基于GIS的数字校园信息系统的设计与研究VIP

装订线 基于GIS的数字校园信息系统的设计与研究二 七 届 毕 业 论 文基于GIS的数字校园信息系统的设计与研究学 院：地测学院专 业：地理信息系统姓 名：姜昊学 号：2605030117指导教师：王 腾 军完成时间：2007年6月17日二七年七月目录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论311 建设数字校园的研究目的和意义312 国内外研究和应用的现状413 本文研究的主要内容4第二章 数字校园信息系统关键的技术体系521 GIS简介及其发展状况5211 GIS概述5212 GIS的组成6213 GIS的功能7214 应用型GIS开发方式922 管理信息系统（MIS）概述1023 GIS前沿技术以及应用的新趋势11231 组件式GIS11232 WEB-GIS12233 数字地球15第三章 数字校园的总体设计1531 系统功能介绍15311 按照系统的功能15312 按照模块分1632 系统的体系结构2033 开发工具选取以及开发平台的搭建20第四章 数字校园信息系统数据库设计2141 空间信息和属性信息的采集和编码21411 空间信息采集与编码22412 属性信息采集与编码2242 数据加工与入库234. 2. 1 图形坐标变换234. 2. 2 基本坐标变换234. 2. 3 仿射变换2443 数据存储模式2444 数据库设计原理24第五章 数字校园信息系统核心模块的详细设计255. 1 校园巡逻核心模块功能概述255. 2 “数字校园”空间信息发布模块设计与实现26第六章 总结和展望266.1 本文的主要工作及结论266.2 有待进一步研究的问题27致 谢 语27主要参考文献28摘 要本文从数字城市的发展与应用系统谈起，论述了高等院校校园信息化建设的实际意义和技术可行性，系统阐述了GIS技术在建设数字校园中的重要作用和具体作用。文章通过剖析“数字校园”的体系结构，对数字校园包含的内容和整休框架进行详细的论述和探讨。基于GIS的数字校园，即校园地理信自、系统是由一张电子地图和若于图层组成。用户可以在Internet上浏览校园的全景和局部，像在校园中散步一样漫游。还可以根据校园的一个行政建筑查询到所有坐落在该建筑中的院系的研究机构，读取各个院系的电话，随时链接到各个院系的主页；也可以在数字化校园中享受生活:它会告诉用户最近的商店和银行，会提供最新的食堂的供应时间;最后，作为一个数字化了的校园，查找宿舍和上课教室将不再是难事。随着我国高校管理体制的改革，许多高校相继合并，这样同一院校有多个校区，给学校的教学和管理带来了诸多不便;同时，高等院校的校园面积较大、建筑物较多，地上、地下的管网、供电和通信线路交叉分布，这些信息用常规的管理方法难以实现有效的管理。应用GIS技术有助于解决这些问题，本系统在GIS技术支持下对校园地形、房屋、道路、山地等进行显示和管理，实现数字小区的初步设想。长安大学大学渭水校区正处在发展和扩建阶段，数字校园的建设意义更为突出。关键词: 数字校园 ，GIS，WEBGISABSTRACT In this thesis, we discuss the importance and practicability of campus information, and expatiate on the importance and the application of GIS in the course of building digital campus. We elaborate on the contents and structure of digital campus by analyzing the structure of digital campus. The digital campus based on GIS (campus geography information system) is formed by an electronic map and several figure stratums. Users could browse the whole view or part of the campus on the Internet, like wandering in the campus. All in all，it will be no difficult to search the dorms and classroom table.With the reform of the University, many colleges combine gradually. This brings many troubles to the campus teaching and management. At the same time, there are huge numbers of buildings in the broad campus .It is not easy to realize the effective management under the use of normal methods. This system realizes the display and management of campus landform, buildings and roads and set up the digital little district under the helps of GIS technology. The significance of settling the digital campus is much morn obvious as the WEISHUI campus is still under construction.KEY WORDS：DIGITAL COMPUS，GIS，WEBGIS第一章 绪论11 建设数字校园的研究目的和意义随着高校信息化进程的不断推进,全面快速地提升高校教学管理水平已成为各高校共识。数字校园作为高校信息化建设的重要组成部分,它的实施建设,已成为我国高校快速提升整体教学管理水平的重要手段。数字校园是利用计算机技术、网络技术、通讯技术对学校与教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行全面的数字化;并用科学规范的管理对这些信息资源进行整合和集成,以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制;把学校建设成面向校园内,也面向社会的一个超越时间、超越空间的虚拟校园。通过提升教学设施、教学方法、教学手段、教学管理,从而达到全面提高教学质量、管理水平与效率的目的。数字校园是一项庞杂的系统工程,它的建设实施涉及到高校的方方面面,包括用户管理、数据管理、信息管理、信息服务、网上办公、网上教学、数字图书馆、社区服务、电子商务、安全管理、宽带网络等方面的功能。系统不但要解决目前高校存在的信息孤岛化问题,实现数据的高度共享,还要对已往的设施进行保护和利用,避免重复投资。一般而言,数字校园的建设应遵循以下原则：（1） 统一性:采用统一的标准、统一的结构对网络设施进行统一的管理,保证系统功能、界面、内容的统一化和标准化,从而达到服务的规范化和管理的高效性;（2） 可扩展性:应用系统设计采用分层的模块化结构,以达到高可扩展性,适应业务的发展变化。软硬件平台应具有良好的可扩展能力,能够方便地进行系统升级和更新,以适应各种不同业务的不断发展;（3） 安全性与可靠性:采用高可靠的软硬件设计,从网络、系统、应用等多方位实现安全基础,为产学研提供全天候的可靠服务保障;（4） 可集成性:遵循公开的互联协议和规范,建立统一开放的系统接口,充分连接学校现有的网络和资源,实现跨平台集成。总的来说,建成后的数字校园要具备以下特征:提供按需服务,强调服务效率和个性化;具有统一的平台,将多样的应用系统整合在一起,实现最大化的资源利用率;提供统一的用户管理服务,适应多样的教育教学和生活应用、通讯、协同工作手段灵活,呈现多样化;教育环境的外延可无限扩大,使学生和教师可存在于不同的时间和空间之中。12 国内外研究和应用的现状自从美国前副总统戈尔提出“数字地球”的概念后,引起了国际社会、各国政府和学术界的广泛重视,“数字地球”“数字城市”成为近几年来地球空间信息科学研究的热点。“数字城市”作为“数字地球”的延伸,是“数字地球”最基本的一个空间层次,是“数字地球”发展战略的前沿阵地,也是建设“数字地球”的关键和难点。“数字城市”的建设也将为“数字地球”的全面展开奠定基础。我国政府高度重视此项工作,将“数字城市”的核心技术GIS平台软件研制,列入国家“九五”和“十五”的863 计划的重中之重项目,将地理信息系统软件产业发展作为我国软件产业发展的首要产业。国家三大科技发展战略,无一不与地理信息系统有关。随着高校信息化建设的发展,“数字校园”的概念也相应出现。所谓“数字校园”是指数字化的、虚拟的校园,是“数字地球”的微观表现形式在校园区域的具体体现 。“数字校园”是“数字城市”的一个缩影,具有“数字城市”的特点和功能,启用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素,为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素,为学校的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。数字校园是一项庞杂的系统工程,它的建设实施涉及到学校的方方面面,因此,从严格意义上看,目前,国内尚无一个学校建成了完全意义上的数字校园。13 本文研究的主要内容“数字城市(区域)”是以城市(区域)的自然、经济、社会资源为对象，通过数字化、网络化、可视化、智能化处理，形成信息资源的集成、应用与共享系统。其涉及经济和社会的各个方面，包括地理信息、电子政务、电子商务、公共网络安全和社会公共服务等多种应用和支撑平台。“数字城市(区域)”是信息化建设中具有全局意义的基础性工程，是一项庞大复杂的系统工程，它涉及计算机网络、数据库、卫星定位系统、遥感、地理信息系统、虚拟现实等多项关键技术。现在地理信息系统技术，如Com-GIS, Web-GIS和3DGIS，是“数字地球”、“数字城市”实现的关键技术。 “数字校园”可以说是“数字城市(区域)”的缩影，在功能实现方面基本上与他们相同，本设计就“数字校园”的特点，从以下几个方面分阶段分层次的推进，逐步进行研究的。具体研究内容: (1)以大比例尺地形图为基础，以地理信息系统为平台，构筑空间基础数据库，将各类信息按专题分层，建立相应的属性数据库。 (2)以Web-GIS技术为基础，提出一套网上发布的系统的基本思路，在此基础上可以实现校园全景的网上浏览、查询和分析等功能。第二章 数字校园信息系统关键的技术体系21 GIS简介及其发展状况211 GIS概述由于计算机技术的发展和应用的普及，特别是网络技术和数据库技术的成熟，使GIS得到了蓬勃发展。GIS地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是以计算机为工具，采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面空.间(包括大气层在内)及与地理分布有关的数据的空间信息系统。它是计算机科学、地理学、测绘学、遥感学、环境科学、城市科学、信息科学和管理科学发展起来的新型边缘科学。据统计，80%以上的信息具有空间属性。因此，GIS已广泛应用于防灾减灾、城市规划、环境保护、车船导航和军事等诸多领域。GIS与遥感RS(Remote Sensing)和全球定位系统GPS( Global Positioning System)有机地结合在一起应用，就是3S技术。其中，GPS是利用人造地球卫星进行点位测量的一种导航技术。而RS是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。 地理信息系统具有以下三方面的特征: 1、具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性; 2、以地理研究和决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息; 3、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的和专门的地理分析方法，作用与空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。其结合方式主要分以下三种形式:地理信息系统与全球定位系统的结合，可利用地理信息系统中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，组成GQS十GIS的各种电子导航系统，用于交通、警车定位，车船自动驾驶等。 地理信息系统和遥感的结合，可将遥感作为重要的信息源和数据更新的重要手段，同时地理信息系统可以提供遥感图象处理所需的一些辅助数据，以提高遥感图像的信息和分辨率，从而提高遥感图象处理和解译的精度。集遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的功能于一体，构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统，是空间信息适时采集、处理、更新及动态地理过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有力手段。212 GIS的组成GIS由五个主要的元素所构成:硬件、软件、数据、人员和模型。1、硬件。硬件是GIS所操作的计算机。GIS软件可以在很多类型的硬件上运行，从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。2、软件。GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有输人和处理地理信息的工具，数据库管理系统(DBMS)，支持地理查询、分析和视觉化的工具，容易使用这些工具的图形化界面(GUI )等。 3、数据。一个GIS系统中最重要的部件就是数据。地理数据和相关的表格数据可以白己采集或从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其它数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被人多数政府和企事业单位用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。 4、人员。GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员。5, GIS模型。GIS专业模型和经验是GIS应用系统成败的至关重要的因素。213 GIS的功能l 数据输入、存贮、编辑对多种形式(影像、图形和数字)、多种来源的信息，可以实现多种方式(自动、半自动、人工的数据输入(即数字化)，建立空间数据库。 数据输入，即在数据处理系统中，将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)传输给系统内部，这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。它包括数字化、规范化和数据编码三方面的内容。 所谓数字化，包括不同信息经过扫描数字化或跟踪数字化器，进行模数转换、坐标变换等，形成各种数据文件，存入数据库内。 所谓规范化，即对不同比例尺、不同投影坐标系统、不同精度的外来数据，必须统一坐标、统一记录格式.以便在同一的基础上进一步工作。其中有的工作，如投影坐标变换可以在数字化过程中进行。 所谓数据编码，就是根据一定的数据结构和目标属性特征，将数据转换为便于计算机识别和管理的代码或编码字符(由系统内部的软件来完成)。 数据输入方式与使用的设备密切相关，常有三种形式:一是手扶跟踪数字化器的大量跟踪数字化。这种仪器是最常用的图形数据采集装置，它通过人工选点或跟踪线段进行数字化。它主要输入有关图形点、线、而的位置坐标。二是扫描数字化仪的光栅扫描数字化，主要输入有关图像的网格数据。三是键盘输入，主要输入有关图像、图形的属性数据(即代码、符号)。 数据存贮，即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存贮介质(磁盘、磁带)上。其存贮方式与数据文件的组织密切相关，关键在于建立记录的逻辑顺序，即确定存贮的地址，以便提高数据存取的速度。 数据编辑功能，给用户提供了修改、增加、删除、更新数据的可能。 缩微摄影技术也是存贮图形数据的一种方法。对于那些仅做档案查存，不需要定位查询和不需要建立拓扑关系的影像和设计图纸可采用此种方法。它的花费约为数字化形式输入和存贮的1/20 。例如，日本国土院用此模拟形式存贮了78万张黑白、彩色航空像片和7000张航摄底片；英国军事测晕局把全英l: 2500和1: 1250两种比例尺地图、历代全英航空像片均缩微存贮建库。操作运算,为了满足各种可能的查询条件而进行的系统内部数据操作，如数据格式转换、多边形叠合、拼接、剪辑等操作以及按一定模式关系进行的各种数据运算，包括算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。l 数据查询、检索从数据文件、数据库或存贮装置中，查找和选取所需数据。查询根据用户提出的问题，来确定查找方向和步骤。 检索从数据文件中，提取所需要的数据。l 应用分析 地理信息系统应用分析一定区域内的各种现象和过程。根据确定的应用分析模式，提高分析评价、管理和决策的能力。这一分析功能可在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现，包括空间信息量测测与分析、统计分析、多要素综合分析等。地理信息系统本身是否具有建立各种应用模型的功能，是判别一个系统好坏的重要标志之一。因为这种功能在很大程度上决定了该系统在实际应用中的灵活性和经济效益。当然，一般来说，各种地理信息系统都有专门的应用目的，而不是包罗万象的。l 数据显示、结果输出 数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示。通常以人机对话方式来选择显示的对象与形式，如数据显示。统计图形显示、空间数据的图