地理信息系统专业毕业论文 gis 的数据信息的采集与管理Word文档格式.docx

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1.1系统总体设计思想

系统设计以符合软件规范、有效提高工作效率、界面友好、便于实际运用和操作为指导思想。

具体系统的设计,采用软件工程面向对象的设计思路,运用原型法,使软件开发人员与地下空间管理单位人员实现交互,一方面保证系统实现过程与实际应用相符;

另一方面使用户参与系统的开发,保证对系统的基本维护能力和深层次的应用。

1.2系统设计原则

根据设计思想,进行系统设计须遵循一定的原则:

（1）针对性:

以提高信息管理效率、信息质量为准则,为决策者提供及时、准确、有效的信息,向社会提供需求信息为出发点,体现实用价值;

（2）规范性:

系统软件的设计应符合编程规范,保证大系统开发中的软件源代码的编程风格的一致性;

便于软件质量的检测,真正实现科学化;

（3）完备性:

包括数据的完备性和系统功能的完备性,数据的完备性指数据中存储的图形及属性信息足以满足系统的正常运行和用户日常工作的需要;

系统功能的完备性指根据需求设计各种模块,充分实现信息的有效管理;

（4）可扩充性:

系统的要素编码、功能和数据库必须根据发展的需要进行扩充,以保证系统的先进性;

（5）安全性:

信息防护是信息系统的重要课题。

该系统通过利用数据访问及数据更新的权限设置等方法,确保数据安全,保障系统的信息安全。

1.3系统的框架体系结构

系统设计的基本思想是以图（图形、图像）为基础,在城市平面图上管理城市地下空间的各种工程信息;

将空间数据与属性数据相结合,使系统操作更加方便、管理能力增强。

系统的总体结构包括空间数据库、属性数据库的建立,空间数据、属性数据的浏览、输入与输出、双向查询等。

系统具备普通MIS（ManagementInformationSystem）的基本功能,与普通MIS的区别在于对空间数据的管理,能够进行空间查询和基本的空间分析。

系统的总体框架结构，如图1-1所示。

图1-1系统的总体框架结构

1.4系统实现的技术结构

系统可以在VC++、VB、

我们所设计的某市区的地下空间信息管理系统,采用Windows2000Server作为服务器平台,FrontPage2000作为网页开发平台,JavaScript、、ASP3.0、CSS作为动态网页开发技术,SQLServer2000作为数据库服务器,MapInfo等面向对象开发语言为系统的开发平台。

USMIS采用3层结构,即前端浏览器、Web服务器、GIS应用服务器和数据库服务器，系统技术结构如图1-2所示。

图1-2系统技术结构

2工程信息数据的处理与管理

2.1工程信息的数据体系

系统数据包括基础地图数据和地下空间的工程数据等。

基础地图数据主要是用于工程分布定位及基本环境背景信息的显示,包括基本注记、交通设施、绿地、水系、公用设施、行政区划、及相关的社会经济要素等。

工程数据包括工程的空间数据和属性数据。

空间数据主要是工程的区域分布等;

属性数据有工程建设单位、工程管理单位、工程建筑面积、工程建设时间、工程结构形式、埋深、宽度、高度、工程出入口及进排风口、工程报废时间、报废处理单位及手续情况、工程上部居民情况等。

2.2数据的采集与处理

矢量数据标准,建立矢量地图库。

工程属性数据的获取,可以依靠工程记录档案等多途径获得。

根据获得的数据,以MapX为嵌入式开发平台,完成基于图形的各种功能。

2.3图形数据的分层管理

对地图数据进行分层管理,是计算机对图形管理的主要内容。

对地形图内容的分层应根据地物要素的数据类型和专题内容,同时要适合人防办公业务的需求以及图形编辑和图形输出的条件进行分层。

用户根据需求,将不同内容的图层进行组合,即可形成所需的图层。

对城市地下空间工程信息的图形管理可以参考以下独立分层的方式进行,如表1所示。

表1图层信息分层简表

层名

类别

说明

注记

文本

用文本辅助说明各类情况,包括市区名称、街道名、地名、大型建筑物名称、重要经济目标名称、重要标志等。

地下工程

面

包括各类地下工程,利用工程序号来区别某一具体工程。

数据包括工程的长度、面积、组成线和面的点数、最大和最小坐标及中心点坐标等信息。

交通设施

线、面

按照相应标准、等级分颜色表示,辅助说明位置,包括铁路、地铁、高速公路、高架桥、主干道、次干道、一般街道等等。

公用设施

城市基础建筑、设施等,包括公用绿地、体育场所、河流、水系、防空警报器的设置等。

居民地

各类居民点信息,包括居民建筑、人口数量信息等。

行政区划

境界边线组成各类行政区单元,包括各城区、街道、社区等各类行政区划的大致位置和范围,可按区内各下一级分区的大致范围或分区来查询地下空间情况。

3系统功能

3.1工程信息管理的功能模块

根据用户需求,在城市地下空间信息管理系统中,一般要实现的功能模块,如图3-1所示。

图3-1系统功能模块

该功能模块结构,主要包括数据基础、工程信息管理、辅助决策系统、业务链接、演示系统等。

工程信息管理是开发研究解决的关键性问题,辅助决策是优化思想的体现,业务链接体现了现代办公一体化的需求,演示系统是为网络客户、汇报、系统管理等进行的一种表现形式。

其次,对各功能模块进行详细设计,设计内容包括:

设计模块封面、菜单、子菜单、按钮、工具;

对所实现功能详细设计程序框图,如数据来源、解决方案、数据输出以及技术难点;

对空间查询、量算分析等专题进行建模,以及实现的技术思路等。

3.2系统操作功能描述

USMIS系统采用了B/S（浏览器/服务器）模式,在功能上可分为两大部分,即客户端信息查询模块及服务器端信息维护和服务模块。

3.2.1服务器端功能描述（Server）

（1）空间信息的管理和维护

包括城市图形数据的增加、删除、编辑等功能,呈点、线、面等几何形

工程图形的增加、删除、编辑等操作,地图的放大、缩小、漫游、刷新等操作,地图的输出等功能。

（2）属性信息和多媒体信息的管理和维护包括图层关联数据库的定义、修改功能,工程属性数据的录入和编辑功能,多媒体信息的录入和连接等功能,属性信息和多媒体信息的输出等功能。

3.2.2客户端功能描述（Browser）

客户端功能包括地图操作、空间信息查询、属性查询、多媒体查询、专题信息的统计分析等功能。

（1）地图操作

包括地图的放大、缩小、漫游、刷新、输出等操作。

（2）空间信息查询

包括点、圆、矩形和多边形查询等,在地图上高亮度显示出查询结果,在数据浏览器中显示对应图形的属性信息,在多媒体浏览窗口显示对应的多媒体信息。

（3）属性查询

即条件查询,查询结果显示在数据浏览器中;

选择排序字段,对数据进行排序;

设置显示/隐藏字段;

设置数据浏览器的字体和颜色;

打开详细属性窗口,显示当前记录的详细信息;

打印输出浏览器中的记录等。

（4）量算分析

多点间的工程距离、工程面积等数据的量算,工程呈点、线、面等实体几何特征的量算等。

（5）专题内容的统计、决策分析

利用前述基本功能,对各种专题信息进行信息的采集、编辑、管理、分析和输出。

在此基础上,针对不同的专题内容进行统计分析,指导地下工程的规划和施工、建设与发展等问题。

对于专题分析与决策的内容,研究的深度和广度还不够,需要继续究。

3.3系统特点

数字人防是数字城市的重要内涵,是国家基础信息设施建设重要组成部分。

USMIS作为数字人防建设的基础性工程,对于城市防空、反空袭等具有重要价值,同时也满足了办公信息化的要求。

USMIS建设构成了数字人防建设的重要部件,

具有如下特点:

3.3.1USMIS对数据标准及规范作了有力探讨

国内不少单位对该系统的建设进行了研究和应用,但数据的规范性问题没有很好的解决。

数据标准及其规范的建立可以实现资源共享,实现纵、横向信息媒介为连续纽带的完整体系。

建立城市地下空间信息系统的基础是数据标准及规范的建立,本系统在此方面进行了有益的尝试。

3.3.2系统具有开放性

城市地下空间信息系统采用先进的地理信息系统技术,将反映工程分布的空间信息与反映工程类型、性能等属性信息有机地结合起来,并将图片、录像、文本、虚拟现实技术等多媒体信息结合起来,突出增强了地下空间工程信息的可视化,提供了丰富的信息。

作为人防指挥系统的子系统,既可以独立运行,亦有良好的接口,与政府网络等系统进行连接,达到信息共享的目的。

3.3.3系统具有安全性

系统采用B/S模式,对系统的安全性提出了很高的要求。

系统通过利用数据访问及数据更新的权限设置等方法,以提高系统数据的安全性,保障系统运行的流畅和信息安全。

3.4某城市USMIS开发实例的客户端界面演示

根据系统的设计思想、功能结构以及系统实现的技术结构,我们开发了某市区的USMIS系统。

现将客户端浏览功能结构演示如下,如图3-2所示。

图3-2某市区的USMIS系统

（1）演示信息:

包括城市总体行政区划的图形显示,及其下属区域的选取显示。

根据市区工程的分布信息,建立管理信息的区域划分,如图3-2中的三色区域。

（2）功能描述:

可以利用按钮、或图标信息,实现功能操作,如图5的上面图标按钮显示,可实现诸如警报器分析、全区警报器、重要经济目标、人防出入口、通讯组织图、全区显示图、视区图形打印、视区图形编辑等。

（3）工程介绍:

可实现各级行政区域的工程明细显示和查询;

采用文本、语音、摄影、图像等多媒体方式描述工程总体和单独的特征。

（4）专题信息:

主要包括工程定位等系统信息、人口掩蔽的区域设置、人口快速疏散的路径分析、全市区警报器的覆盖及测试信息等。

（5）网络导航:

可实现网络的浏览,访问各类网站,包括:

各类各级人防资讯网、政府网站、社区网点、媒介网络等。

4研究的理论基础与方法

4.1地理信息系统

地理信息系统（GeographicalInformationSystem，Geo-InformationSystem，简称GIS），是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层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。

地理信息系统处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

4.2地理信息系统的功能和应用

地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容：

位置、条件、变化趋势、模式和模型，依据这些问题，可以把GIS功能分为以下几个方面：

1.数据采集与输入

数据采集与输入，即将系统外部原始数据传输到GIS系统内部之过程，并将这些数据从外部格式转换到系统便于处理的内部格式的过程。

多种形式和来源的信息存在着综合和一致化的过程。

数据采集与输入要保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。

一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。

因而使得信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容，自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。

扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键。

2.数据编辑与更新

数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。

属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成；

图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、投影变换以及误差校正等。

数据更新则要求以新纪录数据来替代数据库中相对应的数据项或纪录。

由于空间实体都处于发展进程中，获取的数据只反映某一瞬时或一定时间范围内的特征。

随着时间推移，数据会随之改变。

数据更新可以满足动态分析之需。

3.数据存储与管理

数据存储与管理是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。

栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。

空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能；

在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。

目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接。

这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性。

4.空间数据分析与处理

空间查询是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能；

而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。

5.数据与图形的交互显示

地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，可以通过人机交互方式来选择显示对象的形式，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。

GIS不仅可以输出全要素地图，也可根据用户需要，输出各种专题图、统计图等。

地理信息系统应用：

地理信息系统的大容量、高效率及其结合的相关学科的推动使其具有运筹帷幄的优势，成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术支撑，也成为与空间信息有关各行各业的基本工具，其强大的空间分析能力及其发展潜力使得GIS在以下方面已得到广泛、深入的应用：

测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害预测、土地调查与环境管理、国防、宏观决策等方面表现出强大的生命力。

地理信息系统以数字世界表示自然界，具有完备的空间特性，可以存储和处理不同地理发展时期的大量地理数据，并具有极强的空间信息综合分析能力，是地理分析的有力工具。

因此，地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据之任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统真正走向实用的关键。

4.3地理信息系统的发展趋势

地理信息系统的发展已历经30余年，用户的需要、技术之进步、应用方法的提高以及有关组织机构的建立等因素，深深影响着地理信息系统的发展历程。

进入新世纪，GIS应用向更深的层次发展，展现新的发展趋势。

1.网络GIS（Web-GIS）

网络地理信息系统（Web-GIS）指基于Internet平台、客户端应用软件采用网络协议、运行在Internet上的地理信息系统。

一般由多主机、多数据库和多个客户端以分布式模式连接在Internet上而组成，一般有以下四个部分：

Web-GIS浏览器（browser）、Web-GIS服务器、Web-GIS编辑器（Editor）、Web-GIS信息代理（informationagent）。

Web-GIS开拓了地理信息资源利用的新领域，为GIS信息的高度社会化共享提供了可能，是传统GIS发展的新机遇。

2.组件式GIS（Com-GIS）

组件式GIS是GIS技术与组件技术结合的产物。

其基本思想是：

把GIS的各种功能模块进行分类，划分为不同类型的控件，每个控件完成各自相应功能；

各个控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成满足用户特定功能需求的GIS应用系统。

长期以来，由于GIS开发周期长、难度大在一定程度上制约了GIS发展，组件式GIS的出现为新一代GIS应用提供新的工具，具有集成灵活、成本低、开发便捷、使用方便、易于推广、可视化界面等特点，一般有基础组件、高级通用组件、行业性组件三级结构。

3.虚拟现实GIS（VRGIS）

虚拟现实GIS（VirtualRealityGIS，简称VRGIS）在20世纪90年代开始出现，是一种专门用于研究地球科学，或以地球系统为对象的虚拟现实技术，是虚拟现实与地理信息系统相结合的产物。

近年来，VRGIS甚至融入到Web-GIS和Com-GIS之中。

理想的VRGIS应包含下列特征：

（1）对现实的地理区域非常真实的表达；

（2）用户在所选择的地理带（地理范围）内外自由移动；

（3）三维（立体）数据库的标准GIS功能（查询、选择、空间分析等）；

（4）可视化功能必须是用户接口的自然整体部分。

VRGIS的特点表现在以下几个方面：

区域表达的真实性、空间、时间维的漫游、查询、用户和系统之间的交互作用；

海量丰富信息等。

4.时态GIS（TGIS）

时态GIS是相对于静态GIS而言的。

现实中地理环境、事物和现象是不断发展变化的，但静态GIS仅对其进行“快照”式表达，只关心某一瞬间的地理现象，对其前后的数据不保留，也没有比较分析。

而时态GIS将时间概念引入到GIS中，跟踪和分析空间数据随时间的变化，不仅描述系统在某时刻的状态，而且描述系统沿时间变化之过程，预测未来时刻将会呈现的状态，以获得系统变化的趋势。

5.互操作GIS

目前GIS系统大多基于具体的、相互独立的和封闭的平台开发，采用各自不同的空间数据格式，数据组织方式有很大差异，这使得不同GIS软件间交换数据很困难。

为解决地理数据的共享和继承、地理操作的分布与共享等需求，互操作GIS被提上议事日程，这是一个新的GIS集成平台，实现了在异构环境下多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作。

6.3S集成

虽然GIS在其理论和应用技术上有很大发展，但靠传统GIS的使用却不能满足目前社会对信息快速、准确更新之要求。

与GIS独立、平行发展的全球定位系统（GPS）和遥感（RS）则为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。

目前，国际上3S的研究和应用开始向集成化方向发展。

这种集成应用中，GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；

RS用于实时提供目标及其环境的信息、发现地球表面的各种变化，及时对GIS数据进行更新；

GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。

4.4设计平台—ArcGIS

常见的GIS系统中，ESRI的ArcGIS以其强大的分析能力占据了大量市场，成为主流的GIS系统。

随着ArcGIS9的推出，运用ArcGIS9进行地理信息系统空间分析将成为一种主导趋势。

本次设计也将利用ArcGIS来实现，下面引用一个表4-1来说明选择ArcGIS软件的原因：

表4-1国内外GIS软件空间分析比较（据靳军等）

名称

功能

ArcGIS

MGE

MapInfo

MapGIS

GeoStar

SuperMap

空间查询与量算

空间查询

☆

◆

空间量算

缓冲区分析

点缓冲

★

线/弧

面/多边形

加权

叠置分析

点与多边形

线与多边形

多边形与多边形

网络分析

最短路径

▲

网络属性值累积

路由分配

空间邻接搜索