（车辆工程专业论文）基于gis的城市道路交通标识可视化管理系统的研究开发.pdfVIP

摘 要 i 论文题目论文题目基于基于gis的城市道路交通标识可视化管理系统的研究开发的城市道路交通标识可视化管理系统的研究开发 专专 业业车车 辆辆 工工 程程 研研 究究 生生武武 小小 松松 指导教师指导教师李李 水水 良良 摘 要摘 要 当前我国城市道路交通管理工作面临着严峻的形势城市中各种车辆迅速增 长和出行量增大引起的交通需求量远远高于道路所能提供的交通供给量交通拥 挤阻塞交通环境污染与交通事故等普遍存在于各大城市之中通过提高道路 交通管理水平来缓解城市交通问题已经为多数城市所接受作为交通管理工作 之一的城市道路交通标识管理体系目前尚存在着各种各样的问题严重制约我 国交通的进步也阻碍着城市的可持续性发展交通部公安部以及许多相关部 门都已经意识到了这个问题 本文分析了城市道路交通标识合理化管理的必要性介绍了我国城市道路交 通标识的管理现状以及需要一种新的管理手段的迫切性并在此基础上提出了 基于 gis 的城市道路交通标识可视化管理系统它采用 mapx 控件与 visual basic 相结合的方式开发制作是一种投资少见效快适合我国复杂道路状况 的解决方案综合本文的研究工作解决了以下几个问题 1根据 gis 的技术特点对本系统的开发模式进行探讨研究 2从城市道路交通标识管理的主体出发设计开发了一个城市道路交通标 识可视化管理系统并给出了系统的目标和功能安排 3对系统中的各个模块进行详细的分析作出相应的解释并演示系统的 整体功效 本文以上海市道路交通标识管理为例分析介绍了其实践成果在城市道路交 通标识管理的方法上进行一些有益的探讨研究它有助于人们认识一种新的城市 道路交通标识管理办法为提高我国城市道路交通标识管理水平提供了参考依 据对城市道路交通管理规划也具有一定的推动作用 关关 键键 词词城市道路交通标识gis可视化 论文类型论文类型应用研究 摘 要 ii subject: research and develop on visual management system of urban road signs based on gis specialty: vehicle engineering name: wu xiaosong supervisor: li shuiliang abstract the urban traffic management is facing a grim situation at present. the traffic demands from the fast growth of all kinds of vehicles and the increase of travel are far beyond the transportation supply provided by existing roads. traffic congestion, blocking, traffic environmental pollution and traffic accidents are common in lots of major cities. its been accepting by the majority of cities that we can relieve the urban traffic problems in terms of improving the management of road and traffic. as one of the traffic management, the system of urban road sign is still existing variety of problems. it had seriously hampered the progress of chinas traffic and hindered the citys sustainable development. ministry of communications and ministry of police as well as many related departments have been aware of the problem. this paper analyses the necessity of reasonable management of the urban road sign, introducing the current layout situation of the sign and traffic management. it needs a kind of new management method urgently, so the visual management system of urban road signs based on gis is put forward. it is developed by combining mapx control and visual basic. it is economical and efficient, and is a suitable way to resolve chinas complex road conditions. combining this research, the following problems have been solved: 1. we discussed on the mode of this system according the technology character of gis. 2. we designed an urban road sign management system, in which we expressed its object and functional setting. 3. the main part of the functional module had been analyzed and explained in detail, and demonstrated the overall effectiveness of the system. this paper introduces the practice result as an example of shanghai road sign management, and it does some useful research on the method of urban road sign management. it helps people to know a new way of urban road sign management. it provides reference for enhancing the management level of chinas urban road signs, 摘 要 iii and also has a certain role in promoting the urban road traffic management planning. key words: urban road, road sign, gis, visualization dissertation type: application study 第 1 章 绪 论 1 第1章 绪第1章 绪 论论 1.1 本文研究的背景本文研究的背景 众所周知随着社会经济的持续快速发展城市化和机动化水平的不断提高, 在给人们带来现代城市文明和绚丽多彩城市生活的同时诸多的城市病也接踵而 来全国各个城市都普遍存在着交通拥挤和阻塞的现象交通环境污染与交通事 故等也严重困扰我国交通事业的健康发展1现代城市交通的可持续发展已经刻 不容缓既是人们的迫切要求也是我们面临的巨大挑战2 目前城市道路越来越受到国家和政府的重视其建设和改造也是日新月 异许多事故多发点以及交通易塞路口正在得到进一步的改进与此同时道路 和路口各种各样的交通标识也在不断增多不断复杂3交通标识就像交警一样 无时无刻地在指挥着行人和各种车辆维持着交通秩序维护着我们的安全它 们通过图形颜色文字以及符号向人们传递特定信息所以有人将交通标识称 作“道路语言” 4 同时由于它在马路上从不间断地指挥来往的车辆和行人所以 又被人们称作是永不下岗的“交通警察” 然而在现存的道路交通标识管理体系中存在着众多的问题它们的破 坏疏漏及合理化布局现象正在愈演愈烈交通部公安部以及许多相关部门都 已经意识到这个问题并在国家级的报刊杂志中屡屡提及几乎全国各地的交通 标识在其整个生命过程中都缺乏有效的跟踪对交通标识的正常使用产生了不利 的影响这就是我们经常所遇到的该有标识的地方没有标识不需要标识的地方 出现冗余的标识或者在短距离路段上出现前后矛盾的标识还有国家标准和规 范在整个标识建设过程中被不同地解读各个单位对于标识的使用出现了极大的 差异等现象交通标识建设的混乱降低了整个道路的使用效益增加了行车的 不安全性减弱了交通标识服务社会的功能 自 2006 年以来全国各省市的公安交管部门必须按照国标道路交通标识 和标线gb5768- 1999规定对其管辖的地区范围内设置的交通标识标牌进 行统计上报并对非法使用和不规范的交通标识开展专项清理整治工作目前这 项工作正进入到“限期整改强行拆除”的阶段如果在限期之内整改不能完成 相关部门将被予以处罚这样一来对于交通标识的统计与合理化管理就给交管 部门带来了相应的麻烦目前统计与管理这些交通标识的办法是交通部门派车 出人到各条路段与路口查明并记录后上报这样不仅浪费了人力物力财力 河南科技大学硕士学位论文 2 而且难免有所疏漏再加上每年道路情况的不断改进和更新就使这些繁杂的工 作不断重复令人头痛 事实证明人们已经充分认识到仅仅依靠出示现场的交通警力来管理这些工 作远远不能适应未来交通管理的需要因此在 itsintelligent transport system智能交通系统构架基础上来实现交通标识管理的智能化已是顺应时代发 展的必然趋势5虽然当前有人提出这方面的想法但迫于各种原因在此领域的 研究并不是很多并且在国内这项课题的具体实施还不令人乐观而其应用的迫 切性却日益逼近 1.2 国外交通管理的现状和发展趋势国外交通管理的现状和发展趋势 在世界经济的高速发展的状况下车和人的矛盾变得越来越尖锐交通问题 甚至己成为阻碍城市可持续发展的全球性问题6较早进入道路交通机动化的 美日欧等国家为了解决上述问题已经开展了多年的研究和实践革命性地 提出了道路交通的智能化解决方案即智能交通系统7 所谓智能交通系统(intelligent transport system缩写 its)是在系统工程综 合集成思想的指导下将先进的信息技术数据通讯传输技术电子控制技术以 及计算机技术网络技术等高新技术有效的运用于整个运输管理体系使人 车路密切配合和谐统一从而建立起的一种在大范围全方位地发挥作用的 实时准确高效的交通运输综合管理系统8its 与以往交通控制的本质区别 是信息技术成为支撑 its 的技术群中是核心技术除了大量实时性交通的信息 采集信息整合信息传输信息汇总信息融合信息深度发掘和利用信息 存储和发布外还增加了大量的“人车路管”的信息交互与共享加强了 人道路车辆驾驶和系统管理的一体化运作its 增加了道路管理者和使用者 的信息提高了他们的决策能力使车辆和道路增强了智能化从而为道路交通 创造出安全快速的环境9 美国欧盟和日本等发达国家从 70 年代开始 its 技术的研究并投入巨资 将其应用于实际交通综合管理当中对缓解各种交通问题起到了积极的作用并 由此直接或间接带来了巨大的经济效益和社会效益10根据美国运输部的its 投资与市场分析报告对美国 300 个大中城市的 its 基础设施的投入与产出进 行分析得出的结论是 its 投资效益比为 1:5.7其中拥堵最严重的 75 个城市的 its 投资效益比为 1:8.8该报告预测分析(2006- 2015 年)美国 75 个大中城市的 its 的直接经济效益为 15002000 亿美元并将产生 40 万个就业机会11 将高新技术手段用于交通管理是现代化交通管理的必由之路12使用先 第 1 章 绪 论 3 进的技术手段必须树立与之相适应的管理观念在悉尼公路局交通控制中心通 过运用自行研发的 scats 交通控制系统不仅为每个路口设计了最佳的信号控 制方案而且对区域间交通流自动进行调整控制中心的十几名工作人员足以确 保该系统始终处于最佳运行状态进而完成对整个悉尼市的交通控制及指挥工 作系统操作人员还可以通过交通监视系统及通讯系统处理系统控制范围内的 突发事件交通意外甚至提供紧急服务交通控制中心基本上不对交通运行状 况进行人工干预充分体现出一个全新的交通控制系统的管理观念即对系统以 最少的人工干预发挥出其最大的功能和效益 交通标识标线和交通信号灯设置完善规范醒目并对其进行合理有效 的布局也是改善交通环境的必经之路13澳大利亚城市道路的交通标识标 线交通信号灯设备及交通控制都有国家公路局与地方公路局负责在道路规 划修建养护过程中一并加以解决这种体制和机制保证了交通管理设施的 及时设置和科学有效另外澳大利亚道路两侧的各种广告牌极少商业广告 公司店铺招牌均附设在楼宇墙面故道路两侧的交通标识格外引人注目这与国 内的状况形成鲜明对比交通标识的设计必须清晰内容简明扼要主题突出 一目了然不论是主干道还是支路甚至是小巷只要是通行车辆和行人的道 路都应设置醒目的标识标线因为它们的引导功能非常强设有信号灯控制 的路口均实施通行权的确认即让行道路均设有让行标识给司机一个明确信 号提示交叉路口均设有转弯引导线规划转弯车辆的运行路线有效地避免路 口随意转弯和转弯争道抢行的发生使路口秩序井然 国外对于交通标识的研究较深与交通标识建设程序相关的软件也相对成 熟他们的软件包含版面设计布置设计成本效益分析维护管理跟踪等功 能且非常普及在各个与交通标识相关的部门均有类似的产品使用大大节约 了标识建设的费用提高了效率增强了可靠性 1.3 我国交通现状问题的分析解决与本文研究问题的引出我国交通现状问题的分析解决与本文研究问题的引出 中国经济高速发展但交通设施和管理手段落后给我国交通管理工作带来 了严峻的挑战80 年代以来路网通过能力已满足不了交通量增长的需求如 果按照传统的解决办法就只有两种办法一是修建更多的路二是限制车辆的 增长但在今天的环境中这两种方法都不能有效的解决日益严重的交通问题 交通管理部门早就清醒地认识到新世纪的交通管理己不可能再延用传统的管理模 式特别是对交通标识的管理 目前我国参与交通标识研究的单位并不是很多而且主要局限于标识版面的 河南科技大学硕士学位论文 4 可视认研究对于标识的建设性研究较少国内交通标识的研究主要集中在几个 零星的重点领域没有相关的文献阐述交通标识在整个建设过程中的合理性管 理相关的产品更是缺乏对于我国来讲交通标识的使用已是越来越频繁数 量也越来越多因而道路上的交通标识也显得越来越混乱 与发达国家相比我国的交通有自己的特点但是运用计算机交通控制系统 及智能交通系统来科学管理路口路段和组织交通已成为解决我国城市交通问 题的基本思路和主流做法经过多年的摸索我国的交通控制系统从开发研制 到运用各个环节均取得了一些成果目前我国大约在 600 多个大中城市普遍 建立了交通控制中心而且部分城市已具备了相当先进和完备的硬件设施但总 的来说其作用还远未充分发挥出来因此造成了巨大的资源浪费我们认为 缺乏与现代化管理手段相适应的先进管理观念以及交通参与者的现代交通意识 和交通法制观念淡薄是造成这种现象的主要原因14在这一指导思想下依 据我国的具体情况依靠科技进步尽量采用最先进的管理技术充分发挥现有 路网的效率来解决城市道路交通问题是一种投入少见效快的有效途径 城市交通的空间地理特征非常适合采用地理信息系统技术各种交通对象和 城市布局以点线面的方式在地图上表示出来将地理对象的属性特征和空间 信息融为一体集成现有交通检测系统15实时动态地反映交通态势的变化情 况 交通地理信息系统gis- t具有强大的信息服务和管理功能16因此可以 应用在交通管理的各个环节从交通规划设计施工到运营和养护的所有阶段 以及交通科研也可以应用在国家省市等不同层次的管理还可以应用在政 府交通运输管理运输企业和工程设计施工等各部门其包含的内容十分丰 富涉及的领域也很广泛因此我们仅针对它的某一小方面交通标识可视 化管理进行深入而实用的研究 基于 gis 的城市道路交通标识可视化管理系统的开发建设为改变我国交通 标识的混乱状况提供良好的辅助手段也可以促进交通管理的科学化提高交通 管理水平实现和保障城市交通畅通无阻并预防和减少交通事故的发生为交 通宏观管理提供决策依据17它对我国道路充分发挥其效益具有重要的意义 也为我国智能化交通管理工作提供相应的帮助 本课题着眼于跟踪交通标识的整个生命过程使它们在各个不同部门的使用 能够协调统一减少出错的机会提高道路效益它为城市交通部门的管理信息 化提供了一套基于 gis 的城市道路交通标识的可视化管理系统工具此系统以 各地区的电子地图为载体以 visual basic 为开发平台和开发手段借助于 第 1 章 绪 论 5 mapinfo mapx 的强大功能并结合我们预先做好的各种交通标识按照中 华人民共和国道路交通安全法的标准包含全部的交通标识编写开发出一 套界面友好使用简单快捷易学且具有开放性的人性化软件系统此系统 能使交通部门灵活多样地为电子地图添加各种标识并且能够做出多项统计和查 询对推动我国交通管理现代化的进程具有重要的现实意义 1.4 论文结构论文结构 本文在第一章讨论了目前中国城市交通现状与问题分析引出开发建立基于 gis 的城市道路交通标识可视化管理系统的必要性实用性及迫切性第二章分 析系统的需求状况并据此讨论了系统开发模式和开发平台的选择方法第三章 对城市道路交通标识可视化管理系统所用到的 gis 的相关知识和各种技术作理 论性的阐述第四章全面细致地分析研究了此系统的核心组成与结构综合全面 地展示了系统的组成和主要功能并在此基础上演示验证了我们提出的交通标 识可视化管理系统的功效第五章对全文做了概述性的总结展望了智能交通管 理体系及集成系统的未来的发展趋势以及今后研究工作的目标 第 2 章 系统开发模式的选择 6 第2章 系统开发模式的选择第2章 系统开发模式的选择 2.1 系统的需求分析系统的需求分析 需求分析就是对处理的对象进行系统调查在完全弄清用户对新系统的确切 要求后用统一规范的图表和书面语言表达出来它是系统开发工作中最重要 的环节之一需求分析一般包括以下三个方面的内容18 1系统范围与目标分析 2系统组织结构与功能分析 3系统性能分析 本系统的建设旨在建立一个以数字化的城市地图为基础载体以城市道路交 通标识的添加查询和统计为主要内容的可视化系统软件最终目标是实现道路 交通标识的可视化管理的信息化服务 系统需求分析是对现行城市道路交通标识管理体系进行详细调查是系统开 发的第一步然后通过调查分析发现现有体系执行过程存在的弊端和不足确定 开发制作本系统的合理性和可行性完成可行性研究工作 结合用户需求与本系统建立的实际城市道路交通标识可视化管理系统的需 求调研包括以下 6 个要素 1硬件设施包括计算机硬件设施及网络设施等 2软件平台操作系统开发软件数据库软件网络软件等 3基础数据原始数据经验和标准数据成果数据等 4专业模型数据应用模型和数据流程 5管理人员行政人员和专业技术开发人员 6规范标准国家行业和地方标准特别是自定义标准 (如特殊符号) 2.2 地理信息系统开发模式地理信息系统开发模式 在开发地理信息系统的过程中首先要考虑的是如何选择开发模式一般来 说gis 的开发主要有三种模式19 1独立开发完全从底层开始不依赖于任何 gis 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 然后选择某种程序设计语言按照软件工程的步骤完成系统的开发这种开发模 式适于开发商品化的 gis 软件平台但其开发难度大开发周期长投资大 河南科技大学硕士学位论文 7 不适于一般的开发用户 2二次开发基于国内外先进的 gis 平台利用其提供的二次开发语言进 行开发如 arc/info 提供的 aml 语言arcview 提供的 avenuemapinfo 提 供的 map basic 等开发出具有特定应用功能的地理信息系统基于 ole 自动 化的开发就是编程人员通过标准化编程工具建立自动化控制器然后通过传送类 似 mapbasic 语言的宏命令对 mapinfo 进行操作实际上是将 mapinfo 用作进程 外服务器它在后台输出 ole 自动化对象供控制器调用它的属性和方法二 次开发模式简单易行有很多功能可以直接从原有的平台软件中引用过来但其 移植性差受开发平台的影响不能脱离原系统单独运行 mapinfo 即桌面地图信息系统是美国 mapinfo 公司 1986 年推出的桌面地 图信息系统从最初的 mapinfo for dos 1.0 版到 mapinfo professional 的不同版 本mapinfo 公司也取得了长足的发展成为全球最大的 100 家软件公司之一 产品行销 58 个国家和地区有英文版中文版等 22 种语言的版本大约有 20 多万个正式用户在中国有近千个不含大量的非法用户年销售收入近 4 亿 美元不包括全球上千家二次开发合作伙伴的收入 mapinfo 含义是“mapping+information”地图+信息即地图对象+属性数 据20mapinfo 软件系统有很多优点系统小巧玲珑易学易用有二次开发语 言有 sqlodbc 等数据库技术最新的也是最重要的概念还有大量的商 业应用范例等等它依据地图及其应用的概念采用办公自动化的操作集成多 种数据库数据融合计算机地图方法使用地理数据库技术加入了地理信息系 统分析功能形成了极具实用价值的可以为各行各业所用的大众化小型软件系 统 采用这种开发模式一般有两种方法 1利用 mapbasic 开发 mapbasic 是 mapinfo 自带的二次开发语言它是一种类似 basic 的解释性语 言21利用 mapbasic 编程生成的*.mbx 文件能在 mapinfo 软件平台上运行早 期的 mapinfo 二次开发都是基于 mapbasic 进行的mapbasic 学起来容易用起 来却束缚多多无法实现较复杂的自定义功能用它来建立用户界面也很麻烦 从现在角度看mapbasic 比较适合用于扩展 mapinfo 功能 2利用 ole 自动化开发 基于 ole 自动化的开发就是编程人员通过标准化编程工具如 vcvb delphipb 等建立自动化控制器然后通过传送类似 mapbasic 语言的宏命令对 mapinfo 进行操作实际上是将 mapinfo 用作进程外服务器它在后台输出 ole 第 2 章 系统开发模式的选择 8 自动化对象供控制器调用它的属性和方法 ole 自动化开发的首要一步就是建立 mapinfo 自动化对象一旦 ole 自动 化对象建立也就是后台 mapinfo 成功启动此时就可以使用该对象的 do 方法 向 mapinfo 发送命令了基于 ole 自动化开发的难点在于所谓的 callback mapinfo 服务器对客户程序地图窗口的反应叫 callback假如你在地图窗口中移 动地图目标mapinfo 能返回信息告诉你地图目标当前的坐标位置这就是 callback 功能如果你想定制自己的地图操作工具或菜单命令你必须依靠 callback但是想捕获 callback 信息你的客户程序必须具备接收 callback 信 息的能力为此需要在客户程序中定义自己的 ole 自动化对象建立客户自动 化对象后调用 mapinfo 自动化对象的 setcallback 方法将客户自己定义的自动 化对象告诉 mapinfo只要程序一运行客户自动化对象就会自动在注册表中注 册然后就能收到 callback 信息了 3组件地理信息系统目前 gis 组件与面向对象可视化编程语言(如 visual basic简称 vbvisual c 简称 vc delphipowerbuilder 等)集成二次开发模 式正成为 gis 二次开发的主流它将 gis 控件嵌入用户应用程序中实现一 般 gis 功能在同一环境下利用开发语言实现专业应用功能它的优点是既可 以充分利用 gis 组件对空间数据库的管理分析功能又可以利用可视化编程 语言具有的高效方便等优点不仅能大大提高应用系统的开发效率,具有更好 的外观效果更强大的数据库管理功能而且程序开发周期短易于移植便于 维护可靠性好便于用户掌握使用可以满足各类用户部门不同方面的需要 现在比较广泛使用的 gis 组件有 mapinfo 公司的 mapx 组件esri 公司的 mapobject 组件北京超图地图信息技术有限公司的 surpermap 组件等其中 mapx 以其强大的功能得到广泛应用 mapx 是 mapinfo 公司 1996 年 10 月在其为 microsoft office95 开发的可视化 地图组件 datamap 的基础上推出了第一个基于 activex 技术的可编程控件 mapinfo mapx1.0仅半年之后, 一个经过大幅度改进的新版本 mapx 2.0 于 1997 年 4 月 27 日的全球大会 mapword97 上正式发布, 现在最新版为 mapx5.0mapx 是一个基于 activexocx技术的可编程控件基于 windows 操作系统具有强大地图分析功能容易实现图文互访由于 mapx 是 基于 windows 操作系统的标准控件因而能支持 vcvbdelphipb 等标准 化编程工具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 地图应用功能嵌入到程序应用中并且可以脱离 mapinfo 的软件平台运行使用 时只需将控件装入开发环境装入控件后开发环境 activex 工具条上会增加一 河南科技大学硕士学位论文 9 个控件按钮 map把它拖放到窗体上就可建立一个地图类型的 activex 地图对象 map通过设置或访问该 map 对象的属性调用该 map 对象的方法及事件便 能快捷地将地图操作功能溶入到应用程序中 mapx 由一系列 object(对象)和 collection(对象集合)组成map 是最基本的 对象每个 map 由 layer(层)dataset(数据集)和 annotation(标注)这三个对象及 对象集合(layersdatasetsannotations)来定义 其中 layer 用于操作地图图 层dataset 用于访问空间对象的属性数据annotation 用于在地图上添加文 本符号等标注掌握上述三个主要对象的特征后再顺藤摸瓜掌握下一级对象 的特征如每个 layer 又由 feature(点线面文本图形目标)对象及对象集合 (features)定义每个 dataset 由 field(属性数据域)对象及对象集合(fields)定义 等这样很快就能把 mapx 掌握22mapx 的模型结构如图 2.1 图 2- 1 mapx 的模型结构 fig.2- 1 the model structure of mapx 基于 mapbasic 的开发简单但受限制较多比较适合 mapinfo 功能扩展编 程而基于 ole 自动化的开发比较繁琐因为需要来回向后台的 mapinfo 发送 mapbasic 字符串命令所建立的应用程序运行速度也相对较慢但这种开发方 法能随心所欲制作出美观友好的界面将地理操作与非地理操作溶为一体并且 第 2 章 系统开发模式的选择 10 能实现几乎 100%的 mapinfo 功能这是目前的 mapx 也不能比拟的与传统 gis 专业性开发环境相比像 mapx 这类组件式 gis 系统的出现可说是一种质 的飞跃它小巧灵活开发简捷价格便宜以后会越来越大众化23 mapx 具有以下特点 1由于 mapx 采用的是组件技术不仅可以缩短程序开发周期使编程 过程更简洁,用户界面更友好而且易实现许多底层的编程和开发功能利用 mapx 和面向对象语言 vb 相结合的模式进行的二次开发便可轻松地将地图功 能嵌入到应用程序中并且可以脱离 mapinfo 的软件平台运行24 2它使地图可以与数据库中的表格实现真正意义的融合是图文表 监控一体化的重要技术基础它可以在可视化开发环境中插入地图功能并按图 层组织地图同时在创建每一个图层(layer)时都要为其建立一张属性表 (table)通过这种方式在存储数据的属性表与可视化的图层之间建立了联系 3mapx 具有各种完善的图形分析功能且使用起来灵活方便由于 mapx 图层中的地理对象(feature 或称为图元)是使用点线面文字来表示,因 此用户可以方便地选择地理对象的类型和类型的特征并对它们进行相应的操 作此外mapx 还提供强大的地理对象属性的浏览查询与分析统计等功能 4mapx 的空间数据结构是一种分层存放的结构它是通过将外部数据 引入 mapx 的过程即数据绑定来实现地理图形和数据库的结合mapx 支持多 种远程数据库的访问这包括 adodaoodbc 等 由以上的分析和城市交通标识可视化管理系统本身所具有的特点采用 mapx 5.02 组件和面向对象可视化编程语言 visual basic 集成的二次开发模式 这种开发模式具有 gis 所必备的各类空间信息的分析功能且可以根据实际情 况添加一些其他的应用功能同时该系统还具有可扩展性能够根据业务管理 的变化而不断改进系统功能另外系统界面友好使用方便维护简单稳定 性好通用性强 2.3 系统的开发和运行环境系统的开发和运行环境 开发平台采用 vb6.0 的编程方法利用 mapx5.02 组件作为系统的开发工 具空间数据采用 mapinfo professional 7.0 创建的 mapinfo table 硬件环境最低配置cpu 为 p?800 以上内存 256mb40g 快速读写硬 盘配备 cd- rom监视器分辨率 1024768 的彩色显示器键盘鼠标 操作系统采用windows98/windowsnt/windows2000/windowsxp 第 3 章 相关理论知识及技术研究 11 第3章 相关理论知识及技术研究第3章 相关理论知识及技术研究 3.1 gis 相关知识相关知识 3.1.1 gis 简介简介 gis (geographical information system)就是地理信息系统十九世纪六十年 代计算机技术开始应用于地理学gis 技术诞生了十九世纪六十年代末到 1975 年计算机自动绘图产生1985 年进入了地图数字化年代一般认为 gis 技术出现于 1985 年前后25它是随着信息时代的发展而产生的以采集存 储管理检索分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地 理分布有关数据的空间信息技术系统和决策支持系统26 gis 是集计算机学地理学测绘遥感学环境科学空间科学信息科 学管理科学和现代通讯技术为一体的一门新兴边缘学科27地理信息系统以 地图为载体地图是地理学的第二代语言而地理信息系统将成为地理学的第三 代语言从 20 世纪 60 年代起由于计算机辅助制图具有快速廉价灵活多 样易于更新操作简便便于存储量算分类等优点地理信息系统应运而 生1963 年加拿大测量学家 r. f. tomlinson 首先提出了“地理信息系统”这一术 语并用于自然资源的管理和规划建立了世界上第一个地理信息系统加拿 大地理信息系统(cgis)28时至今日在全球进入信息化的时代背景下随着 地理信息产业的建立和地理数字化产品的大量需求gis 的发展己经进入了普及 应用的时代网络的发展更使地理信息系统成为许多机构和政府部门必备的工作 系统地球是人们赖以生存的基础作为与人类的进步与发展密切关联的一门科 学地理信息系统技术已经成为信息化时代人们生活的必需组成部分 单纯的 gis 技术主要用来存储管理地理信息而 gisgps 和 rs遥感技 术往往互相配合使用人们把它们叫做 3s 技术它扩大了 gis 的应用范围 使其产生了巨大的经济效益与社会效益作为 3s 之一的 gis 自其产生以来就受 到全球的重视而且在国外已普遍应用于军事矿山水利土地城市规划等 各个领域但我国对 gis 的研究起步较晚80 年代才刚刚起步但到了 90 年代 以后我国政府部门就已经投入了相当的资金和力量进行 gis 及与其应用有关 的研究虽然取得了一定的成果但是我国在 gis 的应用规模和普及程度上 都与发达国家有着明显的差距29 河南科技大学硕士学位论文 12 gis 经过了将近半个世纪的发展已经取得了巨大成就并广泛地应用于土 地利用资源评价与管理环境监测交通运输城市规划经济建设以及政府 各职能部门大力推动了人类社会的信息化进程到今天已经逐渐成为一门相当 成熟的技术尤其是近些年gis 更以其强大的地理信息空间分析功能在环境 及景观规划项目中发挥着越来越重要的作用 gis 是一门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30空间数据是 gis 技术的灵魂我们常见的空 间数据的存储文件叫做电子地图其应用也是围绕电子地图展开的可以说电子 地图是 gis 的核心每个 gis 应用项目都需要制作相应的电子地图因此空间 数据任务己经迅速演变成为 gis 发展的主要趋势 3.1.2 gis的主要功能特点的主要功能特点 一般 gis 软件包均具有如下的基本功能数据的采集数据的编辑数据 的存储和管理数据的查询与空间分析及图形的显示与交互等 1数据采集数据采集主要用于获取数据把现有的资料转换为计算机可 处理的形式是一个按照统一的参考坐标系统统一的编码统一的标准和结构 将数字形式的地理信息资料组织到数据库中的数据处理过程其目的是保证地理 信息系统数据库中的数据在内容上的科学性完整性逻辑一致性与正确性等 2数据编辑数据编辑是指对地理信息系统中的空间数据和属性数据进行 数据组织修改等操作主要表现为对图形数据的查错修改增加删除坐 标与投影变换图形拼接拓扑关系检查与编辑属性数据的检查与编辑等另 外还包括对图形数据进行各种修饰如色彩设计线型选择区域渲染文字整 饰等操作 3数据存储与管理空间数据的存储与管理是建立地理信息数据库的关键 环节它涉及地理元素的空间位置空间关系及属性数据的组织与结构主要是 通过数据库管理系统(dbms)来实现在数据组织与管理环节中关键的问题是 如何将空间数据与属性数据融为一体 4数据查询与空间分析与其他非空间信息系统相比gis 的空间数据查 询检索和空间分析等是 gis 的基本功能也是它的主要优势就数据查询而 言gis 具有双向查询功能既可以根据图形信息查询相应的属性信息也可以 根据属性数据查询到对应的地理目标此外还可以通过对地理目标的空间分析获 得新的信息 空间分析一般涉及到更复杂的空间数据处理算法内容也十分广泛31如 第 3 章 相关理论知识及技术研究 13 常用到的地形分析土地适宜性分析网络分析叠置分析缓冲区分析空间 决策分析最优路径的分析等随着 gis 应用的普及和深入其内容还会进一 步扩展 5可视化gis 的可视化就是将数据库中各种地理空间数据通过空间可视 化模型的处理后转换成可以被视觉感知的计算机二维或三维图形和图像主要 通过图表表格图形图像视频文字等方式来表达 3.2 电子地图的获取电子地图的获取 电子地图即空间地理数据地理信息系统的最主要特点是能以电子地图的形 式32直观地表现背景地物信息并可做图文互查综合分析等因此在系 统开发的最初阶段首要的问题就是准备一张包括相关地理信息的电子地图 电子地图的获取主要有以下几种方式33 1使用数字化仪使用手扶跟踪数字化仪通过人工选点或跟踪线段产生 坐标数据一般用于比较规则的地图或原图质量不太理想的地图可利用 autocad 软件进行编辑修改 2利用扫描仪利用扫描仪把图纸信息扫描后以栅格数据结构形式存储 再经其它图象处理软件进一步处理改善图象质量如图形拼接降噪细化等 并把栅格数据转换为矢量数据格式这种方式要求图纸质量较好软件自动化程度 高交互式工具方便可靠 3键盘键入顾名思义就是通过手工在计算机终端上输入地图数据 4购买商业性数据商业性数据可以拿来直接使用目前电子地图作为一 种信息商品日益受到各界青睐常见的产品有卫星影象图地球资源卫星 获得的地表景观影象数据电子地形图通过分层技术将多种地理要素分成独 立的信息层每层具有同一属性的地理要素如等高线行政界线道路水系 等专题电子地图如土壤类型图人口专题图等 5从其它部门获得数字拷贝根据某些部门标准的原始数据文件进行数 据格式转换最终形成 mapinfo 可以识别的数据格式mapinfo 虽然没有公开其 内部的数据结构但它给出了用于格式交换的数据结构即 mif 与 mid其中 mif 文件保存图形mid 文件保存文本数据将其它形式的地图数据转成 mif 与 mid 格式然后用 mapinfo 菜单中的 import 命令导入从而完成转换再将 mapinfo 制作好的电子地图转换成 mapx 的文件格式另外mapinfo 也支持标 准的 autocad 数据格式 在上面谈到的多种方式中前两种方式获取数据比较精确也十分专业但 河南科技大学硕士学位论文 14 是均需要购买昂贵的专用设备及数字化软件包成本太高而纯粹的手工操作又 费时费力容易出错无法满足现时的需要34 如果我们需要的地理数据精度要求不高且不牵涉复杂的拓扑关系及计算 这是可以下载相关的栅格数据然后制作成所需的电子地图具体的方法如下 35 1下载栅格数据地图存成栅格文件 2在 mapinfo 中调入该文件设置投影方式 3以配准后得到的地图为蓝本采用手工绘制方法自定义新的图层并 绘制相关地理对象包括行政区划界线灌区位置地级市等制作成相应的矢 量图 栅格图象也称为位图由象素组成mapinfo 支持 bmpgifjpeg pcxspottarga 和 tiff 七种栅格图像文件格式 在 mapinfo 中打开栅格文件时会显示一个信息框询问是只简单显示还是要 进行配准如果选择简单显示则 mapinfo 自动生成一个与该栅格文件同名的 tab 文件并在地图窗口中显示此时的图层称为栅格图层栅格图像只用于 显示栅格图层而不能象矢量图像图层那样附加数据因此最适合用作矢量图像 图层的背景从而提供比矢量图像更细致的图像36 如果要同时使用栅格图像与矢量图像则必须首先进行图像配准这样 mapinfo 才能在地图窗口中确切地放置图像配准过程在图像配准对话框中进 行主要有两方面的工作一是提供准确的控制点信息二是指定栅格图像的投 影37 实际应用中将下载的多幅 gif 格式的地图在图形处理软件中进行拼接 最终形成一幅完整的地图并存为 bmp 文件若在 mapinfo 中打开新建图层 覆盖在该 bmp 图像之上将其作为编辑矢量地图图层的参考这种基于屏幕图 像来进行编辑的过程称为“屏幕数字化”如果栅格图像只用作背景参考则不必 进行栅格图像配准倘若与矢量图像一起使用则必须进行配准38 充分利用现有资源发挥栅格图在矢量图层建立过程中的作用可以大大减 少了地图的准备工作降低了开发过程中的设备投入和成本缩短了系统的开发 周期因此选用栅格图作为背景地图无疑对地理信息系统的开发起到很大的帮 助 3.3 坐标与投影坐标与投影 当我们把对象从球形世界转变到相对平面世界上时必然有一些变形投影 第 3 章 相关理论知识及技术研究 15 就是将球面坐标转化为平面坐标的过程是减少曲面地球特性在平面纸张地图或 计算机屏幕上变形的方法 电子地图有许多不同类型的投影每种投影都是针对某一给定区域的但是 允许使用不同的投影来显示同一幅地图使用不同的投影可以展示地图的不同特 征mapinfo 默认的是地图投影即经度/纬度投影实际上这是一种等距离柱 面投影使用的是经度/纬度坐标系若不熟悉不同的投影选择优化投影用于 显示也许会引起一些麻烦和错误从技术上讲可以把任何投影应用到任何地球 地图因此我们提供以下一般性指南对正在创建区域专题地图建议使用等面 积投影尤其是正在绘制世界地图时对于完整的世界地图使用世界投影这通 常不适合绘制较小面积的地图对于中国地图或各省地图可以使用高斯克吕格 投影 坐标系是与投影密切相关的一个概念两者之间经常可以交换使用但它们 有不同的意义投影是包含一组参数的一个或一组公式参数的个数和性质取决 于投影39当每个参数被赋予特定值时结果便成了坐标系坐标系是描述坐 标参数的集合一个坐标系就是一组参数用于说明如何判断对象的定位坐标 其中的参数就是投影因此可以认为投影是坐标系的一部分投影与如何在平 面上显示对象有关而坐标系则告诉我们对地图使用了什么投影以及其他参考信 息 3.4 地图图层地图图层 在一幅传统的地图中包含有各种不同类型的信息如省市镇边界 城市村庄山川河流道路等而对于使用地图的某个人或某个行业来说 往往只看重对某一单项同类对象进行显示和操作本系统主要对城市道路项做 详细的分析说明而其他内容不作为分析对象另外只对同类型的对象分析 也是计算机可以十分方便进行的对地图分层处理就是对地图图层化这是对 gis 进行操作和开发的一个非常重要的概念只有这样才能达到地理特性与地 图之间建立关系的目的 图层是电子地图的构筑块电子地图实际是多个图层的集合我们可以把电 子地图看成是由透明层层层叠加组成的而该透明层就被称作图层每个图层包 含了整个电子地图的一个不同方面 gis 把具有相近地理特征的基础地理信息分层管理和储存点 (point)线 (line 或 arc)面 (polygon 或 area)是 gis 处理空间问题的三个基本要素任何 复杂的地图均可由这三个基本要素复合而