（市政工程专业论文）应用组件GIS技术开发城市排水管网规划及管理信息系统.pdf

应用组件g i s 技术开发城市排水管用规划及管理信息系统 摘要 城市排水管网是城市的重要基础设施。长期以来，我国大多数城市采用人工 方式对规模巨大而复杂的管网系统进行管理，其弊端是显而易见的。有必要开辟 新的途径来提高排水规划及管理工作的质量和效率。 地理信息系统( g i s ) 凭借其强大的数据管理及空间查询分析功舷，有力的 克服了传统管理模式的不足。结合城市排水管网的现状和实际需要，通过对g i s 进行二次开发，建立城市排水管网规划及管理信息系统( u d p p m g i s ) 是十分必 要的，对指导城市的基础设施建设具有重要的现实意义。 本文选用组件式g i s 软件b l a p x 与可视化编程语言v b 相结合，开发具有数据 管理、图形管理、信息查询、统计分析等多种功能的计算机辅助规划及管理信息 系统。文中详细说明了系统的开发思想、开发工具和开发过程，重点介绍了系统 数据库的设计以及各大功能模块的设计和实现。 依据排水管网规划及管理的需求特点，本系统主要包括以下几大功能模块： 数据管理、地图管理、管网管理、辅助设计。数据管理模块主要完成空间数据转 入、属性数据转入、外部数据库关联、报表生成等功能；地图管理模块着重于地 图基本操作及专题图的创建：管网管理模块用于实现管网编辑、信息查询、条件 检索等功能；辅助设计模块用于实现在g i s 环境下，完成给定排水管段的流量计 算和水力优化计算，在该项功能的开发中，重点阐述了管网设计流量的递归算法 以及水力优化设计的遗传算法。 最后，通过广东省佛山市张槎片区的实例应用，对系统进行了考核和论证。 关键词：排水管网；地理信息系统：组件式g i s ： 功能模块；递归算法；遗传算法 i i a b s t r a c t u r b a nd r a i n a g ep i p en e t w o r ki si m p o r t a n te s t a b l i s h m e n to fac i t y i nt h ep a s t ， m o s tc i t i e si no u rc o u n t r ya d o p t e dh a n d w o r kf o rt h em a n a g e m e n to ft h ec o m p l e x p i p en e t w o r k ，w h i c hh a so b v i o u sw e a k n e s s e s i ti sn e c e s s a r yt oi n a u g u r a t en e w m e t h o d st oa c h i e v eh i g hl e v e la n dh i g he f f i c i e n c yf o rt h ep l a na n dm a n a g e m e n to f t h ed r a i n a g ep i p en e t w o r k 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 ，w h i c hf o rs h o r tg i s ，h a ss t r o n gp o w e rf o r d a t am a n a g e m e n ta n ds p a c i a la n a l y s i s i t sc a l lb eu s e dt or e p l a c et h et r a d i t i o n a l h a n d w o k w i t hr e d e v e l o p m e n tt og i s ，u r b a n d r a i n a g ep i p en e t w o r kp l a na n d m a n a g e m e n tg i s ”w h i c hf o rs h o r tu d p p m - g i sc a l lb eb u i l t t h i si ss i g n i f i c a n t w o r ka n dw i l lb ev e r yh e l p f u la n dd i r e c t i v ef o rt h eb u i l d i n go fu r b a ne s t a b l i s h m e n t v i s u a lb a s i ca n dm a p x ，w h i c hi sac o m p o n e n tg i ss o f t w a r ea r ea d o p t e dt o d e v e l o pu d p p m g i ss o a st oc a r r yo u tf u n c t i o n s a sd a t am a n a g e m e n t ，f i g u r e m a n a g e m e n t ，i n f o r m a t i o nq u e r ya n da n a l y s i s ，e t c t h ei n t e g r a t e dm e t h o d ，t o o l s ，a n d p r o c e s sf o rt h es y s t e md e v e l o p m e n ta r ei n t r o d u c e d f u r t h e rm o r e ，t h ed e s i g nf o r d a t a b a s ea n de a c hm a i nf u n c t i o nm o d u l ei sd e t a i l e dd i s c u s s e d b a s e do nt h ed e m a n d so fd r a i n a g ep l a na n dm a n a g e m e n t ，t h e s ef u n c t i o n m o d u l e sa r ec r e a t e d ：d a t am a n a g e m e n tm o d u l ew h i c hc o n t a i n sd a t ai m p o r t i n g ，f o r b o t hs p e c i a ld a t a sa n dp r o p e r t i e s ，o u r t e rd a t a b a s el i n k i n ga n dr e p o r tf o r m sm a k i n g ， e t c ；m a pm a n a g e m e n tm o d u l ew h i c hm a i n l yr e g a r d sb a s i cm a po p e r a t i o n sa n d t h e m e sc r e a t i n g ；p i p en e tw o r km a n a g e m e n tm o d u l ew h i c hc a r r i e so u tp i p en e t w o r k e d i t i n g ，i n f o r m a t i o nq u e r ya n da d v a n c e ds e a r c h i n g ，e t c ；d e s i g na s s i s t a n tm o d u l e w h i c hi s d e v e l o p e df o r t h ed i s c h a r g ec a c u l a t i n ga n df o r h y d r a u l i cc a c u l a t i n go f c e r t a i nd r a i n a g e p i p e s t h i sp a p e rb r i n g s f o r w a r dt h er e c u r s i v ea r i t h m e t i cf o r 1 1 i 璧星垒丝呈! 薹銮茎耋塑至堡查至坚堡型垒篁堡篁垦重：耋。 p i p e l i n ed e s i g n e d d i s c h a r g ea n dg e n e t i ca l g o r i t h mf o rt h eo p t i m a lh y d r a u l i cd e s i g n o ft h ed r a i n a g ep i p en e t w o r k a tl a s t ，t h ep a p e rg i v ea ne x a m p l e ，z h a nc h ar e g i o ni nf o s h a nc i t yo f g u a n g d o n gp r o v i n c e ，t oi l l u s t r a t ei t k e y w o r d s ：d r a i n a g ep i p en e t w o r k ；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 ； c o m p o n e n tg i s ；f u n c t i o nm o d u l e ；r e c u r s i v ea r i t h m e t i c ； g e n e t i ca l g o r i t h m 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 婶彰日期：。驷5 生f j - 月二山目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：c b 年厂月2 r z 1 a 日期：z 。d 6 年矿月2 2 日 1 1 课题的提出 第1 章概述 随着国民经济的快速发展，我国城市建设步伐不断加快，城市排水管网的规 划及管理工作也日趋复杂。传统的城市排水管网规划及管理模式因其自身的局 限，已经远远跟不上时代的节奏，无法满足城市发展的要求，这主要是： l 、现代城市排水管网已经构成了规模巨大而复杂的管线网络系统，每个城 市都积累了大批排水管网设计、施工、竣工的图件和表册资料。长期以来，各城 市的排水规划管理部门都沿用人工方式来管理这些资料。事实上，这种人工方式 具有十分明显的局限性，主要体现在：处理规模庞大而复杂的管线系统需要占用 大量的时间、人力、物力、财力：传统的靠人工记忆管理和人工统计、分析、制 图的管理方式效率低下，很难适应快速发展的数据库的要求，造成大量浪费并阻 碍了维护效率和服务水平的进一步提高。 2 、传统的城市排水管网规划往往具有局部性、短期性和静态性，忽视了规 划实施过程的动态性以及规划对城市排水系统实施过程的长期影响，管理上也具 有片面性、粗糙性和滞后性，随着形势的发展，这种人工管理模式已经很难满足 实际需要。 为提高对城市排水管网系统在规划、建设、改造和管理过程中的动态控制， 保证排水系统的规划实施在技术、经济和环境效益上始终处于优化状态；为便于 工程报建审批部门随时了解、掌握全市排水系统规划和实施过程的信息，对排水 规划的调整及时做出正确决策，保证规划的连续性、整体性，在城市规划主管部 门和工程报建审批部门，有必要开辟新的途径来提高排水规划及管理的水平，提 高排水规划及管理的工作质量和效率。 地理信息系统( g i s ) 的出现和快速发展为以上问题的解决提供了一种很好 的途径。基于g i s 的城市排水管网规划及管理信息系统的开发研究课题也正是 在这样的背景下提出的。 1 2 地理信息系统简介 1 2 1地理信息系统的概念 物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印，人们的生产和生活中 8 0 以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n 应用组件g i s 技术开发城市排水管网规划及管理信息系统 s y s t e m ，简称g i s ) 作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技 术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。 从技术和应用的角度看，g i s 是解决空间问题的工具、方法和技术：从功 能的角度来说，g i s 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；从系统学的角度考虑，g i s 具有一定结构和功能，是一个完整 的系统：从学科的角度讲，g i s 是集计算机科学、地理地质学、测绘科学、环境 科学、空间科学、信息科学和管理科学等为一体的多学科结合的新装边缘科学【“。 1 2 2 地理信息系统的组成 从应用的角度，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。 硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是g i s 的重要内容；方法为g i s 建设提供解决方案：人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其 它几个组成部分。 硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入、显示和输出的外围 设备等等。 软件主要包括操作系统软件、数据库管理软件、系统开发软件、g i s 软件等。 数据是g i s 的重要内容，也是g i s 系统的灵魂和生命。数据组织和处理是 g i s 应用系统建设中的关键环节，涉及许多问题，如：应该选择何种( 或哪些) 比例尺的数据；数据精度是否能满足要求；数据格式是否能被已有的g i s 软件集 成，应采用何种方法进行处理和集成；采用何种方法进行数据的更新和维护等。 方法指系统需要采用何种技术路线，采用何种解决方案来实现系统目标。方 法的采用会直接影响系统性能，影响系统的可用性和可维护性。 人是g i s 系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设 成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人 员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是g i s 系统 成功建设的重要保证。 g i s 应用系统建设需要从以上五个方面着手【2 1 。 1 2 3 地理信息系统的功能 地理信息系统的功能一般由5 部分组成，即数据的采集与编辑、数据处理、 数据的存储与组织、空间查询与分析及产品的制作与显示。它们之间的关系如图 1 1 所示。 l 、数据采集与编辑 它主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的 完整性、数值逻辑一致性与正确性等。用于地理信息系统数据采集的方法与技术 很多，有些仅用于地理信息系统，如手扶跟踪数字化仪。目前，自动化扫描输入 硕士学位论文 与遥感数据集成最为人们关注。扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化 编辑与处理，仍是地理信息系统数据获取的关键技术。 图1 1g i s 各功能之间的关系 2 、数据存储与管理 这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组 织。在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为 一体。因此地理信息系统数据库管理功能，除了与属性数据有关的d b m s 功能之 外，对空间数据的管理技术还包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、数据 更新和维护等。 3 、数据处理与变换 由于地理信息系统涉及的数据类型多种多样，同一类型的数据的质量也可能 有很大的差异。为了保证系统数据的规范和统一，必须对数据进行相应的处理与 变换。主要包括数据格式化、转换、概括。 4 、空间查询与分析 空间查询是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的 最基本的分析功能；而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统 与其他计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决 现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。 5 、数据显示与输出 g i s 为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏 幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。图形输出g i s 产品的主 要表现形式，包括各种类型的符号图、点值图、等值线图、立体图等【3 1 。 1 2 4 地理信息系统的产生和应用 2 0 世纪6 0 年代，加拿大测量学家提出并建立了世界上第一个地理信息系统。 从那以来，g i s 在包括国土资源管理、城市规划等诸多领域( 如图1 2 所示) 得到 了广泛应用，显露出巨大的科学价值。不同专业、不同规模、不同类型的各具特 应用组件g i s 技术开发城市捧水管网规划及管理信息系统 色的地理信息系统被研制开发出来。2 0 世纪8 0 年代为地理信息系统技术大发展 时期。g i s 技术逐步走向成熟，其应用领域也不断扩大，涌现出一批有代表性的 g i s 专业软件，如a r c i n f o 、g e n a m a p 、m g e 、m a p l n f o 等。时至今日，g i s 已被公认为2 1 世纪的支柱产业，人们讨论的不再是是否需要利用g i s ，而是如何 利用g i s 发挥其最大的效益。 图1 2 g i s 的行业应用 地理信息系统的研制与应用在我国起步虽晚，但发展势头迅猛。g i s 在中国 的发展可分为三个阶段：1 9 7 0 1 9 8 0 年为准备认知阶段，1 9 8 1 1 9 8 5 年为起步阶 段，从1 9 8 6 年到现在，为初步发展阶段。g i s 研究逐步与国民经济建设和社会 生活需求相结合，并取得了重要进展，获得了很多实际效益。主要表现在：制 定了国家地理信息系统规范，以解决信息共享和系统兼容问题，为全国地理信息 系统的建立做准备。应用型g i s 发展迅速。在城市规划、环境保护、国土整治、 与管理规划、灾害预测和防治、城市公用设旌的规划与管理等众多领域，g i s 得 到了广泛的应用和发展。据抽样调查，我国2 5 个省市、1 9 个行业中不同程度地 使用了g i s 。在引进国外g i s 系统软件的基础上扩充和研制了一批拥有知识产 权的软件，如l a p g i s 、g e o s t a r 等。开始出版有关地理信息系统理论、技术和 应用等方面的书籍，并积极开展国际合作【4 】。 1 2 5 地理信息系统的发展趋势 自2 0 世纪6 0 年代地理信息系统问世以来，经过近4 0 年的发展，g i s 系统软 件和应用软件日趋成熟和完善，但地理信息系统技术的发展还远没有止境，并且 正处于急剧变化之中。主要表现在以下几个方面。 1 、网络g l s ( w e bg i s ) 硕士学位论文 w e bg i s 是指在i n t e r n e t 的信息发布、数据共享、交流协作基础上实现g i s 的在线查询和业务处理等功能。与传统的c i s 相比，网络g i s 具有适用性强、应 用面广、信息共享、实时性强、维护社会化、使用简单的特点。 2 、组件式g l s ( c o mg i s ) 以面向对象技术和组件式软件为依托的组件g i s 技术的出现改变了以往封 闭、复杂、难以维护的软件开发模式，应用该技术可以大大提高软件开发的效率， 缩短开发周期，降低开发成本。利用组件g i s 技术快速、高效地构建g i s 系统将 成为未来的潮流。 3 、三维g i s ( 3 dg l s ) 当前的地理信息系统软件通常只能处理2 维平面或2 5 维的地形表面数据， 还不能处理诸如地下矿体、地下水文、大气空间等真3 维现象。将g i s 扩展至3 维分析，可以更好的满足这些特定应用。 4 、多媒体g i s ( m g i s ) 多媒体地理信息系统将文字、图形、图像、声音、色彩、动画等技术融为一 体，为g i s 应用开拓了新的领域和广阔的前景，使g i s 的表现形式更丰富、更灵 活、更友好。 5 、g i s 与专家系统、神经网络的结合 g i s 经过4 0 多年的发展已逐渐趋于成熟，但它的应用还主要停留在空间数 据库的建立与管理、空间实体查询、空间叠置分析、缓冲区分析及结果输出上， 由于缺乏知识处理和进行启发式推理的能力，其决策功能仍很弱，将神经网络、 模糊控制理论和专家系统与g i s 集成，建立专家地理信息系统，是解决复杂地学 问题的重要途径。 6 、g l s 与虚拟现实技术的结合 虚拟现实是一种模拟人在自然环境中视、昕、动等行为的高级人机交互技术， 是当代信息技术高速发展和集成的产物。采用虚拟现实中的可视化技术，g i s 用 户在客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理、分析空间实体数据。 7 、g i s 与g p s 、r s 的结合 数据的获取和更新是地理信息系统发展的关键技术和瓶颈问题之一，并在某 种程度上制约着地理信息系统的发展。遥感图像处理系统( r s ) 、全球定位系统 ( 6 p s ) 具有获取地学数据简单、快捷、精度高、现势性好等优势。实现g p s 、r s 与g i s 的集成将使地学数据的获取、更新、处理、应用等达到一个新的高度【3 】。 1 3 开发基于g i s 的城市排水管网规划及管理信息系统的意义 前文中己经提到，传统的城市排水管网规划及管理方式和管理模式存在严重 的缺陷，直接导致工作质量和效率的低下，不能适应城市发展的需要。而g i s 应用组件g i s 技术开发城市排水管网规划及管理信息系统 强大的数据输入、管理、查询、输出及空间分析操作和网络分析功能正好可以克 服传统方式的不足。因此，结合城市排水管网规划及管理工作的需要，对g i s 进行二次开发，建立城市排水管网规划及管理信息系统是十分必要的，对指导城 市的基础设施规划建设具有极其重要的现实意义。主要体现在以下几个方面： 1 、用计算机存储管线地理信息大大缩小了存储空间。 2 、大大提高了查询检索速度。利用计算机查询某一区域、某一地点或某种 特征的管线信息仅需几分钟，这是人工查找难以比拟的。 3 、提高了管理水平。计算机查询可以查阅局部地区管线的各种细节，又可 浏览区域管线的宏观分布；既可研究单种情况，又可了解各种管线整体分布关系； 既可用以指导工程施工，又可用来做新区规划或管线设计，使管理工作得心应手。 4 、可实现动态更新。新区施工的信息，局部竣工信息均可随时添入系统， 以便更新原有资料，使系统保持较好的现势性。 5 、由于使用了计算机管理，管理信息便于传输，适于一次建设，多家共享。 使用网络分析工具来优化资料调配，做各种应急处理，提高了决策的科学性。 此类研究在国内尚处于初步阶段。我国建设部提出在“十五”规划中建立数 字城市的宏大工程，提出数字管线的实施规划i s 。目前，在我国北京、广州、中 山、厦门等4 0 多个城市先后进行了地下管线普查，许多城市陆续开发建立起了 城市排水管网信息系统，并在实际运行中体现了明显的优越性，为城市建设带来 了巨大的经济效益和社会效益。 硕士学位论文 第2 章u d p p m - g i s 的开发内容及工具 2 1 主要研究内容 本课题利用可视化编程语言v i s u a lb a s i c 与组件式g i s 软件m a p x 相结合， 开发城市排水管网规划及管理信息系统u d p p m g i s ( u r b a nd r a i n a g ep i p e n e t w o r kp l a n a n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，论文主要对以下几个方 面进行讨论： 1 、系统的数据分类、组织及数据库的建立； 2 、系统的功能分析； 3 、基于组件式g i s 软件m a p x 平台，开发排水管网规划及管理信息系统。 通过编写程序代码实现系统的基本功能，并将其应用于工程实践。 2 2u d p p m g l s 的开发环境 g i s 平台：m a p i n f om a p x5 0 编程环境：v i s u a lb a s i c6 0 数据库：m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 0 操作系统：w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 n t x p 其他辅助工具：m a p i n f op r o f e s s i o n a l 、a u t o c a d 等 2 3 设计原则及开发方式介绍 2 3 1系统设计原则 本系统在开发过程中，主要遵循以下几项设计原则： 2 3 1 i 系统结构化分析思想 系统结构化分析，就是将系统工程概念应用于地理信息系统设计，自上而下， 划分模块，逐步求精的系统分析设计方法。系统分析思想包括如下要点： l 、系统研制的各个阶段都要贯穿系统工程的观点。 2 、系统的开发是一个连续有序、循环往复、不断完善的过程。 3 、用结构化的方法构筑系统的逻辑模型和物理模型。在系统的逻辑设计中， 分析信息运动，绘制数据流程：根据数据规范，编制数据字典；根据概念结构的 设计，确定数据文件的逻辑结构； 4 、选择系统执行的结构化语言，以及采用控制结构作为系统的设计工具。 应用组件g i s 技术开发城市捧水管网规划及管理信息系统 用结构化思想构筑的系统，组成清晰、层次分明，便于分工协作，容易调试 和修改，是系统研制较为理想的方法。结构化分析和设计思想还包括系统结构上 的变化和功能的改变，以及面向用户的观点等，是衡量系统优劣的重要标准之一。 2 3 1 2 系统的软件工程标准 系统的设计实施须考虑工程技术标准，对规范化、标准化原则予以高度重视。 数据规范化和标准化 数据信息的规范化和标准化是数据流调查分析的依据和建立系统逻辑模型 的基础，根据系统的信息需求确定数据源，按照数据不同来源，研究其数量、质 量、精度和时间特性以及与数据规范化和标准化基本要求相吻合的程度，确定数 据处理的内容、范围和方法。数据规范化和标准化研究的内容包括：空间定位框 架，数据分类标准，数据编码系统，数据字典，文件命名规范，汉字符号标准， 数据记录格式等。 软件标准 包括用户界面、数据结构、数据模型、数据库建立和管理，数据显示和产品 生成，系统接口设计、程序设计规范等内容。程序编制要做到标准化和通用化， 对所编制的程序要按照统一的格式编写程序说明：系统运行标准，包括系统效率， 系统利用率，操作的方便性、灵活性，安全保密性，数据的准确性、可靠性、可 扩充性和可维护性。 2 3 1 3 面向对象的开发方式 面向对象( o b j e c to r i e n t e d ) 技术最初是从面向对象的程序设计开始的。 传统的软件结构和设计方法难以适应软件生产自动化的要求，而面向对象技术中 对现实世界实体进行模拟，因而设计人员能更容易的理解需求，有利于用户和设 计人员之间的沟通。 面向对象技术是个非常实用而强有力的软件开发方法。在计算机软件开发过 程中，软件工程的方法是开发管理的基本方法，面向对象的程序设计方法则是目 前软件系统编程实现的最优方法。采用面向对象的程序设计方法将是使系统的可 靠性和可维护性得到较好的保证1 6 j 。 2 3 2 系统开发方式的确定 本课题为应用型地理信息系统的开发，目前应用型g i s 开发的实现方式主要 有三种： 1 、独立开发 指不依赖于任何g i s 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。这种方式的好处 硕士学位论文 在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但一方面对于大多数开 发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商 业化g i s 工具软件相比，而且在购买g i s 工具软件上省下的钱可能还抵不上开发 者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。 2 、单纯二次开发 指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。g i s 工具软 件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供了 a v e n u e 语言，m a p i n f o 公司研制的m a p i n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言 等等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平台，开发出自己的 针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言， 作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意。 3 、集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的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，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i 、 v is u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i l d e r 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两种方式：一是采用o l ea u t o m a t i o n 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d d e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调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：二是利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在 o c x 技术基础上的g i s 功能控件，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 等，在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。 三种实现方式的分析与比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s 工具提供的编程语言的限制 差强人意，因此结合g i s 工具软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。它的优点是既可以充分利用g i s 工其软件对空间 数据库的管理、分析功能，又可以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，而且可靠性好、易于移植、便于维护。尤其是使用o c x 技术利用g i s 功能组 件进行集成开发，更能表现出这些优势【7 j 。 应用组件g i s 技术开发城市排水管阿规划及管理信息系统 2 4gls 组件技术 2 4 1 组件技术与g ls 的发展 组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一，为了适应这种技术潮 流，g i s 软件象其他软件一样，已经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂家 提供全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发 的方向上来。无疑，这将给整个g i s 技术体系和应用模式带来巨大影响1 8 1 。 g i s 技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件， 从而发展到组件式g i s 和w e b g i s 的过程。传统g i s 虽然在功能上已经比较成熟， 但是由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系统。 同时，g i s 软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了g i s 的普及和 应用。组件式g i s 的出现为传统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路。 2 4 2 组件式g is 的定义 简单地说，组件式g i s ( c o mg i s ) 就是采用了面向对象技术和组件式软件的 g i s 系统，包括基础平台和应用系统。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。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的 功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来， 就构成应用系统。 组件式g i s 代表着当今g i s 发展的潮流，其代表作当属全球最大g i s 厂商 e s r i ( 美国环境研究所) 推出的m a p o b j e c t s 和著名的桌面g i s 厂商一一美国 m a p l n f o 公司推出的m a p x ，另外还有i n t e r g r a g h 公司的g e o m e d i a 、加拿大阿波 罗科技集团的t i t a n 、中科院地理所的a c t i v e m a p 等。c o m g i s 给国内g i s 基础软 件的开发提供了一个良好的机遇，因为它打破了g i s 基础软件由几个厂商垄断的 格局，开辟了以提供专业组件来打入g i s 市场的新途径。目前大多数g i s 软件公 司都把开发组件式软件作为一个重要的发展战略。 2 4 3 组件式g is 系统的特点 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统g i s 工具无法比拟的优点。 1 、小巧灵活、价格便宜 由于传统g i s 结构的封闭性，往往使得软件本身变得越来越庞大，不同系统 的交互性差，系统的开发难度大。在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最 紧密相关的系统功能，用户可以根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了 硕士学位论文 用户的经济负担。组件化的g i s 平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵 活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小巧灵活，而其 价格仅是传统g i s 开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性 能价格比获得或开发g i s 应用系统。 2 、无须专门g i s 开发语言，赢接嵌入系统开发工具 传统g i s 往往具有独立的二次开发语言，对用户和应用开发者而言存在学习 上的负担。而且使用系统所提供的二次开发语言，开发往往受到限制，难以处理 复杂问题。而组件式g i s 建立在严格的标准之上，不需要额外的g i s 二次开发语 言，只需实现g i s 的基本功能函数，按照m i c r o s o f t 的a c t i v e x 控件标准开发接 口。这有利于减轻g i s 软件开发者的负担，而且增强了g i s 软件的可扩展性。g i s 应用开发者，不必掌握额外的g i s 开发语言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用 集成开发环境，以及g i s 各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的 开发和集成。目前，可供选择的开发环境很多，如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、 v i s u a lf o x p r o 、b o r l a n dc + + 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 以及p o w e rb u i l d e r 等都 可直接成为g i s 或g m i s 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。 这与传统g i s 专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3 、强大的g i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用i n p r o c 直接调用形式，所以 无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的 g i s 组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查 询与分析能力。 4 、开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可 以自由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组件提供的a p i 形式非常接近m i s 工具的模式，开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据，无 须对开发人员进行特殊的培训。在g i s 或g m i s 的开发过程中，开发人员的素质 与熟练程度是十分重要的因素。这将使大量的m i s 开发人员能够较快地过渡到 g i s 或g m i s 的开发工作中，从而大大加速g i s 的发展。 5 、更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以象使用其他a c t i v e x 控件一样使用 g i s 控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大 众化进程。组件式g i s 的出现使g i s 不仅是专家们的专业分析工具，同时也成 为普通用户对地理相关数据进行管理的的可视化工具【9 】。 应用组件g i s 技术开发城市排水管网规划及管理信息系统 2 5m a p x 组件简介 m a p x 是m a p l n f o 公司向用户提供的具有强大地图分析功能的a c t i v e x 控件 产品。由于它是一种基于w i n d o w s 操作系统的标准控件，因而能支持绝大多数 标准的可视化开发环境如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 、p o w e r b u i l d e r 等。 编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言，轻松地将地图功能嵌入 到应用中，并且可以脱离m a p l n f o 的软件平台运行。利用m a p x ，能够简单快速 地在应用中嵌入地图化功能，增强应用的空间分析能力。m a p x 采用基于m a p l n f o p r o f e s s i o n a l 的相同的地图化技术，可以实现m a p i n f op r o f e s s i o n a l 具有的绝大 部分地图编辑和空间分析功能。而且，m a p x 提供了各种工具、属性和方法，实 现这些功能是非常容易的。 因此，在本课题g i s 应用程序的开发中，选用美国m a p l n f o 公司的m a p x 组件式g i s 软件，结合v i s u a lb a s i c 进行集成式二次开发。 2 6 系统主要开发思路 城市排水管网规划及管理信息系统主要以排水管网数据库为核心，并充分发 挥组件式g i s 软件m a p x 强大的地图管理和分析功能。系统的主要功能是对现状 排水管网进行管理，同时对新建管网及改造管网的规划提供辅助设计功能。 硕上学位论文 第3 章u d p p m - gi s 系统数据库设计 g i s 是一个利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、 分析、显示、处理图形及属性信息的计算机系统。建立排水管网g i s ，首先考虑 的应是系统数据库建立的问题，一切算法的实现都是基于一定数据结构的，一切 系统功能的实现也有赖于数据库的建立。 3 1 g i s 数据库技术 3 1 1 数据库系统 数据库系统( d a t a b a s es y s t e m ) 是运用计算机技术管理数据的系统。早期 的数据管理都采用文件系统( f i l es y s t e m ) ，数据按其内容、结构和用途组成若 干命名的文件，用户可以通过操作系统对文件进行打开、读、写和关闭等操作。 但文件系统管理数据存在诸如编写应用程序不方便，数据独立性( i n d e p e n d e n c e ) 不好，无维护数据一致性( c o n s i s t e n c y ) 的监控机制，不易实现数据的规范化、 标准化和数据安全等缺点。针对文件系统的缺点，后来逐步发展了以统一管理和 共享数据为主要特征的数据库系统，在数据库系统，数据作为共享资源由数据库 管理系统统一管理。应用程序不必直接介入打开、关闭、读、写等低级文件操作， 而这些由数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m 简称d b i s ) 代办用 户则在更高的抽象级别上观察和访问数据“。 随着计算机应用的发展，d b m s 的功能愈来愈强，规模愈来愈大，复杂性也 随之增加。层次数据库( h i e r a r c h i a ld a t a b a s e ) 和网状数据库( n e t w o r k d a t a b a s e ) 是2 0 世纪6 0 年代技术条件下的产物，2 0 世纪8 0 年代又是关系数据 库( r e l a t i o nd a t a b a s e ) 的全盛时期，它们被认为是传统的数据库系统。随着 计算机的广泛应用，关系数据库在新的应用需求中暴露出许多限制和不足，而这 又推动着数据库技术的不断更新，以对象和对象关系数据库为代表的“后关系数 据库”( p o s tr e l a t i o nd a t a b a s e ) 时代的到来也将不会遥远【l “。 g i s 在一定意义上是计算机技术应用系统，其应用的数据库系统必须建立在 常规数据库系统的基础上，数据库技术的发展因此也深刻影响着g i s 的数据管理 模式。但g i s 叉以处理空间数据和空间关系为特点，其数据库系统中心必须增加 空间类型及其空间数据操作，并提供空间索引。经过这样扩充的数据库系统被称 为空间数据库系统。 为空间数据库系统。 应用组件g i s 技术开发城市排水管两规划及管理信息系统 3 1 2 数据库模型 3 1 2 1 传统型数据库 层次、网状和关系数据库是数据库诞生以来广泛应用的三种数据库，般称 为传统型数据库。 1 、屡次数擐库 层次数据库结构是将数据组成一对多( 或父节点与子节点) 关系的结构，。 层次结构采用关键字来访问其中每一层的每个部分。层次数据结构的优点是存取 方便且速度快、容易理解、检索关键属性十分方便等，适合于文献目录、银行等 信息系统。缺点是结构呆板，且需保留大量的索