（道路与铁道工程专业论文）公路基础地理信息系统及其关键技术研究.pdf

摘要 广州市作为广东省的省会城市 其经济发展离不开公路交通这一重要基础设 施 广州市公路局目前采用传统的管理方式需要面对漫长的公路路线 庞大的公 路信息数据 使公路管理者无法有效的掌握公路信息 近些年来 随着公路建设 的迅猛发展 这种传统管理方式与管理者对公路管理信息化水平提高的迫切要求 之间的矛盾日益加深 传统管理方式已不能适应公路建设发展的需要 将 g i s 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 技术应用于公路建设和管理中 是推进公路建 设 管理现代化的重要手段之一 本文结合 公路基础地理信息系统 开发 详细阐述了地理信息系统以及公 路地理信息系统的概念与发展概况 介绍了本系统的关键技术 c o m g i s 技术 w e b g i s 技术 动态分段技术和实现方法 以及开放式数据库技术 并针对b s 以及c s 结构各自的优缺点 提出了多层混合式的系统架构 本文还着重分析了 系统中各组件 控件的功能和作用 介绍了建立本系统属性数据库和空间数据库 的标准与规范 同时从数据库层面以及系统层面对如何实现图属互查的功能作了 详尽的描述 结合网络发布系统的开发 本文提出了一种新颖的扩展a r c l m s 网 络发布功能的方法 系统通过建立统一的公路路线图形和属性数据的数据库 为管理人员提供快 速准确 图文并茂的数据查询功能 提供数据分析处理方法和分析预测工具 并 能将查询和分析结果直观的显示和输出 系统也为后续的路政 养护等业务系统 搭建起了坚实的 数据共享的基础平台 关键词 基础地理信息系统 c o m g i s w e b g i s 动态分段 开放式数据库 a r c i m s a b s t r a c t r o a d o n eo ft h eb a s i ct r a f f i cf a c i l i t i e s d i r e c t l ya f f e c t st h ed e v e l o p m e n to f g u a n g z h o u t h ec a p i t a lo fg u a n g d o n gp r o v i n c e e c o n o m i c s t h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm e t h o dh a st od e a lw i t ht h el o n gd i s t a n c el i n ea n d e n o r m o u si n f o r m a t i o nd a t ao f r o a di tm a k e st h eg o v e r n o ro fr o a dd e p a r t m e n tu n a b l et og r a s pt h ei n f o r m a t i o no f r o a de f f e c t i v e l y t h er a p i dc o n s t r u c t i o no fr o a di nr e c e n ty e a r sm a k e st h et r a d i t i o n a l m a n a g e m e n tm e t h o db e c o m eao b s t a c l et h a tm o r es e r i o u s l yb l o c kt h ew a yo f i m p r o v i n gt h ei n f o r m a t i o n i z a t i o n s o fr o a dm a n a g e m e n ta n dc o n s t r u c t i o na n da l s o c a nn o tm e e tt h en e e do fm a n a g e m e n tm o d e r n i z a t i o na n dt h er e q u i r e m e n to f r o a d s c o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n t a p p l y i n gg i st e c h n i q u et ot h er o a dc o n s t r u c t i o na n d m a n a g e m e n to fo u rc o u n t r yi so n eo fh i g h e f f i c i e n ta n di m p o r t a n tm e a n st op u s hr o a d c o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n ti n t om o d e r n i z a t i o na n di n f o r m a t i o n i z a t i o n a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c eo fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f r o a db a s eg i s m a n a g es y s t e m t h ep a p e re x p a t i a t e st h ec o n c e p t i o no fg i sa n dr o a dg i s a l s o t h e i r h i s t o r yo fd e v e l o p m e n ti n t h ew o r l da n dt h e c o u n t r y i ti n t r o d u c e sk e y t e c h n i q u e so ft h es y s t e m c o m g i s w e b g i sa n dd y n a m i cs e g m e n t a t i o na n dt h e w a yt or e a l i z et h e m o p e nd a t a b a s es y s t e m a n da c c o r d i n gt ot h e i ro w na d v a n t a g ea n d d i s a d v a n t a g eo fc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r ea n db r o w s e r s e r v e ra r c h i t e c t u r e t h i s p a p e rp r o p o s e sas y n t h e t i c a l l ya r c h i t e c t u r eo fb sa n dc s t h i sp a p e rl a i ds t r e s so n t h ei n t r o d u c t i o no fe v e r y c o m p o n e n to ft h es y s t e m a l s o i ti n t r o d u c e st h er u l e sa n d s t a n d a r d o f b u i l d i n g d a t a b a s ea n dd e s c r i b e st h em e t h o do fh o wt or e a l i z e m a p p r o p e r t yi n t e r q u e r y a tl a s t t h i sp a p e rp r o p o s e san e ww a yt oe x t e n dt h e f u n c t i o no fa r c i m s b yb u i l d i n ga ni n t e g r a t e dd a t a b a s eo fg e o g r a p h i cd a t aa n dp r o p e r t yd a t a t h e s y s t e mp r o v i d e sd a t ai n q u i r yf u n c t i o nw h i c hi sf a s ta n da c c u r a t eb yt h ew a yo fs h o w m a p s c h a r t se t c t h em e t h o d sa n a l y z i n gt h ed a t aa n dt h ef o r e c a s tc a na l s ob e a v a i l a b l e a l lt h er e s u l t sm e s s a g ec a nb e d i s p l a y e da n dp r i n t e do u t t h es y s t e m c o n s t r u c t sas o l i d d a t a s h a r ef o u n d a t i o nt os u p p o r tt h er o a dm a n a g e m e n ta n dr o a d m a i n t e n a n c e e t c k e y w o r d s b a s e g i s c o m g i s w e b g i s d y n a m i cs e g m e n t a t i o n o p e nd a t a b a s e a r c i m s i l 长沙理工大学 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 何其他个人或集体己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 旅动 日期 0 6 年厂月2 乙日 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 本人授权长沙理工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 呵爱乃 导师签名 桂巍 日期 6 年r 月1 乙 日 日期 三一5 年j 月巧7 日 1 1 项目的研究背景 第一章绪论 加快公路信息化建设 是我国经济和社会发展的必然要求 是公路行业建设 服务型政府的重要内容 是实现公路管理现代化的必由之路 十一五 期间 交通部将建立全国公路网管理信息平台 逐步实现全国高速公路网的视频监控 为区域路网调度创造技术条件 届时 全国公路网管理信息平台将成为数字化全 国公路平台 高速公路视频监控平台 具备大区域路网交通调度 提供出行信息 宏观决策数据分析功能 根据以上工作目标 交通部公路司提出了建设 1 库1 网1 套应用系统 的公 路管理信息化工作思路 统称为 1 1 1 中国公路管理信息化工程 1 库 是指 1 个标准规范的全国公路数据库 1 网 是指 1 个提供公众出行信息的人性 化公路信息服务网 套应用系统 是指以公路数据库为平台业务应用系统 如 收费公路管理系统 公路养护管理系统 桥梁管理系统 公路路网改造管理 系统 公路路政管理系统等 广州市作为我国经济大省广东省的省会城市 经济发展离不开公路交通这一 重要基础 随着广州市经济的腾飞 公路路网的建设也逐步完善起来 目前广州 市公路网形成了以国道 省道干线为主 其它支线纵横交错的多等级公路网格局 其交通发达 承载量大 广州市公路管理局现已经拥有了 全国公路数据库系统 简称h d b s 但是还缺少1 网1 套应用系统的支持 具体表现为单一的数据 库系统没有图形功能的辅助 公路信息查询功能繁琐 不能满足公路管理现代化 的要求 同时 公路的修建 管理与养护等工作目前大部份仍由人工操作 数据 准确性不可靠 效率较低 因此 广州市公路局决定委托长沙理工大学公路c a d 研究所建立 公路基础地理信息系统 以实现公路管理的现代化 信息化 科学 化和规范化 1 2 地理信息系统概述 1 2 1 地理系统定义 地理信息系统是信息时代的产物 它集多尺度 多类型 多时态等特点于一 身 是人类研究和解决土地 气候 环境 人口 灾害 规划 建设 金融等重 大问题时必不可少的重要信息资源和工具 它是一门集计算机科学 信息科学 现代地理学 测绘遥感学 环境科学 城市科学 空间科学和管理科学为一体的 新兴边缘学科 l i 地理信息系统 g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s 在不同的应用领域 不同的专业领域对其有不同的理解 所以 目前还没有一个完全同意的被普遍接 受的定义 从技术和应用的角度 g i s 是解决空间问题的工具 方法和技术 从 学科的角度 g i s 是在地理学 地图学 测量学和计算机科学等学科基础上发展 起来的一门学科 具有独立的学科体系 从功能上 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 g i s 具有 一定结构和功能 是一个完整的系统1 2 1 1 2 2 地理信息系统发展概述 1 2 2 1 国外发展概述 以发展时间为序列 地理信息系统的发展可以概括为四个阶段 起步阶段 2 0 世纪5 0 年代 发展阶段 2 0 世纪7 0 年代 8 0 年代 推广应用阶段 2 0 世纪8 0 年代一9 0 年代 蓬勃发展 广泛应用阶段 2 0 世界9 0 年代一至今 1 3 1 起步阶段 1 9 5 6 年奥地利测绘部门研发了地理信息系统的雏形 该系统利用计算机建立 了地籍数据库 用于对土地的管理 1 9 6 3 年加拿大测量学家r e t o m l i n s o n 第一次 提出了地理信息系统这一概念 并在1 9 7 1 年建成了加拿大地理信息系统 c g i s 用于自然资源的管理与规划 随后 美国的第一个g i s 软件 s y m a p 在哈佛大学 研制成功 众多的g i s 研究组织和机构也在这个阶段纷纷成立 对g i s 的研究和 发展起着重要的指导作用 2 发展阶段 2 0 世纪7 0 年代以后 计算机硬件技术和软件技术开始了迅猛的发展 使得 g i s 朝实用化的方向发展 世界各国政府部门认识到g i s 的强大功能 在g i s 的 研发上投入了大量的人力 物力和财力 3 推广应用阶段 2 0 世纪8 0 年代 随着研究的深入与理论的完善 g i s 逐步走向成熟 其应用 范围也不断扩大 例如全球可居住区评价 厄尔尼诺现象 酸雨等研究 在这个 阶段 g i s 软件的研发得到了空前的突破 涌现了一大批成熟的g i s 软件公司 并各自推出了代表性的g i s 软件 如a r c i n f o m a p l n f o m i c r o s t a t i o n 等 4 蓬勃发展阶段 2 0 世纪9 0 年代 随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及 g i s 已经成为确定性产业 投入使用的g 1 s 系统 每2 到3 年就翻一番 g i s 市场 的年增长率达3 5 以上 从事g i s 的厂家已超过一千家 g i s 已渗透到各行各业 涉及千家万户 成为人们生产 生活 学习 工作中不可缺少的工具和助手 1 2 2 2 国内发展概述 我国g i s 的起步较晚 到2 0 世纪7 0 年代末才提出开展g i s 的研究 2 0 世纪8 0 年代后才开始迅速发展 在理论探索 规范探讨 实验技术 软件开发 系统建立 人才培养和区域性试验等方面都取得了一定的成绩 武汉测绘科技大 学 现武汉大学 在信息工程专业的成立标志着我国g i s 基本人才的培养走入了 正轨 1 9 9 4 年4 月 我国专门成立了 中国g i s 协会 此后又成立了 中国g i s 技术应用协会 加强了国内各种g i s 学术交流 研制推出了m a p g i s g e o s t a r s u p e r m a p 等具有自主版权的g i s 软件 进入2 1 世纪 随着人们对g i s 的认识的 进一步加深 以及与g i s 相关学科的发展 g i s 的得到了更普遍的应用 为社会 信息化建设提供了有力的工具 1 3 公路地理信息系统概述 公路交通作为国民经济的大动脉 越来越为世界各国政府高度重视 随着全 球信息化的迅猛发展 发达国家都正努力采用最新技术建立高效 智能化的路网 管理体系 用以解决公路路网在设计 施工 监理 养护管理 监控等领域的标 准化 系统化 自动化的问题 保证了管理决策的准确度和可靠性 为国民经济 的发展创造最佳的支撑环境 随着经济建设的高速发展 我国的公路建设也取得了巨大成就 近年来公路 建设规模大 发展快 无论是公路里程 技术等级 还是路面等级都有了突飞猛 进的发展 国民经济和公路建设的飞速发展对公路管理方式和管理技术手段提出 了更高的要求 采用先进的科学管理和决策方法 提高公路的管理水平 充分发 挥公路在国民经济发展中的作用 是当前公路管理工作的重要任务之一 1 3 1 公路地理信息系统定义 对于公路地理信息系统的定义至今还没有完全统一 人们一般根据地理信息 系统的定义来论述 即公路地理信息系统是根据公路路网规划 养护管理等需要 以计算机 全球定位系统和其它电子检测设备为基础 利用地理信息系统技术和 数据库技术 按照 定的空间方式合理组织公路信息流 从而能以地图形式向用 户提供定性和定量查询信息的计算机信息系统p 1 1 3 2 公路地理信息系统的应用 公路g i s 主要应用在公路路网规划 公路设计 公路建设 公路养护 路政 等方面 它作为重要的工具不但能为交通管理部门在规划 设计 施工 维护等 方面管理公路数据 还能够通过图形的形式直观地反映公路路网的状况 实时反 映路网交通信息 以及制作精美的各种专题图外 更重要的是公路g i s 能够在日 常管理业务中提供辅助决策的依据 1 3 3 公路地理信息系统发展概述 1 3 3 1 国外发展情况 世界上第一套较成熟的公路地理信息系统是在加拿大研制成功 并投入使用 的 这套地理信息系统很好地为一条长1 2 7 公里 4 车道的高速公路的初步设计工 作提供了选线 公路通道选择等问题提供辅助决策的依据 另外还解决了项目涉 及的环境分析 公路选址 野生动物 森林 水 土壤 植被和土地利用等问题 亚洲第一套公路地理信息系统于1 9 9 1 年在新加坡正式开始投入使用 该道路 管理系统利用各种高科技仪器来检查公路 准确性高 采用电脑进行资料的收集及 处理分析工作 速度也非常快 使新加坡的公路管理和养护跨入了先进国家行列 2 0 世纪9 0 年后 美国 欧洲 日本等发达国家都相继研制成功了各自的国家 公路网管理系统以及智能交通系统 i t s 这些系统经过不断的改进和完善 已 经成为较成熟的实用的商业系统 取得了较好的社会与经济效益 1 3 3 2 国内发展情况 我国于上世纪9 0 年代才开始研究建立公路地理信息系统 经过几年的学习 探索 实践 研究与开发 己经取得了一定的成就 目前很多省市都己经建立了 公路g i s 系统 对公路路况 交通量 营运 附属设施等进行有效的管理和规划 目前建成的比较有代表性的有 上海市公路地理信息系统 北京市公路地理信息 系统 b h m i s 安徽省公路地理信息系统等 广东省公路地理信息系统 与国外相比 我国的公路g i s 还在很多地方存在不足 1 开发平台种类繁多 数据格式不一致 推广困难 在已建成的公路g i s 中 自行开发平台的很少 大多是利用商用g i s 平台 比如北京市公路养护管理信息系统建立在m a p l n f o 的基础上 广东公路管理系统 则建立在a r c i n f o 的基础上 由于不同平台在数据格式 信息处理的机制上相存 在很大的差别 使公路信息的交流和数据共享非常困难 这样不利于系统的推广 和信息的共享 2 不利于突出公路信息自身特点 公路信息一般都呈带状分布 它的数据有自身独特的特点 而一般的商业g i s 平台的通用性无法突出公路行业自身特点的应用 3 数据垄断 数据库不够完善 数据采集技术不够先进 4 一般每个省市的公路信息都由公路局采集管理 具有行业的垄断性 g i s 应用 于公路行业时间也不长 各地还没有建立起比较完善的空间和属性公路数据库 再加上公路数据的采集技术还存在缺陷 影响了数据的精度 这些客观因素都影 响了公路g i s 的发展 4 分析功能和辅助决策功能比较弱 g 1 s 之所以能发展如此迅速 关键原因就在于它不仅有一般绘图系统的制图功 能 还能对地图数据进行显示和查询 更具有强大的分析和辅助决策功能 但对 目前的公路g i s 来讲 分析决策功能普遍比较薄弱 1 4 项目的研究意义 本研究将以g i s 技术作为数据管理平台 以空间信息 图形数据 和非空间信息 r 属性数据 为数据资源 通过先进的c o m 技术 c o m g i s 技术 w e b g i s 技术 开 放式数据库技术和动态分段技术等最新的信息技术 设计开发基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的广卅i 市公路地理信息系统 对公路工程规划 建设与管理信息进行收集 整理 存储 分析 建立网络化公路信息采集和发布平台 及时发布各种工程信 息 为公路管理和养护部门进行宏观管理 分析决策提供服务的多要素 多层次 多功能的空间型地理信息系统 为主管部门提供决策信息 同时可面向社会提供 各种信息服务 它能及时 便捷地反映公路路况信息 管养机构等信息 对促进 决策的科学化和管理现代化都具有重要意义 同时也可提高工作的科学性 准确 性和实时性 本系统建成以后 一方面 为广州市公路局及下属各分局提供了处理基础性 属性数据 空间数据的图形操作界面 可以全面提高广卅i 市公路局公路管理现代 化水平 充分发挥其管理与行政部门的作用 使其更好地为国民经济服务 另一 方面 为后续各个业务系统的开发工作铺平了道路 打好了宽实的基础 在该平 台上进行业务系统的开发 可以提高软件代码的复用率 降低工作难度 减少重 复性劳动 节省开发成本 将开发精力更多地集中到与业务相关的问题上来 最 后 可以整合路况信息和其它社会信息 为社会公众提供信息服务 极大地提高 公路交通信息化程度 提升公路交通在社会中的形象 扩大公路在综合运输和社 会经济中的影响 1 5 论文的组织 论文第一章是绪论部分 介绍了项目的研究背景以及地理信息系统和公路g i s 的概念和在国内外的发展历史 针对国内公路g i s 存在的不足 提出了项目建设 的意义 第二章详细阐述了论文的关键技术c o m g i s w e b g i s 以及动态分段技 术 开放式数据库系统技术以及多层混合式结构体系结构 第三章系统总体设计 部分 首先对系统的基础性的概念进行了阐述并介绍了设计方法以及系统开发原 则 目的 然后介绍了系统的功能模块以及系统开发工具 第四章主要介绍属性 数据数据库和空间数据库建立原则和建立规范 第五章对基础地理信息系统中组 件的开发过程 图属互查的实现作了详细的介绍 第六章简要的介绍了网络发布 软件a r c i m s 以及系统的实现过程 提出了新的扩展a r c i m s 网络发布功能的方法 最后是本文的结论与展望部分 2 1c o m 技术 2 1 1c o m 定义 第二章系统关键技术 简而言之 c o m 及c o m 技术是一种新的编程理念与方法 它将一个大的软 件系统划分成多个各自独立的有着不同功能的 个体 一一即组件 每个组件都 具有标准通信接口和允许跨平台跨语言的特性 5 1 c o m 的中心思想就是定义可以 软件中可以重用的部分 从而实现了可重用组件的有效机制 这些可重用的组件 可以不断地在后期的开发过程中被软件编程人员复用 c o m 的出现 使得单一的 臃肿的整体应运程序不复存在了 这个庞大的系统被多个定制的组件所取代 多 个组件在运行时相互链接形成一个完整的整体 2 1 2 组件技术的产生 在计算机软件发展早期 一个应用系统往往就是一个单独的应用程序 应用 越复杂 程序就越庞大 系统开发的难度就越大 而且 一旦系统的某个版本完 成以后 在下一个版本出来之前 在这两个版本之间 如果由于操作系统发生了 变化 或者硬件平台有了变化 则应用系统很难适应这样的变化吼这样的开发方 式极大的阻碍了软件行业的的发展步伐 从开发人员到软件公司都在寻找一种新 的软件开发方法 为这种单一 死板的编程方式注入新的活力 组件技术正是在这种背景下产生的 它把这种单一的应用程序打碎成许多的 碎片 称为组件 c o m p o n e n t 它是面向对象技术经过2 0 年风雨历程后进入成熟 阶段的标志性产物 在组件技术的概念模式下 软件系统可以被视为相互协同合 作的对象集合 其中每个对象都会提供特定的服务 发出特定的消息 并且以标 准形式公布出来 以便其它对象了解和调用 通过组件技术开发出的应用程序 不但可以随着时间发展而发展 随着需要 的改变而改变 而且还可以使现存的应用程序方便 灵活地升级 组件技术的出 现改变了以往封闭 复杂难以维护的软件开发模式 并以前所未有的方式提高软 件产业的生产效率 提高软件的复用率 8 j 目前 制定组件实现规范的机构主要有m i c r o s o f t 公司 s u n 公司和o m g 公 司 它们各自的特点如下表所示 表2 1 组件规范特点对比表 其中 以微软公司的c o m 技术为市场占有率第一 得到了广泛的认同与应用 2 1 3 组件技术的特点 c o m 除了具有是现有的应用程序更加方便 灵活的升级外 还具有以下几个 明显的特征h 1 语言无关性 c o m 标准采用的是一种二进制代码级的标准 而不是源代 码级的标准 因此它不依赖于特定的语言 也就是说编写组件对象所使用的语言 与编写客户程序使用的语言可以不同 只要它们都符合c o m 标准就可以 例如用 c 实现的组件对象 可以很容易地在其他的语言如v b 中被使用 2 可重用性 对于大型的软件系统 可重用性非常重要 它能使开发人员 不必去关心 些和次系统无关的工作 也不用一切从零开始 3 应用程序的可定制性 组件结构使得软件开发人员可以按自己的想法来 定制应用程序 就像在餐馆点菜一样 每一个组件都能被其他更能满足要求的组 件代替 应用程序还可以通过增加新的组件发生改变 c o m 组件模型的这些特点决定了它具有强大的生命力以及它对软件开发方式 与理念产生的影响是极其深远的 1 0 1 正因如此 地理信息系统的开发只有采用 c o m 技术 才可以保证它在各种应用环境中的一致性和语言独立性 节约开发成 本 降低开发难度 节省开发时间 延长其软件生命周期 增强其适应性及其鲁 棒性 2 2c o m g i s 2 2 1 传统g i s 存在的问题 传统的g i s 开发方式有着以下的缺点1 1 1 1 开发任务繁重 多为无用功 随着各领域对g i s 的功能提出更多的要求 开发人员不得不在原有的系统中增加代码 满足用户的需求 这使得这个系统越 来越臃肿 给修改 调试代码 查错等带来诸多不便 g i s 软件开发者的任务也越 来越繁重 为了使g i s 软件成为 个完整的系统 开发者除了在软件中要考虑如 何实现g i s 的各种分析功能和算法外 还要做很多与g i s 无关的底层技术工作 例如如何实现用户界面 输出统计表格等 这些工作在其它专业性软件中都已经 做得相当完美 而软件开发人员不得不将大量时问耗费在这种做无用功的工作上 造成了重复性劳动 大大降低了软件开发的效率 2 集成困难 传统g i s 的另一个缺陷是集成困难 建设一个g i s 应用系统 实际上是对空间数据 g i s 软件和各种应用模型进行集成 资源和设旋管理的g i s 应用更是要求g i s 和管理信息系统 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 乃至 办公自动化 o f f i c e a u t o m a t i o n 之间的有机结合 对g i s 系统集成方案提出了较 高的要求 但是传统g i s 软件封闭的 自成体系的结构是个g i s 很难与应用模型 m i s 或者o a 实现高效的 有机的集成 随着时间的推移 g i s 应用正逐步走向综 合化 一个g i s 应用程序往往要集成g i s 以外的多种功能 比如多媒体 m i s o a 和c a d 的结合 与网络和无线数据通讯的结合 与i n t e r n e t 和虚拟现实的结 合等等 总之 传统g i s 将会面临越来越多的困难 f 3 传统g i s 开发平台均采用专门设计的开发语言 例如 a r c i n f o 采用 a m l s m l 还有一些如m i c r o s t a t i o n 的m d l 和m a p l n f o 的m a p b a s i c 这些语言都 采用了某些传统的程序设计语言的语法结构 v b 加上庞大的函数 命令库 使得普通的开发技术人员难以掌握 就算是有经验的程序员也需要一段时间来适 应新的编程语言 延长了应用产品的开发周期 4 1 传统g i s 系统中的空间数据管理和数据库管理系统通常均直接由g i s 厂 提供 这也是传统g i s 软件价格昂贵的一个重要原因 这种情况一方面大大提高 了应用开发与系统建设的成本 另一方面也限制了用户根据应用需要和各种数据 库工具的优劣 选择利用数据库工具的机会 f 5 1 普及困难 据统计 8 0 8 5 以上的政府职能部门所涉及的信息都具有 地理空间属性 地理信息的采集 存储 分析和利用将直接提高政府部门的办公 效率 降低劳动强度 使政府职能部门摆脱繁重的事务处理工作而将重点放在决 策制定和长远规划上来 更好的为社会服务 因此 g i s 应该扮演一个为服务性工 具的角色 g i s 发展至今 尽管功能逐渐完善 性能逐步提高 但是它们的一个通 病就是功能繁多且庞大 熟悉和掌握一套这样的系统 往往需要花费不少的时间 精力 费用与人力 可一个单位 个人 职能部门需要的仅仅是这套软件中的一 个或几个功能 但必须整套软件的昂贵的服务费用 这些问题成为了g i s 软件的 普及和大众化的绊脚石 综上所述 传统g i s 软件从开发环节开始到最终的用户环节都面临着越来越 多的困难 也面临着越来越严峻的挑战 因此 迫切需要一种新型的g i s 软件技 术体系 以满足日益增长的g i s 应用需求 并跟上软件技术发展的潮流 c o m g i s 正是这样符合这种要求的全新的软件技术体系 它有着传统g i s 无可比拟的优势 使得g i s 软件焕发出勃勃生机 2 2 2c o m g i s 定义 c o m g i s 就是采用了c o m 技术的g i s 系统 我们在构建一套地理信息系统的 时候 一个很自然的想法就是 将这个庞大的系统划分成具有独立功能的多个组 件 g i s 组件和非g i s 组件 这些组件可以进行单独的开发 单独的编译甚至是 单独的调试和测试 这些组件可以被看成是一堆构成某种电器的元件 我们不需 要知道它们的内部构造 只要了解它们分别能实现不同的功能 例如g i s 方面专 业的空间分析功能 连接数据库功能等 根据实际需要 将这些元件按照图纸 在可视化编程环境 组件容器 中组装起来 就构成了地理信息系统基础平台和 应用系统 2 2 3c o m g i s 优点 把g i s 的功能模块化 以组件的形式提供给用户 有着以下的优点 1 便捷 高效 经济的开发过程 实现系统的某个功能 只需要将一个或多 个组件集中起来 每个组件都以接口 a p i 的形式完成各自的功能 凡是符合 c o m 标准的组件都可以在目前流行的开发工具中 v b v c p b 等 使用 这 些开发工具就直接成为了g i s 的开发工具 省去了开发人员重新学习g i s 二次开 发的步骤 同时也增强了软件的可扩展性 当需要升级 改变g i s 系统的时候 c o m g i s 的开发方式使得程序员不需要像以前那样一切从头来过 不需要进行源代 码级的修改 只需要新组件替代旧组件即可 2 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 采用进程内 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 i s 1 0 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 3 小巧灵活 价格便宜 在c o m 技术的支持下 各组件都集中地实现与自 己最紧密相关的系统功能 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 其它非g i s 功能的组件则可以由专业厂商来 提供 降低了开发难度 节省了开发成本 在保证功能的前提下 用户可以根据 自己的需要选购需要 最大限度的降低了用户的投资 2 2 4c o m g i s 开发流程 c o m g i s 带来的革命 影响到的不仅仅是软件开发中的一环一 编写代码一一 它给整个软件开发流程提出了新的要求 特别是在进行基础性平台开发时 明确 开发流程 制定开发计划 选择合适的组件规范和编程工具就显得尤为重要 其 流程可以概括为 1 明确平台应提供哪些功能 一个g i s 的基础平台应该提供以下基本功能 数据的导入 导出 图形的编辑 空间分析 但是针对不同的应用 还需要对基础 平台做出特别的设计 以体现搭建在这个平台之上的业务系统的特点 2 将功能划分成若干组件 首先尽可能的明确后续的业务系统应提供的功能 然后再将这些功能归类 找出共性 剔除个性 然后逐级抽象 使得这些功能可 以通过一个或多个组件的组合来实现 得到的组件称为底层组件 3 选择合适的组件规范 根据平台及后续的业务系统的运行环境 选择合适 的组件规范 4 组件编码 即用编程软件为组件编写代码 f 5 1 测试 发布 为了保证这些底层组件能稳定地实现各项功能 需要经过严 谨的测试 包括每个组件的单独测试和联合测试 测试完成后 将组件生成 d l l 或 者 e x e 形式发布 选用c o m 规范下 c o m 和c o m g i s 技术在本系统中的具体应用分别体现在两个方面 以组件 的形式开发系统 即根据系统建设目标与原则 将系统要实现的功能进行合理的 划分 以组件的形式来实现 这样就提高了软件代码的复用率 能更好体现系统 的基础性 选用c o m g i s 组件进行二次开发 下一节将对国内外常用c o m g i s 二 次工具进行简要介绍 2 2 5 国内外常用c o m g i s 工具软件介绍 随着g i s 对社会渗透越来越充分 涉及地理数据和空间数据的各个工作部门都 感到了g i s 功能的便利 而试图引入 因而g i s 应用受到广泛的重视 近年来 国内外各大g i s 厂商都积极推出各自的基于组件化思想的g i s 软件开发工具 在国 外 e s r i 公司推出其组件产品m a p o b j e c t s m a p l n f o 公司推出其组件产品m a p x i n t e r g r a p h 公司最新推出的g e o m e d i a 其本身就是基于组件开发的 在国内生产 g e o s t a r 的武汉吉奥公司也推出了其组件产品g e o m a p 朝夕科技有限公司推出了国 产c o m g i s 软件m a p e n g i n e 北 京超图地理信息技术有限公司推出的c o m g i s 软件 s u p e r m a p l i i 等 下面将对国外的m a p o b j e c t s 国内的组件产品g e o m a p 和 s u p e r m a p l i i 做简要介绍 1 g e o m a p 武汉测绘科技大学研制的g e o s t a r 的组件开发平台g i s 即是基于微软公司的 w i n d o w sn t 4 0 因而微软公司的c o m 及其分布式组件模型 d c o m 成为g e o m a p 开发的技术基础 g e o m a p 由一个o l e 控件和一组近2 0 个o l e 自动化对象构成 g e o m a p 控件提供对g i s 数据进行操纵的方法和属性 并且提供了g i s 数据的可 视化界面 自动化对象则帮助用户实现对g i s 数据的有效组织和访问 g e o m a p 采用g e o s t a r 的数据 可以组织 浏览 查询 打印抽出g e o s t a r 生成的g i s 数据 并能进行控件分析 如缓冲分析 提供了与其它g i s 软件间的数据交换接口 g e o s t a r 数据能实现与a r c l l n f o m a p n f o 等数据的交换 二次开发用户可以利用 g a o m a p 以及其它软件供应商提供的大量组件 诸如绘图 多媒体和数据库对象 来根据用户的需要规划设计满足特定需求的应用程序 2 s u p e r m a p 1 3 1 它是依托中科院地理与资源信息系统研究所的科研实力 以钟耳顺研究员为首 的科研人员开发的系列g i s 软件 它是以面向对象的先进的开发理念开发的 功 能强大 二次开发方式灵活 是目前唯一出口到国外的g i s 国产软件 s u p e r m a p 采用全组件式的设计方法 基于w i n d o w s 系列平台 由于采用当 今可视化程序设计中应用最为广泛的a c t i v e x 标准组件 因此s u p e r m a p 提供的 g i s 组件在w i n d o w s 系列平台上都能正常运行 无须进行平台移植 而且不依赖 于某一种开发语言 可以通过嵌入通用的开发环境中实现g i s 功能 对于专业应 用模型 可以使用这些通用开发环境来实现并与s u p e r m a p 组件协同工作 实现高 效 无缝的系统集成 s u p e r m a p 组件的标准性和面向对象特性 使之可以方便添 加新功能 并具有无限扩展的可能 另外 s u g e r m a p 还在充分调研和总结g i s 应 用功能的基础上 进行了适当的功能分割 将传统集成式g i s 的功能分配在相对 独立又具有有机联系的标准a c t i v e x 组件上 这样使得软件自身开发起来容易 缩短开发时间和减少开发成本 用户可以根据自己的需要灵活采购自己需要的g i s 组件 减少不必要的费用 3 m a p x l l 4 m a p x 是由著名的桌面g i s 厂商m a p l n f o 公司提供的组件化g i s 工具软件 m a p x 是低价高效 强大的a c t i v e x 组件 可以很方便地集成到使用标准化可视化 编程工具开发的应用中 真正实现了与v i s u a lb a s i c p o w e r b u i l d e r d e l p h i v i s u a l c 等应用开发平台的无缝连接 m a p x 基于组件对象平台 具有标准的接口 允许跨语言应用 不仅可以成 功地解决传统g i s 在软件开发 应用系统集成和用户学习使用等方面面临的困难 而且有利于降低成本 具有无限扩展性等特点 m a p x 基于m i c r o s o f t 公司的c o m 技术的a c t i v e x 对象组件 是由一个o l e 控件m a p x 和一组共3 0 多个o l e 自动化对象构成 m a p x 控件提供对g i s 数据进 行操纵的方法和属性 并且提供了g i s 数据的可视化界面 自动化对象则帮助用 户实现g i s 数据的有效组织和访问 m a p l n f o m a p x 提供了一个流程化的对象模型 具有大量的方法和事件 高效的属性页和默认值 以及其他向导 来帮助简化用 户应用程序的开发 m a p i n f o 用工作空i 盲q w o r k s p a c e 图层 l a y e r 地物类等概念组织数据 m a p x 则利用自动化对象将这些概念封装起来 相应的提供了d a t a s e t 对象 l a y e r 对象 f e a t u r e 对象等 并且考虑到数据组织中大量出现集合类型的应用的情况 对这些对象的集合也进行了封装 总体来说 m a p x 可以实现9 5 以上的m a p l r i f op r o f e s s i n a l 的功能 但在图 形编辑上的开发周期可能是m a p l n f op r o f e s s i n a l 的3 倍以上 但对于查询和空间分 析以及其它简单的图形编辑功能 地图注记功能 m a p x 在使用时是很方便的 具 有系统开销小 开发周期短 方便快捷等优点 很适合于各种中小型g i s m i s 软件的开发 随着c o m d c o m 技术的成熟 m a p x 的功能将会更完善 应用 前景将会更广阔 4 m a p o b j e c t s m a p o b j e c t s 是美国e s r i 公司为开发人员提供的一套制图和g i s 功能组件 包括一个m a p o b j e c t s 制图与g i s 的o l e 控件 以及超过3 5 个的o l e 可编程对象 利用m a p o b j e c t s 开发人员可以在应用程序中添加制图和g i s 功能 o l e 控件是 一个可以重复使用的软件组件 可将其他o l e 对象包装在一起 以反映某些特点 和功能 并可直接嵌入支持o l e 的应用中 如v b d e l p h i v i s u a lc v f p 等程序设计环境 m a p o b j e c t s 对象可分为五大类 1 地理匹配对象 a d d r e s s m a t c h i n go b j e c t s 2 数据访问对象 d a t a a c c e s so b j e c t s 3 地图显示对象 m a p d i s p l a yo b j e c t s 4 几何图形对象 g e o m e t r i co b j e c