GIS矢量图形系统设计与实现

1、GIS 矢量图形系统设计与实现摘要：分析了目前gis开发与应用的现状和从底层开发小型gis矢量图形系统的意义；提出了一种小型gis矢量图形系统的设计方 案；并就该小型gis矢量图形系统的实现，探讨了其中相关的数据 组织、属性数据设计、符号库等技术问题。关键词：gis；矢量图形系统；底层开发；符号库abstract: the analysis of the current development and application ofgis and the present situation of development from the bottom small gisvector graphi

2、cs system of meaning; puts forward a small gis vectorgraphics design schemeof the system; and the small gis vector graphicssystem is realized, and discusses the relevant data of the organization,attribute data design, technical problems such as library symbols.keywords: gis; vector graphics system;

3、base development; symbolslibrary中图分类号：n945.23文献标识码：a文章编号：地理信息系统(geographical information system，简称gis) 是对地理空间数据及相关信息进行采集、 管理、查询、处理、分析、 表达和输出的计算机系统。它始于上世纪60年代，之后随计算机 硬、软件技术的发展而迅速发展，并获得广泛的应用。gis基础软件是各种gis研究和应用的平台。当前市场上有各种gis基础软件可供选用。国外主要有arcgis、mapinfo、microstation等，国内主要有supermap、吉奥之星、mapgis、geobean等。

4、本文 就从一个小型gis矢量图形系统的底层开发和设计入手，介绍和分 析了本gis矢量图形系统的方案设计和实现技术以及基本功能。1自行开发gis系统对gis技术应用发展的意义1.1 gis的主要开发方式目前gis的开发，从大的方面来说，主要包括底层开发和二次开 发。按照二次开发实现方式的不同，可以分为以下几种：基于宏语 言的开发，基于专用开发语言的开发，基于函数调用的开发，基于ole/dde（对象的连接与嵌入技术/动态数据交换技术）方式的开发 和基于组件的开发等1。二次开发由于借助了gis厂商提供的专 业开发工具，开发人员可以在较高的起点上直接进行gis系统的组 织开发，开发的系统性和可靠性较好

5、， 同时，对开发人员的要求低，简单易学。但是，二次开发也存在着一些不可克服的缺点：可扩展 性差，较为庞大，软硬件要求高，没有系统的版权等。而底层开发 正好可以克服这些缺点，直接从底层进行gis系统基础系统开发， 具有较强的灵活性，易于扩展成各种应用系统，可以最大限度地满 足客户的需求，并可拥有自己的版权等。1.2自行开发gis系统对gis技术应用发展的意义目前gis软件趋于大型化和全面化，而与gis相关的其它行业， 往往只用到gis的某一方面或某些方面，如果购买市场上那种“大 而全”的gis软件， 一方面， 造成了资金的浪费即不仅要为用 不着的功能购买庞大的gis软件产品，而且还不得不为此额外

6、付出 人员培训和相应较高配置的计算机硬件费用；另一方面，大型软件 往往加大了用户学习的难度，不利于gis技术的普及和应用。在这 种情况下，采用二次开发，开发出满足不同行业需求的应用软件就 成了当前gis开发的主流。但是，二次开发，扩展性差，对于其已 有的功能，可以很容易的进行实现，对于其没有提供的功能，很难 或者根本无法实现。并且开发出来的软件，需要gis厂商开发工具 的支撑，并要受到开发工具升级等各种因素的制约。特别在教学应 用或算法研究方面，商品软件不可能提供给用户深入系统内部的软 件接口，因此，自行开发小型的gis基本系统对教学和研究来说是 必不可少的。2 gis矢量图形系统的设计与实现

7、2.1功能需求不同的行业对gis矢量图形系统的需求是有差别的。建立一个城 市信息管理系统，要求矢量图形系统具有丰富的图形元素、丰富的 线型、巨大的存储容量、完整的输入和输出功能、强大的地图编辑 功能；而建立一个地图查询系统，则只需要地图显示和操作的基本 功能。开发一个基本的gis矢量图形系统，一般需要如下的功能2：1）完善的图形元素。应具备处理点、直线、矩形、圆、折线、 多边形区域、标注文本等；2）完善的图形操作。应具备图形的放缩、漫游、回溯、选择等；3）相对完善的图形i/o与编辑。鼠标交互绘图和编辑、其它流 行gis开发工具及相关软件的数据接口、绘图输出；4）图层管理。按层进行空间数据的管理

8、，能够设置层的可显示、 可选择、可编辑等不同的工作状态；5）线型、符号、颜色、字体的设置和多边形区域的渲染。2.2 gis矢量图形系统的设计思路 从底层进行小型gis矢量图形系统的开发，往往需要花费大量的 时间。这些时间主要用于了图形编辑系统的开发，这部分的开发相 当繁琐和费时。如果在开发的初期， 开发出具有简单图形编辑功能， 而有友好的第三方gis软件数据接口功能的初期软件，在后期的版 本升级中不断完善其编辑功能，可以达到初期投资少，见效快的目 的，是一种不错的开发思路。 另外，在gis数据管理方面，目前gis软件趋于将空间数据和属性数据同时存入一个数据库中，这样做可 以保证数据的完整性和安

9、全性。同时，也突破了文件对海量数据存 储的瓶颈。因此，对于小型gis系统的开发可以直接将一个gis系 统的数据全部以数据库的方式进行存储，从而保证开发技术的先进 性。自主开发的小型gis矢量图形系统。可以先完成了图形输入编 辑、数据接口、图形操作、图层管理、符号库管理及制作、简单的 空间分析、查询定位、打印输出、 文件存储、属性数据管理等功能，下一步由文件存储转向由数据库存储等方面的开发，将是未来的重 点。2.3 gis矢量图形系统的实现方案gis矢量图形系统可以基于microsoft visual c+.net直接从底 层开发而成的，其空间数据模型(由点、线、面、文本组成) 、空 间数据库的

10、组织，独立于任何其它的gis产品，很适合于进行行业 或者中小规模应用型gis系统的开发。这里主要侧重介绍矢量数据 模型、软件的属性数据管理以及符号库设计等。2.3.1 gis矢量图形系统矢量数据模型gis矢量图形系统矢量数据的组织，可以分为五个层次：工程(project)、图层集(layers)、图层(layer)、特征集 (features)、特征(feature)。其大多数功能就是基于这五个类的相互作用实现 的，它们是gis矢量图形系统开发的重心。1)工程 工程是应用的最高层次，也就是用户为解决应用问题而建立的一个gis应用。一个工程，包含一个或多个地图(图层) ，同时也包 含一些非空间信

11、息。2)图层集图层集是由多个空间图层组成的能满足一定需求的集合，主要用 来对图层进行管理，如图层的可视，选择、编辑、属性链接及属性 管理。3)图层图层是由地理空间对象(点、线、面、文本)构成的集合，包括特征集和选择集(执行选择操作后返回的特征构成的集合) 图层可以包括任意类型的图素，每个图层由一个文件组成。4）特征集 特征集是特征的集合，包括各种各样的特征。5） 特征 特征是图形元素的父类， 主要的图形元素有点、 线、 折线、 多边 形、矩形、圆角矩形、圆、弧、标注文本等。2.3.2 gis矢量图形系统的内部属性数据gis矢量图形系统可以采用自定义的内部属性数据组织方式（类 似于mapinfo

12、），用户可以任意定义属性数据字段（字符型，整形、 长整形、字符串型、单精度型、双精度型） ，并可以进行属性数据 的编辑，公用字段为id（每个图层的id唯一，不同图层id可以重 复），一个图层对应于一个属性表结构，属性数据通过唯一的公用id标识与图形数据相关联。 程序还可以通过内部属性数据和外部属 性数据库的关联字段，进行内部属性数据与外部数据库的链接。2.3.3 gis矢量图形系统的外部属性数据每个传统的gis，空间数据和属性数据都采用文件的存储方式。一个gis应用往往涉及到很多的文件，在对文件进行复制删除过程中， 容易造成文件的丢失。另外，地理数据的数据量非常之大，文件结 构难以胜任。随着计

13、算机软硬件技术的发展，采用数据库进行地理 数据的管理，受到人们的青睐。目前，流行的gis平台都提供空间 数据的引擎，从而将地理数据全部存入数据库中3。gis矢量图形 系统开发采用ado技术，先将属性数据存入了数据库，而空间数据 仍是采用文件的管理方式。后边再将应用oracle spatial来管理空间数据和属性数据，从而实现一个gis应用的空间数据和属性数 据全部由数据库来管理，以保证地理数据的完整性和安全性，也方 便用户对地理数据的管理。2.4符号库设计符号库设计一般有两种方式，一种是嵌入图形文件内部，实现符 号库与文件的独立，另一种方法是采用编码索引，图形文件与符号 库相关联，图形文件的显

14、示离不开符号库。gis矢量图形系统符号 库可以采用第二种方式，系统库由三个单独二进制文件组成，分别 是单元符号库（*.cell）、线型库（*.lin）、图案库（*.pat）。符号 库与系统相关，在系统中可实行符号库的管理及符号的制作，符号 的可视化必须通过符号编码在符号库中的索引调入。示例如图1：2.5 gis矢量图形系统的功能gis矢量图形系统的基本功能如下：方便而完备的数据编辑， 包括图素的节点操作， 图形移动， 拷贝、 旋转、修剪、平移，以及绘制各种图形,还包括撤销和回撤功能， 同时，通过可视化界面可以对图素的基本属性进行修改。强大的地图操作，如图形放大、缩小、窗口放大、全屏、漫游、 点选、矩形选择、圆形选择等。方便的工程管理，图层的添加、删除、上下移动、可视性、可编 辑、可选择的管理，以及图层的属性链接、数据导出、数据浏览和编辑属性数据管理， 可以任意定制自己的属性字段， 以及方便的属性 数据编辑，并可以通过属性链接浏览外部数据库。3总结小型gis矢量图形系统的开发是一个长期的过程，开发中应分清 主次。开发初期应把重点放在系统整体框架的构建、数据接口、图 形绘制、地图操作、地图查询定位以及简单空间分析、图形符号库 设计等方面。在开发后期，可以根据不同行业的需求在软件已有的 基础上进行扩充，不断完善和拓展系