（市政工程专业论文）基于MapX的给水管网地理信息系统开发.pdf

基于m a p x 的给水管嘲地理信息系统开发 摘要 本文针对我国中小城市给水管网管理的实际情况，通过调查和分析给水管网 运行管理过程中所存在的不足和需要迫切解决的较为困难的问题，结合当今盛行 的地理信息技术，提出了建立城市给水管网地理信息管理系统的总体方案，并研 制开发了相应的计算机应用程序。 在对目前给水管网管理方式以及管理过程中碰到的问题进行分析的基础上， 给出了城市给水管网地理信息管理系统的总体方案和详细设计，同时建立了给水 管网基础数据库，依照数据库的组织方式对管网数据进行管理、编辑和分析，并 在此基础上，开发了城市给水管网图形显示、图形编辑、水力模拟、管网事故处 理、管网数据查询分析和管网数据专题图等功能模块，建立了城市给水管网地理 信息系统，以充分发挥管网数据和计算机技术在城市供水管理中的作用。 本文详细阐述了建立城市给水管网地理信息管理系统的思想基础、遵循原则、 设计过程以及采用的计算技术，对管网各功能模块建立了数学模型，运用地理信 息技术对城市给水管网进行了图形和属性数据一体化的操作，从而使给水管网的 管理更加直观、便利和准确。 课题的主要成果为给水管网地理信息系统，其目的就是利用地理信息技术和 计算机技术，结合城市给水管网管理的需要，将城市给水管网中管段及各种附属 设备信息数字化，使用计算机存储和管理，以代替传统管理中的图纸和手工方式， 提高信息检索的效率，提高管理的科学性和可靠性，辅助城市供水部门更好的管 理城市给水管网。 关键词：城市给水管网；地理信息系统；数据库；水力模拟：事故处理 i i 硕1 ：学位论文 a b s t r a c t i na l l u s i o nt ot h ea c t u a ls t a t u so fc i t ys e r v i c ep i p en e t w o r km a n a g e m e n t ，t h e t h e s i sp r e s e n t st h ec o l l e c t i v i t yp r o j e c tt h a tt oe s t a b l i s ht h ec i t ys e r v i c ep i p en e t w o r k g e o g r a p h yi n f o r m a t i o nm a n a g es y s t e m ，b a s e do nt h er e s e a r c ha n da n a l y s eo ft h el a c k w h i c he x i s ti nt h ec o u r s eo fr u n n i n gw a t e rp i p en e t w o r ka n dt h ed i m c u l tp r o b l e m w h i c hn e e dt ob es o l v e d t h ec o m p u t e ri n t e m e ta p p l i c a t i o n si sd e v e l o p e da n d e m p o l d e r e d b a s e do nt h ea n a l y s eo ft h ew a yo ft h ew a t e rp i p en e t w o r k sm a n a g e m e n ta n d t h ed i f f i c u l tp r o b l e mw h i c he x i s ti nt h ec o u r s eo fr u n n i n gw a t e rp i p en e t w o r ki t p r e s e n t s t h ec o l l e c t i v i t y p r o j e c to ft h ec i t y s e r v i c e p i p e n e t w o r kg e o g r a p h y i n f o r m a t i o n m a n a g es y s t e m a n de s t a b l i s h st h e w a t e r p i p e n e t w o r k sb a s i c d a t a - b a s e ，a n dc o n f o r m sa f r e s ht h en e t w o r kd a t ab yt h em o d eo f d a t a - b a s eo r g a n i z a t i o n t h e no nt h eb a s eo fi t ，o p e no u tt h ew a t e rp i p en e t w o r k sg r a p h i c ss h o wa n d e d i t ，h y d r a u l i c s i m u l a t i o n m o d u l e ，d i s p o s a l a c c i d e n tm o d u l ea n dd a t a q u e r y a n d a n a l y s em o d u l ea n ds e tu pt h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m i tw i l le x e r tt h e n e t w o r k sd a t a b a s ea n dc o m p u t e re f f e c to nt h ec i t yw a t e rm a n a g e m e n t t h et h e s i se x p a t i m eo nt h et h o u g h tb a s e ，p r i n c i p l e ，d e s i g np r o c e s sa n dc a l c u l a t e t e c h n i q u et h a tu s e d i nt h ef o u n d a t i o no ft h es e r v i c e p i p en e t w o r kg e o g r a p h y i n f o r m a t i o nm a n a g es y s t e m ，a n ds e tu pe a c hm o d u l e sm a t hm o d e l i th a n d l e st h e n e t w o r k sg r a p h i c sa n dw o r d si naw h o l eu s i n gt h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m t e e h n i q u e t h a tw i l l m a k et h ew a t e rp i p en e t w o r km a n a g e m e n te a s y , f a c i l e l ya n d e x a c t l y t h el a s tr e s u l to ft h ep r o b l e mi ss e r v i c ep i p en e tw o r kg e o g r a p h yi n f o r m a t i o n m a n a g es y s t e m i t sa i mi s t os t o r ea n dm a n a g ec i t yw a t e rs u p p l yn e t w o r kw i t h c o m p u t e rb yt h eu s eo f g i sa n d c o m p u t e rt e c h n i q u ea n dc o m b i n et h en e e do ft h ec i t y w a t e rs u p p l yn e t w o r km a n a g e m e n t i tw i l lr e p l a c et h et r a d i t i o nm a n a g em e t h o dw i t h d r a w i n g a n dh a n d w o r ka n di tw i l l i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y o fi n f o r m a t i o n s e a r c h e s ，i m p r o v et h es c i e n t i f i c a l n e s sa n dr e l i a b i l i t yo fm a n a g e m e n ta n d i tw i l la s s i s t t h ed e p a r t m e n to fc i t yw a t e rs u p p l yn e t w o r km a n a g e m e n td ot h e i rw o r kb e t t e r k e y w o r d s ：c i t y w a t e rs u p p l y n e t w o r k ；g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ； d a t a - b a s e ；h y d r a u l i cs i m u l a t i o n ；d i s p o s a la c c i d e n t i 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：谗，扣效 日期籼( 年孓月订日 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 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 日期：v e 年争月乙7 日 日期：z ( 年箩月乙弓日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 引言 随着科学技术的迅猛发展，计算机以极快的速度渗入到社会生活和工业生产 的各个方面，将人类带入了信息时代。信息时代最鲜明的特征就是信息技术的广 泛运用。信息技术是信息时代的必然产物，它的引入使工业的管理形式和管理手 段发生了巨大变化，许多企业和部门的管理形式因此由单项管理转向协作管理， 管理手段由传统的人工方式转变为管理信息系统方式。信息技术对社会、经济的 发展产生的影响是广泛而显著的。 给水工程是城市的基础设旆之一，是社会生产和人民生活的命脉，它是城市 建设中不可缺少的一个行业。随着社会进步，城市规模不断扩大，给水工程亦日 益壮大和复杂，现有的城市给水管网是一个复杂庞大的系统，首先，在整个系统 中，除了上千公里长的大小管段外，还有数量众多的各种附件，如阀门、消火栓 等：其次，管网的建设跨越的年代长，保留下来的资料记载也不一样，有文字记 载、手工图，也有c a d 图纸；另外，随着城市的发展，管网的规模在不断扩大， 管网系统在更新，整个系统是一个动态的系统；还有城市给水管网几乎都是隐蔽 工程，这样管理起来就更加困难【l 】。这样，传统的翻阅档案与管理人员经验相结 合的管理方式就显得力不从心了，不仅效率低、准确度差，而且滞后严重。因此， 将信息技术引入给水工程，提高给水工程的管理水平和服务质量成为必然趋势。 城市给水管网是给水工程的主要组成部分，它的基本任务是安全可靠、经济合理 地为人民生活、工业生产等提供用水。对分布广泛、情况复杂的城市供水管网的 各类技术信息进行系统管理，建立一个结构比较合理、功能比较齐全、信息传输 准确的城市给水管网管理信息系统，以满足城市给水部门管理需要，保证安全高 质快捷地将水输送到千家万户是十分必要的【引。 在传统的管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) ，如人事、 财务、资料等管理系统中一般都有数据库，这些数据库都属于按一定关系组织的 二维表。设想要建立一个地区的商业网点数据库，其属性字段可能包括名称、规 模、类型等，当然还应该有位置信息。不管用经纬度，还是别的方式来叙述各店 铺的位置，始终不如把它们表示在一幅图上那样直观。 在现实世界中，关于发生在我们周围的事件或者对象的描述，有8 0 以上的 信息都与地理位置有关，或者说都具有地理空间位置属性。管理这类对象，只用 数据库或c a d 等图形软件都不能充分反映出它们的空间和属性信息。随着计算 基于m a p x 的给水管网地理信息系统开发 机技术的发展，近2 0 年来，出现了地理信息系统，它作为一种先进的计算机技术， 能够把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来p j 。 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mg i s ) 是在计算机硬件、软 件系统支持下，对整个或部分地球表层( 包括大气层) 空间中的有关地理分布数 据进行采集、存储、管理、运算、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。g i s 处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形 数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各 种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题【4 l 。在g i s 的支持下，提供给 使用者的信息产品不仅仅是简单的文字和数据( 称为属性信息) ，而且还有一幅幅 空间矢量图形或栅格图像( 称为空间信息) 。地理信息系统，同别的应用软件一样， 具备对这些带有空间属性的对象进行输入、输出、编辑、修改、查询之类的基本 功能。地理信息系统中空间数据是分层的，各个层单独保存，可单独访问，方便 修改和管理。可以把许多层叠加起来分析问题，研究解决方案。地理信息系统可 以使用各种坐标系统，可以自定义独立的坐标系统，也可以采用全球统一的坐标 系统。采用全球统一的经纬网系统来标定对象的位置便于相互拼接，方便数据的 相互转换。此外，利用地理信息系统的空间分析和统计运算功能作为决策支持系 统的平台，能对已有空间和属性信息进行加工处理，得出科学的结论，避免因人 而异的主观随意性，有利于科学决策。g i s 表达问题准确，这种系统特别适合管 理各种与空间位置有关的事物。目前g i s 已广泛应用于政府行政管理、军事、国 防、商业等各个领域，尤其广泛应用于专业技术性管理，如国土资源、矿产资源、 交通运输、防灾减灾、环境保护、水电建设、水土保持、森林防火、建设规划、 公安、消防、工程、邮电、海洋、农林和银行等方面的技术性管理【5 l 。凡是需要 用到各种位置图的地方都可以使用g i s 。 平比较高，同时存在着巨大的应用潜力， 从目前我国g i s 应用的情况看，总体水 对g i s 的需求还会不断增加。我国g i s 的应用，已经从科研部门和测绘及资源环境等领域，扩展到其他领域，其中，g i s 在城市给水行业的应用将是一个新的热点。 g i s 技术可以为城市供水行业提供全新的服务手段，并能充分利用相关信息 对城市供水及城市建设进行多层次、全方位的分析和研究。对于提高城市供水管 理的规范化、决策科学化、服务社会化的水平，促进城市供水的可持续发展具有 重大意义。因此，建设以g i s 技术为支撑的城市供水信息管理系统势在必行。 1 2 国内外研究概况 地理信息系统是由加拿大人于1 9 6 0 年首先提出的，他认为地球空间各事物的 现象和地图可以用数字来表示，这些数字就是地理数据，地图数字化后就可以用 计算机存储和处理，便于资源分析。在以后的十年问，g i s 迅速发展，1 9 7 0 年和 2 硕士学位论文 1 9 7 2 年，国际地理联合会就分别召开了第一、第二次g i s 学术研讨会，推动了该 领域的发展。到8 0 年代中期，g i s 就成为世界性的学科和技术体系。而国际上的 城市地理信息系统的研究开始于9 0 年代初期，它是为城市建设、城市规划、城市 管理提供信息和信息服务的空间型地理信息系统，经过2 0 多年的迅猛发展，城市 地理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愈来愈重要 的作用，并渗透到国家政府、机关、经济部门以及人民生活的各个部分。是否具 有先进的城市地理信息系统，已成为衡量一个城市管理水平和投资环境的重要标 志。可以说，高度发展的软科学环境之一一城市地理信息系统，正把高度发展的 西方物资文明推向一个新的高度【6 】。 近年来国际g i s 技术的发展趋势，主要体现在两方面： ( 1 ) 技术融合 “3 s ”即g i s 、r s ( r e m o t es e n s i n g ) 和g p s 的一体化，就是技术综合的体现。 综合是g i s 技术开发和值得注意的重要方向。 ( 2 ) 功能分化 经历早期的功能处理模块阶段后，现在的g i s 已经发展到了组件式和网络化 g i s 的时代，便于g i s 功能的嵌入或将其他软件的功能引入到g i s 中1 7 1 。 如前所述，与空间位置相关的领域都是地理信息的重要应用领域，主要有： ( 1 ) 环境评价和监测领域 主要用于环境影响评价、污染评价、灾害监测、生态系统研究、自然资源管 理等方面。 ( 2 ) 土地和资源评价管理领域 广泛应用子土地管理、水资源清查、矿产资源评价等方面。 ( 3 ) 市政工程建设领域 应用于功能供应网络( 水、电、气) 、电信网络、交通管理、区域与城市规划、 道路工程等方面。 ( 4 ) 为政府和企业提供和决策工具 用予企业和产经营管理、税收、地籍管理、宏观规划、开发评价、公共设施 使用、公共卫生管理乃至经济发展、防灾减灾等方面。 2 0 世纪9 0 年代以来，人类社会正在从工业经济迈向知识经济时代。信息与 信息技术作为社会经济发展的战略资源和主要生产力的观点已为人们普遍共识。 信息产业已成为经济增长的新的驱动力，世界各国愈来愈把发展信息产业放到重 要战略地位上来考虑【8 1 。地理信息系统是国家信息资源的重要组成部分，正在向 信息化方向发展，逐步成为面向2 1 世纪的支柱产业一一信息产业的重要组成部 分。 2 l 世纪是信息社会的世纪，是网络的时代，是超高速信息公路建设进入应用 基于m a p x 的给水管闷地理信息系统开发 的时代。1 0 多年前美国已经提出了n h ( 国家信息基础设施1 和n s n ( 国家空间信息 基础设施) 。当前随着互联网技术的飞速发展，“数字地球”、“数字城市”等以地 理空间科学为基础的信息技术应用也得到越来越多的重视。以空间信息数字化为 龙头带动信息产业的发展已经成为了今天的实践。 国外供水管网建模工作起源于上世纪六十年代美国的r o b e r td e m o y e r 于 1 9 7 5 年提出配水系统宏观模型，它通过大量的实测数据建立起管网内部压力与水 厂出水量出水压力之间的统计关系表达式。八十年代随着计算机和相应技术的发 展，遥测、远传设备成本下降，供水管网系统建模进入了实用阶段，开始初步使 用微观模型即详细地考虑到整个系统的各水力元素。八十年代后期此研究成果引 起了国际供水业的关注，在计算机技术飞速发展的推动下，管网建模成为仿真供 水管网系统动态工况的最有效方法，自来水公司可通过管网建模实现科学管理提 高效益。国外在供水领域的计算机应用研究起步较早，同样开始于上世纪六十年 代，并于七十至八十年代开始了实用性研究，其中主要熏视节能技术的研究工作。 西方发达国家如英国、比利时于八十年代后期开始了供水管网信息管理的研究工 作，取得了一定的成绩，目前英国的g i n c o n 、美国的s t o n e 、8 m 、w a t e r c a d 等都是成型的供水管网管理软件【9 】。 国内供水管网的研究自上世纪七十年代就在个别高校开展，但多适于供水系 统设计的平差理论，对供水管网系统建模的研究尚少。在供水管网优化调度方面 采用宏观模型，即抓住供水调度的几个主要变量，如各水厂供水压力、供水量以 及各压力测量点的压力等，在运行记录的基础上运用统计分析的方法建立起各变 量间的关系式来模拟供水管网的运行。上世纪八十年代末国内一些专家开始尝试 将计算机技术应用予供水系统的模拟，开始了供水行业信息综合管理和应用的研 究工作，很多城市的供水企业都在各个环节逐步引进了计算机的辅助管理，对生 产起到了很好的促进作用。如已经建立的广州市供水管网管理系统、成都市供水 管网运行管理信息系统、南京市自来水供水管网管理系统，这些系统是信息管理 和简单的平差计算的综合，离建模还有一定的差距。上世纪九十年代中期随着计 算机硬件水平的提高和计算机图形学的飞速发展，g i s 技术开始广泛地应用于供 水管网的管理，随着应用的逐步深入，人们发现利用计算机不仅能清晰地表现复 杂的管网图形，而且利用g i s 的拓扑分析辅以人工智能理论专家系统，可以实现 许多辅助分析、辅助决策功能，如事故自动报警、自动关闸计算、自动停水区域 计算等等。北京和上海的自来水公司率先建立起供水控制模型，使得供水系统的 计算机管理水平上升到一个新阶段。到本世纪初，大庆、郑州、哈尔滨、赤峰、 烟台、天津、大连、佛山、江门、肇庆、绍兴等城市都开始了供水管网系统的g i s 应用以及计算机辅助分析方面的研究【l “， 所使用的g i s 开发工具有m a p l n f o 、 m a p g i s 、m a p e n g i n e 等，应用比较广泛的供水管理软件有哈尔滨工业大学开发的 4 硕士学位论文 w n w 系统、中地软件开发的w g i s 系统等。 1 3 论文的研究背景及主要内容 目前，我国以城市地理信息系统为依托，建立城市级的给水管网地理信息系 统的工作已经取得了很大成就，但是相关的开发应用主要集中在经济发达地区和 大城市，像深圳、广州、上海等地的自来水行业都建立了给水管网地理信息系统。 在为数众多的中小城市给水管网以及大型企业厂区、校园给水管网中还很少，而 相关部门的需求却非常强烈。 随着我国城市化进程的加快，出现了为数众多的中小城市和城镇，由于在这 些中小规模的给水管网管理中引用g i s 技术还比较少，长期以来我国大多数中小 城市供水管网都是依靠人工来管理各种资料，当供水管网中某处发生事故时必须 依靠人力查阅图纸，确定抢修方案，这种工作方式不仅工作量大、速度慢，而且 缺乏准确性、科学性。本论文就是针对这种情况，对如何在中小规模给水管网中 经济实惠地应用g i s 技术以及数据库平台和g i s 平台的选择等方面的一次尝试， 旨在运用地理信息技术开发一个适用于中小规模城市给水管网信息管理系统 w m ，其目的就是利用地理信息技术和计算机技术，结合城市给水管网管理的需 要，将供水管网的网络拓扑结构图形和数据信息录入到计算机中，实现供水管网 系统的现代化管理，该系统可以在计算机上实现资料的输入、输出、修改、查询 等功能，简化了供水管网系统的日常管理工作，使工作人员从传统的人工管理图 纸及资料的繁重劳动中得以解脱，该系统可以使各部门及时准确地了解生产情况， 掌握实时数据，以便进行优化控制，从而实现供水管网运行的科学化、数字化、 网络化、智能化、可视化，可以有效地解决供水行业目前存在的一些问题，该系 统还可以提供工况动态模拟计算、事故分析等功能，改善了对铺设于地下的管网 情况不明而盲目管理的现状，能有效地提高管理的科学性和可靠性。该系统有重 要的经济效益和社会效益，有广阔的发展前景。 论文的主要研究内容为： ( 1 ) g i s 平台和开发工具的选择； ( 2 ) 系统开发结构和开发方式的选择； ( 3 ) 给水管网图形电子地图化的方法； ( 4 ) 系统的数据库设计； ( 5 ) 事故分析模型的建模和算法的实现； ( 6 ) 给水管网水力工况动态模拟建模及算法： ( 7 ) 程序界面设计及系统集成。 基于m a p x 的给水管网地理信息系统开发 第2 章开发工具介绍 2 1 地理信息系统软件m a p l n f o 正因为g i s 已经成为涉及多种行业的信息技术工具，有广阔的应用前景，所 以其产品的开发引起各界有识之士的重视。 随着计算机硬、软件技术的飞速发展，大容量存取设备的使用，为空间数据 的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段，用户屏幕和图形图像卡的发展 增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使g i s 朝着实用化方向迅速发展。 有代表性的国外g i s 软件有a r c i n f o 、m a p l n f o 、m g e ，国内g i s 软件有中国 地质大学武汉中地信息工程有限公司开发的m a p g i s 等。 m a p l n f o 是美国m a p l n f o 公司的产品。该公司致力于为用户提供先进的数据 可视化、信息地图化技术，并将这些技术与主流业务系统集成，提供完整的解决 方案。m a p l n f o 吸取了传统g i s 系统的精华，并借助于计算机技术的发展，及时 地将g i s 的概念从大中型计算机的专用工作站引入到普通p c 上，开创了一种崭 新的地理信息系统模式，即桌面地图信息系统。m a p l n f o 豹出现，吸引了越来越 多的用户。该产品自2 0 世纪9 0 年代初进入中国后，在各行各业得到了普遍的关 注。在统计、信息中心、测绘、邮电、水利、环保、油田、林业、军事、工商等 部门得到了广泛的应用。 m a p l n f o 软件是一个面向中小型用户的桌面地理信息系统，价格大大低于 a r c i n f o 和m g e 。 m a p i n f 0 公司把m a p l n f o 软件的市场定位总结为一个等式： m a p l n f o = m a p i n g + i n f o r m a t i o n 正是基于这一思想，m a p l n f o 软件充分体现了小型、灵活、简单的特点。在 用户界面上，m a p l n f o 利用w i n d o w s 的功能，提供了符号化的菜单和开发工具， 使用户易于掌握。在数据库接口上，m a p l n f o 可以直接接收d b a s e 和m i c r o s o f t 的a c c e s s 格式数据，而无需中间加工，在图形上还可与a u t o c a d 、a r c i n f o 、 i n t e r g r a p h 的m g e 的数据实现共享。在数据的可视化方面，m a p i n f o 具有很大的 灵活性，每一章地图都可以用不同层次的图叠加而成，并且通过的缩放功能观察 整体和局部的细节。除了一般的查询、显示、绘图功能外，m a p l n f o 软件还具备 空间分析功能，如叠加分析、缓冲区分析、数值及统计计算等【1 1 】。 m a p l n f o 是功能全面而直观的桌面地图信息系统，m a p l n f o 公司为用户提供了 从独立p c 、客户服务器模式、网络环境到数据库服务器等各种体系结构的产品。 尽管m a p l n f o 原有的市场定位是桌面制图，并提供了日益完善的桌面产品 6 硕士学位论文 m a p l n f op r o f e s s i o n a l ，但是，随着后来以i n t e r n e t 和i n t r a n e t 为代表的新的计算机 体系结构的出现以及和一体化g i s 技术的发展，m a p l n f o 公司在其桌面产品的基 础上推出了一系列新的产品，主要包括： ( 1 ) 开发工具m a p b a s i e 通过使用m a p b a s i c 进行二次开发，能够扩展m a p i n f o 功能，实现程序的自 动重复操作并使m a p l n f o 与其他应用软件集成。 ( 2 ) m a p x m a p x 是m a p i n f o 公司提供的一个性能价格比较好，功能较强的o c x 控件。 在标准的可视化开发环境下( 如v b 、c + + 、d e l p h i 、p o w e r b u i l d e r 等) ，通过 m a p x 可以将地图对象方便地嵌入到实际应用中。 ( 3 ) m a p x t r e m e 它是面向企业的基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的地图应用服务器。m a p x t r e m e 充分利 用i s a p i 、n s a p 和c g i 的优越性，并可在任何w e b 服务器上运行，与w e b 服务 器和测览器有较好的兼容性。 ( 4 ) s p a t i a l w a r e 这是在对象一关系数据库环境下，基于s q l 进行空间查询和空间分析的空 间信息管理系统。s p a t i a l w a r e 可将所有的空间数据作为对象进行存储，可以以现 有的栅格图像文件为基础，利用m a p l n f o 专题图、山坡投影和着色技术生成三维 图像。 总之，作为世界著名的g i s 软件供应商，信息可视化技术领导者之一，m a p l n f o 无论是在技术上，还是在市场占有率上，与其他g i s 软件供应商相比都具有一定 的优势。m a p l n f o 的产品涵盖了桌面制图系统到为用户提供全方位的数据可视化 和地理分析系统，并且功能正在不断地发展和完善。 2 2 组件技术与m a p x 2 2 1 组件与a c t i v e x 组件式软件技术，是面向对象技术和分布式计算在软件工程中应用的深化和 融合。在软件领域，关于组件( c o m p o n e n t ) 和组件的基本属性，目前还没有定论。 一般来说，可以认为组件是一个独立于语言的“即插即用”的独立对象，是一种 按特定工业标准开发的，经过严格检测并且可重构的标准应用程序子集。 无论如何，组件开发技术是目前软件开发和设计的先进动技术。它将复杂的 应用程序设计成一些小的、功能单一的、类似于硬件元件的软件组件模块，这些 组件遵守相同的工业标准和规范，可以运行在同构环境或异构网络环境中。微软 公司的a c t i v e x 控件技术就是组件开发潮流的代表之一【l2 1 。 组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率，使近2 0 年来兴起的 基于m a p x 的给水管网地理信息系统开发 面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。现在组件化软件已成为软件技术发展的 潮流。很多相对较为专业，但用途广泛的软件，如g i s 、语音识别系统等，都以 组件的形式组装和扩散到一般的软件产品中。 作为代表性的g i s 组件产品，m a p l n f o 公司的产品m a p x 已广泛应用于g i s 应用软件的开发之中。m a p x 是基于a c t i v e x 的控件。a c t i v e x 是美国微软 ( m i c r o s o f t ) 公司的构件标准，它是o l e 控件和o c x 在i n t e r n e t 环境上的扩展。 分布式构件模型( d c o m ) 是a c t i v e x 的基础【1 3 】。 提到a c t i v e x ，应该从它的前身o l e 技术谈起。几年前当微软公司首先使用 o l e 技术的时候，初衷是为了增强软件的互操作性。在使用过程中，人们逐渐认 识到这一技术背后的实质性内容和它在软件开发中所扮演的重要角色。 ( 1 ) o l e 技术 o l e 的原意是对象链接和嵌入( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ) 。o l e 起源 早于c o m ，在o l e 的发展过程中产生了c o m 。但c o m 提出后，才使o l e 技术 有了飞速发展。 出现这样的局面，其原因是在o l e l 0 中组件与客户之间的通信，采用的是 动态数据交换机制( d d e ) ，由于d d e 以w i n d o w s 的消息机制为基础，而非基于 接口技术，因此，效率低、稳定性差，使用不便。从o l e 2 0 开始，微软放弃了 d d e ，而采用了新的c o m 模型，采用接口作为程序之间通信的标准，此后，o l e 技术不再局限于“对象链接和嵌入”，而形成了桌面系统上进行程序通信的一个实 用技术统称。 o l e 具有相当复杂的技术内容，这里只对与用户密切相关的自动化技术概念 作一介绍。所谓o l e 自动化就是让一个软件以可编程方式来使用另一个应用程序 所提供的各种服务。由于o l e 2 0 以c o m 为基础，因此实现通用的可编程化显得 非常自然。在w i n d o w s 中，大型应用程序都提供了o l e 自动化对象。提供自动 化对象的程序称为自动化服务器，而使用自动化对象的程序则称为自动化控制者。 自动化控制者( 如v b 、b c 、p b 等) 一般都提供一个称为o l e 容器的控制，具 体处理o l e 服务器和控制者的通信。o l e 自动化服务器给控制者提供的可编程 工具有事件、属性和方法。通过o l e 容器，可以编程获取或设置o l e 服务器的 属性，处理其事件，调用其提供的方法。 ( 2 ) c o m 与d c o m 技术 组件必须按照特定的标准进行开发、发布和使用，不同的软件工业标准形成 了不同的组件体系。最流行的组件工业标准是微软制定的组件对象模型c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 、c o m + 及分布式组件对象模型( d c o m ) 。c o m 是 组件之间相互接口的规范，是o l e 和a c t i v e x 共同的基础，其作用是使各种软件 组件和应用软件能够用一种统一的标准方式进行交互。c o m 所建立的是一个软件 碗士学位论文 模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过 接口进行通信。c o m 本质上仍然是客户服务器模式。客户程序请求创建c o m 对 象并通过c o m 对象的接口操纵c o m 对象。服务器根据客户的请求创建并管理 c o m 对象。 c o m 接口不带任何版本，接口一量公布，即不能作任何修改。若要修改接口 支持的对象方法、参数和语义，必须定义新的接口，赋予新的接口标识码。采用 这种限制，并支持多个接口是c o m 解决版本更新的有效手段。 基于分布式环境下的c o m 称为d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m ，分布式组件对象模 型) 。d c o m 是a c t i v e x 的基础，它实现了c o m 对象与远程计算机上的另一个对 象之间直接交互。d c o m 规范定义了分散对象创建和对象问通信的机制。 d c o m 也是一种客户机服务器的对象模型( 0 b j e c t sm o d e l ) ，这一模型使得 各种软件构件和应用软件能够用一种统一的标准方式进行交互。d c o m 接口实际 上是逻辑上和语义上相关联的函数集。服务器对象通过d c o m 接口为客户对象提 供服务，客户对象不需要了解服务器对象的内部数据表示，接口采用全局唯一标 识符( g u i d ) ，来保证服务的唯一性，通常的d c o m 构件提供多种服务，服务器 对象为每一种服务实现一个接口。当客户对象指针指向相应的服务器对象时，它 就激活服务器对象接口的相应函数。 d c o m 的实现采用了d c o m 库的形式，当d c o m 客户对象需要d c o m 服务 器对象的服务时，d c o m 库负责生成d c o m 服务器对象，并在客户对象和服务 器对象之间建立初始连接，旦返回服务器对象指针，d c o m 库就不再参与客户 对象与服务器对象之间的工作，两个对象之间可以自由地通信。客户对象也许并 不知道服务器对象的每个接口，但这并不妨碍客户对象对服务器对象的使用，它 只使用它知道的接口。当客户对象用完服务器对象的服务时，它会通知服务器对 象，服务器对象就释放它所占有的内存。 d c o m 的好处显而易见。由于接口的定义保持不变。d c o m 构件开发者可以 改变接口功能、为对象增加新功能，甚至用更好的对象来代替原有对象，而建立 在构件基础上的应用程序几乎不用修改，从而大大提高了代码的重用性。 ( 3 ) a c t i v e x 技术 由于a c t i v e x 既包含服务器端技术，也包含客户端技术，因此被广泛应用于 w e b 服务器以及客户端的各个方面，也被用于方便她创建普通的桌面应用程序。 a c t i v e x 技术主要包括的内容是：a c t i v e x 控件、a c t i v e x 文档、a c t i v e x 脚 本描述和a c t i v e x 服务器框架。其中a c t i v e x 控件( a c t i v e x c o n t r 0 1 ) 用于向w e b 页面、m i c r o s o f tw o r d 等支持a c t i v e x 的容器中插入c o m 对象。 a c t i v e x 作为o l e 的新版本，加强了o l e 接口对数据和特性的管理，效率更 高，而且更加便于进行i n t e r n e t 互操作。a c t i v e x 技术是o l e 技术在i n t e r n e t 上的 9 基于m a p x 的给水管网地理信息系统开发 重定义，而a c t i v e x 控件则是o l e 控件在i n t e r n e t 的扩展。可见a c t i v e x 技术并 不等同于a c t i v e x 控件。 a e t i v e x 控件除具有o l e 自动化对象的特征之外，还具有一些面向用户的特 征： ( 1 ) 实地激活。c o m 对象能在容器窗口内进行实地编辑，虽然o l e 自动化 对象都能进行实地激活，但a c t i v e x 控件被激活时，不像o l e 自动化对象要与 o l e 控制者合并菜单和工具条，因而显得非常灵活。 ( 2 ) 属性页。属性页包含了a e t i v e x 控件的一些属性项，利用属性页，可以 在设计阶段设置控件属性，而o l e 自动化对象只有在阶段用程序设置属性值。 ( 3 ) a e t i v e x 由于包含的界面要素要少得多，甚至大多数不包含界面要素， 因此a e t i v e x 一般都小巧玲珑。如m a p x 控件比m a p l n f o 要小得多，但实现的功 能差不多。 a c t i v e x 控件是充分利用o l e 和a e t i v e x 技术的自定义控件，是基于与应用 程序无关的思想而设计的，其目标是提供一种面向对象、与操作系统无关、与机 器平台无关、可以在应用程序之间互相访问对象的机制。从本质上讲，a c t i v e x 控件是a e t i v e x 服务器，它提供所有的o l e 功能和服务，包括可视化编辑、拖放 和o l e 自动化1 1 4 1 。 作为建立在c o m 标准上的独立的软件元件，a e t i v e x 控件提供给用户应用接 口，发送相应的事件，开发者则可以截取这些事件，执行相应的功能。a c t i v e x 控件工作在3 2 位操作系统环境下。这不同于1 6 位的v b x 。一个或多个a c t i v e x 控件存在于一个动态链接库中，扩展名是o c x 。 2 2 2 基于组件技术的m a p x 软件技术的飞速发展大大推动了g i s 的发展。 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。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若干控件，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 控件与其他非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。 国内外g i s 公司将c o m 组件开发技术应用于g i s 开发，把g i s 的功能适当 抽象，以组件形式供开发者使用，纷纷推出由一系列a e t i v e x 控件组成的组件式 g i s 。 1 9 9 5 年第一个可嵌入的g i s 控件一- - s y l v a nm a p s o c x 发布之后，几乎所有 的g i s 软件公司都推出其核心产品的a c t i v e x o c x 控件，如1 9 9 6 年e s r i 公司的 m a p o b j e c t ，同年m a p l n f o 公司的m a p x 、b l u em a r b l eg e o g r a p h i c s 公司的g e o v i e w 、 v i s u s lc o m p o n e n t 公司的g e o p o i n t 、i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 等。国内的g i s 硕士学位论文 控件化的发展也很快。 由于a c t i v e x 控件技术的特点，g i s 组件具有功能强大，性价比高的优势。 更重要的是，过去g i s 系统的使用，更不必说进一步开发了，那只是少数人具备 的能力。这大大妨碍了g i s 应用的推广。而现今，由于g i s 组件可以直接嵌入开 发工具中，对于广大开发人员来讲，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，自由选择他们熟悉的开发工具，如 v i s u a l c + + 、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 等几 乎大多数主流开发工具，就可以完成g i s 应用系统的开发和集成。而用户可以像 使用其他a