数 据库的有效连接， 探索出了 一套公 路设 施空间数据库、 公路设施属性数据库 的 具体实施与建 立方法， 利用g p s 与g i s 技术的结合， 建立了上海市公路网 线性参照系统。 “ 上海公路 地理信息系 统” 包括: g i s 三级网、 公路设施管理系系统、 路政管理系统、 最佳 路径选择以及规划、 建设、 监管、 征收网上查询子系统、通过对公路的路面特性、路面状况、 交通量、桥 梁、 附属设 施等的 状况分析、 评价与预测，实现了 养护对策、 大中 修项目 计划、 资 金预分配的 辅助决策; 控件数据、 属 性数据二、 三级网实现了共享并能以 多种形式( 磁盘、 光 盘、 电 话 拨 号 网 、 宽 带 网 等 ) 实 现 远 程 数 据 传 输， 进 行数 据上 传、 下 达; 还 可以 通 过 路 径 分 析， 方便地 选择中策 过桥路径或 最佳路径。 “ 上海公路地理信息系统”的建立为 实现上海 市 公路行业管理的 现代 化、 信息 化、 科学化的目 标奠定了 坚实的基础， 也为我国公 路行业应 用 地理信息系统 提高行 业管理水 平积累 了技术 经验， 同时也推进了我国交通运输地理信息系 统 ( g i s - t ) 的 技 术 发 展 4 上 海市 市政工 程管理处自1 9 9 8 年以 来， 初步建立了 覆盖上海市、区县两级以 地理信息 系 统为 平台 的 城 市 基 础设 施管 理 系 统 ( c i m s ) 及 行 业管 理 信 息 化 体系， 建 成以 上 海 市 城 市 道 路、 桥 梁、 下 水道、 防汛墙、 建设管理、 路政管 理为 主线的信息管理系统。 本系统 具有图 层 管 理功能、 显示 功能、 输入修改功 能、 查询功能、 统计报表功能和辅助决策功能。在 1 9 9 9 年期间 实现了传 统的文档型管理向 信息化管理的 转变， 利用原有的市中心区档案文 字资料构 建 数据库， 建立了基 于a r c v i e w平台 上筱盖 范围 为上海市外环线以内5 8 3 平方公 里中 心城的 东南大学硕士论文 第一章绪论 市政 基础设施管理系 统。 2 0 0 0 年初结合系 统建设进行上 海市域范围6 3 4 0 平方公里的所有城 镇市政设施普查， 建立了覆盖上海市市政设施全行业的属性数据库和空间数据库， 其中道路 4 8 2 0 条， 桥梁1 5 6 4 座， 高 架6 4 公 里; 并 且平台也由a r c v i e w升为基于v b开发的ma p o b j e c t 平台， 推出c i m s 1 . 0 试用版在全 行业试用。同时， 对市区所有约4 0 0公里的主干道采用激 光平整 度仪采集平整 度指数 得到路面平 整度、 利用落锤式弯沉仪( f wd ) 测得路面动态弯沉 盆 、 通 过 路 况 摄 像 仪 调 查 计 算 获 得 路 面 状 况 指 数 ( p c d 、 通 过实 测 等 手 段计 算 得 到 各 路 段 平 均 交 通 量 等 动 态数 据， 并 通 过 道 路 辅 助 决 策 系 统 ( 包 括 上 海市 城 市 道路 辅助 决 策管 理 系 统 ( p m s ) 和上海市 城市桥梁管理系统 ( b ms ) ) 运 行， 对道路进行评估和养护计划的制定， 为 道路 养护提 供了 科学的决策 依据。 2 0 0 1 年之 后， 基于c i ms 1 . 0 版本基础同步开发完成建设 管理 子系统 和路 政管理子系 统。 系统功能 进一步完普 和深化， 整个系 统在全行业正式使用，系 统的更新和维护体系初步建立，同步制定配套管理办法，达到了长期有效的管理目的。 对于上述一些基于地理信息系统在国内 外道路中的应用，可以给我们以后要建立的 城 市 道路管理系 统较多 的启发 和借鉴。 就上海公路 地理信息系统而言， 创建的 二级网g i s 路 面桥梁设施系统、 路 政管理子系统、 规划 科信息子系统等) 与三级网g i s( 浦东公路署子系 统、 金山公路署 子系统等) 满足了 上海市公 路管理的需求， 比较有针对性的解决了以 前需要 手工 操作的问题， 并 且实 现了 网内外的数 据查询， 科学有效地实现了数据共享和数据维护的 功能。 而对 于上海市政工 程管理处建立的信 息管理系统是建 立在v b开发ma p o b j e c t 的基础 之上的 ， 这套系 统的 优点是比较 经济实用， 并且 可以 实现上海市目 前的 信息管理， 但是由 于 m a p o b j e c t 本身的局限 性， 随着城市的发 展和城市的 规划，出 现了信息的复杂化与多 样化、 老的数 据的维护、 管理部门 职能的转变等问 题， 这就会导致目 前的 信息管理系统有可能不能 满足 将来的 管理的需 求。 因此， 基于 上述其他城 市的 信息管理系统的调查研究， 一方面可以 借鉴其 经验架构出南 京市城市道路管 理系统的框架， 另一方面根据南京市城市道路管理的 需 求、实际情况和经济的角度，设计出一套科学的并且具有一定长远意识的规划方案。 第二节立题背景与意义 1 .2 .1 立题背景 城市建 设突飞猛 进， 同时 也对城市工 程的 规划、 设计、 建设、 管理等方面提出了更高的 标准与要求。 然而，目 前的城市道路信息仍然采用传统的人工为主的模式， 效率低、 缺漏多、 且时有对群众反映的问题不能及时响应而造成不良后果。 这些都迫切要求迅速提高城市各方 面区域信息管理的水平。 另一方 面。 随着测 绘技术、 计算机软 硬件水平的飞速发展，以 空间 数据及其属性数据为 特征的地理 信息 系统技术日 益成熟，大大 提高了 信息管理的效率与质量。由 于 g i s具有的 反 映地理空间关 系及综 合、 统计各种空间 和属性信息能力的 特性， 为地理资 源与 环境的开发、 建 设、 管理、 规划及 决策提供了非常 好的先进技术 手段， 其技术、 应用开发及销售服务方面 己发展成为具有庞大市场规模地产业，应用领域几乎遍及所有与空间信息有关的领域和部 门。因 此， 近几 年来各城市 规划 管理部门正在 逐步形成应用 g i s技术替代落后传统手工规 划管理的趋势。 目 前， 地理信息系 统已 广泛用于我国的 土地、 地质、 油田、 林业等领域; 在城 市道路管 理上， 上海市市 政工程管理 处、 北京市公 路局等单位完成了各自 基于g i s 的道路管理系统。 这些项目取得了良 好的社会效益与经济效益。 东南大学硕士论文第一章绪论 本课题拟在 g i s技术的支持下，改 变现有的 城市道路信息管理模式， 使得在原有纸介 质文档的基础上，实现数据录入的数字化、 信息查询的可视化、表格文档的电子化，进而达 到管理决策的科学化。 1 .2 . 2课题研究意义 对于城市道 路的管理，目 前南 京市市政工 程管理处仍然是采用以人工为主的管理方式， 由 于人工管 理有着低效、 缺漏多 等问 题，同时 为了规范全 市城市 道路的规划、设计、建设、 养护维修、经营、收费和运行等服务，问了能更好的做好行业管理工作，建设一个能提供城 市道路设施 及其状况的图形 和图 像信息， 为 管理人员 提供设施现状 分析、 资源分配、 规划和 计划等的科学管 理系统，已 经成为以行 业管理为主要职能的公路管理机构的必然趋势。 建 立南 京市城市道路信息管理系统，对于 提高管理水平和改 善管理效率发挥了 积极的 作用。 同时随着 城市的 进一步发展，就 可以 实现新的要求: .对信息的需求量增加，管理工作不再局限对城市道路设施基本属性信息的处理，进 一步包含城市道路设施的空间信息; .需要了解城市道路设施损坏状况与交通量状况的关系， 快速路与主干道的分布状况， 城市道路设施设备量及设备状况的空间分布等: 今数据共享问题，采用地理位置信息作为数据共享的基础，促进数据共享。 通 过基 于 g i s实 现城市道路管理 系统，就可以 方便的提供设施的图 形及图像信息;提 供设施的地 理空间信息; 查询设施的 现状与需求 信息; 管理设施的 地理空间信息及属性信息: 进行空间分析，辅助决策管理支持:推进数据共享工作。 第三节课题主要研究内容 1 .3 .1 研究内 容 令在 g i s平台上建立南京市城市道路信息管理系统，以市政工程管理处为中心，建成全 市总控系统，形成全市集中式数据库计算机管理网络; .城市道路信息管理系统中的关键技术的实现，包括数据处理、数据管理与数据显示等; . 结 合市政工 程管理处的日 常工作需 求， 实 现具体的操作功能， 包括报表输出、 图表输出、 图形链接与空间查询等。 1 .3 . 2 开发手段 m a p o b j e c t 是e s r i 公 司 推 出 的 一 组 供 应 用 开 发 人 员 使 用g i s 功能o c x ( o l e c u s t o m c o n t r o l ) 控件， 用户可以 采用其他的支持o c x 的开发 平台， 如v b . d e lp h i 等， 集成ma p o b j e c t , 建立具体的应用系统。 本课题中 借助于d e l p h i 5 . 0 开发m a p o b j e c t 2 .0 ，实 现多 层图形的 显示、基本的放大缩小 和 平移功能的 实现、 控 制工 具栏的创建、 基 于不同标 准的空间查 询与逻辑查询、 静态动态图 形的链接。 东南大 学硕士论文第二章 建立城市道路信息管理系统的需求分 析 第二章建立城市道路信息管理系统的需求分析 第一节建立城市道路信息管理系统的现状分析 2 .1 . 1现有软件设备状况 市政工 程管理处现有的软 件为 南京市路面管 理系统 ( n j - p m s ) . 其包括数据库管理、 路 面管理和系统设置三个子系统. 本系 统从功能上实现路面数据输入、路面使用 性能的单项评价及综合评价、 道路养护 当 年需求分析、 路面使用性能预测和五年养 护计划的决策优化。 系 统是由f o x p ro 2 . 5 b fo r w i n d o w s 与v i s u a l b a s i c 3 .0 开发完成。 f o x p r o 完成所有数 据管理及 里 面管理程序， 而v b完成图形 输出 部分。 系统采 用结构化编程， 人机对话界面友好。 结构 化的程序不仅使本系统具有极好的移植性， 而且可使操作者更加深刻的理解管理的条理， 以 及各部分之间的先后关系。本系统在考虑利用 f o x p r o调用 v b语言编写的图形模块时，力 求接口 安全正确，并力求使 系统有机的组成一个 整体。 2 . 1 .2 建立城市道路信息管理系统的 现状调查及分析 作为南京 市道路、桥梁 管理的主管 部门， 南京市市政工程管理处过去为提高管理的质 量与效率， 制定了各项规章制度，开展了一些计算机辅助管理、决策的科研项 目，并取得了 一些 成果。 但是由于 技术、 经济以 及体 制等诸多方 面的 原因，目 前城市道路等设施的管理水 平从总 体上还说还不高， 很多工 作仍然采用人工为 主的管理方式。 这种管理方式主要存在以 一 下 的不足: 1 城 市道路管理信息由 人工 记忆为主， 管理效率不高 道路管 理采用分区管 理， 专 人负 责的 办法， 在没 有信息系统支持的 情况下完全依靠业务 人员的 记忆和经验来管 理， 属 于经典的“ 经验密 集型” 工作。 业务人员专门管理自己 负责的 道路区， 道路的 断面、 结构、 绿化、 井盖、 退让区域的附 属设 施等信息非常繁多、 复杂， 管 理难度很大， 管理效率较低。 对 井盖丢失 等造成的 突发事故， 缺乏准确及时的响应。 往往造 成不良 的社 会影响， 甚至会损 坏行 业的整 体形象。 2 .数据分散， 信息资 源得不到充分利用 市政工 程管 理处在长期的 管理过程中 积累了 大量的、宝贵的城市道路及其附属设施信 息， 但区 域所采集的第一 手资 料是各自 分散的， 送交市处的数据大多为 汇总性的 数据， 这 样 一 方面会引 起市处很难对付设 施数据进行校验的问 题， 就没有办法保证整个城市范围内的设 施数据的正 确性与合理性; 另一方面， 各 个区所不能 共享全市的城市道路及附属设施等数据， 这对其管理、 养 护等日 常工作水 平的 提高 不利。 只有 建立起全市范围内的市政设施管理地理 信息系统， 才能为各个部门之间实现数据 共享提供基础保障。 3 .城市道 路以 及相关信息更新管理难度 大， 阻碍管理的现代化进程 市 政工程管理处日 常工作的 主要任务之一是对城市道路及附属设施等进行养护，这些 设 施都带有 大量的文档资料 和图 纸资料， 积累形 成复杂的 具有历史属性的资料， 靠手工管理 不 但困难大， 有时 还是不可能的。 尤 其是， 以 现有的管理方式， 对大量城市道路及附属设施 养 护管理等 历史 数据的 深层次挖掘， 几乎是 不可能的， 也 就是说， 过去以手工为主的市 政设施管理方式已经无法适应管理工作的需要，必须 采 用更加先进的方式， 对市政基础设施信息 进行高效率、高质量的管理。 南 京市市政工程管理处的全市大 部分 道路、 桥梁盖隧道都有明显的空间分布特征，具 东 南 大 学硕 士 论 文第二章建立城市道路信息管理系统的需求分析 有分布广、 数据关系复 杂、 数据具有历史 属性等特点， 空间 信息在市政基础设施信息中 均占 有举足轻重的 地位。 传统的m i s 根本 无法有效 地对空间 信息进行管理。最近几年蓬勃发展 的g i s 技 术则为空间 信息 管理系 统提供了 强有力的工具， 利用g i s 技术可以 将市政设施的 空间 位置信息 和属性 信息 有机的结 合起来， 从 而以直观、 形象、 准确的方式对道路桥梁等设 施进行有效管理。 2 . 1 .3 建立城市道路信息管理系统的作用 i .利 用现有的信息 资源, 提高 市政基础设 施的管理水平 由于 传统的 市政设施管理大部分 采用的是手工作业的 方式， 参与管理的人员一般都很 多， 这样 每个人只 对自己 所管理区域的 情况很 清晰， 而对于整个区域情况则没有一个全面的 了解;另外，人工管理.不能形成全面、长期、稳定的管理文档;再有，很难合理、高效地 利用已 有的 大量的 形式各异的市政设施 信息， 这些显 然不利于市政设施管理水平的 提高 及长 远发展。如果采用基于g i s的市政设施管理系统.解决这些问题却十分容易，首先，它可以 在g i s 的 平台上 整合已 有的信息， 保 证全市市 政基础设施 信息的完整性和统一性; 然后， 通 过先 进的计 算机图形 技术、 数据库技 术等， 可对任意市政设施进行放大、 缩小、 漫游，图形 查询定位、属性查询定位，既可以对市政设施有一个宏观了解，也可进行精确把握;采用数 据库 技术对市 政设施进行管 理， 不 但可以增 加数据的准确性和可靠性， 而且可对数据进行深 层次的 挖掘，提 供优化的 计算机辅助决策。 2 .培 养信息化 建设 人才， 适应南京市 城市信息化建设的需求 目 前市政公 用局正在进行信息 化建设规 划， 其中最重要的一项就是以g i s . g p s . r s 技 术为基 础的3 s 平台建设 规划， 南京市 科技局2 0 0 1 年 1 1 月也立项建立 “ 城市管、 线、网 应 用地理信息系统共享平台软件”的研究 ( 南京市政公用局下的一德公司中标) ，以期能探索 出 一条适 合城市管、 线、网 综合应用地 理信息系 统发展的理论、 方法、 计划与管理机 制， 并 借此推动城市管、线、网综合应用地理信息系统的发展与信息共享，促进城市管、线、网的 建设和管 理水平。 而从 技术上讲， 必须先 完成处 于市政基 础设施“ 龙头” 、 “ 载体” 地位的道路、 桥梁设施 信息系统的 建立， 才能 更好地集成其 他的 市政 基础设 施信息。 因此，以 道路 桥梁设施为主的 市政基础设 施地理信息 管理系统不但应 该建设， 而且 应尽早建设。 同时， 通过市政基础设施 信息 化的建设， 能培 养出 市政工 程处的 信息化建设人才， 使管理工作步入良 性循环的 轨道。 3 .加强与外 借的 沟通，树立行 业良 好形象 市政基 础设 施信息化 建设 是城市信息 化建设的重要内容之一， 基于g i s 的市政设施管理 信息系 统可以 支持网上信 息发 布的 功能， 通 过网 上信息的 发布， 一般的市民 也可以 了解市政 基 础设 施现状 信息， 这对宣传市政工 程管理处的 工作， 提高市民 关心爱护市政设施的责 任心， 以 及处 理突发事 故的 应变能力都是非 常有价 值的 。 同时， 这样会树立市政工程处良 好的形象， 有力与今后工作的开展。 在 对城市道路 信息管理系统的 可行性、 必要 性与 现状调查、需求分析的 前提下， 可以 初 步架构系统总体框架。 第二节国内外g i s 软件平台比较 a r c i n f o 是美国 环境系统研究 所 ( e s r i )的 代表产品， 它是当今世界上较完整的g i s 系 东南大学硕士论文 第二章建立城市道路信息管理系统的需求分析 统，它所包含咖民 多个 g i s分析工具已 经被很多的应用领域所采用。最主要的是运行于 n u ix / w i n d o w s n t 平台上的a r c i n f o ， 它由 两部分 组成: 工作站版( w o r k s t a t i o n a r c l n f o ) 和桌 面版 ( d e s k t o p a r c i n f o ) 。除 上述基 本功能外，工 作站版还通过一些扩展模块实现特定的 专门 功能: t i n, g r i d, n e t wo r k , a r c s c a n, a r c s t o r m, c o g o, a r c p res s , ar c s d e( 空 间数据引擎)统。同时 e s r i 公司 推出的桌 面版 a r c h l f o( 包括 a r c ma p , a r c c a ta l o g和 a r c t o o l b o x ) , ma p o b j e c t ( 一组供 应用开发人员 使用的制图 与g i s 功能组件) 、 a r c f m ( 支 持 公 共 设 施 规 划 、 管 理 和 服务 的 模 块) 、 i n t e rn e t m a p s e r v e r ( i m s ) ( 基 于网 络的g i s ) 能 够 更 加全面 直接更加 方便的 为各行业所用。因 此，e s r 1 是目 前唯一支持 全系列操作系统的g i s 厂商， 其多 层次、全系列的g i s 产品能够满 足每一个用户领域和各种用户规模的需 求2 s 1 1 . a r c i n f o 系列软件的 优点 ( 1 ) 具有覆盖g i s 全系列的产品， 几乎能 满足当前g i s 各种规模的应用需 求: ( 2 ) 可以 采用点、 线、面方式和 面向 对象方式 来描述地理世界，采用拓扑数据结构来表达 空间 关系， 可以 进行从简单的定 位查 询到最复杂的 拓扑查询和空间关系分析; ( 3 ) 具备区域分 割和 动态分段技术，满足了 多种高级空间分析的 要求: ( 4 ) 具有良 好的 开放性， 能够与。 r a c l e , s y b a s e , i n f o m i x 和 s q l s e r v e r 等各种通用的商用 关系 数据库 进行高度集成， 实现 远程库的访问 和控制功能， 并能 使用视频、 音频、 动画等多 媒体数据; ( 5 ) 统一集中管理图 形数据和属性数 据， 能够 将图 形数据和属性数 据统一存放在 o r a c l e , s y b a s e , d b 2 , i n f o m i x . s q l s e rv e r 等 大 型 数 据 库中 。 它 是 支持 关 系 数 据 库 最 多的g i s 系 统; ( 6 )矢量、 栅格数据一 体化， 可集成几乎所 有的 标准栅格格式的数据; ( 7 ) 支持各种通用的开发集成环境。 用户可以用 a r c i n f o提供的开发工具a ml或自己熟悉 的编程开 发工具 来定 制开发自己 的应用， 如: v b , v c + + , d e l p h i 等; ( 8 ) 提供丰富的 符号库， 系 统不仅提供了各 种符号 库，而且支持用t r u e t y p e 字体以 及常 见的位图 符号作为自 定 义符号; ( 9 ) 提供了 各种坐标系和投影变 换; ( 1 0 ) m a p o b j e c t s , n e t e n g i n e 和a r c i n f o 8 的d e s k t o p 为全构件化的g i s 产品，具有网 络分 析功能以及 动态分段的功能， 可以灵 活进行应用系 统的开发; ( 1 1 ) 支持in t e rn e t 上的g i s 信息 发布。 a r c e x p l o re r 和a r c i m s 提供了基于i n t e rn e t 上g i s 数据共享的 方法， 可同时支持矢量 和栅格两种方式的 远程数据浏览: ( 1 2 ) a r c i n f o 在中国 的用户群大，系统的技 术支持比 较好。 2 . a r c ln f o 系 列软件的缺点 ( 1 ) 基础平台a r c ln f o 的 价格相对比 较高; ( 2 ) 系统开发的难 度比 较大。 3 . a r c ln f o的应用 e s r i 是世界上 第一家从事地理 信息系统研究的 软件先导。广泛应用于公路地理信息系 统的 动态分 段技术最早是由e s r i 开发的。 e s r i 适 用于交通运输和市政部门 管理和决策各 个 层次 。 美国不少 州级管理部门使 用a r c l n f o 软件建立市政、 交通信息及设施管理g i s 系统， 可以 对市政、 交通信息及设 施进行分析、 管理和 辅助决策。 例如: 哪些城市交 通设施需要维 修、 新的交 通项目 建在何处 及哪个先建哪个 后建更有 利、 交通事故分析、 如何增加交通安全 及减少交通拥堵等。 在国内， 也有很多 单位开发了基于a r c i n f o 的市政管理信息系 统。 如上海市政工程管理 处研 制的“ 上 海市城市基础设 施管理” ， 用来管理与 市政有关的地理信息，包括:如何建立 市