（计算机应用技术专业论文）生态工业园区地理信息系统的研究与实现.pdf

济南大学硕士学位论文 摘要 近年来，地理信息系统无论是在理论上还是在应用中都处于一个高速发展的时 期，并成为一个跨学科、多方向的研究领域。将g i s 技术引入生态工业园区信息管 理中，可以极大地提高生态工业园区信息管理和共享的效率与质量，使生态工业园 区的信息管理更具有准确性和时效性，为生态工业园区的进一步规划、指导提高科 学的决策依据。 从系统设计与开发角度出发，以g i s 为技术支持，结合生态工业园区信息管理 与共享的实际需要，在m a p i n f o 平台及其基础上进行二次开发，使生态工业园区信 息系统充分发挥6 i s 对空间数据、属性数据的编辑、显示、查询、分析、处理功能， 从而可准确、直观、高效地为生态工业园区的信息管理与共享服务。本课题就是在 建立生态工业园区地理信息系统过程中涉及到的一些关键技术进行了研究。全文分 为五个章节： 第一章首先阐述了课题的提出、研究的目的和意义，介绍了g i s 的基本概念、 6 i s 技术发展历史和应用状况： 第二章探讨了6 i s 开发方式、空间数据结构以及空间数据管理的技术方法。提 出了该系统是基于组件式g i s 开发，图形数据采用有序列化的文件管理，属性数据 及图形数据与属性数据的连接数据采用关系数据库管理的方案： 第三章着重研究了生态工业园区地理信息系统的实现，提出了实施方面的关键 技术，诸如空间数据处理技术、数据库设计技术、集成开发技术等；详细阐述了该 系统实现的一些基本功能； 第四章在生态工业园区g i s 的基础上，利用g i s 空间分析功能以及建立了多层 次多目标模糊层次分析法模型，对生态工业园区垃圾填埋场选址进行了详细的分析 和实现； 第五章对本文的研究内容进行了总结，并提出了一些进步探讨的问题。 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 本课题研究提出了采用先进的g i s 技术来提高生态工业园区信息管理水平，尤 其是将g i s 空间分析技术引入生态工业园区垃圾填埋场选址中，给选址工作提供了 一种新方法，增强了生态工业园区各成员之间的物质、能源、信息等管理的时效性， 对于促进生态工业园区的发展具有普遍的实用意义。 关键词：地理信息系统、空间数据、生态工业园区、模糊层次分析法 i i 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，g i si sb e i n go nar e p a i dd e y e l o p m e n tp h a s e ，n o to n l yi nt h e o r yb u ta l s o i na p p l i c a t i o n i th a sb e c o m ear e s e a r c hd o m a i no fm u l t i p l e s u b j e c ta n dm u l t i p l e - d i r e c t i o n d i s c u s s i n g t h eg i si sa p p l i e dt oe c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k ss t a t u sm a n a g e m e n t ，i tw i l l g r e a t l yi m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c ya n dq u a l i t yf o r t h ed e p a r t m e n to ft h ee c o l o g y i n d u s t r i a lp a r k sd a t am a n a g e m e n t ，a n dm a k et h ee c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k si n f o r m a t i o n m o r ea c c u r a t e l ya n dm o r ec u r r e n t l y a n dt h e r e f o r ei tp r o v i d e sas c i e n t i f i cd e c i s i o nb a s i s f o ri t sp r o g r a m m i n g ，d e v e l o p m e n ta n di n s t r u c t i o np r o p e r l y f r o mt h ea n g l eo fd e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，r e g a r d i n gg i sa st e c h n i c a ls u p p o r t ， c o m b i n i n gt h ea c t u a ld e m a n df o rt h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to ft h ee c o l o g yi n d u s t r i a l p a r k sa n di n f o r m a t i o ns h a r i n g ，c a r r y i n go nt h es e c o n d a r yd e v e l o p r n 崩1 to nm 印i n f o p l a t f o r ma n df o u n d a t i o n ，t h i sp r o j e c tm a d ee c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k si n f o r m a t i o ns y s t e m f u l l yu t i l i z eg i sf u n c t i o nt oe d i ts p a c ed a t aa n dt h ea t t r i b u t ed a t a ，s h o w , i n q u i r ya b o u t ， a n a l y z e d e a l 、i mt h ed a t a ：t h i sp r o j e c tt h u sc a ns e r v et h em a n a g e m e n ta n ds h a r i n go ft h e e c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s t h ep a p e rh a sb e e nr e s e a r c h e do ns o m ec r i t i c a lt e c h n o l o g i e so f g i sb a s e do nt h ee c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m t h i sp a p e r c o n s i s t so ff i v ec h a p t e r s ： t h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h i sr e s e a r c h b a s i cc o n c e p t so fg i s ，d e v e l o p m e n th i s t o r ya n d a r ep r e s e n t e ds i m p l y i si n t r o d u c e di nt h ef i r s tc h a p t e lt h e n p r e s e n ta p p l i c a t i o n so fg i st e c h n o l o g y t h ed e v e l o p m e n tm o d e ，t h es t r u c t u r ea n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fg i ss p a t i a ld a t a a r ed i s c u s s e di nt h es e c o n dc h a p t e r u s i n gs e r i a l i z e df i l eo r g a n i z e sg r a p hd a t aa n du s i n g r e l a t i o nd a t i v em a n a g ep r o p e r t yd a t aa n dl i n k i n gd a t ao fg r a p ha n dp r o p e r t yd a t ai nt h i s s y s t e m i l i 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 t h ed e s i g no fe i p g i si ss t u d i e di nt h et h i r dc h a p t e r , s o m em a i n l yt e c h n o l o g i e sh a v e b e e nd i s c u s s e d ，f o re x a m p l ed a t ap r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , d a t a b a s ed e s i g nt e c h n o l o g y , i n t e g r a t i o nd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g ya n ds oo n ap r a c t i c a ls y s t e mo fe i p g i si sp r o v i d e d a n ds o m ef u n c t i o n sa r ei n t r o d u c e dp a r t i c u l a r l y i nt h ef o r t hc h a p t e r , s p a t i a ld a t aa n a l y t i c a lf u n c t i o n sa r eu s e d 。a n dam o d e lo f m u l t i l a y e ra n dm u l t i - o b j e c t i v ef u z z ys e t sa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si se s t a b l i s h e di nt h e e i pg i s ，t h es i t es e l e c t i o no fl a n d f i l lh a sb e e na n a l y z e da tl e n g t ha n dr e a l i z e do nt h eb a s i s o f e i pg i s i nt h el a s tc h a p t e rg e n e r a lr e v i e wi sg i v e nf o rt h i sd i s s e r t a t i o n ，a n ds o m ei m p r o v e m e n t s u g g e s t i o n sa l ea l s op r e s e n t e d t h i sp a p e rb r o u g h tf o r w a r dt oh o wt oa d o p ta d v a n c e dg i st e c h n o l o g yt or a i s et h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tl e v e lo fe c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s w h a t sm o r e ，g i ss p a t i a l a n a l y s i st e c h n o l o g yi sa p p l i e dt oe c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s s i t es e l e c t i o no fl a n d f i l la n d t h i sr e s e a r c hc a np r o v i d ean e wm e t h o do nt h es i t es e l e c t i o no f w a s t ed i s p o s i t i o na tp r e s e n t i tg r e a t l yi m p r o v e st h et i m ee f f i c i e n c yf o rt h em a n a g e m e n to ft h ef a m i l i e s s u b s t a n c e ， e n e r g y , i n f o r m a t i o n ，i nt h ee c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s i th a dg e n e r a lp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ；s p a t i a ld a t a ；e c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s ； f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 里量甄 日 期：星过：曼：! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴：本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墨茎垫导师签名：盔鱼兰 日期：竺竺：! ：! 济南大学硕士学位论文 1 1 课题的提出 第一章绪论 近几年来，为了实现可持续化发展战略，解决工业污染与经济发展的矛盾，建 设生态工业园区( e c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k s 简称e i p ) 正日益成为世界各国工业 发展的主流模式“1 。目前我们国家也相继出现了十几个正在建设的生态工业园 区如广西贵港、广东南海、天津泰达等，这促进了为我国生态工业和循环经济的发 展，特别是对调整产业结构和工业布局有着重要的意义。同时，生态工业园区的规 划和建设必须基于详细的调查、大量的数据和科学的分析。如果使用传统的处理方 法将其存放在数据库表格中，通过e x c e l 、a c c e s s 等软件进行管理和应用，既不直 观、不明了，而且失去了数据中的地理图元之间的拓扑关系及地理特征的直观性。 为了合理、高效的获取生态工业园区内各种相关信息，必须采用技术先进的管理手 段来提高生态工业园区的管理水平。鉴于现有的生态工业园区的信息管理资料利用 率低、信息传输渠道老化、查询检索效率不高、对决策者不能提供及时准确的信息 等问题，提出了该课题。 1 ，2 课题研究目的与意义 当今，计算机技术的广泛应用和通信网络技术的不断完善和扩展，我国产业结 构也发生了很大变化。随着我国生产力的迅猛发展，高度信息化的时代即将到来。 在信息化社会发展的潮流中，生态工业园区管理系统需要适应社会的发展要求，迎 接新世纪的挑战。在生态工业园区规划建设中涉及到的信息如基础地理特征、资源 环境以及企业、机关事业、小区、医疗文教等单位之间的物质、能源的流动信息， 都有着很强的地理特征，而且信息量大、信息变化快。在传统的管理模式下，由于 其信息管理具有隐蔽性、信息系统庞大和运行的复杂性，信息的采集、管理不准确 也不全面，己不能适应信息化社会发展潮流。 另一方面，地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 技 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 术能把空间数据和属性数据完美的结合，可以对来自不同部门的表格和地图数据进 行搜集和分析，提供有效的空间分析和高效的计算能力。因此，利用g i s 技术存储、 管理、更新生态工业园区空间数据库，在g i s 数据操作和空间分析的辅助下，实现 生态工业园区信息的实时发布、存储与检索，为“数字化”生态工业园区建设提供 技术支持：为保证生态工业园区投资的有效性和高效性，将海量的调查数据和社会 人文信息综合起来，借助计算机技术和g i s 理论，进行分析、模拟及预测，产生出 深层次的决策信息，给生态工业园区的建设和发展提供科学的决策依据。 本论文的选题正是基于地理信息系统( g i s ) 这个应用学科的热点领域，将地 理信息系统技术与生态工业园区的业务管理的特点相结合，进行了相关技术分析和 研究。通过将各种信息( 无论是动态信息还是静态信息，它们都与其实体所在的地 理位置密切相关) 在g i s 平台上集成。构建以g i s 为平台的综合、分析和决策的信 息系统是实现生态工业园区信息共享的一种最佳选择方案。因而以烟台市生态工业 园区为实例，我们开发了具有面向管理兼有分析功能的生态工业园区地理信息系统 ( e c o l o g yi n d u s t r i a lp a r k sg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 简称e i p 6 i s ) ， 具有重要的研究和实用价值，对于促进“数字化”生态工业园区的发展具有普遍的 现实意义。 1 3 理信息系统的概述 1 3 1 地理信息系统的定义 地理信息系统是2 0 世纪6 0 年代开始迅速发展起来的地理学研究的新技术”1 。 它起源于传统的地图，随着计算机技术的进步而不断发展。g i s 是建立在地理学和 计算机图形学的基础之上，涉及信息科学、空间科学和地球科学的多个学科如数 据库技术、c a d 、软件工程、遥感技术、制图学等”“”“”3 。g i s 作为- - f 综合性技术， 他已经与其它技术相融合，g i s 的应用需要利用和集成其它技术，同时其它信息技 术的应用也需要g i s 。 由于g i s 涉及的面太广，从不同的角度给出的定义就不同，通常可以从4 种不 同途径“：( 1 面囱功能的定义。g i s 是采集、存储、操作、分析和显示地理数据 济南大学硕士学位论文 的系统。( 2 ) 面向应用的定义。这种方式根据应用领域的不同，将6 i s 分为各类应 用系统，如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。 ( 3 ) 工具箱定义的方式。6 i s 是一组用来采集、存储、查询、变换、和显示空间数 据的工具的集合。( 4 ) 基于数据库定义的。6 i s 是这样一类数据库系统，它的数据 由空间秩序，并且提供个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中实体 的查询。从上述定义我们可以看到，虽然g i s 是一门多学科综合的边缘学科，但其 核心技术是数据库、地图可视化及空间分析如图卜1 所示。因此，6 i s 是操作与地 理位置有关的对象数据及其关系的信息系统，包括空间定位数据、图形数据、遥感 图像数据、属性数据等：是对一定地理区域内分布的各种现象和过程进行分析、 规划和决策的计算机系统。 图1 1 地理信息系统组成 地理信息系统主要标志是将空间位置信息与属性数据结合在一起，建立地理信 息数据库处理和分析具有空间内涵的地理数据，以提供对管理、规划、决策所需 的信息，将图形系统与管理系统紧密结合，实现信息的可视化。总的说来，g i s 系 统具有以下三个特征0 1 ： g i s 系统是一个空问型的信息系统，具有采集、存储、分析和输出多种空间 信息的能力，并能将地图中各种属性数据与一定的地理坐标位置相关联：空间信息 以图形化的方式输出。表达形象直观，便于决策卷应用。 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 g i s 系统是以地理模型为手段，具有强大空删分析、多要素综合分析和动态 预测的能力，可在系统支持下进行空问过程演化和模拟，能够产生常规方法难以达 到的高层次地理分析的决策信息。 c l s 系统是由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟 常规或专门的地理分析方法，作用于空间数据产生有用的信息，完成人类难以完成 的任务。 1 3 2g i s 技术发展 g i s 的创立和发展，与地理信息的空间表示、处理、分析和应用手段的不断发 展紧密相连。它随着计算机技术的发展而不断成熟，特别是计算机图形学和硬件技 术的发展对地理信息系统起着巨大的推动作用。 1 9 6 3 年，加拿大测量学家r e t o m l i n s o n 首先提出了“地理信息系统”这一术 语，并建立了世界上第一个g i s _ 力拿大地理信息系统( c g i s ) ，主要用于自然资 源的管理与规划。在7 0 年代，由于计算机软硬件水平的提高，促使g i s 朝着实用 方向发展，一些发达国家先后建立了许多不同专题、不同规模的地理信息系统。如 美国森林调查局发展了全国林业统一使用的资源信息显示系统i 法国建立地理数据 库( g i t a n ) 系统等d 1 。进入8 0 年代，由于计算机网络技术使g i s 的传输时效得 到了极大的提高，它的应用从基础信息的管理向复杂的空间决策分析转化，成为辅 助决策的工具，并促进地理信息产业的形成。9 0 年代以后是g i s 的用户时代。g i s 带动的产业急剧膨胀，已经深入到市政工程、企业决策、资源管理、交通运输、公 安急救、市场销售、金融保险和环境保护等各个方面，大量的应用要求驱使g i s 软 件技术快速发展，开始具备作为应用集成平台的能力。 目前，g i s 已经得到越来越广泛的应用，从事g i s 研究和应用的队伍也不断扩 大，g i s 技术发生了很大的变化。国际g i s 技术的发展，主要体现在两个方面，一 是综合，二是分化【1 0 l 。 g i s 的综合主要体现在与其它信息技术相结合上，如3 s 技术就是将g i g 、 r s ( r e m o t e s e n e s i n g ) 和g p s ( g l o b a lp o s i t i o n in gs y s t e m ) 进行一体化。现 4 济南大学硕士学位论文 在g i s 已经与c a d 、多媒体、通信、虚拟现实等多种技术相结合，形成了综合的信 息技术。 g i s 的分化体现在由集成式的系统发展为功能处理模块，以及组件式的g i s 和 w e bg i s ，g i s 的应用将更加专业化，处理信息将愈来愈更加细化。g i s 的重要理论， 基础空间数据模型也发生了很大的变化。目前广为采用的是基于二维平面图点、线、 面矢量数据结构描述实体模型和基于栅格数据结构描述场模型。近几年来，对普通 的二维数据模型在时间上和空间上进行扩展，出现了时间数据模型和三维空间数据 模型m3 ”1 。 1 3 3g i s 在国内外应用的现状 人类的信息中有8 0 与地理位置和空间分布有关，所以具有非常广泛的应用。 目前，g i s 已经比较成熟地应用于军事、自然资源管理、环境研究、土地利用状况 分析与管理、森林管理、城市规划与交通管理等领域，并且发挥了重要的作用，取 得了良好的经济效益和社会效益。例如，在我国北京、上海、深圳、厦门等城市已 建立具有一定规模的城市信息系统以及旅游线路智能查询系统，为城市持续改善和 调控提供了有利工具“1 “3 。 对于g i s 的研究应用，归纳概括起来不外乎有两种情况。一是利用g i s 系统来 处理用户的数据；二是在g i s 的基础上，利用它的开发函数库二次开发出用户的专 用地理信息系统软件。因此，从应用的角度来说，利用g i s 系统来处理用户的数据， 包括地理空间数据管理、空间查询和空间分析、制作专题信息、属性数据的综合与 融合以及综合分析评价与模拟预测等方厩的应用”“”。”。从开发角度来说，就是利 用一些g i s 商业软件提供的自己的宏语言、函数库结合当今比较流行的组件技术、 嵌入式技术开发适合某一领域的专用的g i s 软件。”“。 目前，世界上常用的g i s 软件已达4 0 0 多种。它们大小不一，风格各异。国外 比较著名的有m a p l n f o 、a r c i n f o 、g e o m e d i a 、m g e 等。国内g i s 虽然是8 0 年代才 开始起步。但它发展很快，目前已成功地应用到一百多个领域，并涌现了一些优秀 的国产g i s 基础软件，如中国地质大学开发的m a p g i s 、武汉测绘科技大学开发的 g e o s t a r ( 吉奥之星) 、北京大学开发研制的c i t y s t a r ( 城市之星) 等“圳。 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 1 3 4g i s 技术适合生态工业园区信息管理的应用 在实际应用中，以g i s 技术为基础建立起来的系统已经应用到各种领域。大到 针对某个地区数字地面模型资料建立起来的庞大系统如美国在海湾战争、科索沃战 争中采用的辅助指挥作战的g i s 系统：小到仅仅是结合了简单平面位景坐标的小型 管理系统如一个住宅小区的平面管理系统、商场导购系统等。因此，象生态工业园 区信息管理涉及到一定区域的管理系统，仍然属于g i s 系统。 生态工业园区信息管理的范围涉及到园区的一些基础数据和园区内各个企事 业单位的物质、能量、信息流动等内容，涉及到的数据是海量的、多源的，可视化 管理的生态工业园区信息管理系统需求越来越强烈。 地理信息系统采用的主要可归纳为地图分层、矢量抽象、空间数据与属性数据 的划分三个方面，利用g i s 这些技术，可以方便地将图形数据与属性数据有机的结 合起来，使两种数据的管理在统一的操作平台上完成。同时也可进行与地理位置相 关的信息的快速查询与定位，实现图形数据与属性数据的双向查询。可以说，将g i s 基本技术应用于生态工业园区信息管理行业软件中来，是必要和可行的。 济南大学硕士学位论文 第二章生态工业园区地理信息系统开发方案的选择 地理信息系统根据内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统，以某 一专业、领域为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统：二是 工具型地理信息系统，如m a p i n f o 、a r c i n f o 等具有空间数据输入、存储、处理、 分析和输出等( ；i s 基本功能。我们这次开发的具有管理业务的e i p g i s 系统属于应 用型g i s 歼发。随着g i s 应用领域的不断扩展，应用型的g i s 开发工作日显重要。 下面就是从分析g i s 基本理论入手，探讨如何针对不同的应用目标，高效地开发出 既合乎需要，又具有方便美观的界面形式的地理信息系统。 2 1g i s 系统开发技术 目前，从g i s 应用系统开发过程看，已经形成了多层次和多尺度应用格局。”。“。 g i s 应用系统的开发主要存在三种模式：独立开发即独立设计空问数据结构和数 据库，是指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据采集，编辑到数据处理、分析 和结果输出，所有的算法都是开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如 v i s u a l c + + 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。其具有针对性，可根 据特定需要进行修改，缺点是开发需要大量的人力、物力和时间。单纯二次开发， 就是利用专用的编程工具对g i s 功能软件进行二次开发，定制满足用户要求的应用 系统。g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如使用e s r i 公司 的a r c v i e w 软件提供了a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司的m a p l n f o 软件提供了m a p b a s i c 语言编写应用程序。这种方法简单易行，主要缺点是移植性差，并且受编程工具的 限制不能脱离原系统软件而独立运行。集成二次开发g i s 应用系统。利用专业的 g i s 工具软件如a r c v i e w 、m a p l n f o 等实现g i s 基本功能，以通用软件开发工具尤其 是可视化开发工具如d e l p h i 、v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i e 、p o w e rb u i l d e r 等为开 发平台，进行二者集成开发。集成二次开发主要有两种方式：i ) o l e d d e 技术采 用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用o d e 技术，用软件开发工具开发前台可执行应用程 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 序，以o l e 自动化方式或d o e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调技术动 态获取其返回信息，实现应用程序的地理信息处理功能。i i ) g i s 组件技术利用 g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能组件如e s r i 的 m a p o b j e c t ，m a p l n f o 公司的m a p x 等，在d e l p h i 等编程工具的应用程序中，直接将 g i s 功能嵌入其中，实现地理信息的各种功能。1 。 上述三种方式各有优缺点，用户可根据不同的应用系统选择不同的开发方式， 以达到最好的效果。由f 组件具有面向对象，语言无关性等特点。”，用户可以根 据实际需要选择购买和安装所需的g i s 组件。g i s 组件之间以及g i s 组件与其它非 g i s 组件之间通过标准的通信接口实现交互，用户可以方便地利用可视化开发工具 集成起来，形成兼有属性数据处理和空间数据处理的应用系统。这种方法开发速度 快，占用资源少，成本低：而且易于实现许多底层的编程和开发功能，可以脱离大 型商业g i s 软件平台而独立运行，是未来c l s 应用系统开发重要方向。考虑到生 态工业园区信息管理系统的特点和业务的需要，我们采用基于m a p x 5 0 的g i s 组件 技术进行e i p g i s 系统的开发。 2 2 空间数据的组织及其管理 2 2 1 空间数据的概念与特征 2 2 1 1 空间数据的概念 空间数据( s p a t i a ld a t a ) 是数据的一种，是指带有空间坐标的数据。本文所 涉及的g i s 数据主要指基础地理数据、专题数据和属性数据，它是由空间特征数据 和属性特征数据组成，属性特征数据又有时间属性数据和专题属性数据组成“属 性、时间、空问”是任何空间数据所必需的三要素”7 “。 2 2 1 2 空间数据的特征 要完整描述空间实体或现象的状态，一般要同时具有空间数据和属性数据：如 果要描述空间实体或现象的动态变化，还要记录空间实体或现象在某一时刻的状 态。所以认为，空间数据一般具有三个基本特征嘲1 ：空间特征、属性特征和时间 济南大学硕士学位论文 特征。 空间特征 它是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征以及与相邻地物的空间位置关 系，一般以坐标数据表示。例如一条河流的空间数据侧重于河流的位置、长度、发 源地等和空间位置有关的信息。复杂一点的还要处理河流与流域内城市间的距离、 方位等空间关系。空间特征是区别空间数据与其它数据的标志性特征。 属性特征 属性特征是指除了时间和空问特征以外的空间地物的其它特征，即描述相应空 间实体的有关应用信息如分类、数量特征、名称等。如描述一条河流的属性数据有 河流名称、长度、流域面积、水流量、枯水期等。 时间特征 时间特征是指现象或物体随时问的变化。在涉及属性时考虑多个时态的信息， 这对于大多数g i s 软件来说是可以做到的，但如何有效的利用多时态的数据在g i g 中进行时空分析和动态模拟在目前仍处于研究阶段。 除此之外，空间数据还有来源复杂，抽象性、多尺度、处理量大、涉及的专业 部门多等特征，这些都加大了空自j 数据管理的难度，有必要对空间数据的结构和管 理进行深入的研究。 2 2 2 空间数据的结构 空间数据结构是指空间数据在系统中的组织形式，适合于计算机系统存储、管 理和处理的逻辑结构。描述空间数据最重要的两种数据格式就是矢量数据和栅格数 据格式州州。”“。 矢量数据结构是面向地理实体的数据结构，它把现实世界的地理实体从集合角 度分为三类空间目标：点、线、面，在假定空间坐标为连续空间基础上。通过记录 坐标方式来描述空间实体。其中点实体有一对( x ，y ) 坐标来表示，线实体用一 串有序的( x ，y ) 坐标来表示，面实体有一串首尾相同有序的( x ，y ) 坐标对来表示。 生查三些罾量垫墨焦皇圣篓墼鎏耋兰耋墨 也可以有围成它的一组弧段来表示以每条弧段的标识码作为记录值。同时根据它 反映地理要素问的相互关系分为简单数据结构和拓扑数据结构。 栅格数据结构是面向位置的数据结构，它以规则的像元阵列来表示空间地物或 现象分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。其中，点 实体有一个像元表示，线实体则表示为一定方向上连接成串的相邻像元的集合，面 实体用聚集一起的相邻像元的集合表示。一般为节省存储空间，栅格数据需进行压 缩或以其它形式进行重新组织。在g i s 常用的栅格数据的编码技术有游程压缩编码、 四叉树压缩编码、分块压缩编码等。 矢量数掘和栅格数据是模拟地理信息的两种不同的方法，在具体运用中各有优 缺点。栅格数据虽然数据结构比较简单，但需要大量的空间存储和处理数据，才能 达到与矢量数据相同的分辨率。矢量数据存储量比较小，结构比较复杂，但它擅长 表达特征之间的相互关系，如面域的相邻关系，弧段的相交关系，点对线的归属关 系，线对面的归属关系等，并且易于以实体为单位进行对数据的处理。数据格式的 选择取决于数据的性质及使用方式，不同的结构使用不同的任务。在本系统中主要 采用矢量数据模型。 2 2 3 空间数据的管理方法 空间数据管理主要是其确定地理信息中数据的管理方法，g i s 中数据的管理方 法随着g i s 和数据库的技术的发展而不断发展。目前主要有四种管理方法”： 文件管理、文件结合关系型数据库管理、全关系型数据库管理、全部采用面向对象 的数据库管理。 ( 1 ) 文件管理 g i s 中所有数据包括非结构化的空间数据、结构化的属性数据，都存放在文件 系统中管理，g i s 软件直接存取二进制文件。文件管理的优点是结构灵活操作简 便，地图显示速度快。而这种管理的缺点难以适应大批量数据的处理，属性数据管 理功能较弱，需要开发者自行设计和实现对属性数据的更新、检索、查询等操作。 如图2 - 1 所示。 济南大学硕士学位论文 g i s 应用系统 ；j ； i 空间处理属性处理 n j 文件管理系统 g i s 应用系统 hn l 空间娃理0 属性r 处理 jj f i 文件管理 属性数据 系统库d b m s 图2 - i 文件管理 图2 - 2 文件结合关系数据库管理 ( 2 ) 文件结合关系型数据库管理 在g i s 系统中，用商业d b m s 管理属性数据，用文件系统管理空问数据，空间 实体的位置与其属性数据通过标识码建立联系。它的优点是可以充分利用关系型数 据库管理系统提供的强大属性数据管理功能属性数据管理能力大为提高。设计空 间数据的管理与操纵由g i s 软件来实现，可以充分发挥g i s 软件空间数据管理与分 析功能。目前绝大多数g i s 软件都采用这种管理方案，是一项非常成熟管理技术。 如图2 2 所示。 ( 3 ) 全关系型数据库管理 空间数据和属性数据由统一的关系数据库( r d b m s ) 或扩展的关系数据库进行 管理，形成全关系型的空间数据库。比如e s r i 的s d e ( s p a t i a ld a t ae n g i n e ) 以 及o r a c l e 的s d o 采用的o r a c l e 数据库。g i s 应用程序通过空间数掘访问接口访问 空间数据库中的空间数据，通过标准的数据访问接口访问属性数据。 采用全关系型数据管理g i s 数据的优点是空间和属性数据一体化管理，易于实 现c i i e n t s e r v e r 模式的空间数据管理使得属性数据检索加快。但是由于空间数 据不定长，会造成存储效率低下，此外现有的s q l 并不支持空间数据检索需要软 件厂商自行开发空间数据访问接口。如图2 - 3 所示。 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 ( ) 面向对象数据库管理 应用面向对象数据库管理g i s 的空间数据，可以通过在面向对象数据库中，增 加处理和管理空间数据功能的数据类型，以支持空间数据，包括点、线、面等几何 体的基本操作，包括计算距离、检测空问关系、甚至稍为复杂的运算、如缓冲区分 析、叠加符合分析模型等，也可以由面向对象数据库管理系统“无缝”的支持。不 过，目前面向对象数据库管理系统远未成熟，许多技术问题仍需进一步研究如图 2 4 。 图2 3 全关系掣数据库管理 幽2 - 4 面向对象数据库管理 2 2 4 系统方案的选择 通过对上述四种空间数据管理的技术分析，可以看到它们各有各自的优缺点。 因此，就烟台市生态工业园区地理信息系统来说，根据改系统业务化运行的具体情 况，我们选择采用相对成熟，又有利于空间数据管理的方法，即采用现在已经成熟， 而且对数据管理比较方便的文件结合关系型数据库管理模式。考虑到空间数据是非 结构化的，不定长的而且施加于空间数据的操作需要g i s 软件柬实现，这样就可 以利用文件存储空问数据，如以m a p i n f o 的t a b 文件格式存放。耩性数据由关系型 数据库管理，为了使关系型数据库的数据量不至于太大，对非结构化的描述数据， 济南大学硕士学位论文 如文本、图像及录像等多媒体数据，采用在数据库中记录文件路径与文件名的方式 管理。数掘管理的具体组织管理方案见实例研究一章。 应用型地理信息系统开发是当前g i s 系统研究的主要问题。独立开发、单纯二 次开发、集成二次开发( o l e o d e 技术和g i s 组件技术) 是g i s 系统开发的基本模 式：矢量数掘结构和栅格数据结构是描述g i s 空间数据的基本结构形式；文件管理、 文件结合关系数据库管理、全关系数据库管理和面向对象的数据库管理是g i s 数据 管理的基本方法。通过对上述问题的分析，针对烟台市生态工业园区的实际情况， 我们对生态工业园区地理信息系统的开发方案进行了选择确定。 l3 生态工业园区地理信息系统的研究与实现 第三章生态工业囡区地理信息系统的实现 e i p g i s 系统的研究是以烟台市生态工业园区地理信息系统的建设为例。该系 统旨在利用g i s 技术将烟台生态工业园区数据及其相关信息进行有机的组织管理和 信息共享，为生态工业园区数据管理、园区规划和指导以及园区建设等工作信息化 奠定技术基础，为“数字园区”建设提供数据支持和示范系统。该项目的建设从应 用的角度实现了对空间数据的管理和信息共享，为空间数据管理和信息共享提供了 一种可行的解决方案。 3 1 项目概述 3 1 1 项目背景 目前，生态工业园区作为新型的工业发展模式己成为全球研究的热点，是解决 面临的新形势下环境保护工作的需要，有效地解决工业污染与社会经济发展之间的 矛盾，实现可持续化发展战略的途径之一。为了更好地开发利用资源、保护环境， 实现经济与环境保护协调发展，2 0 0 1 年烟台市经济技术开发区被国家环保总局和联 合国环境规划署确定为中国工业园区环境管理示范园区和山东省生态工业园建设 示范试点项目；2 0 0 2 年6 月被国家环保总局命名为i s 0 1 4 0 0 0 国家示范区，并且得 到了国际有关组织和国家、山东省、烟台市的关心和支持，特别是开发区管委的高 度重视和全身心的投入，使得项目能顺利进行。 3 1 2 项目概况 该系统以烟台市经济技术开发区生态工业园信息系统研究报告中所规划的 烟台市生态工业园区信息系统为开发依据，其开发目的：一方面是为整个烟台生态 工业园区规划服务；另一方面也是为了通过这样一个开发原型进一步理清用户需 求，以进一步对生态工业园区的规划和开发提供科学的决策。 本项目是针对烟台市生态工业园区多源海量数据的特点，开发多源海量空间数 据综合管理平台，实现烟台市生态工业园区数据的高效管理和信息共享。g i s 以其 l4 济南大学硕士学位论文 独特的空间分析和强大的可视化功能已经受到环保部门的青睐，e i p g i s 系统的建 设可以实现生态工业园区数据的组织管理、检索、分析、集成和信息共享功能，为 生态工业园区的规划、建设和发展提供高技术管理手段。 3 2e i p g i s 系统分析与总体设计 3 2 1e i p g i s 系统目标 该项目基于g i s 二次开发技术，建立完整的烟台市生态工业园区基础地理数据 库以及属性数据库，以实现信息资源共享和图文即时交互查询；根据生态工业园区 的业务特点，结合电子地图实现园区的地理、资源、环境、社会、经济等信息管理， 特别是对企事业单位豹资源消耗、能量流动、物质流动以及产业循环等信息进行管 理，最终开发出可供业务化运行、多源数据集成、应用模型开发和辅助决策支持的 烟台市生态工业园区地理信息系统。 3 2 2e i p g i s 系统设计的基本原则 根据软件工程的思想，e i p g i s 系统应满足实用性、安全性、完备性、科学性、 规范性、可扩展性和开放性等设计原则，具备采集、管理、