（系统工程专业论文）地下管网图形信息管理系统研究与设计.pdf

摘要 城市地下管网信息系统是利用地理信息系统技术对城市地下管 网进行综合管理的信息管理系统。 主要用来为城市建设施工准确提供 地下管网 走向等信息， 并通过空间检索和空间 分析， 为城市建设部门 进行管网 规划和改造提供决策支持。 本文首先介绍了地理信息管理系统的概念、 组成、 开发方法和步 骤; 在此基础上， 研究了 城市地下管网图形信息管理系统的设计方法 和系统软件开发技术， 给出了 一个实际的系统设计方案， 开展了系统 的详细设计， 开发了义乌市地下供水管网图形信息管理应用软件; 针 对己 有的城市地下管网图形信息管理系统的不足， 探讨了空间数据仓 库技术、 网络分析技术、 路径规划技术在地理信息管理系统中的应用 问题， 重点研究了 基于遗传算法的网络分析方法和城市地下管网最短 路径算法，开发了相关的应用软件 ，并进行了仿真研究。 关键词:地理信息管理系统地下管网空间数据仓库网络分析 路径规划遗传算法 abs tract u r b a n u n d e r g r o u n d p ip e l in e n e t w o r k i n f o r m a t i o n s y s te m ( u u p n i s ) i s a n i n f o r m a t io n s y s t e m , w h i c h u s e th e t e c h n o lo g y o f g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m t o m a n a g e t h e u r b a n u n d e r g r o u n d p i p e l i n e n e t w o r k . i t c a n s u p p ly a c c u r a te in f o r m a t io n o f p ip e l i n e n e t w o r k , s u c h a s t e n d e n c y a n d d e p t h e tc . t h e s c i e n t i f ic v i s u a l in te r f a c e a n d d e p a r t m e n t s t o f in i s h p r o g r a m m i n g a n d r e b u il d in g o f p ip e l in e n e t w o r k , a n d e n g in e e r in g c o n s tr u c t i o n e f f ic ie n tl y . i n t h i s p a p e r , th e a u th o r f i r s t i n tr o d u c e s th e d e s i g n a n d r e a l i z a t io n o f th e g r a p h in f o r m a t io n ma n a g e m e n t s y s te m . o n t h e b a s e o f th i s , a u th o r s t u d i e s t h e d e s i g n a n d s o m e k e y t e c h n i c a s o f t h e u r b a n u n d e r g r o u n d p i p e n e t w o r k g r a p h i n f o r m a t io n ma n a g e m e n t s y s te m , t h e n g iv e s th e g e n e r a l p r e c e p t o f t h i s k in d o f t h e i n fo r m a t io n ma n a g e m e n t s y s te m . f i n a l l y , t h e a u t h o r a c c o m p l i s h e s a d e t a i l e d d e s i g n , w o r k s o u t a c o r r e l a t iv e a p p l i e d s o f t w a r e a n d c a r r ie s o n r e l e v a n t s t u d ie s o f s im u l a t in g . k e y w o r d s : m a n a g e me n t i n f o r m a t i o n s y s t e m, g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) , u n d e r g r o u n d p ip e , ne t w o r k a n a l y s i s s p a t i a l d a t a w a r e h o u s e 第一章 绪论 本课题研究的目的和意义 地下管线是城市基础设施的重要组成部分。城市地下管线包括给水、排水、 燃气、热力、 电信、电 力、 工业管道等几大类， 它就像人体内的 “ 神经” 和 “ 血 管”，日 夜担负着传递信息、 输送能 量、 排泄废物等多 种工作， 是城市赖以 生存 和发展的物质基础， 被称为城市的 “ 生命 线” 。 对地下管网的 维护、 管理， 是城 市管理的重要内 容。 随着我国 经济的发展、 城市规 模的扩大和现代化程度的不断 提高，城市地下管网 也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。 在城市规划、 设计、 施工和管理工作中， 如果没有完整准 确的地下管线信息， 就会 变成“ 瞎子” ， 到处碰壁，寸步难行，甚至造成重大损失。以自来水为例，在新增自来水用户、 新 增管线时， 需要准确掌握相关供水管线及埋设地段所有专业管线的 位置埋深， 确保避开已 经存在的 管线， 满足新增管线的供水要求; 在供水管网的日常维护管 理中， 不但要能准确提供供水管线的 位置， 防止被其他施工单位挖坏， 而且对管 网的一些重要附件，如阀门、消防栓、 放气阀等，要有全面详尽的资料，如果阀 门因施工被埋， 或在需要开闭时不能在较短的时间内找 到， 将严重妨碍管 道抢 修 和供水调度。 然而， 随着经济发展， 城市规模不断扩大， 无数的小区、 独立建筑物和交通 基础设施被不断新建、 改建与扩建。 这些地面建筑的变化导致地下管线也随之变 化。 这些变化几乎涉及城市的每个角落。就浙江省义 乌市来说:7 0年代末， 义 乌市城区仅有主要街道 8 条，总长只2 0 0 0 余米，城区面积仅 3 . 5 平方公 里。 通 过改革开放以来的飞速发展，到 2 0 0 4 年， 城区道路已达到 2 7 万余米， 城市建成 区面积已达 5 2平方公里。在此期间，旧城区不断被改造扩建，如市民广场暨旧 城改造工程， 北门 街拆迁工程等， 仅 2 0 0 4 年就有省重点工程铁路移线， 机场路 改造， 西城路、义东路及宾王东路延伸等诸多工程在建设。这 ， 切，对传统落后 的管网管理方式来说无疑是雪上加霜。 我国作为发展中国家， 大部分城市地下管 网管理的方法及效率还相当落后， 地下管网资料都是以图纸、 图表等形式记录保 存，大部分地区仍以 厂巨 方式进行管网的设计和管理， 工作效率低， 儿乎无法实 第一章 绪论 本课题研究的目的和意义 地下管线是城市基础设施的重要组成部分。城市地下管线包括给水、排水、 燃气、热力、 电信、电 力、 工业管道等几大类， 它就像人体内的 “ 神经” 和 “ 血 管”，日 夜担负着传递信息、 输送能 量、 排泄废物等多 种工作， 是城市赖以 生存 和发展的物质基础， 被称为城市的 “ 生命 线” 。 对地下管网的 维护、 管理， 是城 市管理的重要内 容。 随着我国 经济的发展、 城市规 模的扩大和现代化程度的不断 提高，城市地下管网 也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。 在城市规划、 设计、 施工和管理工作中， 如果没有完整准 确的地下管线信息， 就会 变成“ 瞎子” ， 到处碰壁，寸步难行，甚至造成重大损失。以自来水为例，在新增自来水用户、 新 增管线时， 需要准确掌握相关供水管线及埋设地段所有专业管线的 位置埋深， 确保避开已 经存在的 管线， 满足新增管线的供水要求; 在供水管网的日常维护管 理中， 不但要能准确提供供水管线的 位置， 防止被其他施工单位挖坏， 而且对管 网的一些重要附件，如阀门、消防栓、 放气阀等，要有全面详尽的资料，如果阀 门因施工被埋， 或在需要开闭时不能在较短的时间内找 到， 将严重妨碍管 道抢 修 和供水调度。 然而， 随着经济发展， 城市规模不断扩大， 无数的小区、 独立建筑物和交通 基础设施被不断新建、 改建与扩建。 这些地面建筑的变化导致地下管线也随之变 化。 这些变化几乎涉及城市的每个角落。就浙江省义 乌市来说:7 0年代末， 义 乌市城区仅有主要街道 8 条，总长只2 0 0 0 余米，城区面积仅 3 . 5 平方公 里。 通 过改革开放以来的飞速发展，到 2 0 0 4 年， 城区道路已达到 2 7 万余米， 城市建成 区面积已达 5 2平方公里。在此期间，旧城区不断被改造扩建，如市民广场暨旧 城改造工程， 北门 街拆迁工程等， 仅 2 0 0 4 年就有省重点工程铁路移线， 机场路 改造， 西城路、义东路及宾王东路延伸等诸多工程在建设。这 ， 切，对传统落后 的管网管理方式来说无疑是雪上加霜。 我国作为发展中国家， 大部分城市地下管 网管理的方法及效率还相当落后， 地下管网资料都是以图纸、 图表等形式记录保 存，大部分地区仍以 厂巨 方式进行管网的设计和管理， 工作效率低， 儿乎无法实 现资 料更新及查询， 且不能提供准确的管线信息， 尤法满足城币建设、 规划及t 理部门的要求。 地下管线填埋情况复杂，资料不清，再加之管网埋于地下， 存在一定的隐蔽 性， 造成诸多设计上的失误和施工中的 事故， 形成一次 又一次的 本可以避免的巨 大经济浪费。 面对大量的浩繁的地 管线数据， 如何能 把管网的图纸资料长期妥 善保存，安全合理维护，快捷方便检索，并且能按需要做出分析统计，提高管网 管理的效率， 降低管理成本， 科学 有效地管理地下管线的数据信息。 最有效的方 法之一就是采用地下管网管理信息系统。因此研究和建立地下管网地理信息系 统， 采用高科技手段来集中规划地下管网， 使规划、 建设、 管理、 维护逐步走向 定量化、 科学 化、自 动化， 满足决 策部门 和施工单位的需要己成为当务之急。 实 现管网信息的 数字化， 科学化和现代化管理是摆在我国城市管理工作面前的一项 重要而紧迫的任务。 2国内外城市信息管理系统的发展现状 城市信息系统起源于西方发达国 家， 这是与其高 度的物质文明密 切相联系 的。 人类在发展物质文明、 拓展生 存空间、 提高生活质量的同时， 充分意识到资 源的宝贵和现实的 浪费， 从而提出了对现代化管理的 更高 要求， 这是城市信息系 统等应运而生的前提。作为一种决策手段和工具， 城市信息系统在城市规划、 建 设、 管理及资 源与环境保护中正发挥着越来越重要的 作用。 欧美各国的 许多城市 都建立了目的不同、规模不同的城市管理信息系统。例如，法国巴黎的旧城区， 历时数百年变迁， 地下管网 情况错综复杂， 但建立的城市信息系统可在屏幕上显 示任何一条地下管线及相关信息， 方便用户查询;在美国， 有 3 4 %的联邦政府机 构 和 7 万 个以 _ l 的 地 方 政 府 部门 在 办 公 室中 正 使用 和 将 要使 用 城 市 信 息 管 理 系 统: 还有澳大利亚布里斯班的奥运城市信息系统， 新加坡的整休性国土资源系统， 日本的智能化生活小区， 芬兰赫尔辛基的虚拟城市等等。 是否具备和使用先进的 城市管理信息系统，已成为衡量一个城 卜 管理水平和投资环境的重要标志。 在我国，随着经济的发展， 城市管理信息系统于八十年代开始试建， 近年来 日趋成熟， 迈入实用。 经济发达的沿海步 卜 放城市在经济高速增 长的同时， 城市规 划、 建设管理面临严峻挑战， 寸土寸金的城r i 中， 城市空间信脚 、 己成为宝贵资源。 现资 料更新及查询， 且不能提供准确的管线信息， 尤法满足城币建设、 规划及t 理部门的要求。 地下管线填埋情况复杂，资料不清，再加之管网埋于地下， 存在一定的隐蔽 性， 造成诸多设计上的失误和施工中的 事故， 形成一次 又一次的 本可以避免的巨 大经济浪费。 面对大量的浩繁的地 管线数据， 如何能 把管网的图纸资料长期妥 善保存，安全合理维护，快捷方便检索，并且能按需要做出分析统计，提高管网 管理的效率， 降低管理成本， 科学 有效地管理地下管线的数据信息。 最有效的方 法之一就是采用地下管网管理信息系统。因此研究和建立地下管网地理信息系 统， 采用高科技手段来集中规划地下管网， 使规划、 建设、 管理、 维护逐步走向 定量化、 科学 化、自 动化， 满足决 策部门 和施工单位的需要己成为当务之急。 实 现管网信息的 数字化， 科学化和现代化管理是摆在我国城市管理工作面前的一项 重要而紧迫的任务。 2国内外城市信息管理系统的发展现状 城市信息系统起源于西方发达国 家， 这是与其高 度的物质文明密 切相联系 的。 人类在发展物质文明、 拓展生 存空间、 提高生活质量的同时， 充分意识到资 源的宝贵和现实的 浪费， 从而提出了对现代化管理的 更高 要求， 这是城市信息系 统等应运而生的前提。作为一种决策手段和工具， 城市信息系统在城市规划、 建 设、 管理及资 源与环境保护中正发挥着越来越重要的 作用。 欧美各国的 许多城市 都建立了目的不同、规模不同的城市管理信息系统。例如，法国巴黎的旧城区， 历时数百年变迁， 地下管网 情况错综复杂， 但建立的城市信息系统可在屏幕上显 示任何一条地下管线及相关信息， 方便用户查询;在美国， 有 3 4 %的联邦政府机 构 和 7 万 个以 _ l 的 地 方 政 府 部门 在 办 公 室中 正 使用 和 将 要使 用 城 市 信 息 管 理 系 统: 还有澳大利亚布里斯班的奥运城市信息系统， 新加坡的整休性国土资源系统， 日本的智能化生活小区， 芬兰赫尔辛基的虚拟城市等等。 是否具备和使用先进的 城市管理信息系统，已成为衡量一个城 卜 管理水平和投资环境的重要标志。 在我国，随着经济的发展， 城市管理信息系统于八十年代开始试建， 近年来 日趋成熟， 迈入实用。 经济发达的沿海步 卜 放城市在经济高速增 长的同时， 城市规 划、 建设管理面临严峻挑战， 寸土寸金的城r i 中， 城市空间信脚 、 己成为宝贵资源。 为快速获取、 处理、 分析这些信息， 许多城市着手建立了各种专业城市 信息系统。 北京市已完成地下管网信息系统的设计: 上海市市政管线管理信息系统已投入运 行; 深圳、海口、厦门、昆明等城市也已建立了各 自 用于提高城市日常管理工作 效率的城市管理信息系统。 各专业部门也在着手建立部门 专项的 地理信息系统， 作为城市管理信息系统的补充和扩展。在水务方面， 有上海的数字水务， 武汉的 城市污水治理信息系统， 绍兴市的城市供水数字化工程， 广西桂林的供水管网地 理信息系统等等。 3论文研究的内容 本文旨在应用管理信息系统理论和技术对城市地下管网图形信息管理系统 的 研究和软件开发进行有益的 探索。本文的主要内 容为: . 介绍地理信息管理系统的 概念、组成、开发方法和步骤。 . 研究了城市地下管网图形信息管理系统的设计方法和系统软件开发 技术。 . 给出了 一个实际的系统设计方案， 开展了 系统的 详细设计， 开发了 义 乌市地下供水管网图形信息管理应用软件。 . 针对 己有的城市地下管网图形信息管理系统的不足， 探讨了空间数据 仓库技术、网络分析技术、路径规划技术在地理信息管理系统中的应 用问题 ， 重点研究了基于遗传算法的网络分析方法和城市地下管网最 短路径算法，开发了相关的应用软件，并进行了仿真研究。 为快速获取、 处理、 分析这些信息， 许多城市着手建立了各种专业城市 信息系统。 北京市已完成地下管网信息系统的设计: 上海市市政管线管理信息系统已投入运 行; 深圳、海口、厦门、昆明等城市也已建立了各 自 用于提高城市日常管理工作 效率的城市管理信息系统。 各专业部门也在着手建立部门 专项的 地理信息系统， 作为城市管理信息系统的补充和扩展。在水务方面， 有上海的数字水务， 武汉的 城市污水治理信息系统， 绍兴市的城市供水数字化工程， 广西桂林的供水管网地 理信息系统等等。 3论文研究的内容 本文旨在应用管理信息系统理论和技术对城市地下管网图形信息管理系统 的 研究和软件开发进行有益的 探索。本文的主要内 容为: . 介绍地理信息管理系统的 概念、组成、开发方法和步骤。 . 研究了城市地下管网图形信息管理系统的设计方法和系统软件开发 技术。 . 给出了 一个实际的系统设计方案， 开展了 系统的 详细设计， 开发了 义 乌市地下供水管网图形信息管理应用软件。 . 针对 己有的城市地下管网图形信息管理系统的不足， 探讨了空间数据 仓库技术、网络分析技术、路径规划技术在地理信息管理系统中的应 用问题 ， 重点研究了基于遗传算法的网络分析方法和城市地下管网最 短路径算法，开发了相关的应用软件，并进行了仿真研究。 第二章 地理信息系统概述 2 . 1管理信息系统及其开发过程 信息是近代科学的一个专门 术语， 是人们或机器提供的关于现实世界新的 知 识，是数据、消息中所包含的意义。数据是通过数字化仪或直接记录下来的可以 被鉴别的符号。 数据不仅包括数字，还 包括文字、 符号、图 形、 图像以 及各种可 以转换成数据的 现象。 在信息科学 领域中， 信息与 数据不可分离。 信息用记录在 各种物理介质中的数据来表达，数据中所包含的意义就是信息。 系统是具有特定功能， 又相互联系的 若干要素所构成的 一个整体。 信息系统 是具有处理、 管理、 分析和表述数据功能的系统， 他为单一或有组织的决策过程 提供有用的信息。 在信息社 会中， 我们所说的信息系统部分或大部分都是由计算 机支持的。 从广义角度看， 人们往 往按其在组织、 结构中 发挥的 作用 把信息 系统分为四 类:电子数据处理系统、 管理信息 系统、决策系统和专家系统。 管理信息系统是一个涉及管 理科学、 信息科学和计算机技 术的复 杂的人 机系 统。 他的建立过程是一项耗费大 量人力、 物力、 财力和时间 的系统工程。 为了 使 管理信息系统达到 预期的目 标。 就必须针对组织、 机构管理和计算机信息系 统的 特点， 根据软件工程思想， 采用科学的开发步骤和技术， 对系 统建立全过程进行 控制与协调。 一般说来， 管理 信息系统的 建立与 应用可划分成三个阶 段: 总体规划、 系统 开发和系统运行。 其中， 系统开发阶段还可以进一步划分为系统分析、 系统设计 和系统实施等工作阶段。 总体规划是整个管理信息系统建立过程中的基础阶段， 因为新系统是由现有 系统发展而成的， 所以首先应对现有系统进行 全面的调查与 分析， 通过调 查， 提 出新的开发目标，并进行可行性研究，这是总体规划的任务。 虽然各类不同企业或组织的信息处理具体内容不尽相同， 但是所有新系统的 开发过程都可以换分为系统分析、 系统设计和系统实施三个阶段。 其中系统分析 阶份的目的是明确新系统应该做些什么， 即建立祈系统的逻辑设计方案系 统设 第二章 地理信息系统概述 2 . 1管理信息系统及其开发过程 信息是近代科学的一个专门 术语， 是人们或机器提供的关于现实世界新的 知 识，是数据、消息中所包含的意义。数据是通过数字化仪或直接记录下来的可以 被鉴别的符号。 数据不仅包括数字，还 包括文字、 符号、图 形、 图像以 及各种可 以转换成数据的 现象。 在信息科学 领域中， 信息与 数据不可分离。 信息用记录在 各种物理介质中的数据来表达，数据中所包含的意义就是信息。 系统是具有特定功能， 又相互联系的 若干要素所构成的 一个整体。 信息系统 是具有处理、 管理、 分析和表述数据功能的系统， 他为单一或有组织的决策过程 提供有用的信息。 在信息社 会中， 我们所说的信息系统部分或大部分都是由计算 机支持的。 从广义角度看， 人们往 往按其在组织、 结构中 发挥的 作用 把信息 系统分为四 类:电子数据处理系统、 管理信息 系统、决策系统和专家系统。 管理信息系统是一个涉及管 理科学、 信息科学和计算机技 术的复 杂的人 机系 统。 他的建立过程是一项耗费大 量人力、 物力、 财力和时间 的系统工程。 为了 使 管理信息系统达到 预期的目 标。 就必须针对组织、 机构管理和计算机信息系 统的 特点， 根据软件工程思想， 采用科学的开发步骤和技术， 对系 统建立全过程进行 控制与协调。 一般说来， 管理 信息系统的 建立与 应用可划分成三个阶 段: 总体规划、 系统 开发和系统运行。 其中， 系统开发阶段还可以进一步划分为系统分析、 系统设计 和系统实施等工作阶段。 总体规划是整个管理信息系统建立过程中的基础阶段， 因为新系统是由现有 系统发展而成的， 所以首先应对现有系统进行 全面的调查与 分析， 通过调 查， 提 出新的开发目标，并进行可行性研究，这是总体规划的任务。 虽然各类不同企业或组织的信息处理具体内容不尽相同， 但是所有新系统的 开发过程都可以换分为系统分析、 系统设计和系统实施三个阶段。 其中系统分析 阶份的目的是明确新系统应该做些什么， 即建立祈系统的逻辑设计方案系 统设 计阶段的任务是决定新系统应当如何去做，即建立新系统的物理设计方案。 系统 实施阶段则用计算机硬、软件去具体实 现新系统。 2 . 2地理信息与地理信息系统 地理信息系统( g i s ) 是一种比 较特殊的管理信息系统。 本课题所涉及的 信息 管理系统主要是针 对地下管网以 及地面各种建筑参照物的 管理信息系统， 因 而有 必要对一些所涉及到的地理信息概念作一些介绍。 如地图、地理信息系统等。 2 . 2 . 1地图与地理信息系统 地图 ( ma p ) 是一种图 像， 从地图上我们可以 获得一个地区或整个地球表面 在同一时间的空间 现象。 他是自 然世界的一种模型， 是制图 人根据对自 然界的 认 识， 用概括和简化的可视化形式客观反映 自 然世界在某些方面的结构。 读图是通 过对地图符号的理解，建立起地图所表示的客观实际的空间模型。 地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、 质量、 分布特征、相互联系和变 化规律的数字、 文字、图 像和图形等的总称。 地理信息属于空间 信息， 其位置的 识别是与数据连接在一起的。 这是地理信息区别于其他类型 信息的最显著的标 志。 地理信息的这种定位特征， 是通过经纬网建立的 地理坐标来实现空间 位置识 别的。 近几年， 由 于计算机性能的迅速提高， 越来越多 地管理应用软件要求提供可 视化和直观的信息媒体， 从而把人们从抽象的文字信息中解脱出来，因此， 涉及 地图的管理系统得到了广泛应用，与传统的管理信息系统 ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m , m i s ) 不同， 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 是一种用地理 信息为主要管理内容的综合性软 件系统， 他的最主要特点不仅 能用电子地图的形式直观地表现背景地物信息， 而且能将数据库中的信息进行直 观的可视化分析， 挖掘隐藏在结构化数据之中的 有用信息， 并可做图文互查、 综 合分析等。 g i s 采集、存储、管理、检索、描述、分析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的数据，是空间信息系统。美国国家地理信息与 分析巾 、， ( n c ( ; i 八 ) 干 1 9 8 8 年曾给地理信良系统 日生个定义:为获取存储检索 计阶段的任务是决定新系统应当如何去做，即建立新系统的物理设计方案。 系统 实施阶段则用计算机硬、软件去具体实 现新系统。 2 . 2地理信息与地理信息系统 地理信息系统( g i s ) 是一种比 较特殊的管理信息系统。 本课题所涉及的 信息 管理系统主要是针 对地下管网以 及地面各种建筑参照物的 管理信息系统， 因 而有 必要对一些所涉及到的地理信息概念作一些介绍。 如地图、地理信息系统等。 2 . 2 . 1地图与地理信息系统 地图 ( ma p ) 是一种图 像， 从地图上我们可以 获得一个地区或整个地球表面 在同一时间的空间 现象。 他是自 然世界的一种模型， 是制图 人根据对自 然界的 认 识， 用概括和简化的可视化形式客观反映 自 然世界在某些方面的结构。 读图是通 过对地图符号的理解，建立起地图所表示的客观实际的空间模型。 地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、 质量、 分布特征、相互联系和变 化规律的数字、 文字、图 像和图形等的总称。 地理信息属于空间 信息， 其位置的 识别是与数据连接在一起的。 这是地理信息区别于其他类型 信息的最显著的标 志。 地理信息的这种定位特征， 是通过经纬网建立的 地理坐标来实现空间 位置识 别的。 近几年， 由 于计算机性能的迅速提高， 越来越多 地管理应用软件要求提供可 视化和直观的信息媒体， 从而把人们从抽象的文字信息中解脱出来，因此， 涉及 地图的管理系统得到了广泛应用，与传统的管理信息系统 ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m , m i s ) 不同， 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 是一种用地理 信息为主要管理内容的综合性软 件系统， 他的最主要特点不仅 能用电子地图的形式直观地表现背景地物信息， 而且能将数据库中的信息进行直 观的可视化分析， 挖掘隐藏在结构化数据之中的 有用信息， 并可做图文互查、 综 合分析等。 g i s 采集、存储、管理、检索、描述、分析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的数据，是空间信息系统。美国国家地理信息与 分析巾 、， ( n c ( ; i 八 ) 干 1 9 8 8 年曾给地理信良系统 日生个定义:为获取存储检索 计阶段的任务是决定新系统应当如何去做，即建立新系统的物理设计方案。 系统 实施阶段则用计算机硬、软件去具体实 现新系统。 2 . 2地理信息与地理信息系统 地理信息系统( g i s ) 是一种比 较特殊的管理信息系统。 本课题所涉及的 信息 管理系统主要是针 对地下管网以 及地面各种建筑参照物的 管理信息系统， 因 而有 必要对一些所涉及到的地理信息概念作一些介绍。 如地图、地理信息系统等。 2 . 2 . 1地图与地理信息系统 地图 ( ma p ) 是一种图 像， 从地图上我们可以 获得一个地区或整个地球表面 在同一时间的空间 现象。 他是自 然世界的一种模型， 是制图 人根据对自 然界的 认 识， 用概括和简化的可视化形式客观反映 自 然世界在某些方面的结构。 读图是通 过对地图符号的理解，建立起地图所表示的客观实际的空间模型。 地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、 质量、 分布特征、相互联系和变 化规律的数字、 文字、图 像和图形等的总称。 地理信息属于空间 信息， 其位置的 识别是与数据连接在一起的。 这是地理信息区别于其他类型 信息的最显著的标 志。 地理信息的这种定位特征， 是通过经纬网建立的 地理坐标来实现空间 位置识 别的。 近几年， 由 于计算机性能的迅速提高， 越来越多 地管理应用软件要求提供可 视化和直观的信息媒体， 从而把人们从抽象的文字信息中解脱出来，因此， 涉及 地图的管理系统得到了广泛应用，与传统的管理信息系统 ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m , m i s ) 不同， 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m , g i s ) 是一种用地理 信息为主要管理内容的综合性软 件系统， 他的最主要特点不仅 能用电子地图的形式直观地表现背景地物信息， 而且能将数据库中的信息进行直 观的可视化分析， 挖掘隐藏在结构化数据之中的 有用信息， 并可做图文互查、 综 合分析等。 g i s 采集、存储、管理、检索、描述、分析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的数据，是空间信息系统。美国国家地理信息与 分析巾 、， ( n c ( ; i 八 ) 干 1 9 8 8 年曾给地理信良系统 日生个定义:为获取存储检索 分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。 g 工 s 是以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形 成 了 一 门 交 叉 性 边 缘 性 的 学 科 ， 这 要 涉 及 地 理 学 、 测 量 学 、 制 图 学 、 摄 影 测 量 与遥感、计算机科学等领域。 g i s 是管理和研究空间 数据的技术系统。 在计算机软硬件支持下， 它可以 对 空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、 对数据 ( 包括地理实体的空间数 据和属性数据) 的 有效管 理、 研究各种地理实体及相互关系， 通过对多 种地理 要 素的综合分析， 迅速地获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数据的形式 表示处里的结果。 2 . 2 . 2地理信息系统的组成 一般，一个完整的地理信息系统有四个部分组成，即计算机硬件环境、 软件 环境、空间数据、系统维护和使用人员。 系统的硬件设置包括: 计算机主机、 数据输入设备、 数据存储设备、数据输 出设备及数据通信传输设备。 系统软 件环境为系统运行所需的各种程序， 它包括: 计算机系统软件、 地理 信息系统软 件和其他支持 软件 ( 包括数据库管理系统、计算机图 形软件 包、 c a d 图像处理系统等， 用于支持对空间 数据输入、 存储、 转换、 输出 和与用户接口) 和应用分析程序 ( 这是用户最为关心的 部分， 也是从空间数据中提取地理信 息的 关键) 。 用户进行系统开发的 大部分工作是开发 应用程序， 而应用程序的水平在 很大程度上决定着系统的优劣与成败。 系统中的 数据包括两大 类: 空间数据和非空间数据的 属性数据。 空间数据用来确定图形和制图特征的位置， 是以地球表面空间 位置为参照 的， 即 几何坐标与拓扑关系。 几何坐标用于标示地理景观在自 然界中的空间位置， 如经纬度、 平面直角坐标、 极坐标等。 拓扑关系表示点、 线、 面等实体之间的空 间联系，如面实体与内部点的包含关系等。 空间数据关系对于地理空间数据的编 码、 录入、格式转换、 存储管理、查询检索和模型分析都有重要的意义，这是地 理信息系统的特色之一。 一 非空间的属性数据用来反映与儿何位置无关的属性， 它是地理实体相联系的 分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。 g 工 s 是以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形 成 了 一 门 交 叉 性 边 缘 性 的 学 科 ， 这 要 涉 及 地 理 学 、 测 量 学 、 制 图 学 、 摄 影 测 量 与遥感、计算机科学等领域。 g i s 是管理和研究空间 数据的技术系统。 在计算机软硬件支持下， 它可以 对 空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、 对数据 ( 包括地理实体的空间数 据和属性数据) 的 有效管 理、 研究各种地理实体及相互关系， 通过对多 种地理 要 素的综合分析， 迅速地获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数据的形式 表示处里的结果。 2 . 2 . 2地理信息系统的组成 一般，一个完整的地理信息系统有四个部分组成，即计算机硬件环境、 软件 环境、空间数据、系统维护和使用人员。 系统的硬件设置包括: 计算机主机、 数据输入设备、 数据存储设备、数据输 出设备及数据通信传输设备。 系统软 件环境为系统运行所需的各种程序， 它包括: 计算机系统软件、 地理 信息系统软 件和其他支持 软件 ( 包括数据库管理系统、计算机图 形软件 包、 c a d 图像处理系统等， 用于支持对空间 数据输入、 存储、 转换、 输出 和与用户接口) 和应用分析程序 ( 这是用户最为关心的 部分， 也是从空间数据中提取地理信 息的 关键) 。 用户进行系统开发的 大部分工作是开发 应用程序， 而应用程序的水平在 很大程度上决定着系统的优劣与成败。 系统中的 数据包括两大 类: 空间数据和非空间数据的 属性数据。 空间数据用来确定图形和制图特征的位置， 是以地球表面空间 位置为参照 的， 即 几何坐标与拓扑关系。 几何坐标用于标示地理景观在自 然界中的空间位置， 如经纬度、 平面直角坐标、 极坐标等。 拓扑关系表示点、 线、 面等实体之间的空 间联系，如面实体与内部点的包含关系等。 空间数据关系对于地理空间数据的编 码、 录入、格式转换、 存储管理、查询检索和模型分析都有重要的意义，这是地 理信息系统的特色之一。 一 非空间的属性数据用来反映与儿何位置无关的属性， 它是地理实体相联系的 地 理 变 量 或 地 理 意 义 ， 如 名 称 、 类 型 、 面 积 、 长 度 等 。 任 何 地 理 实 体 至 少 包 含 一 个 属 性 ， 而 地 理 信 息 系 统 的 分 析 、 检 索 主 要 是 通 过 对 属 性 数 据 的 操 作 来 实 现 的 。 系 统的 管 理 、 维 护 和使 用 人员 是 地理 信息 系 统中 的 重要 构 成因 素， 他 们 在 信 息系统环境中的作 用与关系如图2 - 1 0 san. mwot9#lp !2fr1rl9wgis 叫 avew p 使用人员、 组织和管 理机构 数据 僵噩叫毛画 空间数据库 系统维护 0 1 5 软、硬件 狭义的 地理信息系统仅指计算机软件， 软 件部分由 五个子系统组成 ( 图2 一 1 ) ，这五个子系统对应着 g i s的五项基本功能，下面分别作一介绍。 数据采集， 数据的输入是解决把现有资 料转换为计算即 可处理的形式， 按统 一的参考坐标系统、 统一的编码、 统一的 标准和结构组织到数据库中的 处理过程。 数据的 采集方法包括: 现有地图数字化、 野外测量数据、 航空摄影测量、 数字 式 地理信息处理、 属性数据和文字信息的录入。 空间 数据输 入与 转! 换 图形及属性编辑 空间数据库管理系 统 空间查询与空间分 析 制图与输出 图 2 - 2 g 工 s 软件的结构组成 数据编辑， 数据编辑指对地理信息系统中的空间数据和属性数据进行数据组 织和修该等。 包括空间数据编辑和属性数据编辑， 空间 数据编辑就是利用地理信 息系统软件工具，对现有的以来集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 数据存储管理， 地理数据不仅具有地理目 标的空间 位置与形状的三维信息， 而且还有空间关系和属性信息; 它不但描述地理目 标的现状， 还 可描述地理目 标 的过去 和推测未来， 具有第四维时间信息;作为各种专题信息的公共空间 载体， 数据的一 致性和稳定性、 权威性要求高， 并与各 类专题数据相关， 涉及面广， 数 据共享性强。 查 询与空间分析， 空间查询和空间分析是指对单幅或多幅专题图 件进行分析 运算和指标量算。 地理信息系统的 查询与 空间分析功能是g i s 的主 要优点， 也是 它区别于一般地图制作系统的主要特点。 输出与表示， 输出 与表示是指将g i s 内 的原始数据或经过系统分析和转换后 重新组织的数据以 某种用户可以 理解的 方式提交给用户，表示方式可以 是地图、 表格、图表、文字、数字、影像等。 2 . 2 . 3地理信息系统工具 地理信息系统工具， 也 称为地理信息开发平台 或外壳， 它是具有地理信息系 统基本功能 的工具软 件或开发平台， 供其他系统调用或进行二次开 发。 国内 外已 在不同档次的计算机设备上研制了一批地理信息系统工具。目 前世界上常用的 g i s 软件已 达4 0 0 多 种。 他们大小不一， 风格各异。 国外 较著名的有a r c / inf o , g e n a m a p , m g e 等; 国内较著名的 有m a p / g i s , g e o s t a r 和c i t y s t a r等。 虽然 g i s 起步晚， 但它发展快，目 前己 成功地应用到 一百多 个领域。 将地理信息系 统 外壳 与数据库系统结合， 用以 完成图形图 像数字化、 地理数据的 存储管理、 查询 检索、 结果输出等任务， 就可以开发出 相应的决策支持系统、 专家系统等。 2 . 3地理信息系统的快速原型开发方法 2 . 3 . 1快速原型法的概念 地理管理信息开发技术的选择与确定， 对于新的开发成本、 开发时间以及新 系统的质量 都有着较大的影响。f 几 面所介绍的系统开发技术中， 整个 过程 按n c r 总 织和修该等。 包括空间数据编辑和属性数据编辑， 空间 数据编辑就是利用地理信 息系统软件工具，对现有的以来集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 数据存储管理， 地理数据不仅具有地理目 标的空间 位置与形状的三维信息， 而且还有空间关系和属性信息; 它不但描述地理目 标的现状， 还 可描述地理目 标 的过去 和推测未来， 具有第四维时间信息;作为各种专题信息的公共空间 载体， 数据的一 致性和稳定性、 权威性要求高， 并与各 类专题数据相关， 涉及面广， 数 据共享性强。 查 询与空间分析， 空间查询和空间分析是指对单幅或多幅专题图 件进行分析 运算和指标量算。 地理信息系统的 查询与 空间分析功能是g i s 的主 要优点， 也是 它区别于一般地图制作系统的主要特点。 输出与表示， 输出 与表示是指将g i s 内 的原始数据或经过系统分析和转换后 重新组织的数据以 某种用户可以 理解的 方式提交给用户，表示方式可以 是地图、 表格、图表、文字、数字、影像等。 2 . 2 . 3地理信息系统工具 地理信息系统工具， 也 称为地理信息开发平台 或外壳， 它是具有地理信息系 统基本功能 的工具软 件或开发平台， 供其他系统调用或进行二次开 发。 国内 外已 在不同档次的计算机设备上研制了一批地理信息系统工具。目 前世界上常用的 g i s 软件已 达4 0 0 多 种。 他们大小不一， 风格各异。 国外 较著名的有a r c / inf o , g e n a m a p , m g e 等; 国内较著名的 有m a p / g i s , g e o s t a r 和c i t y s t a r等。 虽然 g i s 起步晚， 但它发展快，目 前己 成功地应用到 一百多 个领域。 将地理信息系 统 外壳 与数据库系统结合， 用以 完成图形图 像数字化、 地理数据的 存储管理、 查询 检索、 结果输出等任务， 就可以开发出 相应的决策支持系统、 专家系统等。 2 . 3地理信息系统的快速原型开发方法 2 . 3 . 1快速原型法的概念 地理管理信息开发技术的选择与确定， 对于新的开发成本、 开发时间以及新 系统的质量 都有着较大的影响。f 几 面所介绍的系统开发技术中， 整个 过程 按n c r 总 织和修该等。 包括空间数据编辑和属性数据编辑， 空间 数据编辑就是利用地理信 息系统软件工具，对现有的以来集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 数据存储管理， 地理数据不仅具有地理目 标的空间 位置与形状的三维信息， 而且还有空间关系和属性信息; 它不但描述地理目 标的现状， 还 可描述地理目 标 的过去 和推测未来， 具有第四维时间信息;作为各种专题信息的公共空间 载体， 数据的一 致性和稳定性、 权威性要求高， 并与各 类专题数据相关， 涉及面广， 数 据共享性强。 查 询与空间分析， 空间查询和空间分析是指对单幅或多幅专题图 件进行分析 运算和指标量算。 地理信息系统的 查询与 空间分析功能是g i s 的主 要优点， 也是 它区别于一般地图制作系统的主要特点。 输出与表示， 输出 与表示是指将g i s 内 的原始数据或经过系统分析和转换后 重新组织的数据以 某种用户可以 理解的 方式提交给用户，表示方式可以 是地图、 表格、图表、文字、数字、影像等。 2 . 2 . 3地理信息系统工具 地理信息系统工具， 也 称为地理信息开发平台 或外壳， 它是具有地理信息系 统基本功能 的工具软 件或开发平台， 供其他系统调用或进行二次开 发。 国内 外已 在不同档次的计算机设备上研制了一批地理信息系统工具。目 前世界上常用的 g i s 软件已 达4 0 0 多 种。 他们大小不一， 风格各异。 国外 较著名的有a r c / inf o , g e n a m a p , m g e 等; 国内较著名的 有m a p / g i s , g e o s t a r 和c i t y s t a r等。 虽然 g i s 起步晚， 但它发展快，目 前己 成功地应用到 一百多 个领域。 将地理信息系 统 外壳 与数据库系统结合， 用以 完成图形图 像数字化、 地理数据的 存储管理、 查询 检索、 结果输出等任务， 就可以开发出 相应的决策支持系统、 专家系统等。 2 . 3地理信息系统的快速原型开发方法 2 . 3 . 1快速原型法的概念 地理管理信息开发技术的选择与确定， 对于新的开发成本、 开发时间以及新 系统的质量 都有着较大的影响。f 几 面所介绍的系统开发技术中， 整个 过程 按n c r 总