（道路与铁道工程专业论文）基于GIS的选线系统开发方法研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页编覃m - ，、在分析现状线路c a d 系统在数据采集、管理与空间分析等方面不足的基础上，本文系统地研究了“基于g i s 平台的选线系统”的开发原理与方法，建立了基于g i s 的选线系统应用分析模型：提出了适用于开发选线系统的基于g c o m e d i ap r o6 0 的命令式开发方案，并详细阐述了命令式开发的原理与实现方法。以g e 沁m c d i af r 0 6 0 为二次开发平台，设计并开发了基于g i s 的城市轨道交通选线原型系统，实现了选线专业制图功能，包括平面选线、纵断面设计、数字地模功能等。根据原型系统的数据需求，构建了轨道交通原型系统数据库，探索了g c o m c d i a 下c a d 地形数据的g i s 建库方案，为选线分析模型提供了有效的数据库支持；基于约束d c l a u n a y 三角网建立大型带状三角网的快速建模方法，实现了在g c o m c d i ap r o 中基于数字地形模型获取和处理地面信息的功能，为在g i s 中实现纵断面c a d 功能奠定了基础通过对原型系统的功能测试与实例验证，证明了本文提出的基于g e o m e d i ap r o 开发选线系统的方法的有效性。论文的主要研究内容及创新点如下：1 建立了基于g i s 的选线系统应用分析模型；2 基于g e o m e d i ap r o 命令式开发方案，系统探索了基于g i s 平台开发选线系统的开发原理与方法；3 r 根据轨道交通原型系统对基础数据的需求，设计了轨道交通原型系统数据库，研究了g e o m e d i a 下将d w g 格式地形图数据转入g i s 数据库的建库方案；4 根据线路方案曲线段与直线段实体属性信息差异较大的特点，提出在线路设计过程中将线路划分为直线段单元和曲线段单元分别存储数据的思想，并在系统数据库的设计中给予具体实现；5 建立了数字高程模型功能模块，并将其应用在原型系统中以生成线路纵地面线，为线路纵断面设计奠定了基础；6 开发了一个基于g i s 的轨道交通选线原型系统。基于g i s 平台开发新一代选线设计系统，对于增强选线设计系统的空间信息分析能力、多方案综合比选以及数字化选线设计成果的可重复利用等功能，均具有重要的意义，该开发途径具有广泛的发展前景。本文的研究也将为今后深入研究基于g i s 的选线系统的开发方法奠定一定的基础。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页关键词：选线设计；g i s ；g e o m e d i a ；数字地形模型；数据库西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页a b s t r a c tb a s e do na n a t o m i z i n gt h ec u r r e n tc o m p u t e ra i d e da l i g n m e n td e s i g ns y s t e m sl i m i t a t i o n si nd a t ac o l l e c t i o na n dm a n a g e m e n ta n ds p a t i a la n a l y s i sa b i l i t y , t h et h e o r i e sa n dm t h o d sa b o u tr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g ns y s t e mb a s e do ng i sh a v eb e e ns t u d i e dd e t a i l l yi nt h i sp a p e r , t h ea u t h o rh a se s t a b l i s h e da na n a l y t i c a lm o d e lf o ra p p l i c a t i o no fr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g na n dp u tf o r w a r das c h e m ef o rb u i l d i n gc u s t o mc o m m a n d sf o rt h er e q u e s to fr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g ni ng e o m e d i a - b a s e da p p l i c a t i o n s a tt h es a m et i m e ，t h ep r i n c i p l e sa n dm e t h o d so fc o m m a n dd e v e l o p m e n tb a s e do ng e o m e d i aw a se x p a t i a t e dd e t a i l l y b yu s i n gt h em e t h o d sp r e s e n t e di n t h i st h e s i s ，t h ea u t h o rh a sd e v e l o p e dap r o t o t y p eo fd e s i g ns y s t e mf o ru r b a nr a i l w a yl o c a t i o ns y s t e mb a s e do n0 1 s ( p u r l s ) s o m ef u n c t i o n ss u c ha sd e s i g n i n ga l i g n m e n t s , v e r t i c a lp r o f i l em a pa n de s t a b l i s h i n gd i g i t a lt e r r a i nm o d e lw e r cr e a l i z e di nt h es y s t e m f u r t h e rm o r e ，t h eb a s i ci n f o r m a t i o nd a t a b a s eo fu r b a nr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g nw a se s t a b l i s h e dt os u p p o r tt h ea n a l y t i c a lm o d e lf o ra p p l i c a t i o no fl o c a t i o md e s i g n t h es c h e m ea n dm e t h o do fc o n v e r t i n gc a dd a t ai n t og i sd a t ai ng e o m e d i ah a sa l s ob e e np r e s e n t e dd e t a i l l y f o rs u p p o r t i n gv e r t i c a lp r o f i l em a pd e s i g n ，ap r a c t i c a lf a s ta l g o r i t h mf o rs t r i pd i g i t a lt e r r a i nm o d e l ( s - d 1 m )g e n e r a t i o nw a sd i s c u s s e db a s e do nt h ec o n s t r a i n td e l a n n a yt i n ( t r i a n g u l a t e di r r e g u l a rn e t w o r k ) , a n dt h e ni tw a sa p p l i e dt ot h ep u r l ss u c c e s s f u l l y a tl a s t ,t h em a j o rf u n c t i o n si np u r l sh a v eb e e nt e s t e da n dv e r i f i e db ya ne x a m p l e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et h e o r i e se m p l o y e da n dm e t h o d sp r e s e n t e di n t h i st h e s i sa r es c i e n t i f i ca n da p p l i c a b l e t h ef o l l o w i n gl i s t st h em a j o rs t u d i e sa n dt h en e wp o i n t si nt h i st h e s i s ：1 a na n a l y t i c a lm o d e lf o ra p p l i c a t i o no fr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g nh a sb e e ne s t a b l i s h e d 2 b a s e do nt h es c h e m ef o rc o m m a n dd e v e l o p m e n to fg c o m e d i a ，t h et h e o r i e sa n dm t h o d sa b o u tr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g ns y s t e mb a s e do ng i sh a v eb e e nr e s e a r c h e ds y s t e m a t i c l y3 t h eb a s i ci n f o r m a t i o nd a t a b a s eo fu r b a nr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g nw a s西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页e s t a b l i s h e dt om e e tt h ep u r l s sd e m a n d sf o rf o u n d a t i o nd a t a t h es c h e m ea n dm e t h o do fc o n v e r t i n gc a dd a t ai n t og i sd a t aj ng e o m e d i ah a sa l s ob e e np r e s e n t e dd e t a i l l y 4 c o n s i d e r r i n gt h er e m a r k a b l ed i f f e r e n c ei na t t r i b u t eb e t w e e nt a n g e n t i a lp a t ha n dc u r v e dp a t hi np u r l s t h ea u t h o rp u tf o r w a r da l li d e ao fs t o r i n gt h e ma si n d i v i d u a lu n i ti nd a t a b a s ea n da l s or e a l i z e dt h i si d c aj np u r l s sd a t a b a s ew e l l 5 am o d e lo fd t mh a sb e e nb u i l ta n dw a sa p p l i e dt ot h ep u r l ss u c c e s s f u l l y i tp r o v i d e dab a s ef o rv e r t i c a lp r o f i l em a pd e s i g n i n g 6 h a v eb e e nd e v e l o p e dap r o t o t y p eo fd e s i g ns y s t e mf o ru r b a nr a i l w a yl o c a t i o ns y s t e mb a s e do ng i s d e v e l o p i n gar a i l w a yl o c a t i o nd e s i g ns y s t e mb a s e do i lg i sh a sa l lv e r yi m p o r t a n tm e a n i n g i ti m p r o v et h es p a t i a la n a l y s i sa b i l i t yo fr a i l w a yl o c a t i o ns y s t e ma n da l s om a k ef u l lu s eo ft h er e s u l t so fb o t hm u l t i - a n a l y z i n gf o re v a l u a t i n gs c h e m e so fr a i l w a yl o c a t i o na n dd i g i t i a lr a i l w a yl o c a t i o nd e s i g n s o ，t h em e t h o d sp r e s e n t e di nt h i st h e s i sh a v eag r e a tf u t u r e s t u d i e si nt h i st h e s i sa l s ol a yt h ef o u n d a t i o no ff a r t h e rr e s e a r c h i n go nd e v e l o p m e n to fr a i l w a yl o c a t i o ns y s t e mb a s e do ng i s k e yw o r d s ：r a i l w a yl o c a t i o nd e s i g n ；g i s ；g e o m e d i a ；d t m ；d a t a b a s e西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页第1 章绪论1 1 研究背景和意义1 研究背景铁路线路设计是集决策性、知识往和实践性为一体的半结构化问题；其影响因素可分为两类：一是自然条件引起的对线路的工程、运营的技术和经济方面的影响；自然条件包括地形、地质、水文、土地价值和土地利用情况等。二是根据技术条件和运输任务所确定的设计要求；工程师进行选线设计的过程就是在自然条件、技术条件和人所构成的环境中，综合分析和协调各项影响因素，采用特定的方法进行线路规划、方案设计和方案技术比选的创造性思维活动的过程。由于线路在空间位置的确定依赖于设计人员对自然条件的分析，所以选线设计比其他许多工程设计对环境具有更强的依赖性1 2 j 。如何高效管理和充分利用这些地理信息是提高设计质量的一个关键问题，显得尤为重要。传统方法中，这些地理信息是以图形和文本资料的形式提供给线路工程师的。计算机辅助铁路线路设计对提高设计质量、节省入力和资金、加快设计速度均有明显的效益，对改革我国传统的选线方法和促进我国铁路勘测设计现代化将是一种行之有效的手段。目前广泛应用的线路c a d 系统，可以完成路线平、纵、横设计计算，土石方计算和调配，纵、横断面图绘制等任务系统功能主要表现在提高人工拟定线路位置方案之后的计算、绘图、制表等确定性过程的作业效率和成果质量上【2 1 。在针对于勘测设计数据的管理、利用和挖掘方面，显得力不从心由于现状c a d 系统缺乏对数据的空间分析功能，因此缺乏在设计过程中对设计者提供人机交互式的适时决策支持功能。而这些问题的关键症结在于现状线路c a d 系统的支持平台a u t o c a d 的底层数据结构所决定的。g i s 是英文名称( 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 ( 地理信息系统)的简称，是集计算机科学、地理学、信息科学和管理科学等相关学科为一体的新兴学科。自1 9 6 3 年世界上第一个g i s 一加拿大地理信息系统( c g i s ) 开发以来，g i s 的理论与技术历经四十多年的发展，取得了巨大的成就。其应用已渗透到社会生活的各个领域。g i s 借助计算机，可将具有空间特征的信息可视化，为信息的使用者提供更为直观的、清晰的表达西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页形式，并具有很强的空间分析能力。成为政府、企业进行现代化科学管理及快速决策的强有力的工到4 j 目前，g i s 在我国的发展越来越受到重视，应用也越来越广泛近年来，我国在数据采集与处理、勘测设计资料数字化等方面取得的大量成果。目前我国的许多省市均有了1 ：1 0 0 0 0 以上比例尺的电子地图，随着各省市数字化项目的进行，城市的数字化地形信息获取已比较方便，为建立交通规划设计g i s 空间数据库奠定了基础；人机交互设计技术的渐趋成熟，使基于g i s 的设计方案生成与调整更加灵活、方便。但对于如何充分发挥g i s 技术的优势，利用交通勘测设计g i s 空间数据信息，结合人机交互设计过程，实现设计方案的快速优化、评价和决策还缺乏深入的研究2 研究意义线路方案的确定需综合考虑地形、地质、水文、生态及已有工程等自然条件外，还必须顾及工程投资及工程使用期内全部使用者费用，以及国家、地方有关用地规划与政策。所有这些尤其是涉及环境影响与工程美学的种种问题，实际上是很难用明确的数学模型及数学公式给出唯一确定解的。这些因素不但具有空间分布特征，又有属性特征；不但有定量描述，也有定性描述，从这些影响因素的表现形式上看，包括图形、图像、文字、表格等多种形式面对如此庞大、多样的资料，设计人员难以综合衡量各种因素选线方案的优劣在很大程度上仍然取决于设计人员的实践经验和知识水平。现状线路c a d 系统虽然减少了设计者的重复劳动，提高了设计效率但是，缺乏对地理信息数据的采集、管理与空间分析功能，因此在设计过程中缺乏对设计者的交互式信息支持功能，同时在方案比选过程中也缺乏对于线路方案综合评价的支持g i s 是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的通用技术，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息是一个为地理研究和地理决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。g i s最重要的特点在于把需要研究的数据和反映地理位置的图形有效结合起来，从而根据应用的需要进行信息的空间分析处理它使决策者处在一个可视化的环境中【1 2 j ，本质上是一种空间可视化的辅助决策系统。g i s 在分析处理问题中能够方便地接受多种数据来源( 包括g p s 数据、摄影测量与遥感数据等) ，同时，g i s 也为解决各种现实问题提供了一些有效的基本工具( 即空间分析功能) ：包括缓冲区分析、叠置分析、网络分析、地形西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页分析等。其根本目的在于提取和传输空间信息，发掘隐藏在空间数据之后更具价值的信息，借助g i s 系统建立可视化选线地理环境，开发出基于g i s 的选线系统对勘测数据进行管理，并在设计工作中利用g i s 的空间分析功能对勘测数据进行分析处理，充分发挥g i s 技术的优势，利用勘测设计的g i s 空间数据信息，结合人机交互设计过程，使铁路勘测设计图文数据的管理更加方便，数据的完整性和一致性更易保证g i s 空间数据及基于g i s 的应用分析模型的支持也为设计方案的分析、评价与决策提供了基础。使选线设计从以主观分析判断为主的定性分析，提高到定性、定量相结合不但可以节约入力、物力和财力，而且可以提高工作效率和决策的科学水平，为选线方案的综合比选提供可靠的分析依据实现设计方案的快速优化、评价和决策，从而可以大大提高设计工作的效率，提高设计成果的质量。由此可见，基于g i s 平台开发新一代选线设计系统，对于增强选线设计系统的空间信息分析能力、多方案综合比选以及数字化选线设计成果的可重复利用等功能，均具有重要的意义，该开发途径具有广泛的发展前景因此，系统地研究基于g i s 平台开发选线设计计算机辅助系统的方法是十分必要的本文的研究也将为今后深入研究基于g i s 的选线系统的开发方法奠定一定的基础。1 2 国内外研究现状如何通过应用现代科技手段使线路设计达到高效、优化是线路工程师们一直关注的一个问题而计算机辅助线路设计也一直是国内外研究的热点，而且在公路领域发展较早且较为成熟。计算机软硬件的发展，特别是地理信息系统软硬件的发展，为g i s 在线路设计中的应用提供了充分的物质准备国外很早就将g i s 应用于公路工程设计中去，实现公路工程设计完全自动化。而在城市交通规划设计方面，国外一些发达国家由于其城市交通网络己相当成熟而将6 i s 广泛应用于城市交通基础设施管理、信号与电务、行车、安全管理、电子商务、信息服务、决策规划等方面【6 】。目前发展得比较成熟且被国内交通界广泛接受的应用有美国c i t i l a b s 公司开发的最新多功能交通规划软件c u b e ，c a l i p e r 公司开发的交通g i s 软件t r a n s c a d 等，这些软件可以实现对各类交通运输及相关数据进行存储、提取、分析和可视化交通系统分析p 1 近西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页年来国际上已经开发出具有真正意义的勘测设计一体化系统，它集所有设计工作于一体，勘测、设计和出图全都使用同一种c a d 软件，从而达到了利用技术革新手段使设计实现自动化的目的。l n f r a s o f t 开发的应用于意大利都灵一米兰高速铁路设计的用于铁路项目的民用工程设计软件( m xc i v i le n g i n e e r i n gd e s i g ns o f t w a r ef o rr a i lp r o j e c t ) 可以进行线路辅助设计，能与a u t o c a d 无缝连接，设定线路的各种参数，进行线路设计嘲国外有专家指出，将g i s 技术应用于铁路选线设计具有广泛的发展前景在国内，计算机辅助勘测设计的研究开发是于1 9 7 6 年开始的，而系统地开展勘测设计一体化、智能化研究则是8 0 年代后期的事情在勘测设计一体化、智能化研究开发中，同济大学、西南交大和许多铁路( 公路)设计院做了大量卓有成效的工作，并取得一批很有价值的成果，有的已用于生产实践。铁路部门从8 0 年代到现在，相继研究开发了许多站前或站后专业的单项c a d 软件从1 9 7 9 年起，计算机辅助道路选线吸引了很多研究者的注意，建立了很多数学模型来帮助道路设计者更快的找到更好的线路。但这一问题至今仍然未得到很好地解决，过去计算机辅助道路选线采用的方法多是基于c a d 系统的。但近年来，随着信息科学技术的发展也有很多学者将地理信息系统技术引入到铁路、公路的线路设计中来，并提出了一些理论与应用模型。易思蓉于1 9 9 0 年代末期在所承担的铁路勘测设计一体化、智能化项目中，通过将m a p l n f o r 与v c + + 开发的选线系统相集成，探索了基于g i s 的选线走向选择和线路多方案评价方法，并在3 s技术应用的基础上，提出了虚拟环境选线技术的概念【1 1 1 勰i 陈硕指出( 1 9 9 8 ) ，g i s 集道路设计所要求的空间属性数据的采集、存储、管理、分析和输出功能于一体。较之传统的c a d 辅助道路设计与绘图是一个飞跃1 3 1 陈易，李满春( 1 9 9 8 ) 分别就g i s 在道路平面线形设计，纵断面设计，横断面设计和初设道路的工程计算等方面进行一些有效的探讨【9 】。郑顺义等人( 1 9 9 9 ) 通过考察我国铁路勘测设计技术现状和存在的问题，分析地理信息系统( c i s ) 与铁路勘测设计的关系，提出了基于w e b g i s 的铁路勘测设计一体化解决方案，讨论了基于w e b g i s 的铁路勘测设计系统的体系结构、应用前景和对铁路勘测设计的影响。最后提出了空间分析方法和功能在铁路领域应用的广泛性【l 严丽娟( 2 0 0 2 ) 论述了g i s 空间分析的方法和功能，探讨了其叠加分析方法在铁道工程中的应用，并根据某区间铁路线路的复测资料，建立了利用g l s 空间叠加分析功能对于线路行经地西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页不良地质的分析的应用实例【1 1 j 郭文军( 2 0 0 2 ) 详细介绍了线路环境影响评估和优化线路方案选择的具体步骤。同时列举了国外应用g i s 于选线相关方面的几个实例结果证明了g i s 作为辅助决策工具应用于线路方案优化选择的优越性，以及它在提供快速多目标评估可行性线路方案应用领域的潜在价值【1 2 1 赵尘，马键宵等( 2 0 0 1 ) 利用g i s 技术开发了道路选线辅助系统，主要考虑地形因素，对选择路线方向，确定用地范围，估算工程数量，为对不同的路线方案比选进行比较和优化提供了一个快速、准确的辅助分析工具【”】。虞颜，傅建中等( 2 0 0 2 ) 详细分析了利用m a p g i s 软件建立公路工程地理信息系统的总体模块设计和公路工程平、纵横设计间的相互联系【1 4 l 。目前国内的一些勘测设计单位也开始尝试进行这方面应用软件的研究与开发。主要成果有：，、铁路勘测设计方面已将g i s 应用于昆明、成都铁路局的内昆、渝怀、芝万、滇藏线段；公路方面，交通部第二公路设计院尝试以航空摄影测量的方式获取设计道路区域地形数据，进行公路设计。由于成本高、受地形和天气影响大等因素，目前主要应用于公路工程施工图设计。1 3 论文的主要研究内容铁路选线过程是一个涉及诸多影响因素的多目标综合优化的过程。选线设计的设计手段随着科学技术的进步而不断地得到改善从传统的手工设计发展到基于a u t o c a d 平台的线路专业设计软件的开发随着信息技术的发展，越来越多的专家学者将g i s 引进到选线设计领域中来。利用g i s 强大的空间分析，决策功能以辅助线路设计师对于选线过程中涉及的诸多影响因素进行分析由于目前市场上的g i s 应用软件包只是为用户提供了基本的制图、空间分析、查询、量算等功能，不具备平面选线的专业功能，无法直接应用到实际的选线设计中来因此，必须在某一应用软件的基础上进行线路专业功能的开发。本文正是在这种思路的基础上，对基于g i s 平台的选线系统开发原理和方法进行了深入的研究，在g e o m e d i ap r o f e s s i o n a l6 0 软件平台上开发了基于g i s 的轨道交通选线原型系统。本文的主要研究内容如下：1 g i s 平台选型和二次开发方法的研究对国内外典型g i s 平台进行分析，并阐述了各平台的特点，通过分析西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页比较选择g e o m e d i ap r o f e s s i o n a l6 0 ( g e o m e d i ap r o6 m 为二次开发平台。系统地分析对比g e o m e d i a 二次开发方法的基础上，重点研究了命令式开发的原理与方法。2 基于g i s 的选线系统的原理与方法研究分析了现状选线a 山系统的特点与不足，提出基于g i s 平台开发选线系统的思想。研究了基于g i s 的选线方法，给出基于g i s 的选线方案分析与综合评价方法，构建了基于g i s 的选线应用分析模型，进一步详细分析了系统实现过程中涉及的关键技术3 基于g i s 的选线系统研究方法的验证在该部分内容中，作者逐一解决了基于g i s 的选线系统的关键技术设计并实现了基于g i s 的轨道交通选线原型系统系统中实现了线路平曲线的设计、平面线路标注、线路出表、生成数字地模、生成纵地面线、纵断面坡段编辑等功能。通过对基于g i s 的轨道交通选线原型系统功能的测试，验证本文中提出的基于g i s 平台开发选线系统的方法的正确性和有效性。西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页第2 章g i s 的基础2 1 地理信息系统概述地理信息系统( g e o g r a h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉，它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统l 倔从表现形式来看，g i s 表现为计算机软硬件系统，其核心是管理、计算、分析地理坐标位置信息及相关位置上属性信息的数据库系统。它表达的是空问位置及所有与位置相关的信息，所以，g i s 又是地球空间实体的再现和综合，其信息的基本表达形式是各种二维或三维电子地图。因此，g i s 也可简单定义为。用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统”地理信息系统区别于其他管理信息系统的最主要特征，是它具有管理地理空间数据，并能按照其在实际空间的相对位置关系对之进行处理分析的能力它对地理空间数据的这种处理分析功能，组成了地理信息系统实际应用的主要方面1 1 5 t 2 1 1g l s 数据特点与主要功能1 数据特点在计算机中，g l s 是用数字来描述地理实体( 或称为“地理对象”)的在g i s 中的数据可分为两种类型：空间特征数据、属性特征数据空间特征数据表示空间实体的位置或现在所处的地理位置以及拓扑关系和几何特征几何特征又称为定位特征，一般以坐标加以表示。而表示与地理对象空间位置无关的其他信息，如房屋的结构、高度、层数、使用的主要建筑材料、功能等专题属性通常以数字、符号、文本和图像等方式表达。属性特征数据一般简称属性数据【1 7 1 。一般来讲，前者有复杂的数据结构，而后者有丰富的数据形式按照数据的存储方式又分为矢量数据模型和栅格数据模型，而地理对象属性数据的表示，则随其对应的空间数据模型的不同而有所不同，详见图2 - - 1西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页f 窀阕数据 嚣蓑蓑嚣鬟蒌b l s 中的地理数据j卜数据馐徽二芝差毖图2 - 一1g i s 数据模型2 主要功能( 1 ) 制图功能这是g i s 最重要的功能之一，g i s 的综合制图功能包括专题图制作，在地图上显示出地理要素，并能赋予数值范围，同时可放大缩小以表明不同的细节层次。g i s 不仅可以为用户输出全要素图。而且可以根据用户需要分层输出专题地图以显示不同要素、活动位置，或有关属性内容，例如城市交通图、植被分布图等。( 2 ) 数据的操作与处理功能地理信息系统属空间型数据库管理系统，但它同样具备一般数据库管理系统所具有的数据输入、存储、编辑、查询、显示和输出等基本功能，另外为了满足各种用户的要求，还能对数据进行一系列的操作运算与处理主要操作包括坐标变换、投影变换、空间数据类型的转换、地图边缘匹配等；主要的运算有算术运算、关系运算、逻辑运算和函数运算等；其输出结果可以是数据、数据库表格、报告、统计图、专题图等多种形式，实现所见即所得的目的( 3 ) 空闯叠置分析空间叠加就是将两个或多个图层以相同的空间位置重叠在一起，经过图形和属性运算，产生新的空间区域的过程。叠加的每幅图层称为一个叠置层，每个叠置层带有一个将用于综合运算的属性，一个叠置层反映了某一方面的专题信息。叠加中的图形运算的复杂程度视数据结构的不同而有所不同。g i s 空间实体有点、线、面三种基本类别，叠加运算一般是在面状数据层之间或点、线要素数据层与面状数据层之间进行的，极少数情况也涉及到点一线的叠加操作( 4 ) 缓冲区分析缓冲区是以某类图形元素( 点、线或面) 为基础拓展一定的宽度而形西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页成的区域缓冲区分析在实际工作中具有重要意义，在线路设计中，常常涉及需要提取拟建线路两侧一定范围内的要素信息的问题。例如需要计算房屋拆迁量，这需先用拟建线路方案向外扩展一定的宽度而形成一个缓冲带，将该缓冲带与有关建筑物的数据层进行对比分析( 或叠加分析) ，即可计算出拆迁量。( 5 ) 网络分析对地理网络进行地理分析和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要耳的网络分析是运筹学的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好【埘2 1 2q l s 平台选择1 国内外典型g i s 平台系统的特点l ”l随着g i s 的广泛应用，市场上的g i s 软件种类也相当繁多。g i s 软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益目前国内比较流行的几种商业软件及其特点如下1 1 9 1 ：美国m a p i n f om a p i n f o 是美国m a p l n f o 公司1 9 8 6 年推出的桌面地理信息系统，在m a p l n f o 软件平台中，核心是m a p l n f op r o f e s s i o n a l 和m a p b a s i c 两个部分，即可以访问本地数据库，也可以访问远程数据库，还能与多种图形数据进行共享m a p b a s i c 是它提供的类b a s i c 编程语言，可开发应用软件包。m a p l n f o 还带有基于a c t i v c x 技术的可编程控件m a p x 。m a p l n f o 采用了基于对象的空间数据模型、基本思路是将所要描述的信息空间视为离散的、可标识的和空间相关的对象的集合体。m a p l n f o 采用混合型空间数据库，分别使用不同的模块存储空间数据和属性数据。美国e s r i 公司的a r c g i s 家族a r c g i s 是美国环境系统研究所( e n v i r o n m e n t s y s t e mi n s t i t u t e ，e s r i ) 开发的新一代g i s 软件，是世界上应用广泛的g i s 软件之一，是我国投影的方式。可以在不同投影之间实现坐标转换，开放式的结构、提供直接与多种数据库的接口；兼容性好，能够与多种不同系统的数据格式之间进行转换；独立于硬件，运行于不同的平台；广泛支持当今各种工业标准。同时e s r i也提供了基于a c t i v e x 的二次开发控件m a p o b j e c t ，利用它可以在普通的编程语言( 如v b 、v c 、d e l p h i 等) 上实现专题g i s 功能。但是价钱比较昂贵。西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页美国e r d a s 公司的i m a g i n ee r d a si m a g i n e 是美国e r d a s 公司开发的遥感图像处理系统，它以其先进的图像处理技术、友好、灵活的用户界面和操作方式、面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的r s g i s 集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。美国i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i ag e o m e d i a 是一个地理信息显示和分析工具，g e o m e d i a 可以集成多个不同格式的数据源到一幅地图中，并能进行相当复杂的空间分析与查询g e o m e d i a 提供了如下分析功能：勿需转换直接显示多种类型的空间数据，g e o m e d i a 使用内置的坐标变换以便不同格式的数据可以组成一个复合的地图；通过缓冲区、空间属性联合查询和专题地图等执行空间分析；通过交互式图例控制地图的显示内容和外观，包括扫描的栅格地图。g e o m e d i a基于客户服务器框架，g e o m e d i a 是客户端，数据( 或者数据仓库) 既可以存储于客户机，也可以存放在远程计算机上。数据仓库和数据库包含空间数据，所有对数据仓库进行的访问都通过一个叫做g d os e r v e r 的软件组件进行。美国a o t o d e s k 公司的m a p g u i d ea u t o d e s k 公司是全球p cg i s 、地图制作及设计的领导者a u t o d e s k 在g i s 领域的使命是为用户提供高质量的工具，以使g i s 技术更易于使用和更加实用a u t o a 山提供了一整套底图制作和g i s 产品，集c a d 、地图制作和g i s 技术之大成，满足用户从地图数据的建立、分析。到地理信息数据的发布和传播等各种需要。主要包括a u t o c a dm a p 、a u t o d e s k w o r l d 、a u t o d e s km a p g u i d e 等。a u t o c a dm a p 建立在a u t o c a d 基础之上，具有完善的g i s 拓扑生成和分析功能、专题图制作功能和诸如地图集打印等出图能力：a u t o d e s k w o r l d 是在灵活而强大的m i c r o s o f t o f f i c e 环境中管理地理信息数据的工具。a u t o d e s k w o r l d 提供对空间数据，包括栅格、矢量及属性数据的采集、编辑、显示、查询、计算以及制作报告等一系列功能。a u t o d e s km a p g u i d e 是在企业i n t r a n e t 和i n t e r n e t 网络上实时发布与交互式访问地图的g i s 解决方案武测吉奥之星g e o s t a rg e o s t a r 是武汉吉奥信息工程公司所开发的地理信息系统基础软件吉西南交通大学硕士研究生学位论文第”页奥之星系列软件的核心( 基本) 板块g e o s t a r 采用了面向对象技术，其独特的点在于矢量数据、属性数据、影象数据、d e m 数据高度集成，可以同时管理g i s 中的上面四种数据，可以单独建库，并可以进行分布式管理通过集成化界面，可以将四种数据统一调度，无缝漫游，任意开窗放大，实现各种空间查询与处理。通过o d b c 可以与各种商用数据库管理系统连接。通过自行开发的空间数据交换模块可与当前流行的g i s 软件及标准空闻数据交换格式交换数据。g e o s t a r 的核心模块是空间数据管理平台，在空间数据管理平台基础上，抽象出一套应用程序开发函数( a p 0 ，上层数据处理与应用系统用它来开发数据采集、空间查询、空间分析及应用模块，所有模块共享一个空间数据库。武测适普i m a g i si m a g i s 三维可视地理信息系统是武汉适普软件有限公司自主开发的一套以数字正射影像( d o m ) 、数字地面模型( d e m ) 、数字线划图( d u 3 ) 和数字栅格i 虱( d r g ) 作为综合处理对象的虚拟现实管理系统。其特点是：高度集成编辑、管理、查询、分析、网上发布、可视化+ 飞行浏览接受多种数据格式。可以进行各种专业领域的可视化应用系统的开发。地大m a p g i s中国地质大学开发的m a p g i s 采用矢量数据与栅格数据的混合结构，将不同来源、不同类型的数据和信息进行有机结合，实现了空间数据的信息共享m a p g i s 的网络版的空间数据库引擎可在标准关系数据库环境下实现c s 结构，允许用户同时访问同一空间数据，支持多种硬件网络服务器平台、支持大型关系数据管理空间和属性数据。m a p g i s 是国土资源部指定的数据格式之一。北京超图s u p e r m a p北京超图地理信息技术有限公司的s u p e r m a p ，采用全组件式的设计方法，基于w i n d o w s 系列平台，w i n d o w s 系列平台上都能正常运行，无需进行平台移植。而且不依赖于某一种开发语言，可以嵌入通用的开发环境( 如v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 、p o w e rb u i l d e r 、v i s u a lc + + ) 中实现g i s功能，对于专业应用模型，可以使用这些通用开发环境来实现并与s u p e r m a p 组件协同工作，实现高效，无缝的系统集成。由于s u p e r m a p 组件的标准性和面向对象特性，以后可以方便地添加新功能，具有无限扩展的可能。西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页就软件的功能而言。a r c g i s 及g e o m e d i a 属于功能较齐全的软件，从输入模块到输出模块，以及空间分析和地图处理功能。该软件都明显优于其它软件国产软件虽然具备了一些主要的g i s 功能，但是明显在功能上要少于国外软件，主要特点是在具有一般的g i s 功能外，具有全汉化水平，价格也低于国外软件2 。开发平台的选择应用型g i s 是建立在较为成熟的工具型g i s 软件基础上的，它基本上继承了所选择的开发平台的大部分功能。可以说，应用型g i s 是在工具型g i s 软件的基础上对其基本功能的继承和在专业应用方向上的拓展。可见，选择一个怎样的g i s 开发平台，成为应用型g i s 系统设计的一个首要问题i 蜘结合各行业g i s 应用现状，在选择g i s 软件平台时，应考虑以下几个主要因素：1 系统的可扩展性在系统的设计开发时，由于现阶段的应用需求以及其他各种硬件环境的制约，往往需要分步实施为保证系统的分步实施不会因为平台的提升以及功能需求的扩展而陷入进退两难的境地。系统规模应该时可以缩放的，以满足各部门不同阶段不同应用的需求2 支撑面向对象的数据模型和组件化的g i s 软件技术g i s 数据模型以数字的形式表达现实世界地理对象及其相互关系数据建模的目的就是在计算机上抽象和表达现实世界，让用户可以通过在它的数据中加入其应用领域的方法或行为以及其他任意的关系和规则，尽可能的简化开发过程，提高开发效率。3 关系型g i s 技术g i s 软件管理两类数据：空间数据和属性数据。近年来国外g i s 与数据库开发商共同开发全关系型g i s 软件，使g i s 软件能充分利用商用数据库中已经成熟的众多特性，如快速索引，数据完整性、数据完整性和一致性保证、并发控制、安全和恢复机制等，明显地提高了g i s 软件管理空间数据的能力4 系统的开放性：为充分利用已有的企业资源，要求g i s 软件必须具备良好的开放性，包括支持多种硬件平台、操作系统、数据库以外，还要求能够将已有的各西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页种各式的数据转为目前可用的数据类型，及支持多种数据格式的转换因此数据的开放性是系统开放性的一个