公路地理信息系统详细设计.docx
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公路地理信息系统详细设计
公路地理信息系统详细设计
引言
编写目的
背景
公路建设是国民经济建设的基础设施建设和重要组成部分。
定义
参考资料
程序系统的结构
需求概述
公路以其鲜明的空间地理属性成为GIS应用领域中具有特色的一部分，如GIS中的最短路径分析功能就是对公路路网的描述完成的。
随着GIS技术的发展和普及，各种高性能的桌面GIS系统的推出、计算机性能的大幅度提高，都为GIS的应用奠定了基础。
随着我国国民经济的发展，公路建设在改革开放的短短几十年里取得了巨大的成就。
为进一步推动国民经济的可持续性发展，促进我过公路建设的现代化发展，国家不断加大对公路建设的投入。
如何将先进的科学技术和我国的公路建设规划结合起来，如何使现有的公路体系更好的为国民经济服务，发挥其基础设施的重要功能，使其更好的为促进国民经济的可持续性发展，是公路部门在建设和规划中需要解决的重要问题。
GIS技术的特点正好满足了发展的需要。
结合GIS的特点和公路部门的实际需要。
系统主要解决了以下几个问题。
1）对公路属性数据的分析：
基于电子地图对公路属性数据进行分析，空间位置查询和属性数据查询。
2）满足开放式的要求：
就是公路数据库中的数据，只要具有系统定义的地理属性，就可以在GIS中对其进行地理化，就可以对数据进行空间分析。
3）具有GIS系统具备的常用地图管理功能，同时建立地理数据坐标与我国通用的公路里程桩坐标系的动态转换。
4）公路地理信息系统共享公路数据库中的公路属性数据/共享系统表/实现系统的整合。
5）公路最佳路线分析的实现，和动态分段功能的实现。
系统结构
结合公路部门的实际需求，和系统功能的具体实现，公路地理信息系统的主要功能是在GIS的环境下对公路数据库中的公路属性数据进行空间数据查询和空间数据的分析，系统完成的主要功能为：
1）基本地图管理：
●地图的基本功能，包括地图的放大/缩小/移动/距离量测/地理坐标显示/全图，当然放大/缩小提供了几种基本的方式。
●动态桩号的显示：
动态的跟踪显示鼠标当前所在公路指定位置的路线编码和里程桩号。
●实现对图层的控制：
可以设置图层的显示视野范围和图层标注的可显示的视野范围。
2）视图的操作管理：
●前后视：
可以方便的提供给用户对查看过的视图，进行重新浏览。
●改变视图：
通过这一功能用户可以根据需要任意浏览窗体中的图形，这样极大方便了用户对图形的查看。
●工具栏和状态栏的管理：
通过提供用户灵活的快捷操作，丰富了界面，也使得程序更友好。
●鹰眼导航：
提供了鹰眼导航功能，方便用户的操作。
能快捷的定位到要浏览的视图区域。
●提供全图查看功能。
3）简单的图形编辑功能：
该功能主要是针对动态图层进行的。
包括拓扑编辑和非拓扑编辑。
拓扑编辑
一定要在建立拓扑关系以后才能进行。
●公路点的编辑。
●公路上主要附属物的编辑。
（包括里程桩/桥梁/涵洞等）
4）数据的查询
●公路属性数据和空间数据的交互查询：
以二维表的形式打开数据分析图层的数据表，对对应数据表进行数据查询。
在属性数据表中选择数据，地图中对应显示相应的地理位置。
在地图中选者空间对象，数据表中显示所选空间对象的详细数据。
●信息查询：
在进行信息查询时，选中地图上的空间对象，以表的形式打开并进行数据查询。
对于数据表中的其他多媒体数据，系统会自动进行连接并打开浏览窗口进行浏览。
5）空间分析
●自动拓扑生成：
根据公路路网的连接状况，自动生成公路网的网络拓扑，为最短路径分析建立基础信息表。
●最佳路径分析：
用户指定起始点/终点桩号，所经路线的管理等级，桥梁的载重限制以及公路通行情况限制的相关信息，系统分析出在这些限制条件下的最佳路线。
●动态分段：
系统根据用户给定的属性分类要求，自动对公路进行分段。
6）图表管理
●对地图中的地理要素进行归纳/统计，使用相关的图进行表示，主要的统计图表包括饼状图、柱状图，点密度图，数值分级图，也就是专题图的生成。
●对公路信息的统计报表的生成。
●图表的输出：
包括打印输出，和相关的文件输出。
7）系统设置
●属性数据源设置：
可以指定公路属性数据的数据库类型/数据源名称/数据的存储位置等。
●空间数据源设置：
指定空间属性数据集和个图层基础数据所存储的位置。
●系统维护
图
（一）给出了系统的一个整体框架。
系统整体框架图
（一）
系统的主要设计界面如下图二。
程序主界面（图二）
主界面的左面是由一个控件条加一个树视控件组成的工作区，用来方便用户对公路信息的查询。
用户可以通过点选工作区中的对象，能够很方便的实现对查询对象的定位。
工作区的组合是通过分级管理来实现，具体实现方法是：
从**市公路局出发，每个顶层项对应辖区每个市县局，市县局又由管辖的具体对象组成包括管辖的公路，管辖的道班，以及道路的附属设施，附属设施又包括桥梁、涵洞、公路标志等，这些可以根据用户需要添加。
主界面中的浮动工具栏是程序运用中最常用的基本工具，程序实现时将其提取出来，可以极大的方便用户的操作。
具体的按钮对应功能在以后详细介绍。
主界面的右边部分是程序的显示界面，主要用于对图形的显示。
系统设置模块设计
系统设置
公路数据包括公路的属性数据和空间数据，GIS的主要功能就是对公路数据库中的公路属性数据进行空间查询和空间分析。
系统设置中就是实现对数据的添加，也就是实现数据的可视化。
数据源设置
通过对数据源进行设置，程序就可以将数据加入到图层中，其中空间数据以文件的形式加入，做为基础图层，也可以说是背景图层。
数据库中属性数据根据要求地理化到图层中去。
系统中采用SHAPEFILE文件做为图形的显示文件，因此在动态图层的添加过程中，就要动态的建立SHAPEFILE文件。
否
是
数据源设置（图二）
程序实现的界面如下图三。
设定数据源（图三）
数据库类型列表框中列出的是ODBC能够访问的所有数据类型。
属性数据源中存放的是对应数据类型中的数据库名。
用户名是访问数据库的用户的名称。
地图数据源显示的是电子地图文件存放的路径。
用户点击地图数据源的按钮弹出文件选择对话框.如图四
地图文件选择框（图四）
用户按确定按钮后,程序就通过检查给定的数据源,判断是否数据存在包括电子地图数据和属性数据.条件满足后就将图形显示在窗口中.
关闭操作
通过实现关闭操作，用户可以将动态生成的图层文件删除，并且断开同数据库的连接。
地图管理
系统对地图的操作是通过层的概念来完成的，用户需求就是能够通过对层的叠加形成地图，同时也能够对层进行控制。
因此系统在考虑显示速度，和显示数据量的前提下，提供给用户接口，能够控制对层的修改，包括层位置的移动，删除某一层，通过对比例尺的控制对一些辅助层的显示，使得在某一比例下图形不显示等。
图形的操作
●图形放大：
通过这一功能用户可以任意放大图形，系统提供了两种放大方式，一是开窗放大，一是固定比例放大。
所谓开窗放大也就是通过拉取矩形框实现对图形的放大，固定比例放大就是以固定的比例因子进行放大操作，它是移当前中心点为中心进行放大。
在功能实现中光标要进行改变。
●图形缩小：
可以实现对图形的无级缩小，系统提供了两种缩小方式，一是通过拉矩形实现或者是以鼠标单点图中的某个点为中心进行固定比例缩小。
一是固定比例缩小是以当前中心点为中心进行缩小。
在功能实现过程中程序光标要进行相应的变化。
●图形的漫游：
实现对图形的拖动，方便用户的浏览。
通过主界面中的快捷方式和主菜单中的对应按钮都可以实现这一功能。
在进行这一操作时程序要根据目前光标的情况进行改变，也就是在当鼠标点击按钮后，应变成手状张开，鼠标按下后和移动过程中光标要变成手状紧握。
弹起则还原。
●全图：
实现对整个地图的查看。
点击该按钮或者是菜单项整个视图将实现全图。
●按给出比例显示：
通过这一功能用户可以按给定的比例对图形进行相应的显示。
可以根据用户选定的比例进行显示。
用户可以通过选定工具栏上的组合框中的数据，也可以自己填写显示比例，来控制图形的显示。
上述功能都可以通过GIS平台提供的功能实现。
并在实现不同操作是同时改变相应的光标。
一下给出的是针对上述功能对应的菜单项。
参照上述功能描述就不难理解程序的设置安排。
地图管理主菜单项
图层的操作
系统提供了专门的图层控制操作来实现对图层的管理。
图层控制中提供了以下的功能，改变图层在地图中的显示顺序，改变图层的最大，最小显示范围。
改变图层的显示属性，包括是否可见，是否标注，是否可选。
同时可以将地图中的某一个层移去，向地图中添加图层。
对图层的属性进行修改,如颜色等.注意：
这里操作的图层是在程序运行时已经添加进去的图层。
以下给出了相应的子菜单和相应的操作界面。
程序在实现时采用列表控件的形式来完成。
程序的启动菜单和运行界面如下图五：
（图层控制显示框）图五
图五中的列表控件使用来显示当前地图中的层名，可以通过上移，下移来改变层的位置，每次移动一位，删除操作可以删去选中的层。
点击添加按钮弹出图六显示的对话框来显示用户要添加的层，用户可以通过选择将要添加的层加入列表控件中。
单击添加按钮,程序先判断是否选中图层,能后返回给上级对话框选中地图层名.可见/可选/个标注三个检查框是用来控制图五列表框中选中层的属性,用户选中可见后,显示按钮就可用,否则变灰.同理当用户选中可标注,标注按钮也会产生同样效果.需要指出的是,三个检查框和以后弹出的对话框中的属性值由选中层的对应属性进行初始化.用户单击显示按钮弹出图七对话框用来控制图层的显示特性.最小,最大比例用于控制图层显示的范围,也就是当图层的比例在最大最小这一范围中就显示,反之则反之.单击标注按钮弹出图八用来控制图层的标注属性.图八中的显示策略可以控制注记的显示方式,第一可复选框表示使用和图层的显示方法一样,第二个复选框控制显示的比例范围（同图层）,标注字段表示用户想通过什么字段进行标注.注意:
标注字段是字符型的字段.标注策略暂时未定.选择使用来控制标注的字体信息,包括字体的颜色,大小,字体名（使用系统中有的全部字体）.B/I/U三个按钮用来控制字体的粗细/斜体/下划线问题.预览是显示设定以后的效果.
图层添加（图六）
图层显示设定（图七）
图层标注设定（图八）
动态桩号显示和坐标显示
动态的跟踪显示鼠标当前所在图上的坐标，坐标的单位根据事先设定的单位进行转换。
当光标放在公路层上时动态的显示点在哪条公路上，当前的点的公路里程，使用公路体系中的里程坐标系进行描述。
其中光标点的坐标使用地图坐标系的坐标,里程桩号使用的格式规定如下.
如果当前的公路里程为k23+345.显示时表示为23.345.
下图给出了具体的实现结果和对应的操作：
动态里程显示（图）
是否
动态桩号/坐标显示
视图管理
系统在程序处理过程中很好的结合用户的需要，提供多种对视图的操作功能，极大的方便了用户对图的查看和浏览。
前后视
使用一个数组来对视图的显示范围进行记录，通过对数组的操作，实现对视图的回朔。
程序实现中可以使用一个数组对象管理视图的extent属性，通过设定extent来达到实现的效果。
改变视图
用户通过这一功能能够很方便的通过设定显示视图的中心和显示范围来控制地图的显示，也就是对视进行调整。
具体是实现可以通过平台提供的一个地图控件对象的extent属性进行设定。
具体的操作界面如下图：
改变视图（图）
用户在运行该功能时,通过填写上述的几个编辑框就能动态的在的图中反映出改变后的视图位置.其中视野是窗口范围内能够显示的地图的宽度.地图比例的设置可以控制地图的显示比例.中心点是指地图以什么点为中心进行显示.用户点击确定按钮后,当前指定范围的视图就显示在屏幕上.
鹰眼导航
实现鹰眼功能对用户的操作来说，非常方便。
通过这一功能，用户可以通过对鹰眼窗口的操作实现快速的定位功能。
同时可以在鹰眼上实现视图的移动功能。
具体的界面可以做成如下图所示。
鹰眼导航（图）
导航窗口中的矩形用来显示当前地图的范围,用户可以通过移动导航窗口的矩形来移动视图中的地图.用户通过主菜单或工具栏上的菜单对视图中的地图进行放大/缩小/移动后,导航窗口中的矩形也会有相应的变化.注意:
当鼠标位于导航窗口中的矩形范围内时光标又相应的变化.
图形编辑功能
公路数据的变更不是很频繁，也存在比如公路的改道，公路的新建，公路的一些里程桩的拆除，还有桥梁，涵洞的一些变化等也存在。
系统提供了两种编辑方式来针对地图要素进行操作。
一是拓扑编辑，一是非拓扑编辑。
GIS平台提供了多种几何对象,包括点,多点,线,多线,多边形,矩形,圆.因此系统在程序设计时提供了对各种对象的编辑功能.注意：
系统中编辑的层都是动态加入的层，并不包括对背景图层的编辑。
对象删除
根据当前层对选中的对象进行操作,对于点对象直接删除,对于线,多边形,就包括对对象的整体删除和针对顶点的删除.
对象移动
根据当前选中的对象进行操作,对于点对象直接进行拖动,也可提供移动的距离和直接移动到某一指定位置.对于线,多边形的操作同样提供了对整个对象的移动和对顶点的移动,对顶点的操作同样提供了两种方式.
对象修改
这里提到的对对象的修改主要表现在对选中对象的一些属性进行修改.
以下给出了对对象进行修改的一个流程图
点对象线,多边形等
是
对象的编辑
空间查询
空间查询是GIS的最常用的功能,也是公路地理信息系统中的一个比较重要的一个部分,方便的查询可以极大的方便用户,对于出图和统计来说都很方便.本系统
提供了几何参数查询/空间定位查询/空间关系查询.
点查询
本功能可以通过鼠标点定位,检索出离它最近的一个空间对象,并显示它的属性.图中有不同的图层,因此点选后,将有不同图层中的数据被加入,系统提供了对图层的控制这样可以从众多对象中满足要求的对象,同时系统提供了选中属性数据在图中定位对象的操作.如下给出了具体的功能界面和显示结果.
点查询功能（图）
用户通过选取功能菜单或者是快捷菜单中的点选择功能,光标变成相应的形状,用户在的图上进行点击,程序就会在当前图层中进行查找.程序显示出对应的信息,并弹出相应的对话框,如上图,所在层是表示用户在哪个层中进行查询,控件中的树视存放对应层中满足条件的要素,同时在静态文本框中显示的是对应的鼠标点的坐标信息.列表控件中显示的是对应的要素的属性信息.程序实现后不但可以显示属性信息,同时用户点击树视控件中的子项,对应的在的图中的要素就会闪烁,并以特殊颜色和符号进行描述,达到属性定位的效果.注意:
用户可以通过选择组合框中的选项,使用户在不同的图层中进行查询.
按矩形查询
给定一个矩形窗口,根据用户定好的条件,比如在指定的一个图层中,还是在指定的几个图层中查询对应的数据.并根据需要将查出对象的属性显示在对应的格网控件中.下面给出了对应的功能实现界面.
矩形查询图
界面中层名是对应用户选择的层,要素数表示满足查询条件的所有结果数..用户单击并按下确定按钮或者是右键点击控件中的某一子项,就会弹出如图更详细的要素情况。
按圆查询
实现功能类似于矩形查询,也是检索出在圆或者是椭圆中的对象.实现结果如下图.
按多边形查询
用鼠标给出一个多边形,或者是在图中选定一个多边形对象,检索出位于该多边形内中的某一指定层或多个层中的数据.,具体界面同上:
缓冲区查询
系统根据公路的具体需求,只实现线缓冲查询,在图中给定线对象然后根据缓冲带的带宽,生成一个多边形对象,通过判断检索出位于多边形内的空间地物.具体界面和查询结果如下:
缓冲区带宽设定图
用户运行对应的操作菜单,程序先弹出如图的带宽设定对话框,用户可以根据自己的需要设定带宽,单击确定按钮后,在图上拉出一条直线,使用平台提供的TrackLine函数来实现.然后根据获得的对象在用户设定的图层中进行进行查询,并显示如图
SQL查询
GIS的一个主要功能特色之一就是能够根据图形查询到属性和根据属性条件查询到相应的图形.前面提到的当点击属性就可以实现对图形的查看就是这一表现.所谓的SQL查询也就是通过对标准的SQL查询语句进行组合嵌套,由数据库或者是有ODBC执行,查询得到满足条件的空间对象,并在图形上对其进行相应的图形处理,如闪烁/高亮度/其他颜色进行显示处理.具体的实现界面和实现结果如下图所示:
SQL查询界面（图）
图层名列表中存放的是当前图中的层名，用户可以通过选取层名，来选择查询在哪一个层上进行，字段名列表中显示的是层中的所有字段的名称，值列表中显示的是对应的字段在表中的所有值，两个列表中的按钮都是操作符，用于用户书写条件表达式。
用户双击列表中的字段，选择操作符按钮在双击列表中的值就可以得到入条件表达式中的表达式。
静态文本框中是程序根据层名写的SQL语句，如果当前层名为road,这表达式为select*fromroadwhere,其他情况类似。
清除按钮用来清除表达式。
保存是为了以后查询方便将常用的sql的表达式存入文件当中,方便用户的操作，装载过程也就是一个写入过程，就是将写入文件的SQL语句，从文件中读出并写入对话框中。
程序在处理之一操作时，文件的名称由用户自定义，后缀名定位.exp。
用户单击确定按钮，程序就将满足条件的记录显示出来。
距离查询
用户可以动态的在图上进行点选/也就是采用跟踪线的方式,既可以得到当前段的距离,也可以得到这个线段的总长.具体实现如下:
当运行了距离查询后，可以在状态栏上看到显示的结果，当然为了界面的更漂亮，也是为了用户使用更直观，在程序编写中也可以使用类似mapinfo中距离显示的方式。
面积查询
使用平台提供的TrackPolygon的功能完成对当前所选图形对象面积的查询,程序在处理过程中使用控件或者是直接在地图控件中显示出来,显示在地图的左上角.具体的操作结果如下界面所示:
面积查询图
图形定位
图形定位功能主要是一个属性到图形的一个查询过程,程序根据公路部门的需求给出了三种定位功能,包括对桥梁/公路/涵洞的定位.
桥梁定位
桥梁是公路部门管理的一个重要地物,系统根据公路部门的需求提供了桥梁定位功能,用户点击了对应的功能操作项后,弹出图中的界面.桥梁名称输入部分或者完整的桥梁名,桥梁代码中填写的是用户要定位的桥梁的代码.程序使用组合框这样可以方便用户的操作,它可以将用户已经查询过的信息写入组合框.用户点击模糊查询按钮后,程序就将查询结果显示在列表控件中,单击列表控件中的某一子项,桥梁图像按钮变成可用,单击按钮显示对应桥梁的图片.同时系统提供了属性定位图形的功能,用户通过双击列表控件中的某一子项,程序就会自动定位到指定的桥梁,并且放大闪烁显示.
桥梁定位图
公路定位
公路是公路地理信息系统中的核心部分,对公路的查询定位,可以极大的方便用户的查找,通过对公路的定位,用户可以在图上找到要查询公路空间信息,同时在对话框中可以看到公路的属性信息.图给出了操作界面.
公路定位（图）
用户通过选择公路类型,可以定位在那一级公路中进行查询,如果不选则系统默认为所有等级公路.公路名只需要用户填写其中的一部分,然后单击查询按钮,系统就会将满足条件的所有信息列在列表框中.用户双击列表控件的某一个子项,地图中对应的要素,就会闪烁,并用不同颜色表示出来.用户单击列表控件中的某一子像后,公路图像/公路录像按钮变成可用,单击公路图像按钮显示出对应公路的图片（如果用户有足够的信息）,单击公路录像按钮就会显示对应公路的路线文件（avi格式）如果用户右键单击列表控件中的某一子项,系统提供了右键菜单,这样可以给用户提供更加详细的公路属性信息.
涵洞定位
涵洞是公路重要的附属设施,公路部门要对这些设施进行很好的维护,系统根据用户的需求实现对涵洞的查询定位.用户只要输入涵洞的编码,或者是中心桩号就可以获取对应的涵洞信息.实现界面如图,用户既可以填写要查询的信息,也可以在组合框中选择,选中或写完后,点击查询按钮,信息存在,则列表控件中就会显示相应的信息,用户点中列表控件中的子项后涵洞图像就变成可用,点击按钮,就可以查看相应的涵洞的图片,双击列表控件中的子项,对应的涵洞要素就会在的图上闪烁显示
涵洞定位图
道班定位
道班是公路系统中一个重要组成部分,主要任务是对相关的管理路段进行维护和保养,因此公路部门需要对道班有很好的了解,因此系统根据需要提供了对道班的查询功能.如图给出了道班定位的详细操作界面.
道班查询（图）
道班的查询采用分区进行查询的办法,用户通过选取道班所在的辖区,也可以自己填写,在道班名称中填入相应信息,点击查询.在列表控件中就会显示相应的信息,在空间中选取要查询的对象,道班信息按钮就变成可用,单击该按钮,程序就会弹出对话框描述道班的详细信息,和人员信息表.
图属性
空间查询流程图
3.6空间分析
建立拓扑结构
系统可以自动进行网络拓扑结构的建立,在进行路径分析前,必须先建立拓扑结构,如果基础图层没有改变,就不必要重新建立拓扑结构.
最佳路径分析
系统可以在指定的条件下进行最佳路径分析.首先用户在图上选择起点和终点,系统弹出如图的定义窗口.
最佳路径分析条件设定图
对话框中起点位置记录的是用户点击的第一个点,终点位置为用户点击的第二个点,如果用户点击无限制,则载重限制变为灰,表明所经路径无承载量的限制,等级主要是用来判断是否从某一道路经过.用户单击附加限制按钮则弹出图示窗口,用户可以填入诸如某段路是否可以通过,某段路一定要经过等的限制信息,条件设定后点击确定按钮,程序自动分析得到在限制条件下的最短路径,并以特殊颜色表示显示在地图上,同时在状态栏上显示路径的长度.
清除结果
用户点击该功能,将清除地图上的分析结果,以便于用户的再次操作.
动态分段
根据用户提供的分段字段，使用不同的颜色对公路进行重新分段，且当用户鼠标放在路段上时，弹出当前的属性说明，例如：
水泥，沥青等等。
图表管理
图表管理提供用户对地图/专题图/相关报表的管理.
专题图管理和专题分析
在大多数地理信息系统中，管理的空间数据是矢量格式的地物对象，这些地物对象不仅具有空间位置特征，而且具有非空间的属性数据。
在表现这些地物对象时，除了显示空间位置以外，同时还可以以特定的方式显示某个或多个相关的属性，生成专题地图。
专题地图除了采用普通地图某些表示方法并使其得到进一步发展外，本身还需要有专门反映各种要素性质、数量、空间分布和时间变化的表示方法。
在专题地图中，各种制图对象的基本形状是由点、线、面及其过渡形态组成的，并以此反映现象的分布特点、现象的变化时刻、质量和数量的特征及综合特征。
本系统就公路的特点和需要，提供了灵活的专题图方式。
在程序中采用通过不同符号渲染生成不同的专题图，甚至可以通过不同符号的复杂组合生成更为复杂的专题图。
系统提供了以下几种专题图分析的方法：
●单一符号渲染，用于分析对比不在同一图层上的要素对象。
●点密度专题用于对同层面状要素进行比较分析，实现时根据层要素的某一属性字段的取值进行相应的分析。
●区段专题分析可以明确确定要素的定量差别，它适合于相对数量的指标。
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