国际强震救援处置系统地理信息管理论文

单位代码 10006 学 号 38060229 1 分 类 号 TP31 毕 业 设 计 (论 文 )国际强震救援处置系统地理信息管理学 院 名 称 计 算 机 学 院专 业 名 称 计 算 机 科 学 与 技 术学 生 姓 名指 导 教 师2012 年 6 月 论文封面书脊国际强震救援处置系统地理信息管理北 京 航 空 航 天 大 学本 科 生 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书、毕业设计（论文）题目：国际强震救援处置系统地理信息管理 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：原始资料:世界地图,与地图中的原始数据(人口,建筑等) 技术要求:基本由 java 完成. 、毕业设计（论文）工作内容：1元数据管理：构建研判活动与 GIS 信息映射关系模型，在这一基础上实现元数据的设计与管理维护，提供统一的地图与地理信息查询、浏览对象访问接口； 2任务对象管理：实现不同灾区任务对象的统一管理。根据灾情发展以及有关规则实现灾情跟踪任务的生命周期内各个子活动的维护。在任务执行过程中，根据时间片段以及有关规则，不断更新信息、形成即时灾情综合研判报告以及其他分析报告，并将这些报告归档存储；同时，提供人工干预接口，实现任务管理人员的操作； 3任务活动组织：随着灾情发展、余震以及其他衍生灾害的发生，在特殊的时间点或事件（大型余震）点创建并执行分析活动对象。这些子对象根据发生的时空实现顺序组织，协助分析与决策对灾情追踪过程的回放、回溯等操作； 4地理信息管理：实现主题图、图层、图形对象的管理、编辑与维护，提供必要的属性编辑与查询接口； 、主要参考资料：SuperMap iServer 6R Java API 参考 Beginning Java Objects: From Concepts to Code 2nd Edition 网络教程 W3schoolWeb 利用 Apache 和 Tomcat 构建支持 Servlet 的动态网站 地理信息系统原理、方法和应用 计算机 学院计算机科学与技术 专业类 班学生 毕业设计（论文）时间： 2012 年 2 月 20 日至 2012 年 6 月 8 日答辩时间： 年 月 日 成 绩： 指导教师： 兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室） 主任（签字）： 注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 I 页本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者：签字：时间：北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 II 页国际强震救援处置系统地理信息管理学生：指导教师：摘要多次国际强震灾害的发生表明，加强国际强震救援处置系统建设，对提高地震巨灾的紧急救援和服务能力，最大限度减小人员伤亡和经济损失具有十分重要的意义。其处理过程分为震后自动速报、半自动化的跟踪研判与人工协同综合研判等几个基本阶段。地理信息的管理则为警告与快速跟踪判断系统的核心内容之一。为了建立一个能满足强震救援处置系统需要的地理信息平台，我做了以下工作：1.寻找一种搭建 GIS服务器的方法，通过 GIS 服务器来存放数据，收集信息并发布地图服务。讨论客户端数据处理方案，最后设计了扩建服务器方案，使服务器满足远程交换参数，让客户只需要将参数发给服务器，服务器对数据进行处理，就可以返回给客户需要的数据。2.制定了本系统的设计目标与内容，学习了 GIS 原理与 GIS 软件的使用方法，设计了强震处置系统- 警报与速判分系统的地震数据分析模块，数据分类添加模块，地图数据输出模块的设计。研究了 SuperMap 的 API，选择了合适的功能接口，即地图提供者接口和数据提供者接口。根据其接口实现的方法，讨论出一个实现本模块功能的方案。与后置模块的负责人协商出接口具体的包装方式，然后实现。3.设计了 java 图形界面，用于演示系统完成的 7 个功能，包括添加椭圆，添加衰减图，添加数据点，加载图形图层，加载专题图图层，清除要素以及显示地图。关键词：地理信息系统；地震；标记；地图北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 III 页Geographic Information Management in the Rescue and Disposition Application System for the International EarthquakesAuthor: Tutor: AbstractMany international earthquake-caused disasters show that the construction of international earthquake rescue and disposition application system plays an important role in improving the rescue and service ability under emergency of the seismic disaster and minimizing casualties and economic loss. The process is divided into several stages such as Quick-report After Earthquake stage, Fast-Track Judge stage and Integrated Judge of Artificial stage. In order to establish a geographic information platform to meet the needs of the earthquake rescue and disposition application system, this paper makes the following contributions: (1) The paper finds a way to build a GIS server, to collect the information and publish the map service. After investigating the client data structure, the paper designs the expansion server and allows the server to meet the telecommunications, so that the server processes the data and return the data to the customer after the customers send data to it. (2) The paper analyzes the system design goals and content, after learning GIS principles and GIS software, the seismic data analysis module, data classification adding module and the map data output module of Earthquake Disposition System are designed. The paper selects the Map Provider Interface and the Data Provider Interface as the appropriate function interface from API of SuperMap after investigation and test. Base on the interfaces implementation and consultation with the person in charge of the after module, a program is designed and implemented to achieve the functionality of this module. (3)This paper designs a java graphical interface to demonstrate the seven functions of the system, including drawing the ellipse, adding the decay pattern, adding the data point, loading the graphic layer, loading the thematic map, deleting the feature and visualizing the map.北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 IV 页Key words：GIS; Earthquake; Map; Icon北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 V 页目 录1 绪论 .11.1 课题背景及目的 .11.2 国内外研究现状 .21.3 研究内容 .31.3.1 任务管理中协同组织灾情分析工作中各个活动 .31.3.1 用 GIS 标识灾情的中心、衰减趋势及其他重要信息 .31.4 解决方法 .31.4.1 任务管理平台 .31.4.2 地理信息系统 .42 相关概念与技术 .52.1 地理信息系统（ Geographic Information System，简称 GIS）及其实现 .52.2 现有的地理信息系统的开发软件 .52.3 术语和定义 .113.强震救援处置系统地理信息管理模块需求 .133.1 强震救援地理信息管理模块特点 .133.1.1 强震处置系统-警报与速判分系统需求 .133.1.2 警报与速判分系统-多源信息分析模块需求 .163.1.3 强震救援处置系统地理信息管理模块需求 .173.2 系统组成结构 .173.2.1 系统层次概述 .173.2.2 数据层组成结构 .183.2.3 管理层组成结构 .203.2.4 展示层组成结构 .213.3 功能需求说明 .233.3.1 系统用例说明 .233.3.2 具体功能清单 .253.3.3 主题通道信息管理用例说明 .253.3.4 数据分类和多源信息整理用例说明 .273.3.5 数据输出用例说明 .293.4 外部接口需求 .313.4.1 操作系统接口 .313.4.2 SuperMap-MapProvider 接口 .323.4.3 SuperMap-DataProvider 接口 .323.5 性能需求 .333.5.1 数据精确度 .333.5.2 时间特性 .333.5.3 灵活性 .343.5.4 安全性 .344 强震救援处置系统地理信息管理模块设计 .364.1 地震数据分析模块设计 .36北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 VI 页4.1.1 衰减计算模型设计 .364.1.2 分布数据分析设计 .374.2 数据分类添加模块设计 .384.2.1 面数据添加及清理处理 .384.2.2 点数据添加及清理处理 .394.3 地图输出模块设计 .404.4 服务器-客户通信以及展示界面设计 .424.4.1 服务器-客户通信设计 .424.4.2 展示界面设计 .425 强震救援处置系统地理信息管理模块实现 .445.1 地震数据分析模块实现 .445.2 数据分类添加模块实现 .455.3 地图输出模块实现 .495.4 服务器-客户通信以及展示界面实现 .52结论 .59致谢 .60参考文献 .61附录 .62SuperMap-MapProvider 接口方法详细信息 .62SuperMap-DataProvider 接口方法详细信息 .68北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 VII 页北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 1 页1 绪论1.1 课题背景及目的近年来，在国际强震救援过程中，中国以日益开放、成熟的姿态在全球一体化的大背景下积极参与国际事务，并扮演着日益重要的角色。多次国内国际强震灾害的发生表明，加强国际地震应用处置系统建设，对提高地震巨灾的紧急救援和服务能力，最大限度减小人员伤亡和经济损失具有十分重要的意义。加强国际地震应用处置系统建设，提高地震灾害紧急救援能力是适应社会发展应对可能发生巨灾的需要。特别是汶川 8.0 级强震受灾严重区域约为 10 万平方公里，我国投入数十万救援力量，其中专业地震救援队伍近 20 支，因此向如此庞大的救援力量提供有针对性的快速的应急救援信息服务和决策建议，并开展多支救援队伍间有效的协调，对指导快速救援处置方案编制、提高协同作战能力和搜索营救效果具有重要的现实意义。加强国际地震应用处置系统建设，不仅为救援队提供快速应急救援信息服务，同时还可为各级政府、非政府组织和公众提供地震灾害应急救援信息服务，对提高全社会应对巨灾能力和救援实效具有重要的现实意义。加强国际地震应用处置系统建设，提高地震灾害紧急救援能力是适应国家外交战略发展的需要。中国作为世界的政治大国和正在崛起的经济大国，在国际事务中发挥着越来越重要的作用，在面临巨灾实施国际人道主义救援任务时，需要有一支高素质的救援队伍去展示中国作为负责任大国的形象。国际强震灾害警告与跟踪快速判断子系统的主要工作是对专业地震信息源开展侦听工作，一旦发现地震灾情信息后自动启动灾情研判与发布活动，同时，在灾情发展过程中不断接收各种信息，更新、发布即时灾情研判。在这一活动中基于地理信息开展分析、研判成为业务活动的重点。强震应急因其较大的突发性、随机性在业务活动开展过程中存在一定特点。其处理过程分为震后自动速报、半自动化的跟踪研判与人工协同综合研判等几个基本阶段。在前期的自动速报与半自动的跟踪研判过程中，需要根据各种空间信息数据、震害模北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 2 页型综合计算盲估灾情的范围与影响程度。在这一过程中。地理信息的管理就成为警告与快速跟踪判断系统的核心内容之一。在强震应急处置研判业务活动中，地理信息的管理涉及主题图对象、地理图形对象、图层对象的编辑与管理、研判，元数据管理等内容。针对这一问题，本课题开展研究工作。在关系数据库、GIS 等技术的基础上构建强震地理信息管理平台，通过WEBservice、JSP 等技术提供强震信息发布等服务；确保强震应急处置工作的顺利开展。1.2 国内外研究现状当前能提供 GIS 地图服务的应用已经非常多了，但是 GIS 包含功能甚广，有的功能具有大量的需求，而有的功能缺是一般人几乎用不上的，因此并不是所有软件都会向用户提供 GIS 的大多数功能，相反，通常为用户提供的只是很有限的功能，足够一般用户使用的功能。Web 地图服务（Web Map Server，WMS ）通常是提供免费的服务，如 google 地图，baidu 地图这些众人皆知的网络地图，他们为用户提供的有，动态分块图层服务，用来提供用户移动地图，放大缩小地图，提供地图标记功能，能在地图上添加图标，来记录或表示地点，能在地图上添加矢量数据，来添加路线等，其拥有很详细的地图数据，包括了详细的单位与道路数据集，其核心功能为数据集查询功能，因为这类网站主要提供的就是查询功能和寻路功能。电子导航仪地图大多是提供收费的服务，如凯立德，高德，四维图新等。他们为用户提供的功能有：动态分块图层服务，地图标记功能，矢量图层功能，查询功能，路径演算，以上的功能与前者几乎一致，不同的是：1.这些导航仪还提供地图切换功能，包括旋转地图，3D 地图（切换数据集） ，地形地图（切换数据集）等。 2.他们的 GIS功能重点不同，Web 地图服务（ WMS）以查询为主，他们具有非常详细的建筑、单位数据集，更加优秀以至于能方便进行全球查询的搜索引擎；而后者是以路径规划为主，他们没有 google 那样详细的建筑、单位数据集，也没有 google 那样强大的搜索引擎，但是因为使用导航仪的人更注重的是交通安全，他们的交通信息比 google 却要详细的多，包括车道信息，单行道信息，公交车道信息等，路径演算的方式也不同于 google只有最短路径演算，有最短路径，最短直线距离，最不拥挤，只走大道等演算法。北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 3 页以上提到的 2 种 GIS 服务均为面向大众的 GIS 服务，他们提供给用户的是作为客人能使用的功能。如果需要提供更广的功能，就需要用更基础的 GIS 开发软件，如SuperMap ，ArcGIS 等等进行再次开发。而做出面向特定需求的用户的软件。本设计就将使用 SuperMap 进行再开发，提供地震救援系统所需要的功能。1.3 研究内容1.3.1 任务管理中协同组织灾情分析工作中各个活动1元数据管理：构建研判活动与 GIS 信息映射关系模型，在这一基础上实现元数据的设计与管理维护，提供统一的地图与地理信息查询、浏览对象访问接口；2任务对象管理：实现不同灾区任务对象的统一管理。根据灾情发展以及有关规则实现灾情跟踪任务的生命周期内各个子活动的维护。在任务执行过程中，根据时间片段以及有关规则，不断更新信息、形成即时灾情综合研判报告以及其他分析报告，并将这些报告归档存储；同时，提供人工干预接口，实现任务管理人员的操作；3任务活动组织：随着灾情发展、余震以及其他衍生灾害的发生，在特殊的时间点或事件（大型余震）点创建并执行分析活动对象。这些子对象根据发生的时空实现顺序组织，协助分析与决策对灾情追踪过程的回放、回溯等操作；4地理信息管理：实现主题图、图层、图形对象的管理、编辑与维护，提供必要的属性编辑与查询接口；1.3.1 用 GIS 标识灾情的中心、衰减趋势及其他重要信息通过系统数据库获取的震情信息（地震的中心，半径，属性等） 。将其通过 GIS 图形化，描述在实际地图中，提供出直观信息给用户和分析人员。并且随着灾情的发展，对 GIS 进行实时更新。北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 4 页1.4 解决方法1.4.1 任务管理平台通过 JSP 编写，使用 java 编程语言编写类 XML 的 tags 和 scriptlets，来封装产生动态网页的处理逻辑。JSP 页面由 HTML 代码和嵌入其中的 Java 代码所组成。服务器在页面被客户端请求以后对这些 Java 代码进行处理，然后将生成的 HTML 页面返回给客户端的浏览器。Web 服务器在遇到访问 JSP 网页的请求时，首先执行其中的程序段，然后将执行结果连同 JSP 文件中的 HTML 代码一起返回给客户。插入的 Java 程序段可以操作地理信息系统、服务器数据存储等，以实现建立动态网页所需要的功能。1.4.2 地理信息系统地理信息管理实现专题图、图层与图形对象的管理、通过元数据管理实现攀岩结论中任务信息与图形信息关系的维护；通过任务管理实现任务信息的查询、任务状态的浏览与干预；在本系统中，将使用 JAVA 来实现这一部分。在 SuperMap 所提供的开发环境上，引进地震所需要的数据源，进行再次开发。使用 Tomcat 在服务器上建立所需要的地图服务，通过 REST 的数据服务，获取 REST 数据服务提供者，然后对数据进行添加。通过 WMS 服务的地图服务，获取 REST 地图服务提供者，通过加载矢量图层的方式，选择性的把需要的数据加载进该地图，从而组合得到需要的地图。因为是添加数据而不是直接修改源数据，因此不用担心原始数据被篡改。再将这些功能打包放进 Tomcat 中，实现远程地理信息服务。北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 5 页2 相关概念与技术2.1 地理信息系统（ Geographic Information System，简称 GIS）及其实现GIS 即地理信息系统（Geographic Information System） ，经过了 40 年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在 GPS 及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。地理信息系统在最近的 30 多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。GIS 在应急响应上有着方便解决在发生地震、洪水、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题的作用。2.2 现有的地理信息系统的开发软件国外： AutoCAD Map3d （美国 Autodesk 欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用 CAD 技术（Computer Aided Design，计算机辅助设计）而开发的计算机绘图软件包经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 ）ArcGIS（ArcGIS 为用户提供一个可伸缩的，全面的 GIS 平台。后文详细介绍）MapInfo （MapInfo 是美国 MapInfo 公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多种数据库数据、融合计算机地图方法、使用地理数据库技术、加入了地理信息系统分析功能，形成了极具实用价值的、可以为各行各业所用的大众化小型软件系统。MapInfo 含义是“Mapping + Information（地图+信息） ”即：地图对象+属性北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 6 页数据。 ）其中 ArcObjects 包含了大量的可编程组件，从细粒度的对象（例如，单个的几何对象）到粗粒度的对象（例如与现有 ArcMap 文档交互的地图对象）涉及面极广，这些对象为开发者集成了全面的 GIS 功能。每一个使用 ArcObjects 建成的 ArcGIS 产品都为开发者提供了一个应用开发的容器，包括桌面 GIS（ArcGIS Desktop） ，嵌入式GIS（ArcGIS Engine ）以及服务端 GIS（ArcGIS Server） 。ArcGIS9.2 架构ArcGIS Server 可建立 server hosted 的 GIS 应用程序，经由 Web 或 LAN 传递分享。开发人员透过使用 A