（计算机应用技术专业论文）基于电子地图的出警路径规划.pdf

中文摘要 随着社会经济的快速发展和科技水平的不断提高，社会治安形势愈加严峻， g p s 监控定位技术已被应用于公安辅助决策系统中，作为技术防范、巡防体系及 应急处置的重要手段。本论文基于电子地图，采用具有广泛应用前景的遗传算法 来解决公安辅助决策系统中g p s 监控定位系统出警路径规划问题。 首先，本论文以专业的g i s 组件平台m a p x 为基础，以通用的可视化开发工 具v i s u a lb a s i c6 0 为开发平台，将二者集成，并选择其作为二次开发软件环 境。作者系统地研究和分析了g i s 二次开发技术及m a p i n f o 电子地图文件和m a p x 组件的相关技术。 其次，对静态最优路径算法理论进行系统的研究。在分析比较d i j k s t r a 算 法、a 宰算法和遗传算法( g a ) 之后，选用遗传算法，并在此基础上进行适当的 改进，加快了路径搜索速度，成功地实现了出警最短路径规划，使警力在接警后 以最短的行程距离从始点快速到达终点。 最后，给出了连云港市公安局g p s 监控定位系统中出警路径规划实现的实 例，在实例的基础上进行了实验分析。实验结果证明：整个研究的指导思想、设 计和实现策略以及关键问题的解决途径是成功有效的，是一种可行的路径规划方 法，具有进一步研究和推广的价值。 关键词：地理信息系统，电子地图，出警，路径规划，遗传算法 a b s t r a c t 戳mt h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n dt e c h n o l o g y , t h ep r o b l e mo fs o c i a l p u b l i co r d e rb e c o m e ss e v e r e 。g p sh a sb e e na p p l i e di np u b l i cs e c u r i t ya i dd e c i s i o n s y s t e ma sa ni m p o r t a n tm e a n so ft e c h n o l o g yp r e c a u t i o n s ，p o l i c ep a t r o la n de m e r g e n c y t r e a t m e n t 。t l l ea r t i c l es o l v e st h ep r o b l e mo fp o l i c e - d i s p a t c h i n gp a t hp l a n n i n gi ng p s b ya d o p t i n gt h ew a yo fw i d e l y - u s e dg e n e t i ca l g o r i t h m sb a s e do ne l e c t r o n i c 醚神+ f i r s t l y , t h ea r t i c l e ，b a s e do nm a p xo ft h ep r o f e s s i o n a lg i s ，w i t ht h eh e l po ft h e p l a t f o r mo fv i s u a lb a s i c6 0 ，r e d e v e l o p st h es o f t w a r e sb yc o m b i n i n gt h et w oa n d a n a l y z e st h o r o u g h l ys u c ht e c h n o l o g i e sa sg i s r e d e v e l o p i n g ，m a p l n f oa n dm a p x 。 s e c o n d l y , t h ea r t i c l es t u d i e st h et h e o r yo ft h es t a t i co p t i m u mp a t hp l a n n i n g a l g o r i t h m s a f t e rt h ec o m p a r i s i o n sa m o n gd i j k s t r a ，aa n dg e n e t i ca l g o r i t h m s ， g e n e t i ca l g o r i t h m si ss e l e c t e d 。g e n e t i ca l g o r i t h m sh a sb e e ni m p r o v e d ，t h u ss p e e d i n g u pp a t h s e a r c h i n g ，a c c o m p l i s h i n gt h es h o r t e s ta n dq u i c k e s tp o l i c e - d i s p a t c h i n g p a t h p l a n n i n g i ns u c haw a y , t h ep o l i c ec a nr e a c ht h ed e s t i n a t i o na sq u i c k l ya s p o s s i b l e f i n a l l y , t h ea u t h o rg i v e ss o m ei n s t a n c e so ft h ea p p l i c a t i o no fg p si nt h e p o l i c e * d i s p a t c h i n gp a t h p l a n n i n gu s e db yl i a n y u n g a n gc i t yp u b l i cs e c u r i t y e x p e r i m e n t a la n a l y s i sh a sb e e nm a d eb a s e do nt h ea b o v em e n t i o n e de x a m p l e s i t t u r n so u tt h a tt h ei d e a s ，d e s i g n sa n ds t r a t e g i e sf o rt h es o l u t i o nt ot h ep r o b l e ma r e e f f e c t i v ea n dd e s e r v ef u r t h e rr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n ， k e yw o r d s ：g i s ，e l e c t r o n i cm a p ，p o l i c e - d i s p a t c h i n g ，p a t hp l a n n i n g ，g e n e t i c a l g o r i t h m s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人谯导师指导下进行的研究工作和取得的 磷究筑票，除了文孛蒋黧麓鞋糠注释致澎之楚努，论文字不毽含其他人苎经菱衰 躐撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢逮盘茎藏蒸他教育视祷的学使或谣 书而使用过的材料。与我阀工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 佟了硬确豹泌骥并表示了漪意。 学位论文作者答纠雪筒签字慨矽孑年纛月玎同 学位论文版权使用授权书 本学霞论交作者完全了簿墨鲞叁茎。有关操蘩、傻熏学穰论文翡囊定。 特授权叁盎蠢堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阈。同意学校 糍蓬家有关部门葳曩麓送交论文戆复零件黎磁盘。 ( 保密斡学位论文在解密后适用本授权浣嚼) 学位论文作者签名： 签字羹鬻：圳痔 导师签名：膨芨蚤 签字霜鞴：力固年。霆乏，习 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 当前我国社会经济的发展处于转型期，同时科技水平的不断提高，我国的社 会治安形势也愈加严峻，各种案件曾上升趋势，我国人均警力不足，公安系统信 息化建设滞后，这是处警中的一个突出问题。为了很好地保护人民的生命和财产 的安全，打击犯罪分子的嚣张气焰，许多城市已把g p s 监控定位技术应用于公安 辅助决策系统中，作为技术防范、巡防体系及应急处置的重要手段，g p s 监控定 位系统已成为1 1 0 接处警中指挥调度的一双锐眼。 几乎所有的与g p s 监控定位有关的系统都依赖g i s 电子地图技术，公安辅助决 策系统中的g p s 定位系统也不例外。g i s 的中文意思是地理信息系统，是英文 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 的字头缩写。它是一种特定而十分重要的空间 信息系统，具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用 等功能u 。g i s 的核心功能是在交互式动态数字地图的基础上进行数据分析和处 理。g i s 数据处理和分析的结果以地图的形式输出给用户乜1 。g i s 是g p s 监控系统 中不可缺少的一项技术。 当出现险情或急情等突发事件时，公安1 1 0 指挥中心在警力调配时需要为屯 守在市区某区域的巡逻警车以及离事发地最近的派出所等其它警力，提供一条从 警力所在地点到事发地点的有效、精确、快速、实时的出警路线，使出警人员快 速到达目的地，然而，各大城市目前的指挥调度情况主要是，接警员在指挥中心 通过语音进行接处警，缺少一个智能化的公安辅助决策系统，有些地方虽然已径 上了g p s 监控定位系统，但没有解决出警最短最快的路径问题，这大大削弱了公 安整体作战能力和快速反应的能力，影响了警情处理的整体决策。 目前，国内外已先后出现了多种基于g p s 定位系统的车辆监控系统，有用于 汽车运输公司的，有用于公安接处警指挥调度的等等，就现在的3 g 技术发展来说， 其技术都已经很成熟，然而制约系统质量的一个瓶颈是实时进行两点间路径规划 还存在一定的问题。路径规划的优劣直接影响了决策功能的有效实现。 g p s 监控定位系统中如果有了最短路径规划功能，中心接警以后，就可以利 用电子地图系统快速定位事件发生位置，并获得周围道路、交通情况等信息，能 根据警情为指挥人员提供预设方案，根据警力的分布情况可设计出警车辆的最佳 第一章绪论 行进路线，供指挥人员参考，通过g p r s 传输，指挥中心的数据和图像信息显示 在出警车辆所配的移动数据终端上，从而提高了出警速度，为远程监控指挥调度 起到了一个很好辅助决策作用。 路径规划问题需要运用一定的算法来解决。基于智能控件技术的遗传算法就 是解决这一问题的方法之一。 本论文就是在以上背景下，根据电子地图的特点，结合公安出警的要求，采 用遗传算法来解决公安辅助决策系统中g p s 监控定位系统的出警路径规划问题。 在g p s 、g i s 技术和智能控制技术广泛应用的今天，选择基于电子地图的出警路 径规划这一课题进行研究，无论从解决警力不足上，还是从维护治安状况角度来 讲，都具有很强的现实意义，也是公安系统信息化建设的发展趋势。 1 2 研究现状 1 2 1 电子地图的发展及其应用 在8 0 年代中期，随着数字地图、地理信息系统技术的发展和应用，以及计算 机视觉化研究的深入，在空间信息的表现与显示需求上，电子地图应运而生。 电子地图是将传统的纸质地图进行数字化，录入计算机系统，用计算机进 行地图的管理和显示，或以地图数据库为基础，以数字形式存储于计算机外存 储器上，并能在计算机屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”或“瞬时 地图 。它具有地图的检索、管理、放大、缩小、位置的确定和路径的选取等功 能啼。它是导航、计算机图形学、数据库、地理信息系统等技术的综合应用，它 把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确、真实、图文并貌地输 出给用户，满足用户对空间信息的要求。 电子地图是g p s 导航系统的重要组成部分，它是导航系统与用户的界面，它 把接收到的导航定位信号和机动目标行驶范围的地理特征相结合，动态而直观 的对目标的运动进行管理和指导，而使用户无须了解接收到的数据的含义就可 以方便简洁的使用导航系统h ，。 电子地图主要应用于政府宏观管理、科学研究、规划、预测、大众传播媒介、 信息服务等领域。另外，它与全球定位系统( g p s ) 相结合，在航天、航空领域、 军事领域以及汽车导航中也发挥着十分广泛的作用畸1 。在美国、英国、日本等国 用于政府高层宏观决策与信息服务的电子屏幕显示系统中均有大量的电子地图。 随着发展，众多的地理信息系统的应用成果也都以电子地图的形式来展示。目前， 在电子地图系统方面的研究与应用在我国也取得了一定的成果哺3 。 2 第一章绪论 1 2 。2 路径规划概述 路径规划是指在旅行前或旅行中为出行者提供参考行驶路线的一个过程。路 径规划问题以前仅在理论上可以解决，随着地理信息系统( g i s ) 技术和计算机 科学和计算机技术的发展，今天已在电子导航、交通旅游、城市规划以及电力、 通讯、机器入应用等各种管网、管线及线路的设计中能实现并发挥作重要作用。 路径规划的核心是对最佳路径和最短路径的求解。最佳路径，是指网络两结点之 间阻抗最小的路径。“阻抗最小 宥多种理解，如，时间较短、路况较佳、且收 费站最少等，有基予单因素考虑的昶基于多因素综合考虑的。最短路径闻越是最 佳路径问题的一个单因素特例，即认为路径最短就是最优w 3 。路径分析是空间分 析的基本功能之一，其核心是对最短路径的求解。最短路径是在地理网络中，找 出从起点到终点的累计行程最短的路径。 嚣前国内外比较流行的出行者最短路径规划算法主要有以下三类碍3 ：第一类 是基于图论理论的算法，如d i j k s t r a 及其改进算法、f l o y d 算法等；第二类则 是基于传统人工智能理论的算法，如么木及其改进算法，深度优先、宽度优先算 法等；第三类则是基于智巍控制技术的算法，如人工神经网络算法，遗传算法 等。特别是近l o 年来，智能控制技术在路径规划问题中得到了广泛的应朋，人 们的研究兴趣也逐渐从对前两类算法的改进转到了对第三类算法的进一步研究 中。 g i s 领域中所涉及的很多有关最优化阀题的算法其备了遗传算法的绐擒特 征，这些问题包括最佳路径分析、资源分配、连通分析、流分析以及决策支持系 统中的决策理论等脾1 。 路径规划闻题属于智笺决策阀题，遗传算法是属于基予餐麓控制技术的一种 算法。遗传算法是基于生物进化原理的一种全局性优化算法，是借鉴生物的自然 选择和遗传进化机制而开发出的一种全局优化臼适应概率搜索算法，是生物遗传 技术和计算机技术结合的产物n 。它采用的是魍发性知识的智能搜索算法，在 空闻复杂阂题上比以往有更好的结果。它给我镌提供了一种通角的算法框架，具 有很强的适应性，对特殊问题提供了极大的灵活性。运用这种算法能够有效地找 出一条所需要的最佳路径或最短路径。 1 3 本论文的主要工作 本论文以g p s 监控定位系统中基于电子地图的路径规划必研究对象，研究内 容主要涉及到g i s ( 她理信息系统) ，g a ( 遗传算法) 琵个领域，大致可以分为 第一章绪论 基于g i s 的二次开发技术、算法理论研究和算法的设计与实现三个方面。 在研究过程中，本论文使用m a p l n f op r o f e s s i o n a l7 0 创建连云港新浦区局部 地图来进行出警路径规划。采用m a p i n f o 公司的m a p x 4 0 和可视化开发工具 v i s u a lb a s i c6 0 为开发平台，进行二者集成二次开发作为软件环境。对g i s 二次开发技术做了系统的分析。由于用m a p l n f op r o f e s s i o n a l7 0 创建的电子地图， 是一种不具备表达拓扑关系的数据结构。本文对出警道路网络拓扑结构的建立进 行深入研究后，选择采用地理信息系统软件l r c i n f o 来建立拓扑关系的可行的新 方法。 在解决最短路径规划问题中，笔者在对比较流行的d i j k s t r a 算法、a 木算法 和遗传算法理论进行了详细的研究和比较后，在满足道路实际情况的前提下，选 择遗传算法对出警路径的规划进行了研究，提出采用变长染色体的序号个体编码 方法、随机方式产生初始种群，确定了适应度函数，采用适当的遗传算子并加以 改进，设定相关参数的设计方案。 给出了连云港市公安局接处警指挥调度用的g p s 监控定位系统中的基于电 子地图的出警路径规划的实现。对实验结果进行分析。 1 4 论文结构 本论文共分5 个章节。 第一章是绪论，说明研究背景、现状、课题意义和论文结构。 第二章介绍了g i s - 次开发技术、m a p x 组件及在v i s u a lb a s i c6 o 中m a p x 控 件的使用的特点分析。 第三章介绍静态最优路径算法理论，对基于图论理论的d i j k s t r a 算法、基 于传统人工智能理论的爿木算法、基于智能控制技术的遗传算法。 第四章对基于电子地图的出警路径进行分析，采用遗传算法对基于电子地图 的出警路径规划的算法进行设计，并给出了实现结果。 第五章是全文总结与展望。对本文进行总结，研究论文中的不足之处，提出 今后需进一步完善的方面。 4 第二章基于g i s 的二次开发技术 第二章基于g i s 的二次开发技术 传统的路径规划仅仅提供路径的信息，不能有效地将数据信息和图形信息有 机结合，从而丧失了信息的直观性。电子地图的出现改变了这一现状。在实际应 用中，基于g i s 的二次开发技术的核心问题是电子地图。应用开发人员需要一种制 图与g i s 功能组件，并希望这种组件能基于一种标准的开发环境，这样不必学习 新的编程语言。为满足这种需求，各大g i s 厂商都陆续推出了二次开发组件。g i s 组件的代表作应首推全球最大的g i s 厂商美国环境研究所( e s r i ) 推出的 m a p o b j e c t s 和著名的桌面g i s 厂商美国m a p l n f o 公司推出的m a p x 。 本章将对g i s 二次开发技术进行分析，对本论文中应用的m a p i n f o 电子地图、 m a p x 相关技术进行介绍。 2 1gi s 二次开发技术分析 2 1 1gis 二次开发的三种实现方式 地理信息系统( g i s ) 根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型g i s ，以 某专业、领域或工作为主要内容；二是工具型g i s ，也就是g i s 工具软件包( 如 a r c i n f o 等) ，具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等g i s 基本功能1 。 g i s - - 次开发的实现方式有三种。 1 、独立开发：不依赖任何g i s 工具软件，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。 2 、单纯开发：完全借助g i s t 具软件提供的开发语言进行应用系统开发。 3 、集成二次开发：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，以通用软件开发的工具尤其是可视化开发工具，如v i s u a l c + + ，v i s u a lb a s i c ，d e l p h i ，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如下两种方式。 ( 1 ) o l e d d e 采用o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，对象链接与嵌入) 自动化技术 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 第二章基于g i s 的二次开发技术 d d e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调( c a ll b a c k ) 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 组件 利用g i s t 具软件生产厂家提供的建立在0 c x 技术基础上的g i s 功能组件( 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 ) ，在v i s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c ，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。 独立开发难度太大n 别，单纯二次开发受6 i s i 具提供的编程语言的限制差强 人意，g i s 功能组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。其优点是既可充分利用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，可靠性好、易于移植、便 于维护。 2 1 2 组件式g i s 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控 件完成不同的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间， 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用。 1 、组件式g i s 系统的特点n 3 1 ( 1 ) 小巧灵活、价格便宜 ( 2 ) 直接嵌入m i s 开发工具 ( 3 ) 强大的g i s 功能 ( 4 ) 开发简捷 2 、组件式g i s 开发平台的结构1 组件式g i s 开发平台通常可设计为三级结构： ( 1 ) 基础组件 处于平台最低层，是整个系统的基础，面向空间数据管理，提供基本的交互 过程，并能以灵活的方式与数据库系统连接； ( 2 ) 高级通用组件 由基础组件构造而成，面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组件、 选择工具组件、编辑工具组件、属性浏览器组件等等。它们之间的协同控制消息 都被封装起来。这级组件经过封装后，使二次开发更为简单。如一个编辑查询系 统，若用基础平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用组件，只需几旬 6 第二章基于g i s 的二次开发技术 程序就够了。 ( 3 ) 行业性组件 抽象出行业应用的特定算法，固化到组件中，进一步加速开发过程。以g p s 监控为例。对于g p s 应用，除了需要地图显示、信息查询等一般的g i s 功能外， 还需要特定的应用功能，如动态目标显示、目标锁定、轨迹显示等。这些g p s 行业性应用功能组件被封装起来后，开发者的工作就可简化为设置显示目标的图 例、轨迹显示的颜色、锁定的目标，以及调用、接受数据的方法等。 3 、g i s 组件的构成 g i s 软件的模型包含若干功能单元，诸如空间数据获取、坐标转换、图形编 辑、数据存储、数据查询、数据分析、制图表示等。可以想象要把这些所有的功 能放在一个控件中几乎是不可能的，即使实现也会带来系统效率上的低下。一般 可以认为g i s 构件的设计主要遵循应用领域地需求。例如m a p l n f o 公司推出的 m a p x 就是以空间数据访问、查询、制图为主要目标的g i s 组件。 4 、g i s 组件产品 g i s 组件的代表作应首推m a p o b j e c t s 以及m a p x 等。表2 1 是m a p o b j e c t s 和m a p x 的主要功能对比。 本论文在综合比较各种软件特点后，选择m a p l n f o 公司的m a p x 4 0 来进行 开发。 表2 1 m a p o b j e c t s 和m a p x 的主要功能对比 功能m a p o b j e c t sm a p x a r c v i e w 的s 唧、 显示的地图数据格式a r c i n f o 的c o v e r a g e 、m a p l n f o 的数据格式 s d e 图层 叠加栅格图像有有 对地图的常用操作放大、缩小、漫游等放大、缩小、漫游等 图层控制 增加、移走、设置当前层增加、移走、设置当前层 属性数据绑定有有 1 通过鼠标选取特征1 通过鼠标选取特征 2 通过s q l 查找特征2 通过s o l 查找特征 地图信息查询方式 3 通过空间操作选取 3 通过空间操作选取 特征特征 专题地图较弱有 g p s 集成有有 用户绘图图层无有 第二章基于g i s 的二次开发技术 生成编辑地图对象较弱较弱 地图标注有有 地图符号化较弱较强 分析功能无无 地理编码有有 v c 、v b 、p o w e r b u i l d e r 、 v c 、v b 、p o w e r b u il d e r 、 可使用的开发语言d e l p h i 、l o t u sn o t e s d e l p h i 、a c c e s s 等 等 2 1 3g 1 8 数据管理 在地理信息系统( g i s ) 软件中，需要管理的数据主要包括：空间数据和非 空间属性数据。其数据的管理方案有以下几种： ( 1 ) 全部采用文件管理 将所有的数据( 包括结构化的属性数据) 都存放于一个或者多个文件中。 目前，许多g i s 软件采用文本格式文件进行数据存储，其目的是为了实现数据的 转入和转出，与其他应用系统交换数据。 ( 2 ) 文件结合关系数据库管理 这是目前大多数g i s 软件所采用的数据管理方案。空间数据利用文件存储， 非空间属性数据利用数据库进行管理。 空间几何体坐标数据和属性数据，利用地物i d 建立记录之间的连接关系。见 图( 2 1 ) 。 地物i d坐标 i d l x 1 ，y 1 ，x 2 ，y 2 i d 2 x 1 ，y 1 ，x 2 ，y 2 i d 3 x 1 ，y 1 ，x 2 ，y 2 地物工d属性1属性2 i d l 属性值属性值 i d 2 属性值属性值 i d 3属性值属性值 ( a ) 通过文件管理空间数据( b ) 通过关系数据库管理属性数据 图2 1 文件结合关系数据库管理g i s 数据 第二章基于g i s 的二次开发技术 ( 3 ) 全部采用关系数据库管理 空间数据库和非空间数据都是采用数据库管理。 ( 4 ) 采用面向对象数据库管理 应用对象数据库管理g i s 数据，则可以扩充对象数据库中的数据类型以支持 空间数据( 包括点、线、多边形等几何体) 。 m a p l n f o 采用双数据库存储模式，即其空间数据与属性数据是分开来存储的。 属性数据存储在关系数据库的若干属性表中，空间数据则以m a p l n f o 的自定义格 式保存于若干文件中，二者通过一定的索引机制联系起来。 本论文中使用的是双数据库文件管理形式。 2 2m a p x 组件 为成功使用m a p x 组件进行g i s 二次开发，本小节详细介绍m a p l n f o 相关技 术、m a p l n f o 电子地图及m a p x 相关技术。 2 2 1m a p l n f o 相关技术 美国m a p l n f o 公司致力于为用户提供先进的数据可视化、信息地图化技术， 并将这些技术与主流业务系统集成，提供完整的解决方案。m a p l n f o 公司的主要 系列产品有：桌面地理信息系统m a p l n f op r o f e s s i o n a l 、网络解决方案m a p l n f o p r o s e r e v 、数据库服务器产品m a p l n f os p a t i a l w a r e 、m a p l n f oa c t i v e x 、开发工具 m a p l n f om a p b a s i c 等。 1 、m a p l n f o 空间数据的拓扑关系模型 空间数据的拓扑关系模型是地理信息系统的基石。m a p i n f o 采用的是“空间 实体+ 空间索引”的拓扑关系模型。n 匐“空间实体+ 空间索引”模型的基础是“空 间实体”。空间实体是地理实体的抽象，主要包括点、线、面三种类型。每个 空间实体对象都维护着自己的所有属性。多个空间实体组成一个图层。 “空间实体+ 空间索引 模型的空间查询功能是通过“空间索引”技术来实 现的。空间索引的目的是对给定的空间坐标，能够以尽快的速度搜索到坐标范围 内的空间对象。m a p l n f o 采用r t r e e 技术将空间实体的最小外接矩形( m b r ) 存储在索引中，并按从大到小的顺序进行索引搜索。建立了空间索引，就能快速 地进行空间分析了。 2 、主要技术特点 ( 1 )以表( t a b l e ) 的形式组织信息 m a p l n f o 通过表的形式将数据与地图有机地结合在一起。每一个表都是一组 9 第二章基于g i s 的二次开发技术 m a p l n f o 文件，这些文件组成了地图文件和数据库文件。这些文件可以来自 m a p i n f o 或者由用户创建。用户要想在m a p l n f o 中工作，就必须打开一个或多个 表。这个表至少由两个独立的文件组成，一个是包含数据结构的文件，另一个是 包含原始数据的文件。一个典型的m a p l n f o 表将主要由* t a b 、】i d a t 、* w k s 、* d b f 、 * x l s 、* m a p 、木i d 、* i n d 文件格式组成。 ( 2 ) 图形对象 m a p i n f o 内置的数据库管理系统是一种关系型数据库管理系统，也是用二维 表组织数据。与其它关系型数据库不同的是表结构中除可包含常用类型的属性列 外，还引入一个图形对象列( o b j 列) ，用于存储图形对象( 如线、区域等) 。 m a p l n f o 提供许多图形对象的操作接口，利用这些接口可以生成和处理所需要的 各种图形。 ( 3 ) 地图图层化 m a p l n f o 是按图层组织计算机地图的。也就是说，将一幅计算机地图加工成 多个层层叠加的透明层，这个透明层就称为图层。每个图层包含了整个地图的一 个不同方面。在创建每一个图层时，都要为其建立一张表，m a p l n f o 就是通过这 种方式使表与地图之间建立了联系。每个表一般包含两部份：地图部分和数据库 ( 属性) 部份。 ( 4 ) 专题地图 提供多种数据可视化的专题地图，能将数据库中的信息进行直观的可视化分 析。使用专题渲染在地图上显示数据时，可以清楚地看出在数据记录中难以发现 的模式或趋势，为用户的决策提供依据。专题地图包括范围值、点密度、柱状图、 等级符号、饼图和独立值六种形式。 ( 5 ) 内置o d b c m a p i n f o 内置o d b c ，支持各种关系型数据库，支持s q l 查询，保证了对 原有数据库的沿用和对远程数据库地访问。它为应用程序实现图形查询和表查询 提供了强大的手段。 ( 6 ) 集成二次开发能力 具有o l e 和o l ea u t o m a t i o n 功能，可以方便地使用v b 、v c 、d e l p h i 等多 种开发工具，保证了新的应用程序与原有的应用界面保持一致，为日后的深层开 发提供一个扩展空间。 3 、m a p l n f o 的数据组织 m a p l n f o 用的是双数据库存储模式。属性数据存储在关系数据库的若干属性 表中，空间数据则以m a p l n f o 的自定义格式保存于若干文件中，二者通过一定的 索引机制联系起来。为了提高查询和处理效率，m a p l n f o 采用层次结构对空间数 1 0 第二章基- t g i s 的二次开发技术 据进行组织，即根据不同的专题将地图分层( 图层还可以分威若干图幅) ，每个 图层存储为若干个基本文件。 ( 1 ) 属性数据的表结构文件t a b 属性数据表结构文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、 字段类型和字段宽度、索雩| 字段及楱应匿层的一些关键空闻信患擒述。* t a b 文 件实际上是一个文本文件，可以在写字板中打开观察其内容。 ( 2 ) 属性数据文件d a t 属性数据文件孛存放完整的地图属性数据。在文件头之后，为表结构撼述， 其后首尾相接地紧跟着各条具体地属性数据记录。 ( 3 ) 交叉索引文件i d 交叉索引文件记录了地图中每一个空间对象在空间数据文件( m a p ) 巾的 位置指针。每四个字节构成一个指针。指针排歹| l 的顺序与属性数据文件( 。d a 乏) 中属性数据记录存放的顺序一致。交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位 表。 ( 4 ) 空间数据文件。m a p 包含了各地图对象的空闻数据。空闻数据包括空间对象的几何类型、坐标信 息和颜色信息等。另外还描述了与该空间对象对应的属性数据记录在属性数据文 件( d a t ) 中的记录号。这样，当用户从地图上查询某一地图对象时，就能够 方便邋查到与之摆关的属性信息。m a p l n f o 文件格式及数据关联机制见霞2 - 2 。 属性数据 文件头 字段数 窜段l 说明 譬毅n 说鞠 图元数据描 述： 湖幅区域 鞠爱谈餐 空间数据 文停头文势头 字段定义交叉索引 点，记录号，坐标一 记录1 索引l 罗 线，记录号，嫩标，线 形 瑟， 悉录号，迓雾，填 jl 记裁 索雩i 2 充 记录- n 一 索引n 图恻，颜怨，大小 拐点数及擞标信息 r - 一 t a b 文件 + d a t 文件 + i d 文件 m a p 文件 匿2 - 2m a p l n f o 的文髂格式及数据关联祝制 第二章基于g i s 的二次开发技术 2 2 2m a p i n f o 电子地图 使用m a p x 组件，需要有相应的记录和m a p l n f o 电子地图文件。m a p x 以 m a p l n f o 表的形式组织所有潜在信息。每个表都是一组用来在电子地图中创建图 层的m a p l n f o 文件。n 司n 司 所有的m a p l n f o 表都至少拥有下列文件： 1 、 t a b 描述m a p l n f o 表的结构。它是描述包含数据的文件的格 式的小文本文件。 2 、 d a t ：( m d b 、a i d 或d b f ) ：这些文件含有表格格式数据。 3 、 m a p ：描述图形对象( 如果表没有地图对象则不存在该文件) 。 4 、 i d ：是链接对象和数据的交叉引用文件( 如果表没有地图对象 则不存在该文件) 。 每个可用地图表示的m a p l n f o 表都能在地图上作为图层显示。想象图层是 透明的，而每一层都包含了地图的不同部分。这些图层是一层层叠加，这样就可 以看到整个地图信息。 点图层本身并不是非常有用，但当把这样的由点类型构成的地图覆盖在线图 层地图上时，就得到了一幅非常有用的地图。每一幅单独的地图是一个图层， m a p x 把地图存储为图层的集合。见图2 3 、图2 4 、图2 5 所示。本论文所用的地 图是用m a p l n f op r o f e s s i o n a l7 0 仓j j 建的连云港新浦区局部地图。 。上o j ：蠹t ! 私生 _ 一? j 艺： t _ _ t 卜专“ 。：。，r 二募= 静带、k 常o r t 薄_ = ， t h + i 、 。： 培吖 ： ，+ ： 图2 - 3 点图层图2 - 4 线图层图2 - 5 点线地图 2 2 3m a p x 相关技术 1 、m a p x 的空间数据结构 空间数据结构，是g i s 的基石，g i s 是通过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 的空间数据结构见图2 - 6 所示。 1 2 ；， ，t。囊一 争r：i：一： p “ “： 雌_ 第二章基于g i s 的二次开发技术 综合地图么兰三三三三三三弛空间实体 图层。：2 兰三二二二二对应的空间数据表 图层2 么二二二三三二弘对应的空间数据表 图2 - 6m a p x 的空间数据结构 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、面三种图元类型。任何点、 线、面实体都可以用直角坐标点x 、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( x l ，y l ；x 2 ，y 2 ；x n ，y n ) 。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。 m a p x 的空间数据结构是一种分层存放的结构。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 、m 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 7 可以看出，位于顶层的是m a p x 对象本身，其它均由m a p x 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 x 对象下面的三个重要的分支。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 t a t i o n 用于 在地图上增加文本或者符号。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。 第二章基于g i s 的二次开发技术 图2 7m a p x 的模型结构 3 、m a p x 的基本属性 ( 1 ) m a p x 对象：m a p x 对象有一些主要的属性，如z o o m 用来设置放大级别。 m a p x 对象的许多属性本身又是一个对象。 ( 2 ) l a y e r s 集合：m a p x 中所有的图层都存储在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。 最上面一层为l a y e r s ( 1 ) ，l a y e r s ( 2 ) 位于l a y e r s ( 1 ) 的下面，阻次类推。最 下面的图层最先绘制，最上面的图层最后绘制。 ( 3 ) d a t a s e t s 集合：用于实现地图与数据的绑定。地图信息与属性数据之 间联系是自动绑定或自动匹配；也可以将m s a c c e s s 数据库和某城市的电子地圈 进行绑定，这一点是表格数据无法做到的。 ( 4 ) a n n o t a t i o n s 集台：提供操纵地图中文字和符号的简单方法。 a n n o t a t i o n s 位于所有其它图层的上方并且不与任何数据连接。a n n o t a t i o n s 主 要属性有a d d s y m b o l 、a d d t e x t 、r e m o v e 和t y p e 。 ( 5 ) g e o s e t s 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i a p l 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。也可以在运 行阶段设置g e o s e t ，此时将导致已经加载的所有图层和d a t a s e t 被删除，而由 g e o s e t 中定义的图层所代替。 4 、m a p x 的主要功能 ( 1 ) 可深入的地图：通过简单点击方式可浏览与地图对象相连的数据信息。 第二章基于g i s 的二次开发技术 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 自动标记：自动在地图上加入标记，同时标记属性和显示。 ( 4 ) 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。 ( 5 ) 对象库：可以使用f e a t u r e f a c t o r y 对象，创建、联接或删除点、线、 区域图形对象。 ( 6 ) 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。 ( 7 ) 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。 ( 8 ) 远程空间数据服务器：可以访问存储在o r a c l e s i 和m a p l n f o s p a t i a l w a r e 中的远程地图数据。 2 3v is u aib a sic6 0 中m a p x 控件的添加 本论文基于电子地图出警路径规划是以专业的g i s 组件平台m a p x 为基础，以通 用的可视化开发工具v i s u a lb a s i c6 0 为开发平台，进行二者集成二次开发作 为软件环境。下面介绍在v i s u a lb a s i c6 0 中m a p x 控件的使用。 成功安装m a p i n f om a p x4 0 后，就可以按需要在v b 工程中添力h m a p x 控件了。 在部件对话框中，单击控件选项卡，寻找列表中的“m a p l n f om a p xv