基于TitanGIS的校园地理信息系统的设计与实现.doc

基于 Titan GIS 的校园地理信息系统的设计与实现闵冬丽 ,何娟霞 ,魏庆朝(北方交通大学 土木建筑工程学院 ,北京 100044)摘要 :阐述了校园地理信息系统 ( C GIS) 建立的意义 ,并简单介绍了 Titan GIS 软件的特点.分析了校园基础信息的特点 、信息的分层管理方案和空间数据库及属性数据库的构建 ,并对系 统的功能做了详尽的介绍 ,最后简单探讨了 GIS 在校园规划管理中的应用 .关键词 : C GIS ; Titan GIS ;规划应用中图分类号 : P208文献标识码 :BDesign and Appl ication of Ca mpus GIS Ba sed on Titan GISM I N Don g- l i , H E J u a n- x i a , W EI Q i n g- chao( School of Civil Engineering and Architect ure , Nort hern J iaoto ng U niversity , Beijing 100044 ,China)Abstract :The significance of establishing t he Camp us Geograp hic Info r matio n System ( C GIS) andt he at t ribute of t he Titan GIS are int ro duced in t his paper . The paper also analyzes t he character and t he layer - divided plan of t he camp us basal info r matio n . At t he same time , t he building of spatial and at t ributive database and t he f unctio ns of system are expatiated too . In t he end , t heC GISapplicatio n in t he planning management of camp us is simply discussed.Key words :camp us geograp hic info r matio n system ( C GIS) ; Titan GIS ; planning applicatio n地理信息系统是 20 世纪 60 年代发展起来的对空间信息进行分析与研究的一门新技术 ,是测绘学 、地图学 、测量学 、地理学 、遥感与卫星定位技术 、现代通讯技术 、专家系统技术等多种学科和技术的集成 ,是多 种学科交叉的产物. 地理信息系统以地理空间数据库为基础 ,采用空间模型分析方法 ,提供动态的空间信 息 ,用于综合开发 、区域发展规划 、环境保护 、灾害预防 、投资环境评价和决策分析等方面1 .长久以来 ,校园管理尤其是各种基础设施的管理基本上处于分散管理模式 ,工作方式主要是手工查询 图纸 ,在这种情况下 ,不但耗费大量的人力 、物力 ,而且管理十分杂乱无序. 另外有些学校的管理信息系统 ( M IS) 只注重于系统属性数据的输入 、处理 、分析和管理 ,几乎撇开了有关的地理信息 ,这对于全面分析校园信息 ,尤其是与地理位置相关的信息是远远不够的. 在校园管理所需的数据中 ,有许多是建立在空间数据基础上 ,例如 ,要解决校园生活区的供水问题 ,首先要知道附近的所有供水网络的分布 、供水管线的粗 细 ,以及现有管线荷载能力 ,是否需要敷设新的管线 、如何解决敷设工程与其它管线的矛盾等 ,都需要有确 切的管线空间位置信息以及管线属性信息. 但是以往校园管理中空间数据的定位管理与查询基本借助于 手工方式 ,费时费工 ,数据更新慢 ,更不用说分析社会设施与社会其它地理要素的联系 ,难以适应校园的快 速发展的信息化建设的需要. 因此 ,建立校园地理信息系统是非常必要的 .校园地理信息系统 ( C GIS) 属城市地理信息系统的一种 ,是建立在 GIS 基础上的新型空间信息管理系 统 ,其界面友好 ,操作直观形象 ,分析功能强大 ,在学校的校园建设规划 、基础设施的建设与管理 、物业管 理 、地下管线管理等方面发挥巨大的作用. 其研究对象主要集中于校园这个较小地域范围内的地理实体的收稿日期 :2002204228作者简介 :闵冬丽 ( 1979 ) ,女 ,山西绛县人 ,硕士生. ema il :mindl1979 163 . co m魏庆朝 ( 1957 ) ,男 ,河北高邑县人 ,教授 ,博士生导师.空间分布与发展变化 ,所服务的对象是学校 ,其主要用户是校办 、基建处 、总务处等主管部门与规划部门.该系统是根据校园日常管理与规划部门的工作和业务特点 ,对建设 、规划等基础资料及相关文档实现自动 化 、规范化 、标准化管理 ,建立一个科学化 、智能化的管理体系 ,为管理部门提供必要的空间和非空间信息服务. 而且系统还能支持辅助决策 ,利用图形和数据的双向查询 ,强大的图形拓扑分析功能 ,从而实现规划管理部门对校园高效科学的规划和管理. 该系统的主要功能有校务管理 、后勤管理 、物业管理 、管线管理及 规划管理等方面2 .Titan GIS 是基于 Active X 组件技术的地理信息系统的开发平台 ,它提供的外部命令能自动建立面状专题 、网络专题等各种拓扑关系 ,而且其组件技术可以让用户在常用的可视设计环境下 ,如 Visual Basic 、Delp hi 、PowerBuider 、Visual C + + 等 ,将 Titan GIS 的强大的地图控制功能嵌入到应用程序中 ,开发出各具特色 、功能强大的嵌入式专业 GIS 应用系统 ,其功能包括 :地图查询 、显示 ,图层管理 ,制作和显示专题图 , 属性表的显示查询 ,图表互查 ,多个地图窗口 、地图要素的动态连接 ,地图符号的标记和选择 ,地图打印输 出和数字化. 通过对各种 GIS 平台进行性价比较 ,决定使用 Titan GIS 作为校园地理信息系统的开发平台.1 系统设计与开发1 . 1 系统原型法的设计思路由于系统的开发是一复杂工程 ,并且目前的开发尚处于初级阶段 ,即系统功能框架搭建阶段 . 在开发 过程中 ,投资规模 、用户需求和系统目标都会发生变化 ,针对这种情况 ,在开发过程中使用了软件工程中的原型法. 原型法的基本思想是 :首先在未完全弄清楚需求之前 ,通过一个原型设计环境 ,能迅速地建立起原 型系统 ,也就是先完成系统的一个外壳 ,把许多用户界面如屏幕格式和报告等尽快做好 ,以获得用户的认 可 . 然后 ,对原型系统进行适当的修改 、扩充与完善 ,并进一步增加各种基础数据的细化与分析功能.1 . 2 校园地理信息系统信息管理流程校园信息的管理是从数据的录入 、地形成图 、管线成图及编辑 、查询统计 、空间分析 、事故处理到各种 图件及分析报表输出给用户的一个完整过程. 在其过程中有严格的数据流向 ,常用数据流图来表示. 校园地理信息系统的数据流图如图 1 所示.图 1校园地理信息系统数据流程图1 . 3数据库设计的特征来说 ,又可分为空间信息和属性信息. 在系统中分别用空间数据库和属性数据库保存.(1) 空间图形数据库的构建首先 ,对校园的地理信息进行点线面的分类 ,以便建立相应的地物类实体 ,其中将各类房屋建筑 (如学生宿舍 、教学楼 、食堂等等) 、道路 、操场 、水系以及园林绿化视为是面类实 体 ,而将道路中线以及各类地下管线归为线类实体 ,至于路灯 、雕塑 、钟楼以及宣传栏归为点类实体. 为了 便于管理和应用开发 ,将图形数据分层管理. 具体按如下方式进行组织 :即“纵向分层 ,横向分块”. 纵向分 层是指按数据的性质分类 ,性质相同或相近的归并到一起 ,形成一个数据层 ; 横向分块是指按数据空间分布将数据划分为规则的或不规则的块 .在校园地理信息系统中 ,将地面上的地物分为以下几层 :建筑物层 、道路层 、道路中心线层 、绿地层 、水 系层 、雕塑层 、钟楼层 、宣传栏层 、测量控制点层等 . 为方便拓扑关系的建立 ,增加了建筑物关键字层 、道路 关键字层 、绿地关键字层 、水系关键字层. 对于地下管线 ,依据管线属性 ,将每一种地下管线地物分为管线 点地物 、管线线地物 ,并增加了管线关键字地物层.为了让图形数据与属性数据有效结合 ,在已有地物类层的基础上 ,建立了各种面状专题 : 建筑物面状 专题 、道路面状专题 、绿地面状专题 、水系面状专题. 对于建筑物面状专题 ,为了区别教学用建筑物 、学生宿 舍 、文体及服务 、住宅及其它用途等 4 种建筑物 ,系统用不同的四种颜色标志. 系统将宣传栏 、雕塑 、钟楼等 地面建筑物组合在一起构成了其它建筑物地物类专题. 同时对于各类管线也建立了相应的网络专题.(2) 属性数据库的构建 属性数据库主要存储与空间信息密切相关的地理特征信息和描述信息. 在进 行属性数据库设计时根据数据流程图的分析 ,建立概念数据库即建立实体关系的模型 ,并将其转换成相应 的数据库逻辑结构 ,然后利用数据库管理系统 DBM S 提供的数据描述语言 DDL 完成数据库各种表结构 的定义 ,将实体关系转换成关系数据库模型.(3) 两类数据库的连接 在 Titan GIS 中 ,空间数据采用文件方式管理 ,属性信息则通过 Titan GIS 提 供的开放式数据库互接机制 ( ODBC) 实现与外部数据库接口 ,从而实现对属性数据的有效管理 ,两类数据利用 Titan GIS 内部标识的关键字 DB key 进行连接 ,如图 2 所示.图 2 数据库结构示意图2系统功能分析及在校园规划中的应用采用 GIS 技术对校园的地理信息进行管理 ,有利于直观形象 、全面的反映校园地理信息的现状 ,其中包括各类建筑物 、管线的空间分布位置及其相互关系. 有利于地面建筑物 、管网等信息的有序化管理 ,可快速准确的进行建筑物 、管网定位以及信息的检索和查询 ,继而进行各种统计分析和空间分析 . 信息的快速 获取不仅有利于紧急事故的处理如煤气泄漏 、给水管破裂等等 ,而且还可为学校的施工建设提供准确而及 时的各种必要信息 ,从而可以减少因地下管线位置信息不明或不准确造成的各种损失. 系统的主要功能结构如图 3 所示3 .将校园地理信息系统应用于校园规划有两方面内容 :首先地理信息系统能够科学的管理校园地面建 、构筑物 ,及地下管线的各种空间和属性信息 ,如利用 系统的管线管理中的子功能空间分析功能进行相交 、分析 、缓冲区 、事故及管线的纵横断面等分析 ,可以迅 速获得直观详尽的空间信息 ,然后利用图文互查又能获得管线的详尽属性信息 ,从而为校园的规划与管理图 3 系统功能结构图带来极大的方便 ,使决策更加准确 、高效4 .其次 ,系统具有规划信息编辑功能及规划辅助决策功能 ,其中规划信息的编辑功能是根据规划设计的 特殊业务要求而定制的 ,包括基本的 CAD 绘图功能 ,规划专用绘图功能 ,校园建筑物及道路线绘制功能和 属性编辑功能 . 而规划辅助决策功能主要是一些空间指标的计算和统计功能 ,如计算选定区域的建筑容积 率 ,计算拆迁成本费用以及统计选定区域的管线分布情况等等. 在实际应用中 ,如进行道路的规划时 ,首先 利用道路线的绘制功能生成规划中设计的道路区域 ,一方面规划工程师可以从图上直观观察和分析规划 道路的合理性 ,另一方面可以利用统计功能进行拆迁时一些量化指标的计算 ,如拆迁量 ,同时利用系统提 供的缓冲区分析功能及相交包含分析功能又可很方便迅速的得到规划道路区域内各种管线的具体位置及 分布情况 ,并可做各种统计结果的报表输出 ,供工程人员参考使用 ,这样使规划人员从纷繁的图纸中解放 了出来 ,这些都为规划工作提供了极大的便利 ,而且量化的数据有助于规划管理人员从多种设计方案中找 出最优的方案 .展望通过对校园地理信息系统的开发以及应用 ,可得出如下结论 : 将 GIS 技术应用到大学校园这个特殊 的人文社会小环境中 ,开发出具有实用价值的校园地理信息系统 ,是高校管理自动化 、科学化 、智能化的必 然趋势. 今后 ,系统应进一步开发与完善在校园规划 、学校基础设施管理等方面的应用 ,同时还应在数据 (空间数据 、属性数据) 的更新 、备份及维护等方面进行更为深入的研究 ,使系统的空间数据和属性数据具 有时效性 ,使系统适应实际管理的需要.随着校园网硬件环境的完善 ,如何充分的使用校园网将是校园管理研究的重要课题 ,将校园地理信息 系统搭乘校园网的快车是十分必要也是完全可行的 ,届时校园网络上的不同用户就可以直接从校园地理 信息系统里获取各种所需信息 ,充分的了解学校情况 ,为学校的管理提供极大的方便 ,同时