毕业设计（论文）-地下管线管理信息系统设计与实现.doc

j i a n g s u u n i v e r s i t y 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 地下管线管理信息系统设计与实现地下管线管理信息系统设计与实现 design and implementation for the underground pipeline information system 学院名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2006 年 05 月 江苏大学毕业论文 2 地下管线管理信息系统设计与实现地下管线管理信息系统设计与实现 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称： 摘要摘要 随着现代城市的发展，地下管线已成为人民生活和经济活动的命脉， 也成为城市赖以生存和发展的物质基础。本文对国内外地理信息系统技术和管 线信息系统的特点进行了综述，分析了系统的开发模式和实现技术，确定了二 次开发的控件和算法，并设计实现了城市地下管线信息系统。本文的主要工作 包括： (1)分析了地下管线信息系统的特点以及与地理信息系统的关系，在比较分 析三种开发模式和两种流行的 gis 开发平台的基础上，结合 comgis 的特点和原 理，基于 mapobjects 进行二次开发形成了一套拓展的 gis 控件。 (2)分析了管线数据的特点，设计了城市地下管网信息系统数据编码和管线 数据组织的模型；阐述了地理信息系统中网络分析的概念及常规网络分析的解 决方案，论述了事故分析、最短路径分析、缓冲区分析和纵横断面分析流程的 方法，采用深度优先遍历方法实现 dijkstra 算法。 (3)分析和提出了地下管线的信息编码和属性数据库的设计方案，对管线信 息的空间分析手段作了深入的探讨；在此基础上，运用 mapobjects 作为二次开 发控件，以 comgis 为基础对地下管线信息系统项目进行了详尽的方案设计， 实现数据输入、属性查询、空间分析、图形输出、系统维护等多方面功能。系 统在一定程度上解决了目前大多数系统的数据格式单一、数据互操作性不强， 或在数据格式转化中常常出现数据丢失、错误改变等问题，实现了比较完备的 管线空间数据与属性数据编辑及维护功能。 (4) 采用 c/s 模式，设计和实现了城市地下管网信息系统，并对系统实现中 的几个关键问题，给出了解决方法。 关键词关键词：地下管线，地理信息系统，数据库，三维可视化， c/s 模式 江苏大学毕业论文 3 design and implementation for the underground pipeline information system abstract along with the urban development, underground pipeline has become the live vein of the people and the economic activities, also become the material base of urban survival and development. this paper gives a review on the development of gis and an analysis on the characteristics of currently popular gis platform, analysis of the system development pattern and the implement technology, also, determines controls and algorithms for quadratic development. main content introduced in this paper includes: after analyzing the special demand of pipeline information system (pis), based on the comparative conclusions among three different development modes of gis, and two popular gis platforms, with the characteristic of the comgis taken into account, a comprehensive solution based on mapobjects to construct the pis is proposed. based on the characteristic of the pipeline data, a plan on the encoding and a data organization model are proposed. especially, the concept of the geometrical network and the relative network topology analysis are discussed. the accident analysis model, the algorithm to find the shortest path, the buffering analysis, the flow to implement the transect analysis are also introduced. the dijkstra algorithm is implemented on basis of depth-first traversal. the analysis is given on the design of the information encoding and the spatial database. the main method used within the spatial analysis of pis is introduced. the comprehensive solution of the constructed pis is introduced in detail. the implemented functions include data input, data query, spatial analysis, map output, system maintain and so on. to a certain extent, the constructed pis makes progress in data integration and system interoperation. the pis is constructed with the c/s framework on basis of mapobjects, and produced solutions to several key questions in system realization. keywords underground pipeline, geography information system, database, c/s mode 江苏大学毕业论文 4 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 课题研究的背景与意义1 1.2 地下管线信息系统的现状2 1.3 本文研究内容3 1.4 论文的结构4 第二章第二章 相关理论与技术基础相关理论与技术基础5 2.1 地理信息系统5 2.1.1 地理信息系统的概念.5 2.1.2 地理信息系统的结构.5 2.2 地下管线系统6 2.2.1 地下管线的概念.6 2.2.2 地下管线信息系统与 gis 的关系.8 2.2.3 地下管线系统的特点.8 2.3 gis 开发模式 .9 2.3.1 三种开发模式.9 2.3.2 三种模式的比较.10 2.4 组件式 gis.10 2.4.1 组件式 gis 的特点.10 2.4.2 组件式 gis 的实现技术.12 2.4.3 两种比较流行的组件式 gis 控件.13 2.4.4 mapobjects 的特点15 第三章第三章 地下管线信息系统分析地下管线信息系统分析17 3.1 地下管线数据组织17 3.1.1 数据分层、分幅管理.17 3.1.2 属性数据编码.17 3.1.3 地下管线信息系统的数据结构.18 3.2 地下管线空间分析21 3.2.1 事故分析.21 3.2.2 最短路径分析.23 3.2.3 缓冲区分析.25 3.2.4 纵横断面分析.27 江苏大学毕业论文 5 3.3 数据检查28 3.4 管线三维图形的生成29 3.4.1 三维可视化软件 vrml29 3.4.2 地下管线三维数据的提取.29 第四章第四章 地下管线信息系统的设计地下管线信息系统的设计31 4.1 需求分析31 4.2 系统设计33 4.2.1 系统设计的基本原则.33 4.2.2 系统的结构设计.34 4.2.3 功能模块的设计.35 4.2.4 数据库设计.36 第五章第五章 地下管线信息系统的实现地下管线信息系统的实现38 5.1 c/s 模式地下管线信息系统的网络编程 .39 5.2 图形编辑操作42 5.3 查询统计44 5.4 空间分析45 5.5 数据检查46 5.6 三维显示47 5.7 打印输出47 5.8 安全性控制及系统维护49 第六章第六章 总结与展望总结与展望52 致致 谢谢53 参参 考考 文文 献献54 江苏大学毕业论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题研究的背景与意义 城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输 送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础1,2。但由于多方面的原因，镇 江市现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不 符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、 通信中断、污水四溢等严重事故，并且因为缺乏相应的事故分析能力，对事故 响应时间不够及时。另一方面，现有的地下专业管线的资料都以图纸、图表等 形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。随着时代和科学技术的发展， 城市的现代化步伐日趋加快，城市建设、管理、发展的矛盾日益突出。采用高 新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策、管理部门和施工单位 的需要已成为镇江市信息管理当务之急。 城市地下管线信息系统在这种背景下应建设和应用的需要而研制开发。系 统的研究开发应充分利用现今蓬勃发展的地理信息系统技术，实现各类专业管 线、管孔、井盖等的信息输入、管理、查询、横纵剖面及各类专题图的绘制、 地形和各专业管线的 1:500、1:1000 图幅和自定义图幅输出等等功能，以满足 地下各类管线的规划、勘探、维护、施工和管理的需要，为规划、设计、施工 等部门提供准确可靠的地下管线的分布、走向、埋深等状态信息及各专业属性 信息，并为将来系统进一步扩充和发展奠定基础。 地下管线管理信息系统在规划、石化企业、自来水公司、消防、煤气、天 然气等部门有着广阔的应用35。出于节约用地、节约能源、安全环保的考虑， 往往把重要的管线埋设在地下，甚至埋得很深。由于管线处在地下暗处，看不 见摸不着，对管线的走向、相互间距、埋设深度无法直接了解。由于对地下管 线情况了解不清，在城市建设施工中随时有可能发生刨断电缆、挖断水管，造 成大面积的停水停电，通讯中断也时有发生，给国家造成巨大的经济损失。建 立地下管线地理信息系统可以使地下管线变暗为明，利用过去的资料和先进的 仪器搞清楚地下管线的确切位置、埋深、走向、埋设方式、方圆直径、材质等， 建立起地下管线地理信息系统，为规划设计部门提供确实可靠的数据，从而在 建设施工中避免了重大事故的发生6,7。 在建立地下管线地理信息数据库后，应用地理信息系统网络分析和各种专 业算法，可动态模拟出管道内各种参数，如温度、压力、密度、流量，做出这 些物料的流动状态波动曲线图，据此判断管线上各装置的运行情况，发出停、 开、升、降等各种指令，何时需开足马力，何时需关闭阀门，合理调控，以维 持管线网的最佳运行状态7,8。 江苏大学毕业论文 2 建立地下管线地理信息系统还有很多方面的应用，如自来水管道、煤气天 然气管道突发事故的应急处理系统、在管线地理信息系统基础上进行漏水调查 等。 在我国应用地理信息系统管理城市地下管网还处于起步阶段，在数据录入、 更新和信息的应用过程中还会遇到各种各样的问题和困难，上述的应用分析功 能尚待进一步研究和开发911。因此，基于镇江管线信息系统进行相关的技术 研究，为城市建设和管理提供决策支持工具，将有助城市管理水平，主要体现 在如下几方面： （1） 借助于地下管线信息管理系统强大的空间数据库已能很可靠、很完 美地将一个城市的基础地理信息、各种管线、管件空间信息及它们复杂的属性 信息一体化存储、分类、分层地进行存储管理。 （2）借助于系统强大的空间分析能力、网络分析功能和其它各种模型分析 功能，能方便地对管线中的介质运行状态作动态模拟；能快速准确对管线运行 的突发事故作紧急处理；能协助科学地进行地下管线的规划和辅助设计；能指 导市政工程的文明施工和预防性维护等，总之，能较完美地实现对城市地下管 线各种深层次的管理。 （3）借助于地下管线信息管理系统的网络运行功能和三维显示功能，使一 个城市的建设部门和管线权属机构，一个企业的各个管理部门，能充分实现管 线信息的共享并进行各自的管理功能；能远距离浏览查询和形象地观测地下管 线的复杂分布和相应的空间关系。 （4）借助于系统强大的图形功能和数据库管理功能，可以方便地对基础地 理信息、管线信息进行修改和更新。 1.2 地下管线信息系统的现状 城市地下管线是城市经济活动和人民生活的命脉，任何时期，城市都极为 重视地下管线信息的管理7，但是不同时期地下管线信息的管理有其身特点： （1）80 年代前，所有管线的权属部门和城建部门都建有完备的档案室， 以保存管线的竣工图和各种管线的属性卡片、表册，但随着城市的发展，这种 手工管理方式远远跟不上城市发展的需求，矛盾日益尖锐。 （2）80 年代后期至 90 年代，为摸清城市地下管网情况，我国开展了大规 模的城市地下管网普查，并率先使用计算机辅助制图技术（autocad）绘制管 线分布图；使用 dbase、foxpro 等数据库管理系统存贮管理管线和管件的 属性信息。由于管线的空间信息和属性信息分别存贮于不同的介质，很难统一 利用和管理，也难以进行信息的更新。 （3）90 年代初期至中期，随着地理信息系统软件被广泛应用于一些行业， 也被迅速推广应用于管线空间信息和属性信息的管理。我国于 90 年代初相继使 江苏大学毕业论文 3 用国外的 gis 平台（arcinfo、intergraph） ，有的甚至用 autocad 探索开发管线 信息管理系统。与此同时，国产 gis 平台研制成功（如 mapgis） ，用国产 gis 平台也开发出了地下管线信息管理系统，如 1994 年开发成功的南京炼油厂综合 管线信息管理系统、江西南昌自来水管网信息系统和苏州市城市地下管网地理 信息系统等，由此城市地下管线信息管理系统的发展进入一个新的阶段。 但是由于种种原因，目前城市地下管线的管理存在若干问题。首先，由于 地下管线现状资料的缺漏和偏差而造成的盲目施工，时常损坏地下管线，导致 停水、停电、停气、通讯中断，甚至引起灾害事故。其次，由于事先缺乏地下 管线现状资料，有些道路及管线工程无法按设计进行施工，不得不在现场修改 设计方案，且覆土前又未进行竣工测量，造成管线数据的动态更新难以实施。 此外，城市管线资料来源不明确，精度不可靠，且在传统的管线资料管理模式 下，图文表格不统一，分类统计、检索速度慢，不利综合分析，存在较多弊端。 所以要实现城市管理的科学化、现代化，就必须实现管线资料的数字化管理， 对城市内的管线进行普查，并对管线资料的管理做出长远规划。 1.3 本文研究内容本文研究内容 地下管线信息系统一方面依赖各种比例尺的地形图，特别是以地形图为基 础的专题管线图来管理其空间地理位置信息；另一方面非空间信息（如管线材 质、规格、管线高程，底程、埋设年代等）则一般是通过各种不同规格的表格 数据形式来管理。这种相对独立且分散的基于文档的管理方法，其弊病是显而 易见的：首先表现在于表格文档和地图文档的非同步更新，造成内容上的不一 致和混乱；其次，纸质文档有不易查询、保存携带、复制和不便于保密等缺点。 近几年随着计算机技术的发展，有一些管线权属单位也采用计算机技术进 行地下管线信息的管理，如通过 autocad 生成地下管线图，用 microsoft excel 或 foxpro 保存管线、管点的属性信息，这对地下管线信息的管理发挥着很大的 作用，但也存在严重的不足，就是地下管线探测与信息技术分离，autocad 只 显示空间数据，无法显示属性数据，空间数据与属性数据没有有机的结合在一 起；有时管线信息数据可能由于测量出现较大偏差或者人为的原因弄错，在入 库时没有一个合理的机制去进行数据正确性和合理性检查；管线信息的查询、 统计、分析都要手工进行，不仅效率低，而且容易出错，无法形成科学、系统 的事故分析和决策。 目前大多数系统使用的数据格式单一，数据互操作性不强，有的系统虽然 支持多种数据格式，但在数据格式的转化中常常出现数据丢失、变形等问题。 这样使得系统无法和其它相关系统进行数据共享，造成多种系统之间数据的不 一致，系统在使用时往往需要重新录入数据，给用户使用带来很大不便。基于 江苏大学毕业论文 4 原有 gis 二次开发平台开发的地下管线管理系统，大多数只具有原平台提供的 常用空间分析功能，而缺少针对管线数据管理所需要的网络分析功能，或者只 提供了很简单的网络分析功能。 本文通过广泛查阅相关文献资料，开发并实现了地下管线信息系统，主要 工作包括： （1）设计了适于管网数据存储的栅格矢量一体化数据结构，采用这种数据 结构存储管网数据，在保证管线数据全面、准确的同时，简化了存储操作，提 高了管网数据的存储效率。 （2）讨论了几种常规空间网络分析包括事故分析、纵横断面分析、缓冲区 分析以及最短路径分析问题的解决方案；采用深度优先遍历方法，实现了 dijkstra 算法。 （3）数据录入及入库过程中实现完整性，合理性以及准确性检查。 （4）三维图形显示。 （5）设计了 c/s 模式的网络版地下管线信息系统，实现了远程管线数据的 管理和非常完备的管线空间数据与属性数据编辑及维护功能。 1.4 论文的结构论文的结构 本文主要分为六章，其主要内容概要如下： 第一章主要介绍了课题的背景和研究意义，概述了地下管线信息系统应用 范围，总结了目前现有的城市地下管线信息管理系统中存在的不足，阐述了本 文的主要研究工作。 第二章介绍了地理信息系统和地下管线信息系统的概念及其关系，论述了 gis 开发模式和组件式 gis。 第三章分析了管线数据的特点，设计了城市地下管网信息系统数据编码和 管线数据组织模型；论述了事故分析、最短路径分析、缓冲区分析和纵、横断 面分析流程；采用深度优先遍历方法的实现了 dijkstra 算法。 第四章对系统进行了需求分析，并根据需求分析明确了系统设计基本原则， 在此基础上设计了系统的结构、功能模块和数据库的数据字典。 第五章设计了城市地下管线信息系统基于 mapobjects 的 c/s 模式体系结构， 说明了构成系统的几个模块的功能；对系统实现中的几个关键问题，给出了解 决方法。 第六章对总结全文工作，并对地下管线信息系统的下一步工作进行展望。 江苏大学毕业论文 5 第二章第二章 相关理论与技术基础相关理论与技术基础 2.1 地理信息系统地理信息系统 2.1.1 地理信息系统的概念地理信息系统的概念 地理信息系统（gis）是以采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面 （包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统8。美国国 家地理信息与分析中心（ncgia）于 1988 年曾给地理信息系统下过一个定义： 为了获取存储检索分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系 统9,10。 gis 是以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用 形成了一门交叉性、边缘性的学科，主要涉及地理学、测量学、制图学、摄影 测量与遥感、计算机科学等领域1113。 gis 是管理和研究空间数据的技术系统、在计算机软硬件支持下，它可以 对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据（包括地理实体的空 间数据和属性数据）的有效管理、研究各种地理实体及相互关系，通过对多种 地理要素的综合分析，迅速地获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数 据的形式表示处理的结果1215。 2.1.2 地理信息系统的结构地理信息系统的结构 广义上讲，地理信息系统由硬件设备、计算机软件、数据和用户四大要素 组成。硬件设备包括数据存储设备、输入设备(如数字化仪、扫描仪、全数字摄 影测量工作站等)、输出设备（如矢量绘图仪、栅格式绘图设备等） ；数据包括 与地理实体相关的各种定量数据和定性数据：用户则是地理信息系统服务的对 象1620。 狭义的地理信息系统仅指计算机软件，软件部分由五个子系统组成（如图 2.l 所示） 。 江苏大学毕业论文 6 数据采集 是解决把现有资料转换为计算即可处理的形式，按统一的参考坐 标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织到数据库中的处理过程。数据的 采集方法包括：现有地图数字化、野外测量数据、航空摄影测量、数字式地理 信息处理、属性数据和文字信息的录入等。 数据编辑 指对地理信息系统中的空间数据和属性数据进行数据组织和修改 等。包括空间数据编辑和属性数据编辑，空间数据编辑就是利用地理信息系统 软件工具，对现有的己采集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 数据存储管理 地理数据不仅具有地理目标的空间位置与形状的三维信息， 而且还有空间关系和属性信息；它不但描述地理目标的现状，还可描述地理目 标的过去和预测未来，可以具有第四维的时间信息；作为各种专题信息的公共 空间载体，数据的一致性和稳定性、权威性要求很高，并与各类专题数据相关， 涉及面广，数据共享性强2024。 查询与空间分析 对单幅或多幅专题图件进行分析运算和指标量算。地理信 息系统的查询与空间分析功能是 gis 的主要特色功能，是区别于一般地图制作 系统的主要特点。 输出与表示 输出与表示是指将 gis 内的原始数据或经过系统分析和转换 后重新组织的数据以某种用户可以理解的方式提交给用户；表示方式可以是地 图、表格、图表、文字、数字、影像等。 本文所提到的地理信息系统均是指狭义上的地理信息系统。 2.2 地下管线系统地下管线系统 2.2.1 地下管线的概念地下管线的概念 一条管线就是由管线点按一定连接关系构成的线，代表实际管线的走向。 管线要实现在计算机内的管理就必然面对如下问题： 空间数据输入及 其它格式转换 空间查询、统计、 分析，规划 制图与输出 空间数据与属 性数据编辑 空间数据库系统及 后台 gis 系统 图 2.1 gis 软件的结构组成 江苏大学毕业论文 7 管线的起点、终点位置； 管线的属性数据（如管径、材料、埋设方式等）的特点及其表示方法； 管线点的性质。 要解决上述问题，就必须对信息系统内的每条管线给出严格的定义，这关 系到整个地下管线信息系统的综合查询、网络分析、断面生成等综合功能的实 现。 地下管线分为地下管道和地下电缆两大类： 地下管道包括给水、排水、煤气、热力及工业管道； 地下电缆包括电力及电信电缆。 各大类仍可向下细分，各类管线又设有不同的建筑物、构筑物以及附属设 施，具体如表 2.1 所示。 表 2.1 地下管线的分类 专业建（构）筑物附属设施 给水水源井、给水泵站、水塔、清 水池、净化池 阀门、水表、消火栓、排水阀、 排泥阀、预留接头、各种窨井 排水排水泵站、沉淀池、化粪池、 净化构筑物、暗沟、地面出口 检查井、跌水井、水封井、仲 洗井、沉泥井、排污装置 燃气、热力、 工业 抽水井、调压房、煤气站、锅 炉房、动力站、储气罐、冷气 塔 浓缩器、排气(排水、排污)装置、 凝水缸、各种窨井 电力变电所、配电室、电缆检修井、 各种塔（杆） 杆上变压器、露天地面变压器 通讯电缆检修井、控制室、变换站、 塔、杆、增音站、差转台 交接箱、分线箱、各种窨井 这些建、构筑物和附属设施按照其本身的运转特性有机结合，构成城市的 生命线工程。以给水管网为例，它是一个由各种管道、水源、泵站、水塔、调 节阀（减压阀，止回阀等） 、用户等多种设施构成的庞大而复杂的输水管道系统。 地下管线 gis 的几何数据与属性数据可以用如图 2.2 所示的方法连接起来。 地下管线 管线的线 管线点 江苏大学毕业论文 8 空间数据 属性数据 空间数据 属性数据 图 2.2 地下管线的层次结构示意图 2.2.2 地下管线信息系统与地下管线信息系统与 gisgis 的关系的关系 地下管线信息系统的实现方式之一是由城市各职能部门和各有关行业的实 体以各自成熟运行的专业(或专题)gis 以一定方式集成为一体。地下管线信息 系统是以城市地下管线信息为主要对象的空间信息系统，地下管线信息自身有 确定的空间定位，能够自成体系，它是系统空间信息的一种组成部分。地下管 线信息系统就是在 gis 基础上开发出来的综合性系统，它与 gis 系统一样都包 含数据采集、数据编辑、数据存储管理、查询与空间分析五个部分3,5,8。 城市地下管线信息系统是城市地理信息系统（ugis）重要的组成部分，是 gis 在城市管理中的现实应用，是对 gis 的发展和延伸。 2.2.3 地下管线系统的特点地下管线系统的特点 从功能上来说，城市地下管线信息系统应能快速提供现势性强、真实准确 的地下管线信息，并能实现快速查询、综合分析、辅助设计等操作，从而为城 市的发展预测、规划决策等管理提供可靠的依据。同时，它不同于一个单纯的 mis（信息管理系统） 、dss（决策支持系统） 、 oa（办公自动化系统）等，它是 在某种条件下各系统的综合运用，不仅应用于城市管线的日常管理工作，还可 以进行城市规划的辅助设计等管理方面6,8。 根据对城市地下管线信息系统的功能要求，可归纳出该系统的如下特征： (1)有效地实现对空间数据（图形数据）和非空间数据（属性数据）这两种 不同性质数据的操作和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空间数 据是对此位置上特征的属性描述，两者有效的结合才能使“gis 的统计与分析” 优势得以充分发挥。 (2)所需存储、处理的数据量大，内容繁杂。地下管线信息系统以城市地下 管线空间信息为主要操作对象，而任何城市的地下管线，都包括电力、通讯、 燃气、热力、上水、雨水、污水、工业及各种其它管道。它们隶属于不同的专 业部门管理、建设和维修，但又是一个有机的整体。城市地下管线信息系统对 这些空间特征的表示，甚至比常规地形特征描述更为复杂。 (3)点线相连，有机结合。各种地下管线不同的井位与地面建立联系，如给 水管道通过检修井、各种水表、阀门与地面建立关联。在地下管网 gis 中，它 们以不同的地理特征表达，以 mapobjects 平台为例，管线用线（line）表示， 井位用点（point）表示，且以不同的图层来区别；而 arcinfo 中管线可用弧 江苏大学毕业论文 9 表示，井位用结点表示，以不同的编码来区别。不论用何种方式，都须构成点、 线结合的整体，形成管网的数据结构。 (4)三维立体的表示、实现、分析困难。地下管线信息不但数据量大，内容 繁杂，更有位于地下，层层叠加的特点。常常在地下上、下交叉多层，每层并 排铺设多根管线，各类型管线形成纵横交错的地下管线立体空间。目前普遍使 用的二维 gis 技术，是采用地下(或地上架空)数据投影至地表，再加以处理。 所有这些系统处理的二维平面图形，都定位于地表，在某一位置上，形成“层” 。对于这样的二维系统，可以用公式 2-1 表达： v=f（x, y） (2-1) vf（x，y，z） (2-2) 其中公式 2-1 中（x，y）是平面坐标，v 是对应于此点的属性数据，对子不同 的层，v 表示不同的含义。对于三维系统，可扩展为公式 2-2，其中 （x，y，z）是表示空间真实坐标，它在三维空间连续、自由变化，v 是表示该 点的属性值，有相对唯一性。但由于三维数据结构的复杂性，三维 gis 技术尚 存在许多争议。公式 2-2 表达地下管网信息在目前阶段还不成熟，而二维系统 在对地下管网信息的描述和空间分析方面受到一定限制2528。 (5)决策支持。决策支持在 gis 平台基础上建立适合于地下管线信息系统的 空间数据分析、规划。 2.3 gisgis 开发模式开发模式 2.3.1 三种开发模式三种开发模式 (1) 独立开发 指不依赖于任何 gis 工具软件，从空间数据的采集、编辑、数据的处理分析及结果输 出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如 visual c+、delphi 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无须依赖任何 商业 gis 工具软件，减少了开发成本，另一方面对于大多数开发者来说，能力、时间、财 力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化 gis 工具软件相比，而且在购买 gis 工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。 (2) 基于应用系统的开发 指基于 gis 平台软件上进行应用系统开发，大多数 gis 平台软件都提供了 可供用户进行二次开发的的脚本语言，如 esri 的 arcview 提供了 avenue 语言， mapinfo 公司的 mapinfo professional 提供了 mapbasic 语言等等。用户可以利用 江苏大学毕业论文 10 这些脚本语言，以原 gis 软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的 应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的脚本语言，作为编程语言， 功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意，并且所开发的系统不能脱 离 gis 平台软件，是解释执行的，效率不高。 (3) 基于组件的二次开发 大多数 gis 软件商都提供商业化的 gis 组件，如 esri 公司的 mapobjects、mapinfo 公司的 mapx 等，这些组件都具备 gis 的基本功能，开 发人员可以基于通用软件开发工具，尤其是可视化开发工具，如 visual c+ 、delphi、visual basic、power builder 等为开发平台，进行二次开发。 利用 gis 工具软件生产厂家提供的建立在 ocx 技术基础上的 gis 功能控 件，如 esri 的 mapobjects、mapinfo 公司的 mapx 等，在 delphi、visual c+ 等编程环境中，直接嵌入这些 gis 控件，实现地理信息系统的各种功能。 2.3.2 三种模式的比较三种模式的比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受 gis 工具提供的编程语言的限制 差强人意，因此结合 gis 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式 就成为 gis 应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用 gis 工具软件对空间 数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便 等编程优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率，而且使用 可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据 库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。尤其是使用 ocx 技术利用 gis 功能组件进行集成开发，更能表现出这些优势。 集成二次开发方法唯一的缺点是前期投入比较大，需要同时购买 gis 工具软件和可视 化编程软件，但“工欲善其事，必先利其器”，这种开发方式高效而且实用。 目前许多软件公司都开发了很多 activex 控件，合理选择和运用现成的控件，减少了 开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调用控件，以实现各种具 体应用功能，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁，用户界面更友好，而且可 以使程序更加灵活、简便，系统维护更容易，应用系统间也能更容易地进行无缝集成2931。 2.4 组件式组件式 gisgis 2.4.1 组件式组件式 gisgis 的特点的特点 组件式gis(也称comgis)是面向对象技术和组件式软件在gis软件开发中的 江苏大学毕业论文 11 应用。认识comgis，首先要了解它所依赖的技术基础组件式对象模型和 activex控件。 com（component object model）是ole和activex共同的基础， 它建立的就是一个软件模块与另外一个软件模块之间的链接，当这种链接建立 之后，模块之间就可以通过被称为“接口”的机制来进行通信3235。 activex是一套基于com的、可以使软件组件在各种开发语言、开发环境 和网络环境中进行互操作而不管组件是用何种语言创建的技术32,33。activex控 件是一种可编程、可重用的基于com的对象，activex 控件通过属性、事件、 方法等接口与应用程序进行交互。 comgis不是一种简单技术在gis软件开发中的应用，而是一种全新的gis 软件技术体系，不仅仅是gis，组件式软件技术给整个软件产业带来了一场技 术革命。 comgis基于组件对象平台，具有标准的接口，允许跨语言应用，因而使 gis软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便。 comgis不仅可以成功地解决传统gis在软件开发、应用系统集成和用户学 习使用等方面面临的困难，而且有利于降低成本，具有无限扩展性等特点。因 此，国际上大多数gis软件公司把开发comgis软件作为重要的发展战略， comgis是当今gis发展的重要趋势。 comgis的基本思想是把gis的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完 成不同的功能。各个gis控件之间，以及gis控件与其他非gis控件之间，可以 方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的gis应用系统。 comgis的发展顺应了当今软件技术的发展潮流，极大地方便了应用和系 统集成。同传统的gis相比，这一技术具有以下特点32： （1）提供高效无缝的系统集成方案。comgis不依赖于某一种开发语言， 可以嵌入通用的开发环境（如：visual basic和 delphi）中实现gis功能，专业 模型则可以使用这些通用开发环境来实现，也可以插入其他的专业性模型分析 控件，从而实现高效、无缝的系统集成。 （2）无须专门的gis开发语言。传统gis往往有独立的二次开发语言，如 arc/info的aml、 mapinfo的 mapbasic等。使用二次开发语言，开发往往受限 制，而且对用户和应用开发者而言也存在学习上的负担。对comgis来说，gis 应用开发者不必掌握额外的gis开发语言，只需熟悉基于windows平台的通用集 成开发环境，以及comgis的各个控件的属性、事件和方法，就可以完成应用系 统的开发和集成。 （3）大众化的gis。comgis的出现使gis不仅是专家们的专业分析工具， 同时也成为普通用户对地理相关数据进行管理的可视化工具，推动了gis的大 江苏大学毕业论文 12 众化进程。 （4）成本低。传统gis结构的封闭性使不同系统的交互性差，系统的开发 难度大。comgis提供实现空间数据的采集、储存、管理、分析和模拟等功能， 其它非gis功能可以使用专业厂商提供的专门组件，有利于降低gis软件开发成 本。另外，comgis本身又可以划分为多个控件，分别完成不同的功能，用户可 根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了用户的经济负担。 comgis 是一种全新的 gis 概念，在同 mis 耦合、internet 应用、降低开发 成本和使用复杂性等方面，具有明显的优势。comgis 改变了 gis 原来过于专 业化的开发方式，可以使更多的开发人员掌握 gis 开发工具，从而使其成为一 个大众化的应用领域3537。尽管 comgis 软件提供的功能还不能完全满足专业 应用的需要，但是随着技术的发展，comgis 最终将取代传统的 gis。 gis 的发展经历了几个阶段，组件式 gis 是目前较流行的 gis 系统开发方 法。组件式 gis 符合当前软件技术的发展潮流，它使得开发成本降低，和 mis 系统或者 oa 系统可以无缝集成，无需别的二次开发语言，可视化的组件还支 持 rad，大大提高了应用系统的开发速度。组件式 gis 本身划分为多个组件， 分别完成不同的功能，用户可以根据自己的需要选择组件，大大降低了使用成 本。 2.4.2 组件式组件式 gisgis 的实现技术的实现技术 microsoft 给出的 com 定义是：面向对象的编程模型，它定义了对象在一 个进程内或进程间如何交互，在 com 中，客户应用程序可以通过对象提供的 接口来对其进行访问28,38。 com 是形成更高级软件服务基础的底层框架，它为不同软件厂商提供的二 进制软件构件以一种良好的方式进行连接和通信，提供了以下机制： 定义一个构件交互操作的二进制标准并与编程语言独立 多个平台可用(microsoft windows、apple macintosh、unix) 提供基于构件的应用程序和系统的稳健升级 具有可扩展性 构件之间的通信，包括跨进程和网络 构件之间共享内存管理 错误和状态报告 动态装入构件 com 的二进制支持机制 江苏大学毕业论文 13 com 不是一种面向对象语言，而是一种标准，它也没有指定应用程序如何 组织，而把语言、结构和实现细节留给程序员自己完成14。com 只指定了对 象模型及 com 对象与其它对象交互的编程要求，这些对象可以在一个进程、 其它进程或远程机器中。它们可以用其它语言编写，结构可以完全不同。 在 com 中，应用程序与其它应用程序和系统进行交互是通过一个函数集 （即接口）来实现的。对任何给定的平台，com 定义了一个在内存中管理虚拟 函数表(vtable)的标准方法，以及提供通过 vtable 调用函数的标准方法。这样任 何提供通过指针调用函数的语言都可以用来编写构件，而这些构件可以与其它 用同样二进编写的构件进交互，双重指针允许 vtable 共享同一对象的多重实例 12。在一个具有上百个对象实例的系统中，vtable 共享可以极大地减少内存需 求。 访问接口函数的实现是通过接口指针来完成的。com 定义了一个特别的接 口(iunknown)来实现一些基本功能，这个接口是其它对象的主接口。iunknown 有三个方法：queryinterface、addref 和 release。addref 和 release 是简单的 参考计数方法，当另外构件对象正在使用该接口时，调用一个构件对象的 addref 方法，当不再使用时调用接口的 release 方法。queryinterface 是允许用 户动态地发现一个接口是否被一个构件对象所支持，同时它也是用户获取构件 对象接口指针的机制。当应用程序需要使用构件对象的一些函数时，它调用该 对象的 queryinterface,获得相应函数接口的指针。如果构件对象不支持该接口， 则返回一个错误值。 迄今为止，com/dcom 的最佳环境，仍然是 microsoft windows 操作系统。 microsoft 目前迫切需要 com、dcom 以及 acivex 技术也能在其它的 os 上使 用。dcom（分布式组件对象模型）扩充了 com 体系结构，为使用兼容 com 的操作系统并通过网络连接的计算机在二进制级别上提供对象通信服务12。 2.4.3 两种比较流行的组件式两种比较流行的组件式 gisgis 控件控件 目前国际上较为流行的有 ersi 公司的 arc/info 的系列产品，mapinfo 公司 的 mapinfo 系列产品，澳大利亚的 genmap 以及 intergraph 公司的 geomedia、mge 等。随着地理学的发展和 gis 的美好前景，许多颇有实力的 软件公司纷纷推出自己的 gis 平台，并相当程度地融入了本公司先导产品的特 色。如 autodesk 公司的 autodesk gis 系列产品，可以使熟悉 autodesk cad 的用户在熟悉的界面下学习 gis 平台的操作。应当承认，以 arcinfo，mapinfo，intergraph geomedia 等为代表的国外软件平 台功能强大，开发较为方便。下面介绍两种目前比较流行的 gis 控件： 1 mapobjects 江苏大学毕业论文 14 mapobjects 是 gis 技术领头雁 esri 研究所开发的提供制图和空间分析功 能的 gis 控件。它建立在微软的对象联接和嵌入（activex）基础之上的，是一 组供应用开发人员使用的制图与 gis 功能组件17。它有一个叫 map 的 activex 控件和 30 多个可编程的 activex 对象组成，它们可以应用于符合工业标准的 windows 开发环境，可由 visual basic、visual c、delphi、access 等编程 语言直接调用，在应用程序中添加制图和 gis 功能18,39,40。 mapobjects 中的对象组成可划分为五类： （1）地理匹配对象(address matching objects)：包括标准的地址对象、地址 匹配的结果对象、独立的地址或街道交又口或地址匹配的街道网络对象和自定 义的地名表。 （2）数据访问对象(data access objects)： 包括数据库连接对象、字段对 象和字段集对象、地理数据对象和地理数据集对象、记录集对象、统计对象、 表对象和表头对象。 （3）地图显示对象(map display objects)：包括符号分级对象、点密度对象、 地理事件对象、栅格图层对象、标注分级对象、图层集对象、矢量图层对象、 图层集合对象、符号对象、文本符号对象、跟踪图层对象和值分级对象。 （4）几何图形对象(geometric objects)：包括椭圆对象、线对象、部分多边 形利象、点对象、多边形对象和矩形对象。 （5）实用对象(utility objects)：包括特定的字符串集合对象。 mapobjects 显示的基本单位是层(layer)，包括矢量图层、栅格数据图层 (image)、符号层(symbol)和标注层