中国世界文化遗产地理信息系统.docx
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中国世界文化遗产地理信息系统
学号：
xxxxxxxxx
HEBEIUNITEDUNIVERSITY
毕业设计说明书
GRADUATEDESIGN
设计题目：
中国世界文化遗产地理信息系统
学生姓名：
xxxx
专业班级：
xxxxxx
学院：
矿业工程学院
指导教师：
xxxxxxxx
2013年06月07日
摘要
中国历史悠久，文化遗产丰富多样，每一处文化遗产都在一定的地域环境下产生，所以利用文化遗产的地域性与地理信息系统对地域的强大的处理功能，特做了本系统，本系统主要采用数据库技术与专业的地理信息技术对中国世界文化遗产进行了整理与分析。
利用中国世界文化遗产地理信息系统可以对文化遗产进行添加修改删除等数据管理，可以对文化遗产在地理信息层面上进行查询、定位、缓冲分析等等操作。
本系统在C#．NET的环境下采用ArcEngine组件进行二次开发,设计出基于GIS的中国世界文化遗产地理信息系统。
为文化管理部门的需要，本系统在针对我国世界文化遗产的需要开发出一种功能适当、界面友好、符合用户操作习惯的系统。
关键词地理信息系统；文化遗产；C#
Abstract
Chinahasalonghistoryandrichculturalheritage,andeveryculturalheritageinacertaingeographicalenvironment,sotheuseofregionalculturalheritagewiththegeographicinformationsystemforregionalpowerfulprocessingcapabilities,madethesystem,thissystemmainlyusesdatabasetechnologyandgeographicinformationtechnologiestoChinaworldculturalheritagesortingandanalyzed.WithChinaworldculturalheritageofgeographicinformationsystemcanbecarriedoutontheculturalheritagedatamanagement,suchasaddmodificationanddeletiontolevelofculturalheritageinthegeographicinformationquery,positioning,bufferanalysisandsoon.ThissystemundertheenvironmentofC#.NETusingsecondarydevelopmentofArcEnginecomponent,designChinaworldculturalheritageofgeographicinformationsystembasedonGIS.Forculturalmanagementdepartment'sneed,thissystemintheworldheritagesiteinChinaneedstodevelopaproperfunction,friendlyinterface,accordwithoperatinghabitsofthesystem.
KeywordsGeographicInformationSystems;heritage;C#
目录
第1章绪论5
1.1地理信息系统在文化领域的应用的现状5
1.1.1文化遗产地理信息系统在国外的发展状况5
1.1.2文化遗产地理信息系统在国内的发展状况5
1.2本课题的来源6
1.3本文主要内容7
1.4本章小结7
第2章系统相关理论与技术8
2.1系统开发工具与平台8
2.1.1高级程序设计语言C#8
2.1.2ArcGISEngine组件开发简介8
2.2基于用户的访问控制技术9
2.3数据库技术10
2.4地理信息系统简介11
2.5GIS设计方法的选择12
2.6本章小结13
第3章系统需求分析和设计14
3.1系统需求分析14
3.2可行性分析14
3.3系统目标14
3.4总体设计要求15
3.5软、硬件配置方案15
3.6系统设计架构15
3.7系统功能设计16
3.8数据库模块17
3.8.1数据库表的设计原则17
3.8.2文化地理位置数据18
3.8.3数据库数据表19
3.9通用GIS功能模块19
3.10接口说明19
3.11本章小结20
第4章详细设计21
4.1界面设计21
4.2系统工具栏及快捷菜单实现22
4.2.1GIS分析模块工具栏22
4.2.2快捷菜单23
4.3系统菜单栏实现23
4.4系统主要功能实现24
4.4.1查询功能24
4.4.2数据管理功能25
4.4.3缓冲区分析26
4.5本章小结27
结论28
参考文献29
谢辞30
第1章绪论
1.1地理信息系统在文化领域的应用的现状
1.1.1文化遗产地理信息系统在国外的发展状况
GIS是六十年代中期开始发展起来的新技术。
它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科，环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科。
1963年加拿大测量学家R.F Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS（加拿大地理信息系统CGIS），并用于自然资源的管理和规划。
不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。
这可算是GIS的起步。
进入70年代以后，由于计算机软硬件水平的提高,促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的GIS，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。
如从1970年到1976年，美国国家地质调查局就建成50多个信息系统。
其他国家如加拿大、德国、瑞典和日本等国了相继发展了自己的GIS。
80年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。
到1995年，市场上有报价的软件已达上千种，并且涌现出了一些有代表性的GIS软件。
1.1.2文化遗产地理信息系统在国内的发展状况
在我国地理信息在文化方面的应用目前仍处于试验阶段，至今尚无真正意义上的文化地理信息应用实例。
有的仅仅是科研论文，作为开放性的应用平台，文化地理信息系统有非常广阔的应用前景。
地理信息系统技术经过近三十年的发展，已经逐步进入了计算机技术主流，从而能够在更深层次为更多的用户提供信息服务。
我国GIS的发展虽然较晚，经历了四个阶段，即起步（1970-1980）、准备（1980-1985）、发展（1985-1995）、产业化（1996以后）阶段。
GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。
从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。
国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。
一批地理信息系统软件已研制开发成功（如GeoSTAR,CityStar,MapGIS等）,一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。
些外，还成立了"中国GIS协会"和"中国GPS技术应用协会"等。
自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。
执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。
努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。
在地理信息系统的区域工作重心上，出现了"东移"和"进城"的趋向，促进了地理信息系统在经济相对发达、技术力量比较雄厚、用户需求更为急迫的地区和城市首先实用化。
这期间开展的主要研究及今后尚需进一步发展的领域有：
重大自然灾害监测与评估系统的建设和应用；重点产粮区主要农作物估产；城市地理信息系统的建设与应用；建立数字化测绘技术体系；国家基础地理信息系统建设与应用；专业信息系统与数据库的建设和应用；基础通用软件的研制与建立；地理信息系统规范化与标准化；基于地理信息系统的数据产品研制与生产。
同时经营地理信息系统业务的公司逐渐增多。
总之，中国地理信息系统事业经过十年的发展，取得了重大的进展。
地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件[1]。
1.2本课题的来源
现代社会是信息社会。
随着计算机网络技术、数据库技术、管理技术的发展，对信息的处理和利用已经深入到人类生活的各个方面。
中国文化源远流长，博大精深，中国是世界遗产大国，拥有的世界遗产数目排在世界第三位。
中国的世界文化遗产有：
长城、莫高窟、平遥古城、皖南古村落（西递村、宏村）、承德避暑山庄和周围寺庙、云冈石窟、大足石刻、明清皇家宫殿、苏州古典园林、秦始皇陵兵马俑、青城山与都江堰、曲阜孔庙孔林孔府、龙门石窟、明清皇家陵寝、天坛、颐和园、丽江古城、周口店北京人遗址、武当山古建筑群、拉萨布达拉宫、高句丽王城王陵及贵族墓葬、澳门历史城区、庐山（文化景观）。
要对这些文化遗产进行统一的认知与管理，就需要一个强大的系统做支撑，而地理信息系统具有空间分析，输入属性数据并能生成需要的属性数据的功能，这一点可作为中国世界文化遗产管理的首选系统[2]。
每一种文化都是在一定的地理环境中产生发展起来的，利用每一种文化的地理性质与地理信息系统相结合，将中国的世界文化遗产彻底的交给地理信息系统来管理，能方便人们更快的检索到中国的世界文化遗产，了解中国的世界文化遗产详细信息，并能方便文化管理部门整体把握与管理中国的世界文化遗产[3]。
1.3本文主要内容
本文主要设计并实现了一个文化遗产地理信息系统，本系统功能包括用户登录、注册用户、文化遗产数据添加修改删除查询和专业GIS分析等功能。
本系统重点是对文化遗产进行管理。
1.4本章小结
本章主要分析了文化遗产地理信息系统的在国内外的现状，并详细分析了所选课题的来源，总结整理了所有编入世界文化遗产的中国文化景点，指出了本次课设的主要目的和服务对象，最后对本课程设计的主要内容进行了简单介绍。
第2章系统相关理论与技术
2.1系统开发工具与平台
本系统选用的ESRI公司的ArcGIS9.3系列软件,辅以ESRIArcGIS9.3的二次开发工具ArcGISEngine组件及微软公司所开发的一种面向对象，且运行于.NETFramework之上的高级程序设计语言C#进行设计开发。
2.1.1高级程序设计语言C#
在过去的二十年里，C#已经成为在商业软件的开发领域中使用最广泛的语言。
C#是一种最新的、面向对象的编程语言。
它使得程序员可以快速地编写各种基于Microsoft.NET平台的应用程序，Microsoft.NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。
C#面向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选——无论是高级的商业对象还是系统级的应用程序。
最重要的是，C#使得C++程序员可以高效的开发程序，而绝不损失C/C++原有的强大的功能。
因为这种继承关系，C#与C/C++具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向C#。
C#语言允许类型定义的，扩展的元数据。
这些元数据可以应用于任何对象。
项目构建者可以定义领域特有的属性并把他们应用于任何语言元素-类，接口等等。
然后，开发人员可以编程检查每个元素的属性。
这样，很多工作都变得方便多了，比如编写一个小工具来自动检查每个类或接口是否被正确定义为某个抽象商业对象的一部分，或者只是创建一份基于对象的领域特有属性的报表。
定制的元数据和程序代码之间的紧密对应有助于加强程序的预期行为和实际实现的之间的对应关系[4]。
作为一种自动管理的，类型安全的环境，C#适合于大多数企业应用程序。
2.1.2ArcGISEngine组件开发简介
ArcGISEngine是随ArcGIS9一起推出的一种新的开发者产品，它包含了创建和部署用户GIS解决方案应用程序所需的所有内容。
使用ArcGISEngine，开发者能够为现有的应用程序添加动态制图和GIS功能，或者构建他们自己的专门制图程序。
ArcGISEngine提供了良好定义的、跨语言的对象集，称之为ArcObjects，它包括了ArcGIS桌面用户界面之外的所有ArcGIS功
能。
ArcGISEngine有两种产品：
（1）ArcGISEngineDeveloperKit—包括开发者建立解决方案所需的组件和工具集。
（2）ArcGISEngineRuntime—运行定制的ArcGISEngine应用程序所需的基础设施.该系统是利用ArcGISEngineDeveloperKit和VB6.0结合开发。
ArcGISEngine开发包是一套地图制图组件和开发资源库，可以让编程人员为现有的应用程序添加动态制图和GIS功能，或者创建新的定制的制图和GIS解决方案。
使用ArcGISEngine开发包，开发人员在为地图创建定制界面时有了前所未有的灵活性。
开发人员可以使用多种具有行业标准的交互式开发环境来创建专门的应用程序，或者将ArcGISEngine组件和其他软件的组件结合来创建先进的GIS应用程序。
ArcGISEngine开发包不是面向终端用户的产品，而是专门为开发应用程序的人员设计的。
开发人员基于ArcGISEngine建立应用程序，并将这些程序传递给终端用户。
ArcGISEngine的一个很重要的特征就是在一个应用程序中，地图可以是次要部分，也可以是核心部分。
这以特性使得ArcGISEngine尤其的适合于特定的GIS解决方案。
ArcGISEngine开发包为一个大型的ArcObjects组件集（ArcGIS就是建立在此软件组件之上）提供接口，并且包括了许多开发控件，用于创建一个高质量的制图用户界面。
这些可视化控件与.NET控件、VisualJavaBeans和ActiveX控件一样使用。
ArcGISEngine开发包还包括所有的开发资源库，以支持全面的开发任务。
许多应用程序界面（COM,Java,.NET,和C++）除了拥有对象模型图表和ArcGISEngine每一部分的范例外，还提供一个集成化的帮助系统。
ArcGISEngine开发包允许用户建立和测试ArcGISEngine应用程序中的包含在ArcGISEngineRuntime及其所有选项中的功能。
部属这些应用程序需要一个ArcGISEngineRuntime许可和相应的选项[5]。
2.2基于用户的访问控制技术
中国世界文化遗产地理信息系统采用用户身份权限登录，访问控制技术是信息安全理论与技术的一个重要方面，用户在访问文化遗产地理信息系统时，必须是系统用户才能登录，只有通过身份鉴别的用户请求，才能进入系统进行相关操作。
2.3数据库技术
数据是信息系统的中枢，数据库是以一定的组织方式存储在一起的相互关联的数据集合，能以最佳方式，最少重复为多种目的服务。
数据库设计时，必须满足数据库建设的要求，需满足中国世界文化遗产地理信息系统的要求。
具体而言，数据库的设计要遵循如下一些原则：
（1）数据库安全稳定
数据库是系统良好运行的关键，因此，必须从软硬件平台选型、数据库结构等方面进行优化设计，确保数据库的稳定运行。
采用严格的用户身份认证措施防止非法用户的攻击，做好数据的备份，防止数据库的崩溃。
（2）数据库设计必须规范合理
数据库设计必须符合数据完整性和数据最小处理单元的原则，进一步完善数据操作的安全性、完整性、一致性、并发性、保密性等。
（3）空间属性数据的存储管理
为了实现对该系统数据业务的高效访问和操作，便于数据更新维护，必须考虑将空间数据和属性数据进行统一的设计，实现空间和属性的综合查询和管理。
（4）能够适应数据的实时更新
消防数据管理中各项数据的编辑操作应能在数据库中得到实时更新。
数据编辑更新后关联数据也必须得到相应的更新，数据库设计将遵循ER实体关系模型，建设各个表之间合理的逻辑关系，确保数据库表之间的关联更新[6]。
对任何系统而言，其核心模块都是面向不同服务对象的数据库，数据库质量的优劣，直接影响着系统目标的成败。
中国世界文化遗产地理信息系统的开发需要数据库系统的强有力的支持。
考虑到定量的统计或观测数值数据的与空间地理特征信息的不同性质，将数据的存储与管理分为属性数据库和空间数据库，并采用一个共同的关联项，即GPS测得的坐标将它们关联起来。
数据库支持过程如图2.1。
地理空间数据库的支持如图2.2。
图2.2地理数据库模块示意图
2.4地理信息系统简介
地理信息系统（GeographicInformationSystem,简称GIS）作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
由于信息技术的发展，数字时代的来临，理论上来说，GIS可以运用于现阶段任何行业。
GIS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。
空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。
空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描述。
一般地讲，它只回答What（是什么？
）、Where（在哪里？
）、How（怎么样？
）等问题，但并不（能）回答Why（为什么？
）。
空间分析需要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等，其主要任务是对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据；理解和解释地理图案的背景过程；空间过程的模拟和预测；调控地理空间上发生的事件等目的[7]。
2.5GIS设计方法的选择
为了保证信息系统的开发质量，降低开发费用及提高系统开发的成功率，必须借助于科学的设计方法。
几十年来，人们在大量的系统开发实践中，探索和发展了许多指导系统开发的理论和方法，如结构化生命周期法、原型法和面向对象的开发方法等，这些方法都相对成熟和完善，而且在实践中应用相对广泛。
结构化生命周期法规定了软件开发过程中的各项工程活动，一般包括可行性分析、需求分析、总体设计、详细设计、编码及测试六项活动，并规定了它们从上而下，相互衔接的固定次序，前一阶段的成果是后一阶段工作开始的基础。
这种开发方法为软件开发提供了一个较为成熟和完善的管理模式，而且直观易学。
其最大的不足是缺乏灵活性，尤其是在软件需求不明确或不准确的情况下，问题更为突出；其次还有修改困难、难以维护和软件模块重用性差等缺点。
原型法的主要思想是借助原型（即所开发软件的一个早期可运行版本，它反应了最终系统的部分重要特性）来辅助软件开发。
在开发初期，开发人员根据自己对用户需求的理解，利用开发工具快速构造出原型软件，用户及开发人员通过对原型软件的试运行、评价、修正和改进，逐步明确对软件的功能需求以进行正式开发或者直接把原型扩充成最终产品。
这种开发方法的优点是增进了开发人员和用户对系统功能需求的理解，为用户提供了一种有力的学习手段，能有效的保证最终产品的质量，尤其是可以大大提高用户接受性。
但是，采用原型法进行软件开发，软件原型是否具有代表性直接影响到软件开发的成功与否。
面向对象技术将客观世界（问题论域）看成是由一些相互联系的事物（对象）组成，每个对象都有自己的运动规律和内部状态，对象间的相互作用和相互联系构成了完整的客观世界，问题的解由对象间的通讯来描述。
面向对象的开发方法包括分析阶段、高层设计、类的开发、实例的建立、组装测试几个阶段[8]。
考虑到本系统是在自己实际需要的基础上开展的，其用户需求易于明确，还有系统的规模容易控制，故系统选用的是结构化生命周期法和原型法相结合进行系统设计。
2.6本章小结
本章首先介绍了系统开发工具与平台所用到的设计语言和开发组件ArcEngine，说明了基于用户的访问控制技术和数据库技术，最后详细介绍了中国世界文化遗产地理信息系统与地理信息系统的联系和本系统所用GIS方法的选择。
第3章系统需求分析和设计
3.1系统需求分析
中国历史悠久，文化底蕴深厚，目前已经列入世界文化遗产的名单有27处，由于每一处文化都是在一定的地域环境下产生的，所以每一处文化遗产都有很强的地域性，而地理信息系统对文化遗产的地域性可以做出很好的处理，从而可以从整体把握文化遗产的地域分布和了解各文化遗产的内涵。
5月中国文化遗产研究院中国世界文化遗产基础数据库建设采购项目招标结果已经出来了，政府主要利用地理信息系统处理文化遗产周围的矢量地图数据，建立文化遗产数据库。
国内已经有很多文化相关的地理信息系统了。
迫于处理高速发展的文化信息和保护现有的文化遗产的完整性，现为文化管理部门编写了中国世界文化遗产地理信息系统。
文化管理部门可以对文化遗产数据库进行管理和利用GIS的空间分析功能分析文化遗产产生的影响，为把握文化的发展方向和保护文化遗产提供数据支撑[9]。
3.2可行性分析
中国世界文化遗产地理信息系统选用的ESRI公司的ArcGIS9.3系列软件，辅以ESRIArcGIS9.3的二次开发工具ArcEngine组件及微软公司所开发的一种面向对象且运行于.NETFramework之上的高级程序设计语言C#进行设计开发。
C#是面向对象的程序设计，使它成为构建各类组件的理想之选——无论是高级的商业对象还是系统级的应用程序。
最重要的是，C#使得C++程序员可以高效的开发程序，而绝不损失C/C++原有的强大的功能。
而ArcEngine是随ArcGIS9一起推出的一种新的开发者产品，它包含了创建和部署用户GIS解决方案应用程序所需的所有内容。
使用ArcEngine开发者能够为现有的应用程序添加动态制图和GIS功能，或者构建他们自己的专门制图程序。
ArcEngine提供了良好定义的、跨语言的对象集，称之为ArcObjects，它包括了ArcGIS桌面用户界面之外的所有ArcGIS功能。
两者结合，本系统在技术上并无问题。
3.3系统目标
开发设计中国世界文化遗产的浏览、查询、统计分析模块，为我国的世界文化遗产研究和文化遗产的保护提供数据支持。
3.4总体设计要求
为了使系统满足科学化、合理化和经济化的总体设计要求，本系统遵循了以下基本原则：
（1）完备性：
系统功能齐全完备，具有管理、处理、查询、显示、分析及输出等功能；
（2）系统性：
空间数据和非空间数据要有机地结合为一体，与其他系统可以实现数据
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