校园地理信息系统CGIS设计与开发.pdf

MODERN CO MPUTER2 0 0 6 1 2 开发案例 现 代 计 算 机 总 第 二 四 九 期 1系统开发背景 1 校园现有管理系统分析 目前每所学校都有许多应用管理系统 如教务管 理系统 办公自动化系统 人事管理系统等 但传统的 管理系统以属性信息为管理对象 缺乏对空间信息的 处理和分析能力 无法直观地表达数据的空间概念 我们日常所接触的信息有7 0 8 0 是与空间位置 空 间分布有着密切联系的 如校园规划 教室编排 宿舍 管理 道路管线改造维护 学校总体发展等 因此传统 的管理系统缺乏对校园信息进行全方位 综合 高效 管理的能力 2 校园地理信息系统 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 是一种能够在计算机软硬件系统的支持下 对 整个或部分地球空间中的有关地理分布数据进行采 集 存储 管理 运算 分析 显示和描述的技术系统 G I S在国防 城市规划 交通运输 环境监测和保护等 与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应 用 极大地推动了社会生产力的发展 由于G I S技术 的迅速发展与普及 为加快校园信息化步伐 提高学 校管理水平和工作效率 促进学校领导决策分析能 力 建立校园地理信息系统 C a m p u s G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o nS y s t e m 简称C G I S 将 G I S技术应用于校园管 理是完全可行并且具有重要的实际意义的 校园地理信息系统C G I S不是一个简单的管理系 统 C G I S能够对学校各建筑物 楼层房间 道路 树 木 绿地 河流水域 管线等地理对象进行管理 并且 将空间信息与非空间信息 如学生信息 教师信息 教 室分布 宿舍管理等 无缝地结合起来 是一个应用整 体 3 C G I S建设目标 C G I S系统需要提供空间信息与非空间信息相结 合的数据分析功能 完成学校日常教学和管理 学校 的规划和布局建设 提高学校管理水平 为学校的决 策提供帮助 校园地理信息系统建设的内容包括校园 C G I S建设目标 空间数据组织及数据结构 系统框架 结构 软件开发与维护等 图1校园地理信息系统C G I S与其他管理系统的联系 2校园地理数据的建立 1 校园基础地理数据 建设校园地理信息系统 首先要对校园空间信息 建立清晰的模型 通过对系统的需求进行分析 我们采 用面向对象的方法对建立模型 将校园空间数据按其 空间特征进行分层组织 细分为点 线 面等实体类型 把与地理空间有关的对象抽象为楼房建筑 道路 树木 校园地理信息系统 CGIS设计与开发 王杰 广东广播电视大学教务处 广州5 1 0 0 9 1 摘要 运用G I S技术对校园信息 包括空间信息和属性信息 进行综合管理 可以有效提高学校的管理 水平 本文以组件式G I S软件为平台 采用面向对象的设计方法 将空间数据与属性数据一体 化存储于关系数据库中 设计开发校园地理信息系统C G I S 关键词 地理信息系统 校园地理信息系统 组件式G I S 空间数据库引擎 现 代 计 算 机 总 第 二 四 九 期 MODERN CO MPUTER2 0 0 6 1 2 开发案例 林地 河流水域 管网等通用概念 具体分析如下 楼房建筑物 主要包括教学楼 办公楼 实验 楼 图书馆 学校医院 食堂 学生宿舍 学生活动用房 和公共设施的位置以及房屋结构等 树木林地 反映校园树木 绿地 草坪的种类 分布及覆盖面积等 道路 反映校院内各主要道路情况 包括道路 位置 走向 路面宽度及坡度等 管线 设施 反映校园内电线电缆 下水管道 煤气管道及校园网络线路的走向 竖井位置 管道分 布 管径和埋深等 河流水系 主要是校园内的河流长度 流向及 湖泊面积 分布等 文字注记 要对校园内的各地理实体标注文字 及注记 如楼房名称 道路名称等 图2校园基础地理数据分层 2 楼房 楼层与房间 在校园基础地理数据中 记录了校园的楼房 道 路 绿地 运动场地等信息 其中最重要的是楼房对 象 为了反映更多的信息 我们对楼房对象进行了详 细的分析 楼房 楼房是校园空间信息的基本单位 是校 园尺度范围和房间尺度范围的联系纽带 有教学楼 办公楼 实验楼 图书馆 教师公寓等 在楼房中可以 建立楼层平面图 楼层平面图中再包含房间 楼层 楼层是楼房对象与房间以及地图紧密结合 起来的纽带 每个楼层作为一幅地图 包括若干图层 其 中最重要的是房间图层 记录了房间对象信息 房间 房间对象是C G I S的最小单元 在教学楼 中指教室 办公室或实验室 在学生公寓楼中则指学 生宿舍 房间对象通过房间编号与具体属性数据相关 联 从而达到实现空间数据与校园属性数据相关联 校园地理信息系统C G I S中 由于加入了楼房这 种对象 并且通过楼层 房间等对象关联起来 与相应 的属性数据有机结合成一个整体 通过以上的模型 在校园地理信息系统C G I S中 可以实现浏览校园电 子地图 浏览空间信息 也可以查看校园中各地理对 象的属性信息 如查看楼房的楼层平面图 并可进一 步查询各房间的详细信息 3 校园属性数据 校园地理信息系统要处理两方面的数据 地理空 间数据及与之对应的属性数据 如对于图书馆 通过 测量方法可以获得图书馆地理位置 高度 面积等空 间信息 为了更全面反映图书馆 我们还必须了解图 书馆的藏书 书库分布 楼层平面图等 对于属性数 据 我们要到相关的系 部及职能科室去调查采集 校 园属性数据主要包括学生信息数据库 教职工人事信 息 课程设置信息 教室编排 宿舍安排等 这些数据 来源于学校各相关部门 经过整理最后要形成完整 的 消除了冗余的数据库 多媒体信息数据 这部分主要是指图片 音频 视 频等数据 如学校的风光图片 反映学校情况的专题 片 各种F l a s h动画等 可以使用数码相机 数字摄像 机等设备去采集相关数据 在这里需要强调说明的是 数据是系统建设中的 重要组成部分 是校园地理信息系统建设的灵魂和生 命 在数据建设中需要注意以下几方面的问题 在系统建设初期 根据系统需求确定数据质量 是一个重要的问题 如果数据的质量不能满足系统需 要 将会直接影响到系统的可用性和准确性 使用G I S技术管理校园地形图 空间数据繁 多 在数据组织方面 力求使冗余数据得到控制 使数 据层次清晰 结构合理 系统开发的过程也是对数据进行处理和分析 的过程 系统建成后 数据还需要不断地进行维护和 更新 3系统开发与设计 1 系统开发关键技术 组件式G I S介绍 过去由于受计算机技术的限制 传统G I S软件很 难与管理系统进行高效无缝集成 近年来 随着计算 机技术及G I S的发展 组件式G I S已经成为当今地理 信息系统软件开发与应用的主流 组件式地理信息系 统 C o m p o n e n t s G I S 以下简称C o m G I S 是面向对象技 术和组件式软件技术在G I S软件开发中的应用 所谓 MODERN CO MPUTER2 0 0 6 1 2 开发案例 现 代 计 算 机 总 第 二 四 九 期 C o m G I S 是指基于组件对象平台 以一组具有某种标 准通信接口的 允许跨语言应用的组件提供的G I S 这种组件称为G I S组件 G I S组件之间以及G I S组件 与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交互 C o m G I S不依赖于某一种开发语言 而是嵌入通用的 开发环境中开发G I S应用系统 图3组件式C o m G I S在C G I S开发中的应用 基于关系数据库的空间数据与属性数据一体 化存储 传统的G I S中空间数据以文件方式存储 属性数 据以数据库存储 二者通过关键字段联系起来 但是 以文件形式管理空间数据在数据维护一致性 安全 性 数据共享等方面都不能满足校园地理信息系统开 发管理的需要 G I S技术的最新发展是采用关系数据 库系统 R D B M S 管理和存储空间数据 即将空间数据 和属性数据都存储于关系数据库的表中 由于空间数 据和非空间数据在存储上并无本质的不同 这意味着 空间数据与非空间数据一体化集成 实现了真正的一 体化存储 其中实现的关键是空间数据库引擎 S p a t i a l D a t a b a s eE n g i n e 简称S D E 其主要任务是 用关 系数据库存储管理空间数据 从数据库中读取空间数 据 并转换为G I S应用程序能够接收和实用的格式 将G I S应用程序中的空间数据导入数据库 交给关系 数据库管理 图4基于关系数据库的G I S数据一体化存储方案 2 软件开发平台 在校园地理信息系统C G I S开发中 我们选用了 北京超图地理信息技术有限公司的S u p e r M a pO b j e c t s 组件式地理信息系统软件平台 S u p e r M a pO b j e c t s是 全组件 开放式的软件系统 能够满足校园地理信息 系统的实际需求 此外 在多媒体应用中 我们利用 D e l p h i的多媒体控件和S u p e r M a p控件提供的属性和 方法 可以实现多媒体信息显示 增加系统的可操作 性和显示内容的多样性 系统开发运行环境为中文Wi n d o w s 9 x M e 2 0 0 0 X P 系统开发设计语言采用B o r l a n d公司D e l p h i 6 0 它完全支持A c t i v e X控件的应用 对数据库也非常支 持 提供完全可视化的 面向对象的编程环境 有利于 提高系统的开发效率 加快系统的开发进度 We b G I S软件选用S u p e r M a pI S S u p e r M a pI S使 用了开放式的体系结构 具有使用简便 易于扩展 可 以充分发挥地图引擎能力的优点 通过该体系结构 S u p e r M a pI S可以实现多服务器群集 动态负载平衡 编译执行 直接H T T P响应 多级缓存 多地图引擎支 持 集中化管理等功能 图5C G I S系统C S与B S混合模式 4系统主要功能 1 地图浏览功能 校园地理信息系统C G I S提供多种地图操作方 式 可以非常方便地对校园电子地图进行各种操作 如放大 缩小 全幅显示 鹰眼漫游 无级自由缩放等 功能 可以进行地图距离 面积量算 图层可见 可选 择 可编辑及图层显示顺序的调整等 地图显示风格 的改变 例如对教学楼的显示 除了可显示其地理位 置 形状 面积等地理数据 并且对教学楼还可以进一 步显示其剖面图 结构图 各个教室的分布图等 同时 更详细的信息可以通过图片 声音或视频多媒体技术 显示出来 2 查询和空间分析功能 C G I S系统提供丰富的查询功能与良好的操作 现 代 计 算 机 总 第 二 四 九 期 MODERN CO MPUTER2 0 0 6 1 2 开发案例 性 方便用户能够通过各种查询方式来获取对象的各 种信息数据 系统设置了多样化的查询项目 提供点 选查询 圆形查询 矩形查询 多边形形查询等功能 可以查询指定范围内的对象的详细信息 并可以进行 自定义的高亮显示 也可以根据属性信息查询相关的 校园地物 通过地图窗口或数据窗口对查询的地理数 据进行显示 通过空间分析功能 可以对校园环境进行更好的 设计 规划与实施 诸如教学楼的新建 校园的绿化 各类建筑 道路以及地下管道等等的最优化设计布 局 计算任意两实体之间的距离和面积 以实现距离 最短或时间最短等为目标的各种优化设计等 同时 通过对地理数据的统计分类 可在地图窗口或数据窗 口创建符合分析条件的显示实体等 3 C G I S与其他系统集成 以公寓管理为例 校园地理信息系统C G I S不是一个简单的管理系 统 应该能够对学校楼群建筑物 楼层房间 树木 绿 地 河流水域 管线等地理信息实体信息进行管理 在 这里我们以学校管理中的公寓管理为例 公寓楼基本信息 可以在校园电子地图上轻松定位找到相关的公 寓楼 进而可以了解公寓的详细信息 如公寓楼名称 公寓楼编号 楼房结构 管理人员 建设年份 建设单 位等 还可以通过图片 声音 视频多媒体技术手段表 现出来 楼层平面图 找到学生公寓楼 打开楼层平面图 我们可以进 入楼内 看到各楼层学生宿舍房间的详细分布 学生 宿舍结构 量算楼道的宽度 面积 自来水 电源线 网 线 有线电视线的走向 了解楼道内各种安全设备的 分布等 宿舍房间管理 对选中的宿舍房间 可以查询房间结构 房间设 备等 还可以查询此房间入住的学生学号 学生姓名 所在系别班级等 同时可以查询此房间的住宿费 水 费 电费 网络使用费的收缴情况 结 语 本文对地理信息系统理论与技术应用于校园管 理系统建设进行了有益的探索 较好地解决了校园管 理系统难于集成和统一平台的问题 使系统成为一个 更加完善的校园管理系统 希望能为学校的教学和管 理作出贡献 成为数字化校园的一部分 参考文献 1 邬伦等 地理信息系统 原理 方法和应用 北京 科学出 版社 2 0 0 1 3 刘南 刘仁义 We bG I S原理及其应用 主要We bG I S平 台开发实例 北京 科学出版社 2 0 0 2 4 修文群 池天河 城市地理信息系统G I S 北京 北京希望 电脑公司 1 9 9 9 5 王杰 童新华 用M a p O b j e c t s开发建设用地管理信息系 统 南方国土资源 2 0 0 4 1 6 理解