（道路与铁道工程专业论文）基于GIS的南京市城市道路养护管理系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 随着电子信息技术 计算机软硬件技术以及g i s 技术的飞速发展 各行各业纷纷进行 信息化的工作 作为城市交通的主体 城市道路在养护管理上也提出了新的要求 基于g i s 的城市道路养护管理系统在许多城市得到了广泛的开展和应用 g i s 技术的先进性 功能的完整性以及表达的直观性和丰富性 使其成为建设城市道路 养护管理系统不可或缺的主要技术之一 本文第一章首先介绍了g i s 技术的起源 发展及其在国内外的应用情况 同时也提出 了管理系统和软件工程的初步概念 在分析南京市城市道路养护管理现状 模式以及养护管 理的内容的基础上 对城市道路设施的养护管理做了进一步的理论研究和探讨 通过实际调 查和深入研究 论证了采用地理信息系统技术结合数据库技术对城市道路进行养护管理的可 行性 第二章是作为系统开发重要部分之一的需求分析 通过软件工程的手段 得到系统需 求分析表 作为系统的基础部分 第三章对电子地图和数据采集进行了详细的论述 同时 对专题图动态分段技术原理和实现进行了研究 系统开发也是论文的主要部分之一 在软件需求说明和程序模块结构设计的基础上 开发了基于g i s 的城市道路养护管理系统 在输入大量数据基础之上 对系统的稳定性进 行性测试 在实际使用过程中 对系统的实用性进行研究 最后 总结了本文工作所取得的成果以及需要进一步工作的重点 关键词 城市道路 养护 管理 地理信息系统 数据采集 数据库 软件工程 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fe l e c h o n i c i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y c o m p u t e rh a r d w a r e s o f t w a r ea n dt h et e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m al a r g en u m b e ro fc a l l i n g sm g e t t i n gt h r o u g ht h ei n f o r m a t i o n a lj o b a sam a j o rp a r to f u r b a nt r a n s p o r t u r b a nr o a dn e e dn e w r e q u i r e m e n to nt h em a i n t e n 锄g ea n dm a n a g e m e n ts ot h a tt h eg i s b a s e d u r b a nr o a dm a i n t e n a n c e a n dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e nw i d e l yd e v e l o p p e da n d a p p l i e di nm a n y c i t i e s a st h ea d v a n c eo fg i st e c h n o l o g y t h ei n t e g r a l i t yo fi t sf u n c t i o na n dt h ei n t u i t i o n i s t i ca n d e n r i c h m e n to ft h ee x p r e s s i o n t h eg i st e c h n o l o g yb e c o m e so n co ft h em a i nn o n s c a r c i t y t e c h n o l o g yo n 咖c t i u no f o l s b a s e du r b a nm a dm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n ts y s t e n l i nc h a p t e r1 t h ea u t h o rf i r s tp r e s e n t e dt h eo r i g i na n de v o l u t i o no f t h eg i st e c h n o l o g ya n dt h e d e v e l o p m e n ti na n do u to ft h ec o u n t r y m e a n w h i l ei n t r o d u c e dt h ep r i m a r ys m n m a r yo f m a n a g e m g f l ts y s t e ma n ds o f t w a r ep r o j e c t a f t e rd i ds o l n ea n a l y s i sb a s i c a l l yo nt h em a n a g e m e n t a c t u a l i t yo f n a n j i n gu r b a nm a d t h ec o n t e n ta n dm o d eo fi t sm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t t h e a u t h o rd i ds o m et h e o r e t i cr e s e a r c ha n dd i s c u s s i o no nm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n to f t h eu r b a n m a d b yp r a c t i c a li n v e s t m e n ta n dt h o r o u g hr e s e a r c h t h ea u t h o rd e m o n s t r a t e dt h ep o s s i b i l i t yo f g e t t i n ga l o n g t h eu r b a nr o a dm a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n tb yu s i n gg i sa n dd a t ab a s e t e c h n o l o g y a sa v e r yi m p o r t a n tp a r to f t h i sp a p e r r e q u i r e m e n ta n a l y s i sw a sp a r t i c u l a r l ym a d ei nc h a p t e r 2 b y 心n gt h ei n e m 5o f s o f t w a r ep r o j e c t g o tt h ea n a l y s i st a b l e a sab a s i cp a no f t h es y s t e m d i g i t a lm a pa n dd a t aw a sd e t a i l e d l ye x p l a i n e di nc h a p t e r3 m e a n t i m e t h ea g r h o r d i ds o m e r e s e a r c ho nt h ep r i n c i p l ea n da c h i v e m e n to fd y n a m i cs e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo ft h et h e m a t i c m a p t h es y s t e me x p l o i t t a ei sa l s oam a j o rp a r to f t h ep a p e r a f t e rt h es o f t w a r ed e m a n de x p l a n a t i o n a n dt h ep r o g r a mm o d u l ef r a m ed e s i g n d e v e l o p p e dt h es y s t e mo f n a n j i n go l s b a s e du r b a nr o a d m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t a l s ot h eu s u a la p p l i c a t i o no f t h es y s t e mw a sd i s c u s s e di nc h a p t e r 5 b yu s i n gt h ep r a c t i c a le x a m p l ea n da d d i n gal a r g ea c c o u n to f d a t a t e s t e dt h es t a b i l i t ya n dt h e p r a c t i c a b i l i t yo f t h es y s t e m t h ea u t h o rd i ds e i n er e s e a r c ho nt h ep r a c t i c a l i t yo f t h es y s t e m f i a n l l y t h ea u t h o rc o n c l u d e dt h em a i na c h i e v e m e n to f t h i st h e s i sa n dm e a n w h i l e p o i n t e do u t t h ef u t u r ew o r k st ob ec o m p l e t e d k e yw o r d s u r b a nr o a d m a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t g i s d a t ac o l l e c t i o n d a t a b a s e s o f t w a r ep r o j e c t l i 东南大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一 在信 息的诸多类型中 与空间相关的信息是十分重要的 人类赖以生存的地球是个三维空间 其 中的万物无不与空间位置相关 如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统 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 简称g i s 产生和发展的原动力 g i s 起源于2 0 世纪6 0 年代 它作为有关空间数据管理 空间信息分析及其传播的计算机系统 在其4 0 多年的发 展历程中已经取得了很大成就 并且随着计算机技术的不断发展 计算速度越来越快 使得 地理信息系统技术应用领域越来越广泛 最近几年来 地理信息系统无论是在理论上还是应 用上都处在一个飞速发展的阶段 并呈现出广阔的应用前景 数字地球 概念的提出 更进 一步推动了作为其技术支撑的g i s 的发展 当今 地理信息技术有了很大的发展 它不仅使信息管理系统不再局限于单纯的数据与 文字处理 而且还把地理图像与信息相结合 形成了基于g i s 的管理系统 在g i s 的系统 环境下 通过在直观的地图上任意选中对象 便可查询到该对象的相关数据信息 并能做出 各种统计与计算 它同时还具有强大的地理分析功能 可以在地图上任意勾画区域 按区域 的边界线分隔对象 统计区域内对象的信息 它还能生成专题地图 即将数据图形化 用不 同色彩比或不同宽度比的线条反映对象属性值 生成的地图画面形象直观 并可以直接打印 随着近来信息技术的发展 地理信息系统在很多领域都有了更广泛 更深入的应用 诸 如能源 水利 交通 石油 城市规划等 在交通领域 西方发达国家已把g i s 应用于交 通规划 交通基础设施建设 城市交通管理 交通路网管理等方面 应用g i s 可以搜集交 通领域不同部门的表格和地图数据 并进行系统分析 以满足管理中的各种要求 g 1 s 市道 路管理的核心 作为执行系统的一部分可以对道路工程和资金分配提供辅助决策 规划人员 利用g i s 交通流量 土地利用和人口数据进行分析 工程技术人员利用g i s 把地质 水文 和人文数据结合起来 进行路线和构造设计 另外 利用g i s 能够有效的分析新辟道路对 环境和经济文化的影响 利用g 1 s 二次开发工具 能够快速实现适用于交通规划 技术人 员和管理人员使用的各种应用功能 通过数据录入 管理显示和分析 解决所面l 临的各种实 际问题 在国内 随着城市交通网络的建设 城市中的道路越来越多 构成了城市交通网络 道 路的养护 维修 管理均由市政管理部门负责 随着g i s 的发展和应用 道路的完整网络 系统可以很好地用g i s 系统来表现它们的空间和地理属性 g i s 的这些功能正适合城市道路 的养护管理部门需求 为实现道路系统的计算机养护管理提供了良好的开发环境 本文所研究的正是在此背景下的基于g i s 的南京市城市道路的养护管理系统的研究与 开发 1 2 国内外发展及研究现状 1 2 1 国外发展及现状 地理信息系统在国外的应用发展较早 已开发出大量实用化的地理信息系统 常用的 g i s 软件达4 0 0 多种 比较著名的有美国环境系统研究所 e s r i 的a r c i n f o 和a r c v i e w 第一章绪论 美国著名的桌面g i s 厂商m a p l n f o 公司推出的m a p l n f o 系列软件 澳大利亚g e n a s y s 公 司开发的g e n a m a p 美国c l a r k 大学g e o r g ep e r k i n sm a r s h 研究所的i d r i s i i j j 在g i s 系统应用方面 国外发展也比较迅速 美国从 年代初开始 各州公路署与测 绘部门紧密合作 采取分工合作的方式 负责各数据库的开发 维护和更新 实现各部门数 据共享 基于g i s 的路面管理系统已经得到广泛应用1 4 1 美国联邦公路署 f h w a 从 年代中期就开始了综合数据库 n n 的开发 并在 1 9 8 8 年建成公路数据库 在早期开发的数据库中包含由4 5 0 0 0 条道路组成的全国公路网及 城市主干道 总长度达3 7 0 0 0 0 英里 含有每条道路的空间位置信息以及与之相关的各类属 性信息 n h p n 是迄今为止世界上最大的公路综合数据库 路面管理系统是在国外完成公路网扩展而转向公路网维护的形势下应运而生的 对它的 研究始于2 0 世纪7 0 年代初期的北美 踟年代后 路面管理系统的内容得到了扩充 技术 也初步成熟 其中 美国联邦政府已立法 自1 9 9 3 年起 路面管理部门成为公路管理部门 申请联邦自主的唯一依据 加拿大 澳大利亚 欧盟 日本和香港等经济发达国家和地区已 广泛使用路面管理系统 部分非洲 南美洲和东南亚国家等发展中国家在世界银行 国际道 路协会 p 1 a r c 等机构的援助下 已建立或正在建立 实施路面管理系统 归纳起来 国外 路面管理系统具有以下特点 1 测试技术日益先进 多功能路面数据采集检测车已投入使用 逐步实现了自动化 高速化 精确化 2 路况数据库日益完善 实用化程度相当高 3 以世界银行的h d m h i 模型和1 9 9 9 年完成的i s o h d m 国际合作研究为代表 路面 管理系统的各类模型功能齐全 日臻完善 各种预测技术 决策技术 专家系统被纳入路面 管理系统 4 软件数量繁多 并日益商品化 可供地方公路部门使用或用于公路管理咨询 一些 高新技术 如基于激光录像技术建立的路面交互式图像库 地理信息系统等被用于路面管理 系统 各级管理部门通用的路面管理系统也己出现 5 i n t e m e t 的大众化使信息的传输更为迅速 可靠 便宜 为路面管理系统的进一步发 展提供了广阔前景 1 2 2 国内发展及现状 国内g i s 系统研究发展起步较晚 大约在2 0 世纪踟年代初期才开始 但由于应用的 驱动 发展比较迅速p i 目前开发出的系统主要有中国地质大学的m a p 6 1 s 原武汉测绘科 技大学的g e o s t a r 北京大学遥感与地理信息系统研究所开发的c i t y s t a r 等等 另外 随着 i n t e m e t i n t r a n e t 的迅猛发展 万维网地理信息系统 w e b g i s 软件也开始走向市场 国内 的产品主要有成都华好网景科技有限公司的o km a p s 原武汉测绘科技大学开发的i n t e r n e t g e o s t a r g e o s u r f 国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程部开发的地网 g e o b e a n s i l l 我国从1 9 8 4 年开始陆续引进了英国的bs m 路面评价系统 芬兰的f p m s 路面管理 系统以及世界银行的hdm 公路投资效益分析模型 叫二五 期间在引进消化的基础上 通过国家重点攻关项目 干线公路路面评价养护系统成套技术 的研究 建立了我国的干线公 路路面评价养护系统1 4 j 在国内 上海是应用g i s 技术进行城市道路交通管理工作较早的城市 上海市市政工 程管理处自1 9 9 8 年以来 初步建立了覆盖上海市 区县两级以地理信息系统为平台的城市 基础设施管理系统 c i m s 及行业管理信息化体系 建成以上海市城市道路 桥梁 下水 2 东南大学硕士学位论文 道 防汛墙 建设管理 路政管理为主线的信息管理系统 该系统具有图层管理功能 显示 功能 输入修改功能 查询功能 统计报表功能和辅助决策功能 在1 9 9 9 年期间实现了传 统的文档型管理向信息化管理的转变 利用原有的市中心区档案文字资料构建数据库 建立 了基于a r c v i e w 平台上覆盖范围为上海市外环线以内5 8 3 平方公里中心城的市政基础设旅管 理系统 2 0 0 0 年初结合系统建设进行上海市区范围为6 3 4 0 平方公里的所有城镇市政设施普 查 建立了覆盖上海市市政设旋全行业的属性数据库和空间数据库 其中道路4 8 2 0 条 桥 梁1 5 6 4 座 高架6 4 公里 并且平台也由a r c v i e w 升为基于v b 开发的m a p o b j e c t s 平台 推出c i m s i 0 试用版在全行业试用 同时 对市区所有约4 0 0 公里的主干道采用激光平整 度仪采集平整度指数得到路面平整度 利用落锤式弯沉仪 f w d 测得路面动态弯沉盆 通过路况摄像仪调查计算获得路面状况指数 p c i 通过实测等手段计算得到各路段平均交 通量等动态数据 并通过道路辅助决策系统 包括上海市城市道路辅助决策管理系统 p m s 和上海市城市桥梁管理系统 b m s 运行 对道路进行评估和养护计划的制定 为道路养 护提供了科学的决策依据 北京市也建立了基于g i s 的城市道路交通管理系统 目前 北京市的大规模建设使市政 设施公共事业得到迅猛发展 现有主次干路7 0 0 多条 面积1 7 5 5 万平米 桥梁4 4 0 多座 而且每年还在增长 针对现状 北京市建立了城市道路交通管理g i s 系统 主要包括对基础 地理数据库 交通专题数据库 属性数据的管理以及空间数据的输入和处理 为北京市市政 的管理 规划和设计部门 提供直观的 有效的管理手段 及时提供准确的设施现状 提供 高效的设施档案和设施维护状态的管理 并借助于g i s 空间分析 为各项决策提供科学依据 该系统是一个集城市道路数据采集分析和决策的统一平台 系统采用c s c l i e n t s e r v e r 与b s b r o s w e r s e r v e r 相结合的体系结构 需要录入与维护地理数据可采用c s 方式 保证 地理数据的及时更新 其他有关道路信息的发布和可视化显示则采用b s 方式 系统在平台 搭建上采用了w i n 2 0 0 0 操作系统和o r a c l e8 i 数据库系统 在开发平台上 以e s r i 公司的 a r e g l s 作为专业软件平台 利用v i s u a lb a s i c v i s u a lc 调用m a p o b j e c t s 进行g i s 开发 a r c l m s 负责提供基于w e b 的地图服务 利用a r c s d e 直接调用o r a c l e 数据库的数据 该系 统的结构如图1 1 所示 c s 结构用户b s 结构用户 嚣 图1 1 北京市g i s 道路交通管理系统结构 国内其它城市 如深圳 天津等也建立了类似的基于g i s 的城市道路管理系统 3 第一章绪论 南京市对信息化建设的要求也非常迫切 虽然南京市开展城市基础设施地理信息系统建 设的时间较晚 但是建设的步伐比较快 负责全市供水 供气 公交 出租 市政 排水 路灯 轮渡及水环境整治的行业主管部门南京市政公用局 近年来 其下属职能部门已陆续 开展了信息化工作 如南京市自来水总公司的 南京供水管网地理信息管理系统 获2 0 0 1 年南京市科技进步二等奖 另外 南京市排水管理处 南京市路灯管理处等单位也正在进 行基于g 1 s 的行业管理系统的建设 可以说 市政公用各部门的信息化建设已拉开了序幕 并在部分行业取得了一定的成绩 综合国内各个城市进行的基于g i s 的城市道路养护管理系统的建设 具有以下不同特 点 l 采用的g i s 系统平台不同 主要包括网络版的w e b g l s 单机板的g i s 等 国内一 般采用由单机板的系统建设作为g i s 系统建设第一期 然后过渡到w e b g i s 系统作为建设第 二期 2 对于不同的晟终使用对象 所侧重的功能也不同 有的单位以养护为其主要工作内 容 如上海 南京等城市 有的单位以管理为其主要工作内容 如北京等城市 3 系统采用的数据库平台不同 主要包括南京市g i s 系统前期建设采用的m i c r o s o t t a c e s s 上海市采用的s q ls e r v e r 以及北京市采用的o r a c l e 数据库 4 系统开发采用的方式也不同 一般主要有v i s u l ab a s i c 或者v i s u a lc 来调用 m a p o b j e c t s 进行开发 5 系统所需要的数据的入库方式不同 主要有人工输入和计算机全自动输入 由于前 一种效率比较低下 所以发展的趋势是向计算机自动化方向发展 譬如上海的城市道路基本 实现采集数据的全自动进行 综上 由于每个城市地理 人文 环境 城市建设的速度以及原有城市建设的规模不同 在进行g i s 城市道路养护管理系统的建设都不可能生搬硬套别人的模式 南京市g i s 系统的 建设应该在借鉴国内其他城市建设经验的同时 结合自己的城市道路养护管理特点 1 3 本文研究的意义与主要内容 1 3 1 本文研究的意义 近年来 国内基于g i s 技术的城市道路养护管理系统的建设方兴未艾 南京市政工程管 理处在总结国内外城市建设g i s 系统的基础上 特别是上海市的建设经验后 提出了建设南 京市基于g i s 的城市道路养护管理系统 本文所研究的就是基于该系统中的养护管理模块的 研究与开发 南京市市政工程管理处管理的全市大部分道路 桥梁和隧道都有明显的空间分布特征 具有分布范围广 数据关系复杂 数据具有历史属性等特点 空间信息在市政基础设施信息 中均占有举足轻重的地位 传统的m i s 系统根本无法有效地对空间信息进行管理 g i s 技术 则为空间信息管理提供了强有力的工具 利用g i s 技术可以将市政设施的空间位置信息和属 性信息有机地结合起来 从而以直观 形象 准确的方式对道路桥梁等设施进行有效管理 因此 建设基于g i s 的市政基础设施管理系统 具有十分积极的意义 系统的建成将发挥巨 大作用 3 本文研究的主要意义在于 通过对市政设施信息化的计算机管理 为南京市市政设施的 管理 养护 规划 提供直观的 有效的管理手段 及时提供准确的设施现状 为市政处提 供高效的设旌档案和设旆维护状态的管理 并借助于c i s 空间分析 为市政处领导的决策提 供科学依据 4 东南大学硕士学位论文 1 3 1 本文研究的主要内容 本文的工作是 基于g 1 s 的南京市市政基础设施管理系统研究与开发 项目的一部分 本课题研究的主要内容 是在 基于g i s 的南京市城市道路信息管理系统 基础上的养护管理 功能模块的开发应用研究 同时 结合城市道路养护措施 提供基础的决策评价系统 在分 析系统用户功能需求变化的基础上 根据用户的实际需要 研究并初步开发出具有实用性和 可行性的功能 使系统具备初步的使用性 达到基本满足用户的日常使用 研究的内容主要 包括以下几个方面 l 对系统进行具体的需求分析 突出其日常工作所需要的功能 2 研究属性数据 平整度 弯沉 的无损采集方法 数据处理 入库及应用研究 包 括动态分段的实现及专题图功能 3 软件开发过程中 城市道路的基本信息 桥梁图纸 道路多媒体视频等数据的入库 及应用的关键技术研究 4 养护功能各个子模块的结构设计及其功能实现 第二章需求分析及总体框架设计 2 1 概述 2 1 1 需求分析 第二章需求分析及总体框架设计 用于系统设计的需求信息主要包括 调查用户的机构组成 明确系统的服务对象 单位 分析相关单位现行的工作内容与模式 确定业务种类 绘制业务流程图 需求分析阶段处于 系统开发过程的前期 其基本活动是准备定义未来系统的目标 确定为满足用户的需求必须 做什么 需求分析又划分为两个阶段 即需求获取和需求规约 前者用自然语言清楚的描绘 用户的需求 而后者的目的是消除获取需求的二义性和不一致性 在一个系统软件项目的生命周期中 一个错误发现得越晚 修复错误得代价也越高 所 以 高质量的需求工程是系统得以正确 高效完成的前提 对于系统 建立需求分析面临着 以下3 个方面的困难 1 问题空间的理解 系统需要开发人员深入理解各种业务系统所要解决的问题空间 2 人与人之间的通信 对于系统分析人员而言 通信主要包括同用户的通信以及同事之间的通信 由于自然语 言的二义性 会给准确刻画需求造成障碍 3 需求的不断变化 造成需求变化的原因很多 包括技术 用户方 市场等等 作为系统开发分析人员 必 须采用一些策略以适应变化 面向对象的分析方法被认为是解决上述困难的较好技术 但是完整 准确地刻画问题空 间始终是分析人员所面临的挑战 2 1 2g i s 需求分析 g l s 需求分析在系统实现既定功能以及进一步开展工作中具有决定性的作用 只有通过 g i s 需求分析 才能把g i s 的功能和性能的总体概念描述为具体的g 1 s 产品需求规格说明 从而奠定g i s 开发的基础 同时 g i s 需求分析又是一个不断认识和逐步细化的过程 g i s 需求分析所要做的工作是深入描述g 1 s 的功能和性能 确定g i s 系统设计的限制 和g i s 同其他系统元素的接口细节 定义g i s 的其他有效性需求 2 1 2 1 需求获取 需求获取是系统开发活动的第一步 获得正确的需求描述是系统得己成功的前提之一 一般而言 用户需求分为两类 功能性需求 f u n c t i o l l a lr e q u i r e m e n t s 和非功能性需求 n o n f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s 前者定义了系统做什么 包括输入 输出及其间的转换 后者定义系统工作时的特性 如效率 可靠性 安全性 可维护性 可移植性等要求 具体 的需求获取内容包括 物理环境物理设备的位置及其分布的集中程度 接口与其他软件系统的接口以及对数据格式的要求 用户或人的因素包括系统用户熟练程度 使用系统需要接收的培训 6 东南大学硕士学位论文 功能系统要完成什么 性能如何 文档需要哪些文档及其针对的读者 数据数据格式 数据精度 数据量 接收和发送数据的频率 资源使用系统需要的设备 开发需要的人力资源 计算机资源 时间表 安全性对访问信息的控制程度 数据的备份等 质量保证对系统的可靠性要求 平均系统出错时间 可移植性 可维护性等 地理信息系统的需求获取和上述内容基本是一致的 只是在数据 人员和组织等方面要 进行额外的考虑 1 数据 在一个g i s 系统中 数据占有举足轻重的位置 进行需求获取时 与数据有关的因素 包括 数据的输出样式包括屏幕显示 w e b 发布 出版 工程图等 输出数据的内容和要求输出数据要包括哪些内容 数据的精度 比例尺等 数据的分布性数据是集中管理还是分布管理 现有的纸质地图现有的纸质地图的内容 其比例尺 实效性 机密性 现有的电子数据数据形式 栅格 矢量 属性数据库 数据格式 完整性 精度 投影方式 比例尺等因素 数据录入数据量大小 输入设备 包括数字化仪 扫描仪 软件的支持程度 进 行数据录入的人员数目 能否在预定时间内完成数据录入 数据购买数据量及价格 2 人员 因为地理信息系统一般是针对专业领域 在进行需求获取时不仅要考虑一般用户 而且 要听取领域专家的意见 将他们的理论 经验模型化 并应用于系统 3 组织 要考虑现有的组织机构 有关部门的职责 业务流程 g i s 如何在其业务流程中体现 以及应用g 1 s 可能引起的组织机构变化 进行需求获取的方式是多种多样的 包括面谈 电话访谈 参观 问卷调查 获取领域 相关资料等 在地理信息系统开发中 由于g i s 的概念 功能等还没有被用户深入理解并 接收 采用g i s 专题报告可以更好地激励用户提出需求 如果时间和资金允许 开发原型 系统也可以更好地挖掘用户需求i l j 2 1 2 2 需求规约 需求获取阶段得到了用自然语言描述的用户需求 但是其中存在着不一致性和二义性 这些问题要通过需求规约解决 目前有许多方法用于支持需求规约 如功能分解方法 数据 流方法 信息模型方法 实体关系模型 面向对象方法 每种方法都有相应的概念体系 符号表现和工具支持 需求规约的结果是形式化或半形式化的 系统的需求报告必须完整的刻画问题域 能够 适应需求变化 此外 它必须满足用户 分析人员 设计开发人员进行交流的需要 换言之 需求报告中的符号 描述 对各类相关人员的意义应是一致的 正如一再强调的 面向对象的分析方法很好地解决了问题空间理解 需求易变性 交流 等方面的问题 将通用的面向对象分析方法应用于g i s 固然可以描述系统需求 但是由于 g i s 更加关注空间对象和空间模型 在g i s 中要经常处理一些特定的空间对象以及特定的空 间关系 拓扑关系 方位关系 度量关系等 所以对基本的面向对象方法进行特化扩展 采用特定的符号表示这些类及其关系 可以使需求报告的表述更加简捷 便于信息交流i l j 7 第二章需求分析及总体框架设计 2 2 系统需求分析信息收集 需求分析阶段位于软件开发的前期 它的基本任务是准确地定义未来系统的目标 确定 为了满足用户的需求系统必须做什么 需求获取地目的是清楚地了解要解决的问题 完整地获取用户需求 这项工作主要包括 以下几个方面 通过学习 请教领域专家 向用户提问等手段 了解所要解决的问题 获取 用户需求 确认谁是真正地用户 以及系统实现所受到的各种限制 本文所研究的系统展终用户为南京市市政工程管理处的工作人员 该单位为南京市市政 公用局下属重要基层单位 主要负责全市道路设施的养护维修等工作1 9 1 根据用户的主要日常工作内容 综合分析 得到如下图2 1 所示的工作流程图 图2 1 市政工程处工作流程图 2 3 系统总体框架设计 2 3 1 系统设计原则 该管理系统本质上依然属于管理信息系统 m i s 范畴 系统设计除遵循管理信息系统 的一般设计原则外 还要考虑系统本身的特点 与一般的管理信息系统相比 基于g i s 的 管理系统的一个特点之一就是具有很强的专业性 因此 考虑的设计原则如下 1 子系统独立原则 遵循动能独立的原则 进行划分子系统 这些子系统通过通讯 系统实现信息的共享 2 模块化原则 各个子系统由若干的模块组成 各模块实现特定的单一功能 通过 对模块的组合 可以完成子系统的功能 3 开放性原则 子系统的各模块可以和系统的其他子系统进行信息的交换 也可以 和管理系统的子系统的其他子系统进行信息交换 8 习引引引 t j lo 翮口引斟 l liiilliilllllillll j 一 桥梁图纸 一 jrt l li l l il ll j 一道路横断面图 一 f j l lo闭引图 lii i i i j 一道路图像数据 一 一道路主干道数据一 l 东南大学硕士学位论文 4 智能化设计原则 路面管理系统的核心子系统是专家系统 通过专家系统可以解 决现有路面养护管理决策不科学 不合理的问题 除上述原则外 系统设计还应考虑容错性 稳定性 可靠性等原则 2 3 2 系统功能要求 市政养护管理系统通过对采集的路面性能历史数据和实时交通状况数据进行管理 利用 评价决策模型进行分析和辅助决策 从而合理地分配有限地养护资金 确定最佳养护对策和 实施时间等 基于以上考虑 系统地功能要求应包括以下几个方面 1 建立城市道路数据库子系统对公路数据 包括属性数据和空间数据 进行管理 便于积累历年地路况数据 2 系统能够对原始数据进行正常地整理 计算和分析等操作 满足检测查询地需要 同时须维持数据地完整性和稳定性 为今后可能的分析留有余地和接口等方面做好工作 3 可对现有路况进行性能评价及预测 利用积累的数据验证或修正现有的预测方法 4 通过采集数据 包括平整度和弯沉 在系统实现直接的动态分段直观显示 5 系统能够打印输出历年城市道路的基本信息表以及平整度弯沉的数据文件 为编 制养护以及改建需求提供可靠详实的依据 6 确立一套既有先进性 可扩充性 又经济实用 便于操作的软硬件支撑环境 2 3 3 系统逻辑结构设计 根据路面管理系统要实现的功能和管理目标 综合应用地理信息系统 g i s 强大的空间 数据处理能力 设计基于g i s 的路面管理系统的逻辑结构图见图2 2 t 9 1 基于g i s 的城市道路养护管理系统 数据采集 采集 编辑地理数据 嘉磊舞 h 存储 组织数据连接空问数据与属性教据 养护需束计嗣 性能评价养护对第 显示精出 统计 查询 叫 查询 检索 统计 空间分析 模型分 析决策 空问显示输出 图2 2 系统逻辑结构图 9 第二章需求分析及总体框架设计 2 3 4 系统总体框架设计 系统设计时应考虑使总体结构框架满足系统的管理目标和功能要求 本文在明确系 统功能的基础上 详细划分了功能模块 并根据系统的逻辑结构提出了系统总体结构框 架图见图2 3 1 养护人员 下达计捌 耋 鍪墨l 数据输入 其它数据i 氟硝 n 瓣i 豳出覆涮模型卜量 里二 苎要兰璧霎竺要童 下遮计划r 厂 鐾要芸鐾翌蓑要耋l r 二二 二 一 i 主人a 舯搿 厂 l 其它撮表 1 养护质t 评定 2 3 5 系统功能模块设计 图2 3 系统总体框架图 养护改建 决簟优化 性能预测 簟簧连f养护需求 h 缓瓣 性能评价 评价结果 图2 4 系统功能模块图 1 系统接口模块 提供不同权限的用户名和密码 允许具有不同权限的用户进行登陆 2 道路地图浏览显示模块 主要提供南京市城市道路主干道的浏览 信息查询显示 3 决策子系统模块 提供决策项 以对道路的养护与否及优先权进行决策 1 0 东南大学硕士学位论文 4 统计子系统模块 对统计项根据时间或管养区域不同进行查询浏览 5 图像子系统模块 对城市道路的图像 视频进行查询浏览 6 检测子系统模块 对采集数据项i r i 国际平整度 及弯沉值的入库及查询显示 7 配置子系统模块 对系统管理进行配置 包括数据路径等 8 帮助模块 系统的帮助文件 2 4 具体功能需求 2 4 1m a p v i e w 类 2 4 1 1 图形操作功能 a 地图的放大 缩小 选定区域显示 漫游 小地图定位 b 用户在地图上选定道路 列出道路相关的关键信息 此外 用户可以分类对公路的信息 进行浏览 道路相关的关键信息 路名 起点名称 终点名称 道路等级 道路长度 道路宽度 车道形式 面层类型 管养单位等 2 4 1 2 查询功能 a 直接道路查询 用户输入路名 全部或部分 系统列出符合条件的道路 同时在地图上突出显示 用 户选定道路后 系统给出关于此公路的主要信息 用户可以进一步选择后浏览 公路信息按照公路所有设施可以分为 路产设施 路产附属设旅 非路产设施 三大方 面 a 路产设施 道路 桥粱 涵洞 隧道 渡口 路产附属设施 绿化 道路交通标志 道路交通标线 交通安全设施 c 非路产设施 违章建筑 挖掘占用 非公路标志 b 直接属性查询 用户选择道路 并指定属性 系统列出与指定道路属性对应的值 同时可以在地图上分 段区别显示 属性包括交叉口类型 机动车道 非机动车道 绿化带 中央分隔带 盲道 面积 基层 面层 道路上的桥梁 隧道 涵洞 立交等 对应下一 条件查询 中的条件列表 列出上述属性的条件列表 c 条件查询 系统提供属性以及与其对应的条件列表 用户选择后 形成查询标准 系统根据条件查 询并列出符合条件的道路 同时在地图上突出显示 同时可进一步浏览详细信息 d 综合查询 用户指定 一条或多条 道路 并指定 一个或多个 属性 系统给出对比信息并另存 成文件 第二章需求分析及总体框架设计 e 历史查询 系统提供历史数据查询 f 按行政区划查询 2 4 2 统计功能 用户选择欲统计的属性 系统针对所有道路或指定道路进行统计计算 并以报表的方式 给出结论 该结论可以另存成文件 2 4 2 1 专题图类 a i r i 国际平整度指数 专题图 系统允许用户选定所有道路或指定数条道路 针对i r i 属性在地图上分段以不同颜色显 示 专题图包括标题 图例 主图三部分内容 b 弯沉专题图 系统允许用户选定所有道路或指定数条道路 针对代表弯沉属性在地图上分段以不同颜 色显示 专题图包括标题 图例 主图三部分内容 2 4 2 2 报表类 系统可以提供如下报表 a 道路养护质量统计表 b 养护工程统计汇总信息表 c 管养里程统计表 d 路线基本情况统计明细信息表 2 4 2 3 横断面c a d 囝 系统可以提供横断面示意图 即 用户指定道路 指定里程 道路和里程可以由地图 直接选定 系统给出横断面示意图 此示意图可以保存成文件 2 4 3 资料库 系统提供用户对现有实物资料的归档统一浏览 主要包括照片 录像和纸质资料 a 纸质资料 系统可以提供用户查询接口 用户可以根据道路名称查询道路相关的纸质资 料存放位置 基本内容等等 b 照片和录像 系统可以提供用户查询接口 用户根据道路名称及指定里程段 查询相关 的照片 录像资料在计算机中的存储地址 并能直接调出浏览 2 4 4 后台管理类 a 系统维护管理人员可以对数据进行初始化和维护 b 系统提供接口 供用户修改和维护每条公路对应的数据库 c 系统提供导入功能 由现有文件直接导入到系统数据库 1 2 东南大学硕士学位论文 2 5 地理信息系统开发和实现的阶段及过程 地理信息系统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 系统开发达到预期目标 就必须针对组织 机构管理和计算机信息系统的全过程进行控制与 协i q i i 本地理信息系统开发和实现的阶段及过程如表2 1 所示 表2 1g i s 开发阶段及过程 阶 内容 用户管理人员 开发人员 段 1 提出所要解决的问题l 批准开始研究1 吸取用户要求 需求 2 指出所需要的信息2 组织开发队伍2 回答用户的问题 3 详细介绍现行系统3 进行必要培训3 详细调查现行系统 系 分析 4 提供各种资料和数据4 搜集资料和数据 统 5 总结和分析 分 i 评价现行系统1 审查可行性报告1 提出多种各选方案 析可行 2 与用户一起讨论各方案的 性研 2 协助提出各种方案2 决定是否开发 优劣 究 3 开发的费用估计和时问估 3 选择最适宜的方案 计 1 讨论予系统模块的合理性并提 1 鼓励用户参加系统设计1 说明系统目标和功能 总体出看法 设计 2 对设备选择发表看法 2 要求开发人员多听用户意见 2 子系统和模块划分 系3 计算机系统选择 统1 讨论设计和用户界面的合理性1 听取用户有关系统界面的反1 软件设计 设 2 提出修改意见 映2 代码设计 计详细2 舭准转入系统实施 3 功能设计 设计4 数据库设计 5 用户界面设计 6 输入 输出设计 随时准备回答一些具体的业务监督编程进度分头进行编程和调试 编程 问题 系 1 评价系统的总调1 监督调试的进度1 模块调试 统 实 调试2 检查用户界面的良好性2 协调用户与开发人员的不同 2 分调 子系统调试 施 意见 3 总调 系统调试 接受培训1 组织培训l 编写用户手册 培训 2 批准系统转换2 进行培训 1 按系统要求进行数据处理 运 运行1 按系统的要求定期输入数据i 监督用户严格执行操作规程 工作 行 和维 2 使用系统的输出2 批准适应性和完善性维护2 积极稳妥地进行维护 维 护 3 提出修改和扩充意见3 准备对系统全面评价 护 系统参加系统评价组织系统评价i 参加系统评价 评价2 总结经验教训 第三章数据采集及应用 第三章数据采集及应用 数据库和数据库管理系统是现代信息系统的重要组成部分 数据库为数据提供了一个公 共的仓库 以便其它有组织的单位和地点可以共享这些数据 数据库管理系统为设计者 程 序员以及终端用户提供复杂的存取 检索和管理数据功能 要想共享和管理现代组织所需要 的大量数据 没有一个数据库管理系统几乎是不可能的 3 1 电子地图 3 1 1 主干道数据充实 对电子地图 在现有数据及已有框架的基础上 进行了相应程序开发需要的路名编号 m 设施名称整理 并在此基础上对主干道的基本信息 几何信息 附属信息进行了 重新整理 已满足数据库建设的需要 3 1 2 道路划分 在原有地图的基础上 根据需求分析 对原有的己按照不同标准分类的主干道进行了重 新划分整理 原有地图中的分类标准包括了按管养单位分类 按区域分类 按几何情况分类 等很多情况 对其按照统一的标准进行重新分类 以满足系统实际开发及使用标准化的需要 道路重新划分采取的原则是 按照路名 确定起终点 以此为基础 进行属性数据的输 入 上节所提及的主干道数据的充实就是在这个基础上进行的 3 1 3 动态分段 对道路的分段采用一个标准以后 不可避免