（交通信息工程及控制专业论文）基于GIS内河航道管理系统开发.pdf

南京理工大学硕士学位论文基于口5内 河航道管理系统开发 ab s t ra ct e f f e c t i v ei n l a n d份 a t e r 贾 a ym ana g e m e n ts y s t 朗 w a st h ei 帅o r t antg u arant e e o ft r a f f i cs a f e t yo n帕t e 邝a y aronn dt h ed e s i 助 andd e v e l o 卿e n to fi n l a n d ，at e r ， a y man a g e 配n ts y s t em b a s e do ng i s ， t h e 哑i ns t u d yc o n t e n t 份 a 石c o 口 p o s e d 贾 i t ht h ef o l l o 邢 i n gp art s : pre s e n ts i t u a t i o no f 百 a t e r w a y . a n a g eme n tat h ome andabr o a d w a sa n a 1 y z e d . and t h e 即p l i c a t i o n o f g i st e c h n o l o 盯 t o w a t e r w a y 回 a g e men t 呱s d i s c u s s e d t h es y s t e mf r a 口 eo fi n l andw a t e rwsy 吸n a g e m e n t粉se s t abl i s h e d， i t ht h e b a s i cfun c t i o no fr e s c u ei n for 哑t i o nq u e r yo n帕t e r ， a yandn avi g a t i o n口 a r k pos i t i o n i n g . t h es y s t 胭 w a s d i v i d e di n t ot hre es ub一 s y s t e m s ， a s t h es u b 一 s y s t em o fg i s ，t h es ub一 s y s t e mo fr e s c u ei n for 口 a t i o nq u e r yandt h es u b 一 s y s t 胭 o f n avi g sti o nid a r k p o s i t i o n i n g . t h eg i sc o 叩o n e n t st e c h n o l o g yandt h et e c h n i c a l c h ara c t e r i s t i c so fm a p xw e r es t u d i e dd e e p l y .t h ed e v e l o p m e n tmod eo ft h e s y s t e m份 a si n t e g r a t e ds e c o n d aryd e v e l o 即e n to f m a p x andv i s u a 1 b a s i c . and t h e s u b 一 s y s t e m s贾 e r ed e s i gne dc l e arl y . t h ek e yt e c hno l o g i e si n v o 1 v e di nt h ed e v e 1 o 卿e n to ft h es y s t e mw e r e s t u d i e di nd e t a i l . 0n t h eb a s i s o fi n f o r mat i o nc 1 a s s i f i c a t i o n ，t h ei n f o r 口 a t i o n abo u t 帕t e 洲a y and r e s c u e 哑t e r i a l s 贾 a s c o d e d w i t h t h es u p p o r to f t h ee n c o d i n g t e c h n o l o g y . thei n l a n d ， w 时e 理盯 e l e c t r oni cm a p w a s p r o d u c e d w i t hm a p i n f o and t h es u p p o r to fv e c t ori z a t i o nt e c h n o 1 o g y .b a s e do nd i g i t a 1e l e v a t i o n物d e l ， t h e c r u i s i n g v i d e o o ft h r e e 一 d i m e n s i o n wat e 邝盯 能5 讲o duc e d w i t hi mag i s . the s t o r a g e s t r u c t u r e o f w ate r ， a y c a t e g o r i c a l dat a 贾 a s d e s i g n e d . r e s c u e i n f o r m a t i o nq u e r yo fmul t i 一 d i r e c t 主 onsa n dnnj1 t i r ang ew a sach i e v e db yt h e u t i 1 i z a t i o no fd a t aba s es t o r et e c h n o l o gy a n dt h ep 叨e r f u lq u e r yfun c t i o ni n g i s .t h e r e a l 一 t i me mon i t o r i n g o f n a v i g a t i o n 田 a r k w a s ach i e v e d b y t h e spp l i c a t i o no fn avi g a t i o n. a r ki n f o r 口 a t i o nt r ansmi s s i o nt e c hno 1 o g yandg p s d a t ae x t r a c t i n gt e c h n o l o g y ， andt h es y s t e 口s o f t w are贾 a s口 a d eo nt h eb a s i so f t h ed e t a i ld e s i g no fs y s t 叽 thes t u d yo ft h et h e s i swasg o o dt oi 叩r o v et h ee f f i c i e n c yo f份 a t e r w sy man sge m e n t . a n dan e 份r e s e arc ht h i n k i n go f髓t e r w a y m a n sge men t w a sp r o v i d e d . k e y 贾 o r d s :贾 a t e 评a y r e s c u ei n f o r 口 s t i o n m a n sge 口 e n t ，g i s ，g ps ，n avi g a t i o n口 a r kp o s i t i o n i n g ， q u e r y n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知， 在本 学位论文中， 除了 加以 标注和致谢的部 分外， 不包含其 他人己 经 发表或 公 布过的 研究成果， 也不包含我为获得 任何教育机构的学 位 或学 历而 使 用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明口 研 究 生 签 名 : 呈 婆进 红 如 7 年7 月 少日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档， 可以借阅或 上网公布本学位论文的 部分或全部内 容， 可以向 有关部门 或 机构送交并 授权其保存、 借阅 或上网公 布本学 位论文的 部分或全部内 容。 对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 遥里牵一 山 亏 年 7 月 夕 日 南京理工大学硕士学位论文签于gis内河航道管理系统开发 1绪论 1 . 1问题提出 随着国民经济的飞速发展，以及我国工业化和城市化进程的加快， 交通运输需 求急速增长， 交通运输业获得迅猛发展，内河航运的运输量稳步上升， 尤其是长江 航运事业蓬勃发展，辖区通航船舶密度加大，进江海轮也逐渐向大型化发展， 增大 了 航道管理的难度， 造成了水上交通安全的隐患。 如何改善航道管理方式、 应对水 上交通安全的严峻形势是关系到水运业能否持续健康发展的关键，已成为研究航道 管理的焦点之一。 目 前， 影响水上交通安全的因 素比 较多， 相互之间关系复杂， 主要有两个方面 的问 题比 较突出: 航标管理和水上应急救援。 航标是供船舶定 位、 导航或者用于其 他专用目的的助航设施， 航标的位置和工作状态与水上交通安全密切相关。 在我国， 航标的管理、维护工作都是由人工现场进行， 无法保证航标时刻处于正确的工作状 态。 航标管理、维护效率的提高，既能保证航标的工作状态， 又极大地降低航道管 理人员的工作强度，同时为船舶提供了良 好的通航环境。 水上交通一旦发生涉及人身财产安全、环境污染等交通事故，如果得不到及时 救援，容易造成重大人员伤亡和财产损失，如果救援速度有效，将会大大降低事故 带来的影响。因此， 救援的速度是水上应急救援的基本要求。 而能否快速、 有效地 实施救援的关键在于前期救援信息搜集工作是否充分。 gis 地理信息系统技术和g ps全球定位技术为解决上述问 题带来了新的思路。 本论文将地理信息系统 (g1 5 ) 、全球定位系统 ( gps) 等技术引入航道管理，建立 基于g ls的内河航道管理系统。 希望该系统实现航标管理的自 动化，以 及水上应急 救援信息快速、 有效的查询， 提高水上应急救援的 速度， 消除水上交通安 全的隐患。 1 . 2国内外研究状况 优越的自 然条件是内河航道获得大发展的前提， 但落后的航道管理方式严重阻 碍了内河航道健康持续的发展， 只有认清我国 航道管理的不足、 与发达国家的差距， 才能确定适合我国国情的航道管理的发展方向。 下面主要介绍国内外航道管理研究 现状，作为本论文研究的参考和依据。 1) 国外研究状况 航道的发展离不开航道管理水平的提高， 发达国家如美国和德国除通过航道工 1 南京理工大学硕士学位论文墓于自5内河航道管理系统开发 程对航道进行改造升级之外， 还借助了现代化信息技术手段， 建成一套强化管理的 电子水路信息系统，并以 信息系统为平台，开展航道管理业务。 航标信息的现代化管理是在 1 9 94年6月美国夏威夷召开的第十三届国际航标 大 会上 提出 的川 。 其 基 本的 思 路是 借 助 现代 计 算 机 技 术、 现 代 通 讯技 术和 全球卫 星 定 位 东 统 建 立 一 个自 动 化 航 标 信 息 管 理 系 统 ， 从 而 对 助 航 标 志 实 行 动 态 、 实 时 的 管 理， 保证航标信息标志的正常工作， 减少由于航道变迁 ( 指水深变化、河床地形变 化) 、标志故障而造成的海损事故的发生。 在建立航道管理信息系统方面， 欧美发达国家开展了大量的 研究。 德国联邦交 通部利用互联网开发了 航运电子信息网站，实现了 航道动态、 船舶定位等的信息交 流 和 对 危 险 货 物 运 输 的 管 理 。 娜 威 于1 9 96年 推 出“ 水 道 地 理 信 息 系 统” 川 。 这 个 新 系统是根据欧洲七国工业集团的要求， 将航标信息、 船舶 航行动态报告系统、 交管 系统、 气象信息以 及相关的码头、理货、货源、 海洋污染和锚地等各种信息通过计 算机网络连成一个庞大的数据库， 从而建立了一个近似i nternet 的内部交互网络. 此后， 继挪威的研究成果， 世界各国的航标机构相继宣布开发成功航标信息自 动化 管理系统。除了控制形式因各国航标体制的不同有所区别外， 其基本原理和技术路 线大致相同。 美国在 9 0年代开始将智能运输系统、差分全球定位系统等先进的计算机、通 讯和导航技术应用到航道建设、管理和维护工作中. 美国航道助航设施由远程助航 和近程助航两部分组成。 远程助航为无线电 助航系统， 可分为g ps 系统和远距离无 线电导航系统，如劳兰系统 ( l o r an) . 近程助航是安装在水上浮动设施或岸上固 定设施的可视的、有声的或雷达信号，包括灯塔、浮动信号灯、浮动航标、雷达反 射装置、声音替报装置等， 帮助船舶确定位置和安全地航行。 全美国共有5 0 0 00多 个助航设施，其中3 5 0 00个在美国的沿海水域，巧0 00个在西部的河流。这些助航 设施为美国的国防、经济、 科学、环境和社会的发展做出了重要的贡献， 保证了 各 种 船 舶( 军 事 舰艇、 油 船、 货 船、 客 船 和游 艇等) 在 水 上的 安 全航行121 。 在航道救援方面， 美国海岸带卫队于2 0 05年12月装备了新的“ 救援21” 搜索 和救援指控系统替代国家危难和响应系统 ( ndrs) ，用于救援美国近海区域遇险的 船员12 。 由 此可见， 寻求科学技术的帮助是发达国家航道管理研究的重点，比如在航标 管理方面结合导航、 通讯技术实现了 航标管理自 动化; 建立航道信息数据库， 利用 互联网技术实现了航道信息共享等。 2 )国内研究状况 对比国外航道管理的发展状况， 在将科学技术应用到航道管理方面，虽然我国 航道管理在硬件设施 ( 包括计算机、 网络、 通讯设施等) 与发达国家的差距并不大， 南京理工大学硕士学位论文基于gis内河航道管理系统开发 但缺少软件的支持， 尤其是缺乏自 主开发的适合本国、 本地区的 航运调度、 信息管 理的各层次的软件， 而且以信息技术为主导的航道管理机制也相当薄弱， 造成了现 有的航道手工化管理的诸多不足。 近年来， 航道管理对内河航运的制约已引起有关 部门和人员的注意， 除了进一步通过航道工程改善航道通航条件以 外， 也加强了 相 关方面的研究和软件的开发力度。 我国 航标监控的研究与国外大致同步。 1 9 95年初上海航标厂和上海航监局提出 建立 “ 航标信息自 动化管理系统” ，其中包括:航标基础数据库、遥测遥控系统、 人 工 智 能 系 统111 。 之 后 在1 9 95年6 月 建 立了 国 内 第 一 个子系 统“ 航 标基 础 数据 库，o 1 996 年9 月在原有基础上又建立了i ntr anet ( 企业网) 互交网，实现航标基础数 据库 “ 分级管理、资源共享”的要求。 2 0 03年4 月，由长江武汉航道局与武汉大学 g ps 工程研究中心共同研制的航标智能化监控系统在武汉长江大桥区域投入使用， 该系统是国内首个正式投入使用的智能航标监控系统。 之后， 长江航道局开始对三 峡 库区 的 航 道 进 行 助 航 系统 改 造， 并 使 用了 智 能 航 标 监 控 系 统1， 。 与 此 同 时 ， 长 航 局上海航道处针对电子江图与信息系统的特点和优势， 结合上海航道处航道航标管 理 任务 ， 描 述了 电 子 江图 显 示与 信息 系 统 在 长 江 航 标管 理 所 起的 作 用i4) . 由 天 津 水 运工 程 科学 研究院 研 制 开 发的“ 内 河 航 道管 理 信 息 系 统” 151 ，已 在全 国各级航道管理部门中应用。该系统建立了完备的航道信息数据库， 在管理内容上 分为航道技术管理、 航道行政管理、航道维护技术管理及航道定级管理四 个方面; 在使用功能上包括报表、统计分析数据、 查询具体数据、航道技术档案、 航道行政 管理档案、航道维护技术档案等. 浙江省交通厅航运管理局及浙江大学合作研制开发了“ 内 河航道交通信息管理 系 统” 1.1 。 该 系 统 依 靠数据 库技 术 和 互 联网 技术 实 现 航道交 通 量的 采 集、 统 计、 分 析以及传输四位一体的功能。 中 国 地 质 大学 设 计了 一 个“ 基 于ma p g is平台 的 航道信息 管 理系 统” itl 。 该系 统以有关地理信息的空间数据和属性数据为核心， 利用gis 等技术实现了 对航道基 础地理数据的计算机管理与分析决策，并对航道g ls数据库建设进行了 研究。 另 外 ， 针 对现 有 航道图 矢量 化 转 换 到 地 理 信 息系 统中的 方 法15 ， 以 及 在 航道g is 基础上对专题图的 制作等方面1， 1101， 国内 都进行了 一定的研究。 我国 航道管理研究起步晚， 但近年来取得了 长足的进步， 尤其是g is技术在航 道管理方面的 广泛应用推动了该项研究的发展. 基于g is技术建立的 航道电 子地图， 是航标监控、空间查询、内河模拟引航等功能实施的优良平台， 其中还涉及gps 技 术、 数据库技术、 信息传输技术、 rs技术等。 因此， 将多种技术综合应用到航道管 理中，是国内 外航道管理发展的主要趋势。 南京理工大学硕士学位论文基于gis内河航道管理系统开发 1 . 3主要研究内 容 本论文围绕基于g is的内河航道管理系统的设计以及航标定位、 水上救援信息 查询功能等子系统的实现进行研究，其主要研究内 容如下: ( 1) 综述国内 外航道管理的研究现状， 分析我国内 河航道中巫待解决的问题; 评述地理信息系统 (g1 5) 的发展和应用，重点讨论其在航道管理中的应用。 (2)构建基于 g is 的内 河航道管理系统，根据功能实现的区别将系统分成地 理信息子系统、 水上救援信息查询子系统和航标定位子系统。 采用结构化设计方法， 以m a p x 和v is ua1b asi 。 集成二次开发方式， 对系统各功能模块进行详细地设计. ( 3 )根据系统详细设计，确定各功能模块的实施方案。着重研究系统开发过 程中涉及的关键技术， 包括航道地图矢量化技术在电子江图制作中应用; 根据数据 库技术建立属性表: 利用信息处理技术及航标信息传输技术， 对航标进行定位; 在 良 好的数据库存储结构的基础上， 结合g is强大的查询功能， 实现救援信息的多方 位查询等。在系统详细设计的基础上，编制相关应用软件。 (4)进行系统调试工作，发布应用程序，并运行演示。 南京理工大学硕士学位论文 荃于015内河航道管理系统开发 2地理信息系统综述 在席卷全球的新技术革命浪潮中， 人类迎来了 信息时代， 信息时代的强大活力 预示着未来社会文明和人类智力劳动的现代化。当今，信息已成为一项重要的社会 资源和动力源，引起了社会职能、结构、价值、产业以及生活方式的重大变革，也 给人们的观念、方法和行为带来了一场新的革命。 地理信息系统( g e o g r aph i c a ll n f o rma t i o ns y s t e mg i s ) 是一门介于信息科学、 空间科学和地球科学之间的交叉学科1111，是分析与处理海量地理数据的通用技术。 它在近 30 多年来取得了飞速发展，并应用于与地球资源和环境有关的各学科中。 地理信息系统的出现， 改变了地理信息交换的 方式， 并为地理学的研究注入了 新活 力，正如陈述彭先生所说: “ 如果说地图是地理学的第二代语言，那么地理信息系 统就是地理学的第三代语言。 ” 2 . ig i s 的产生和发展 地理信息系统是20世纪60年代中期逐渐发展起来的一门 新技术。由 于40年 代计算机科学、 地图学和航空摄影测量学的发展， 逐渐产生利用计算机汇总各种来 源的数据。 借助计算机处理和分析这些数据， 最后通过计算机输出一系列结果， 作 为决策过程的有用信息，这就产生了最早的地理信息系统。 1 )国外发展状况 纵观地理信息系统的发展， 尤其是地理信息系统发展较早的地区如北美地区的 实际情况， 可见地理信息系统是随着计算机技术的发展而逐步成长起来的. 一方面 是技术的保证，另一方面是社会发展的需求， 使得国外地理信息系统发展比较充分 ll:l。 2 0 世纪50年代由于计算机技术的发展，地理信息系统也处于萌芽状态. 测绘 工作者和地理工作者逐渐利用计算机汇总各种来源的数据， 借助计算机处理和分析 这些数据， 最后通过计算机输出一系列结果， 作为决策过程的 信息。 1 9 56年， 奥地 利测绘部门首先利用电 子计算机建立了地籍数据库。 早期的g is大多数是基于格网系统，因而发展了许多基于栅格的操作方法。 到 了 6 0年代，地理信息系统开始注重于空间数据的地学处理，这一时期是地理信息 系统的摇篮时期。 如加拿大地理信息系统( c g i s)是为处理加拿大土地调查获得的大 量数据建立的，该系统于 1 9 63年开始研制，1 9 71年投入正式运行，被认为是世界 上第一个较为完善的地理信息系统。同时，许多与g is相关的组织机构纷纷建立， 5 南京理工大学硕士学位论文墓于gis内河航道管理系统开发 如1 9 66年美国成立城市和区域信息系统协会(u r lsa)， 1 9 69年成立州信息系统全国 协会( nas i s ) 等。 地理信息系统的真正发展应是 70 年代的事情。这一时期，计算机技术飞 速发 展， 用户屏幕和图形、图像卡的发展大大增强了人机对话功能和高质量的图形显示 功能。软件方面，第一套利用关系数据库管理系统的软件问世，据国际地理学会 ( igu) 调查，70 年代出现了80 多种地理信息系统软件。地理信息系统在继承 60 年代技术基础之上， 充分利用了 新的计算机技术， 但系统的数据分析能力仍然很弱。 在地理信息系统技术方面未有新的突破，系统的应用与开发多限于某个机构。 80年代是地理信息系统的普及发展阶段， 随着计算机的迅速发展和普及， 地理 信息系统也逐渐走向成熟。 硬件方面， 第四代计算机的推出， 特别是新一代微机的 诞生， 为计算机的普及与应用创造了条件， 加上计算机网络的建立， 使地理信息系 统的传输时效得到极大的提高。地理信息系统的应用领域迅速扩大，从资源管理、 环境规划到应急反应， 从商业服务区 域划分到政治选举区， 从比 较简单的、 单一功 能的、 分散的系统发展到多功能的、 共享的综合性地理信息系统， 并向智能化方向 发展。许多国家制定了本国的地理信息系统发展规划，启动了若千科研项目，建立 了 一些政府性、学术性机构。如中国 于 1 9 8 5年成立了资源与环境信息系统国家重 点实验室;美国于 1 987年成立了国 家地理信息与分析中心(n cc工 a);英国于 1 987 年成立了 地理信息协会。同时， 商业性的咨询公司、软件制造商大量涌现，提供了 系列专业化服务， 这个时期地理信息系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入 市场。 2 0 世纪90年代是 g ls应用的大发展阶段， g ls作为一种通用的工具被广泛使 用。 g is已成为许多机构必备的工作系统， 并在一定程度上改变了传统的工作模式， 提高了 工作效率。另一方面， 社会对g is的认识增强， 用户籍求增加，导致g ls应 用领域的进一步扩大和应用水平的提高， 地理信息系统已 成为全球关注的问题， 例 如，地理信息系统已列入美国“ 信息高速公路计划” 、美国副总统戈尔提出的“ 数 字地球”战略、我国的 “ 三金工程” 等， 都包含有地理信息系统项目 的建设。 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，g is 己 经深入到 各行各业，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具。 2) 国内发展状况 我国地理信息系统方面的工作自20世纪80 年代初开始。以1 9 80 年中国科学 院遥感应用研究所成立全国 第一个地理信息系统研究室为标志， 在几年的 起步发展 阶段中，我国地理信息系统在理论探索、 硬件配制、软件研制、 规范制定、区域试 验研究、 局部系统建立、 初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了长足的进步， 积累了 经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。 南京理工大学硕士学位论文荃于g ls内 河航道管理系统开发 在我国， 地理信息系统进入发展阶段的 标志是从第七个五年计划开始。 地理信 息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了 有计划、有组织、 有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时开展了地理信息系统 研究与开发工作， 如全国性地理信息系统( 或数据库) 实体建设、区域地理信息系统 研究和建设、城市地理信息系统、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和 地理信息系统教育培训等。 通过近五年时间的努力， 在地理信息系统技术上的应用 开 创了 新的 局面， 并 在 全国 性应 用、 区 域 管理 、 规 划决 策 等 方 面 取 得了 实 际的 效 益。 进入 90年代以后，随着市场经济的发展，g is步入快速发展阶段。 “ 中国g is 协会” 和 “ 中国海外g is协会” 相继成立， 并且出现了一批从事地理信息学科和工 程的高科技企业，经营地理信息系统业务的公司逐渐增多、 g is 的发展逐渐步入规 模化、 产业化的轨道， 涌现出一批优秀的地理信息系统软件， 如g e ost a r ， 琳pgis， c i t y s t a r ，v i e w g i s ，s u p e r 幼 a p 等。 我国地理信息系统事业经过 10 年的发展，取得了重大的进展。地理信息系统 的研究与应用正逐步形成行业，已 经具备了走向产业化的条件11，1。 2 . zgis 应用现状 目 前， 地理信息系统己 成功地应用到了包括资源管理、自 动制图、设施管理、 城市和区域的规划、 人口 和商业管理、交通运输、石油和天然气、 教育、军事等九 大类别的一百多个领域。 在欧美等发达国家， 地理信息系统的应用己 遍及环境保护、 资源保护、灾害预测、 投资评价、 城市规划建设、 政府管理等众多领域叫。 近年来，随着我国经济建设的迅速发展， 加速了地理信息系统应用的进程， 在 城市规划管理、 交通运输、 测绘、 环保、 农业、 制图等领域发挥了重要的作用， 取 得了良好的经济效益和社会效益。 l)gis 在地理空间 数据管理中的 应用， 即以多种方式录入的 地理数据， 以 有效 的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索，以多种方式输 出决策所需的地理空间信息。 北京测绘部门以 北京市大比 例尺地形图为基础图形数 据，在此基础上综合叠加地下及地面的各大管线( 包括上水、污水、电力、通讯、 燃气、工程管线等) 以及测量控制网，规划路等基础测绘信息， 形成以测绘数据为 基础的城市地下管线信息系统，从而实现了对地下管线信息的全面管理。 2)gis 在空间查询和空间分析功能的运用。 为了便于管理和开发地理空间和属性 信息， 根据数据的性质分类， 性质相同 或相近的归并一起， 形成一个数据层， 便于最 优路线分析、 益置分析、 缓冲区分析、 拓扑空间查询、 集合分析等。 如何安排多路普 车交通路线， 以保证在紧急时刻、 任意地方应至少能有一辆替车在事发后最短时间内 南京理工大学硕士学位论文墓于gis 内 河航道管理系统开发 赶到出事地点; 在环境保护方面， 对水土流失导致土地资源的破坏进行评价: 在区域 环境质量现状评价过程中， 对整个区域的 环境质量进行客观地、 全面地评价， 以反映 出 区 域中 受污染的 程度以及空间分布状态; 在大都市防震减灾系统中的 应用，1 9 94 年的美国 洛衫矶大地震， 就是利用arc/工 nf。 进行灾后应急响应决策支持， 成为大都市 利用g ls技术建立防震减灾系统的成功范例。 3) 应用 g ls 一些二次开发函数库或组件开发出具有特定功能软件系统。如国 家九五攻关项目“ 紧缺金属资源快速勘察评价系统”， 这个系统中， 分成地质变量 信息提取模块、数据挖掘模块、物探数据处理模块、图像处理模块、 综合预测模块 等， 其中地质变量信息提取模块使用了mapgis 中基本输入函数、空间功能分析函 数1131。 随 着时代的发展， 各个领域内 管理模式逐渐不能 适应日 益提高的 管理要求和难 度， 将g is应用到管理中，建立管理系统平台以改善管理方法、提高管理的效率成 为g ls应用主要方向之一。目 前， g ls在航道管理的应用为改变我国内 河航道管理 落后的现状提供了一种有效的途径。 2 . 3gis 在航道管理的应用 地理信息系统独特而强大的空间和属性功能， 使得地理信息系统区别于其他技 术。计算机辅助设计 ( c a d )处理的对象是规则的几何图形及其组合，但属性功能 很弱; 数字地图制图系统强调的是图的表示， 缺少对非图形数据的管理能力; 而事 务处理系统根本不涉及空间数据的管理ilj。 地理信息系统的独特性， 决定了它的不 可替代性:而数据处理功能的完备性，则是其成功应用于各个领域的主要原因。因 此， 将g is引 入到 航道管理， 建立航道地 理 信息系统， 实现航道管理 信息 化将能 给 航道管理带来巨大的影响: 1) 可提高航道管理人员的办事效率， 实现航道管理网络化、无纸办公，实现 航道信息资源的共享。航道管理与g ls及i nternet 技术结合，可以 构成网络地理 信息系统( w e b g is) ， 利用w e b g is提供的可视化表现功能，可以在i nternet 上发布 航道信息，为i nternet 的航道信息用户提供数字航道信息服务。w e b g is使用者可 以 利用webgis在 工 nte r n et上检索、查询各种航道地理信息，共享 工 nternet 上提 供信息资源。航运企业、个体船主、海事、港口 等各有关业务单位也能够及时地获 取或查询到有关的航道技术资料和航道的实时信息，从而指导航运船舶合理配载、 安全航行。 2) 航道数据更新快、航道信息利用率提高， 航道 g ls 可通过多种渠道获取航 道专题信息，实现航道数据库的更新。 新的电子江图包含各种专题要素，航道管理 南京理工大学硕士学位论文 荃于015内河航道管理系统开发 人员可根据自己的实际需要调出自己 所需要素航道图 或综合航道图， 有目 的、高效 率地利用航道数据信息。 3 ) 航道gis 可以方便地对电子江图中航道信息进行编辑、查询。航道g is 支 持数据文件的输入， 可读入航道图形数据文件， 直接生成电子江图。 航道g ls也可 以连接多种外部数据库，支持对动态目 标信息、航道信息、地理信息、服务设施信 息等各种信息的查询， 支持数字航道的无级缩放、 分层显示和管理。 根据航道建设、 管理的需要，能够方便地打开、查询到所需的技术资料。 4 ) 航道 g ls 可查 询航道信息的内 容多，查询方式、输出 结果多样化。 将空间 信息和属性信息相结合， 对时间和空间的信息做出 直观的描述，并可以 把查询与分 析结果以多媒体的形式展现出来，满足不同用户对航道信息的需求。 5) 航道 g is 最重要的 功能是能够实现数据挖掘，为航道建设和管理提供决策 支持。 航道g ls不仅可以 对航道地理空间数据库进行编码存储和提取， 而且还可以 建立模拟现实航道的模型。 可以 将对航道各个侧面的航道评价结果作用于其上， 得 到综合分析评价结果， 也可将航道发展的自 然过程、 决策转化成命令、函数和分析 模拟程序等形式作用于这些模型上， 结合航道相关数据， 模拟航道演变过程的发生、 发展、结果，对未来的航道情况做出定量或趋势性预测。根据模拟取得预测或实验 的结果，系统可以迅速生成相应的航道整治备选方案，为航道管理提供决策支持。 6) 提高航道工程管理工作效率。在航道 g ls 基础上可开发、提供许多专业性 较强应用计算程序，如利用数字高程模型 (dem) 数据，可以 快速地建立断面图， 对工程土石添挖方量进行计算，可根据 d em 格网或不规则三角网 (ti n) 的每个基 本单元面积，计算整个区域航道两岸地表面积115111，1。 基于我国内河航道管理的现状以及g ls的功能特点， 将g is引入航道管理已成 为研究的热门方向， 相关部门 和机构就此展开了 研究，并取得了一定的成绩。 温州市港航管理局对内河航道管理的现代化进行了研究， 指出航道管理现代化 的主要途径是信息化建设， 并提出基于g is建立航道管理信息系统， 实现航道业务 分 析与 管 理 等 功能15 。 武汉大学在水道演变分析以 及模拟引航等方面都进行了 深入地研究和探讨， 并 分别设计、 开发了“ 水道演变分析系统”间和“ 电 子江图 地理信息系统” 11，1，以 上 两个系统通过相关 g ls 软件制作电子江图，并进行了一系列航道管理研究。 “ 水道 演变分析系统”利用g is的空间叠置分析、数字高程模型、三维显示等技术，实现 绘制任意水道断面图、 定量计算水道冲淤量等功能;而 “ 电子江图地理信息系统” 主要针对模拟引航的实现，构建了完善的空间和属性数据库. 连云港航道管理处对航道数字地形模型建设进行了 研究， 探讨了面向g ls数字 测图的技术、方法及全过程的关键问 题，并对所获取的航道数字地形特征信息的准 南京理工大学硕士学位论文荃于gis内河航道管理系统开发 确性 进行了 分 析回。 福建省航道管理局设计、开发了“ 数字航道航标定位遥测遥控系统” ，系统 建立了g ls电子江图， 利用g s m 将g ps定位信息从监控终端传输到控制中 心， 并将 航标位置信息实时显示在电子江图121。 通过对g is在航道管理上应用现状的分析， 可以看出g is技术在航道方面的应 用主要还是以数据的空间查询、 管理和空间统计分析为主， 而对基于航道数字高程 模型进行实现空间决策支持以及g ls与rs 的集成应用的研究比较少。今后，须加 强g is多方面功能应用的研究， 充分发挥g is的技术优势， 开创g is在航道管理中 的广阔前景。 南京理工大学硕士学位论文荃于g 昭 内河航道管理系统开发 3内河航道管理系统开发 针对内河航道管理的 现状， 本章构建了基于g ls内河航道管理系统框架， 该系 统由三个子系统组成， 包括地理信息子系统、 水上救援信息查询子系统和航标定位 子系统。 本系统的开发是一项复杂的工程， 根据软件工程思想， 采用科学的开发步 骤和技术，选择合适的程序设计语言和开发工具。目前， pb m a p l n fo 公司提供的 activex 控件产品m a p x 在类似的 地理信息系统的开发中应用得比 较广泛。 3 . 1电子地图二次开发控件物p x 3 . 1 . 1组件技术的兴起 目 前， 在软件开发领域，一场新的革命正在悄悄兴起， 这是由日 趋成熟的组件 技术引发的， 其前身是微软公司提出的ole 技术， 目的是为了增强软件的互操作性。 然而在使用过程中， 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。组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率，这一 点己 逐步成为软件开发人员的共识。 由 于组件技术的出现， 软件产业的形式也随之发生了很大的变化。 大量组件生 产商涌现出来，并推出各具特色的组件产品;软件集成商则利用适当的组件快速生 产出用户需要的某些应用系统;大而全的通用产品逐步减少; 很多相对较为专业， 但用途广泛的软件，如g is、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 ilal。 3 . 1 . 2组件技术与gis 的发展 既然组件式软件技术已 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 ls软件像其他软件一样，也正 在发生着革命性的变化，即由 过去厂家提供了 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， 组件式g ls技术将给整个g is技术体系和应用模式带来巨大影响。组 件式g is的基本思想是把g is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 is控件之间，以及g is控件与其它非g ls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 ls应用。 1) 组件式g is系统的特点 南京理工大学硕士学位论文墓于 gis内河航道管理系统开发 把gis 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 is工 具无法比拟的优点: ( 1) 小巧灵活、价格便宜。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 根据实际需要选择控件， 最大限度地降低了用户的经 济负担。 组件化的g ls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 is 开发工具的十分之一。 这样， 用户便能以较好的性能价格比获得或开发g is应用系 统。 (2) 无须专门g is开发语言，直接嵌入管理信息系统 ( m 工 5) 开发工具。 传统 gis 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。 而组件式g ls建立在严格的标准之上， 不需要额外的g is二次开发语言， 只需实现 g 工 5 的基本功能函数，按照m icrosoft的a cti vex 控件标准开发接口。既有利于减 轻g is软件开发者的负担，又增强了g is软件的可扩展性。g is应用开发者， 不必 掌握额外的g is开发语言，只需熟悉基于w ind 叨平台的通用集成开发环境，以及 g is 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vc+，vb，d e l p h i ，c + b u i l d e r以 及p 洲e rb u i l d e r 等都可直接成为g ls或翎15 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发 挥。 ( 3 ) 强大的g is功能。 新的g is组件都是基于32位系统平台的， 采用i n p r o c 直接调用形式， 所以无论是管理海量数据的能力还是处理速度方面均不比 传统g ls 软件逊色。小小的g ls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 is组件可以 直接嵌入m is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 is组件提供的a pi形式 非常接近m is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。 (5) 更加大众化。 组件式技术己 经成为业界标准， 用户可以 像使用其他a cti vex 控件一样使用g ls控件， 使非专业的普通用户也能够开发和集成g is应用系统， 推 动了g ls大众化进程。组件式g is的出现使g ls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可视化工具。 2) 组件式g is开发平台的结构 组件式g is开发平台通常可设计为三级结构: ( 1) 基础组件，面向 空间数据管理， 提供基本的交互过程， 并能以 灵活的方 式与数据库系统连接。 南京理工大学硕士学位论文基于gis内河航道管理系统开发 (2)高级通用组件，由基础组件构造而成，面向通用功能，简化用户开发过 程，如显示工具组件、选择工具组件、编辑工具组件、属性浏览器组件等. 它们之 间的协同控制消息都被封装起来， 这级组件经过封装后，使二次开发更为简单。如 一个编辑查询系统，若用基础平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用组 件，只需几行代码即可实现。 ( 3) 行业性组件，抽象出行业应用的特定算法，固化到组件中， 进一步加速 开发过程。以g ps监控为例， 对于g ps应用， 除了 需要地图显示、信息查 询等一般 的g ls功能外， 还需要特定的应用功能， 如动态目 标显示、目 标锁定、 轨迹显示等。 这些gps 行业性应用功能组件被封装起来后， 开发者的工作简化为设置显示目 标的 图 例、轨迹显示的颜色、锁定的目 标，以 及调用、接受数据的方法等. 3)g 工 5 组件的构成 g is软件的模型包含若干功能单元， 诸如空间 数据获取、 坐标转换、 图 形编辑、 数据存储、 数据查询、数据分析、制图表示等。要把这些所有的功能放在一个控件 内 几乎是不可能的，即使实现也会带来系统效率上的低下。 一般可以认为g is构件 的 设计主要遵循应用领域的 需求， 例如esri地m apo b j e c t s 就是以空间 数 据访问、 查 询、 制图为主要目 标的g ls构件。 4 ) g i s 组件产pap gis 组件的代表作应首推h 即obj e c t s 以 及m a p x 等。 其中前者由 全球最 大的g is 厂商e s ri( 美国环境研究所) 推出， 后者由 著名的 桌面g ls厂商pb m a p l nf。 公司推 出，另外还有加拿大阿波罗科技集团的tit a n 等回。 3 . 1 . 3g i s 组件施p x 简介 m a p x 是pb m api n fo公司向 用户提供的具有强大地图分析功能的a cti vex 控件 产品。由 于它是一种基于w i ndows 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 +，y 主 s u a 1b a s i c ，d e l p h i 等。利用m a p x ，能够简 单快速地在应用系统中嵌入地图化功能，增强系统的空间分析能力，实现系统的增 值。 m a p x 采用基于施p lnfoprofess i