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校园地理信息系统.doc

发布时间：2022-06-18 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.16M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 绪言
    第一节 地理信息系统与校园地理信息系统现状
    第二节 目的任务
    第三节 需求分析
    第四节 工作概况
    第二章 石家庄经济学院的空间数据
    第一节 空间数据的基本概念及内容
    第二节 校园的地理信息
    第三节 空间数据的初步设计
    第四节 空间数据模型
    第五节 系统模型
    第三章 系统建造
    第一节 平台的选择
    第二节 使用地理信息系统桌面软件制作校园地图
    第三节 数据准备
    第四节 空间数据的特点
    第五节 空间数据输入
    第六节 空间数据的编辑、处理
    第七节 属性数据的输入
    第四章 应用模型运行
    第一节 建立空间数据和属性数据的关联
    第二节 空间数据的可视化
    第三节 系统功能与界面
    第四节 图形输出
    第五章 项目应用情况
    第一节 电子地图查询
    第二节 电子地图在校园规划中的应用
    第三节 其它应用情况设计
    第六章 校园地理信息的系统化设计
    第一节 使用地理信息控件开发系统
    第二节 其它的实现考虑
    第七章 总结
    参考资料
    附录：
    目 录 第一章 绪言...........................................................................................................................................1 第一节 地理信息系统与校园地理信息系统现状 ............................................................................1 第二节 目的任务................................................................................................................................3 第三节 需求分析................................................................................................................................4 第四节 工作概况................................................................................................................................5 第二章 石家庄经济学院的空间数据...................................................................................................5 第一节 空间数据的基本概念及内容................................................................................................6 第二节 校园的地理信息....................................................................................................................6 第三节 空间数据的初步设计............................................................................................................8 第四节 空间数据模型........................................................................................................................8 第五节 系统模型................................................................................................................................9 第三章 系统建造.................................................................................................................................10 第一节 平台的选择..........................................................................................................................10 第二节 使用地理信息系统桌面软件制作校园地图......................................................................12 第三节 数据准备..............................................................................................................................13 第四节 空间数据的特点..................................................................................................................13 第五节 空间数据输入......................................................................................................................14 第六节 空间数据的编辑、处理......................................................................................................16 第七节 属性数据的输入..................................................................................................................18 第四章 应用模型运行.........................................................................................................................18 第一节 建立空间数据和属性数据的关联......................................................................................18 第二节 空间数据的可视化..............................................................................................................19 第三节 系统功能与界面..................................................................................................................21 第四节 图形输出..............................................................................................................................22 第五章 项目应用情况.........................................................................................................................22 第一节 电子地图查询......................................................................................................................22 第二节 电子地图在校园规划中的应用..........................................................................................23 第三节 其它应用情况设计..............................................................................................................24 第六章 校园地理信息的系统化设计.................................................................................................26 第一节 使用地理信息控件开发系统..............................................................................................26 第二节 其它的实现考虑..................................................................................................................26 第七章 总结.........................................................................................................................................27 参考资料.................................................................................................................................................28 附录：.....................................................................................................................................................29
    第一章 绪言 第一节 地理信息系统与校园地理信息系统现状 地理信息系统是在计算机硬件和软件支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学 管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的 各种地理信息的技术系统。 地理信息系统是地理科学与信息科学交叉的一门学科，在课题研究中，本人最深的体会 是它利用以计算机应用为核心的信息技术，为地理学的研究提供了一种新的思路和手段。在 查询的各种资料中都认为地理信息系统为地理学的研究和发展注入了新的活力，是当前地理 学 研 究 和 应 用 的 前 沿 。 地 理 信 息 系 统 （ Geographic Information System 或 Geo － Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它 是一种特定的十分重要的空间信息系统。它在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地 球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显 示和描述的技术系统。地理信息系统处理、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，用于分析和处理在一定地理区 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。 1、通过上述的分析和定义可提出 GIS 的如下基本概念： （1）GIS 的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成， 如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品 输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着 GIS 的硬件平台、功能、效率、数据处 理的方式和产品输出的类型。 （2）GIS 的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空 间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定 量的描述、这是 GIS 区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。 （3）GIS 的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或 普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。 （4）GIS 与测绘学和地理学有着密切的关系，大地测量、工程测量、矿山测量、地籍 测量、航空摄影测量和遥感技术为 GIS 中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数； 电子速测仪、GPS 全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测 绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为 GIS 提供丰富和更 为实时的信息源，并促使 GIS 向更高层次发展。地理学是 GIS 的理论依托。有的学者断言， “地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说 GIS 的兴起 和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学 信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”，GIS 被誉为地 学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。 2、地理信息系统的特征如下： （1） 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性； （2） 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多 要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息； （3）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的或专门的地 理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 1
    通俗地讲，地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。严格 地讲，地理信息系统是反映人们赖以生存的现实世界（资源或环境）的现势与变迁的各类空 间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、 存贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统。它是一种特定而又十分重要的空间信息系统， 它是以采集、贮存、管理、处理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。 3、地理信息系统的组成如下： （1）硬件 硬件是 GIS 所操作的计算机。今天，GIS 软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计 算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。 （2） 软件 GIS 软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输 入和处理地理信息的工具；数据库管理系统（DBMS）；支持地理查询、分析和视觉化的工具； 容易使用这些工具的图形化界面。 （3）数据 一个 GIS 系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集 或者从商业数据提供者处购买。GIS 将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可 以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统来管理空间数据。 （4）人员 GIS 技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS 的 客户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人 员。 （5） 方法 成功的 GIS 系统，具有良好的设计计划和本身的事务规律，这些是规范、方法，而对每 一个企业来说是具体的独特的操作实践。 4、地理信息系统的功能 （1） 输入 在地理数据用于 GIS 之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机 文件的过程叫做数字化。目前，许多地理数据已经是 GIS 兼容的数据格式，这些数据可以从 数据提供商那里获得并直接装入 GIS 中，无需客户来数字化。 （2） 处理 将数据转换成或处理成某种形式以适应系统的要求。这种处理可以是为了显示的目的而 做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。GIS 技术提供了许多工具来处理空间数 据和去除不必要的数据。 （3） 数据管理 对于小的 GIS 项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且 数据客户数很多时，最好使用一个数据库管理系统（DBMS），来帮助存储、组织和管理数据。 （4） 查询分析 GIS 提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具，为管理者提供及时的直观的信 息。 （5） 可视化 对于许多类型的地理操作，最终结果能以地图或图形来显示。 结合课题实践，本人认为校园地理信息系统，是以学校为研究对象，通过使用适宜的工 具软件进行校园地理信息系统的开发，以特征地图的形式展现学校内建筑布局、基本设施分 2
    布、房产使用情况、地表特征物，同时构建学校学生管理数据库、师资管理数据库等，按实 际情况叠加在特征地图上。从而形成一个基于地图的校内资源库。为学校的整体工作提供一 个动态的系统平台。 经过互联网查询，目前地理信息系统作为一个热门课题，在规划部门、科研部门得到了 广泛的应用，但以校园为对象的地理信息系统研究，目前国内少见到有关情况的报道，所以 本课题的研究带有创新性。 第二节 目的任务 本项目是根据石家庄经济学院学生科技下发《学生科技基金科研项目立项通知》展开工 作的。 该项目所设计的校园地理信息系统，是以石家庄经济学院为研究对象，通过使用 SuperMap 软件进行校园地理信息系统的开发，在图像上展现学校内建筑布局、基本设施分 布、地表特征物，按实际情况叠加在我们设计的地图上，最重要的是将具体的地理坐标与之 建立联系。从而形成一个基于 SuperMap 的校园地理信息系统，应用此系统,使学校能更高效、 直观、综合地管理空间和属性信息，并能对校园的设施进行准确的定位，为学校的管理工作 提供一个动态的系统平台。 此系统可通过地理坐标或信息标注快速获取各种所需信息，充分了解学校情况，为高校 校园的管理与规划提供一个有效的、现代化的管理工具，应用此系统能更高效、直观、综合 的管理学校的空间和属性信息。 重点解决以下问题： 1、实现空间地理信息与遥感数据、GPS 数据、属性信息等的合理连接； 2、应用地理坐标直接查询校园各种信息； 3、把校园地理信息可视化和系统化； 4、应用此系统顺利获取校园内各种所需信息，以便对校园进行合理管理。 本系统的建设主要遵循以下原则： 系统性：系统的建设将站在全局的高度，设计目标明确，重点突出，各个子系统层次清 楚，综合考虑软、硬件的优化配置，信息共享，互通互联，功能完整和逻辑一致。 规范性：系统所采用的技术、设备和信息编码符合国际标准、国家标准、行业规范及地 方规范，为系统的扩展升级以及与其他系统的互联提供良好的基础。在应用软件开发过程中， 数据规范、编码规范及文档规范都将遵循国际或相应的规范要求。保证系统能与其他系统进 行快速、顺利的信息交换，实现与国际同行自然接轨目标，便于系统升级和扩展。 使用性：系统能满足业务管理的实际要求，真正实现业务管理的信息化、网络化和空间 可视化。以现行需求位基础，充分考虑发展的需求来确定系统规模。 经济性：系统在保证系统各项功能实现的基础上，以比较优化的性能价格比配置系统的 硬件设备、系统软件和应用软件。 开放性：系统采用最先进的面向对象的设计思想和方法，系统具有高度的开放性和良好 的适应性。 可扩展性：系统采用开放性的体系架构，满足时间、空间上的扩展要求。具有方便的二 次开发工具，以利于系统功能的扩展和完善。 技术先进性：系统采用先进的设计理念、技术路线和技术体系构架，以保证建成的系统 使用周期长、性能指标高、可扩展性强。 技术成熟性：系统的技术选择充分考虑技术的成熟性，不因为不成熟的先进技术耽误进 度，即系统建设采用成熟的技术和商品化软件，不在实施过程中作实验性开发或产品试用， 3
    以确保工程建设质量和进度。 第三节 需求分析 由于地理信息系统的内容可以无限细化，且学校的建设长期处于一种动态的变化之中， 学校内的信息流与人员流永远处于变化的过程中，所以建立一个“完整”“全面”的校园地 理信息是一个永远而永恒的追求。如果地理信息系统的理论与技术应用于校园信息管理，能 较好地解决校园信息管理工作难于集成和统一平台的问题。本课题的研究，主要立足于应用， 即满足学校的需要为主要目标。 为加快校园信息化步伐，提高工作效率，强化信息管 理，石家庄经济学院有必要把校园地理信息可视化和系统化。具体问题如下： 校园中很多部门已经有了自己的管理信息系统，但各系统之间兼容性差，不能进行有效 的信息交换和数据共享,造成了数据冗余度大、资源严重浪费等现象。并且，学校的这些管 理信息系统缺乏对地理信息的系统化管理、不能实现地理信息的可视化。校园地理信息系统 相对于管理信息系统，它能够对学校楼群、重要楼（如主楼、教学楼、学生宿舍楼、眷楼等） 各层房间的分布，各个房间用途、负责人、电话等信息进行管理。它应具有楼图、楼层房间 图的浏览、录入、编辑、查询、打印输出，以及相关统计报表功能。另外，空间信息必须与 属性信息（人事、课程、学生等）关联起来，真正实现信息的系统化。 系统化、可视化的校园地理信息需要提供空间信息与非空间信息相结合的数据分析和显 示功能，用以辅助学校领导阶层做出合理的决策。例如，统计各个教学部教职工的职称、年 龄分布，统计各个教学部所占(房间分布、用途及使用现状)房产面积、人均房产面积、校园 绿化面积、体育场地面积等，以支持学校（科学、合理、高效用房）分房、绿化、体育工作， 正确掌握学校资产部门的空间分布状况（校园规划、管理）。 尽管校园管理系统也可以把以上工作做的很好，但无法直观地表达数据的空间概念、缺 乏可视化的效果；如果单独开发图形管理系统又需耗费巨大的人力、物力。基于组件式的校 园地理信息系统就有可能顺利完成上述与空间信息有关的任务，例如空间图形的录入、编辑、 浏览、查询、统计等，以及与其它现有属性数据的关联。 该课题设计的系统是一个空间型的信息系统，存贮有石家庄经济学院的大量数据。为了 方便地输入信息快捷地提取数据，并且能够进行多信息源支持下辅助决策与模拟，该系统应 具有控制管理功能，输入、输出功能，空间分析功能以及决策支持功能。 1、控制管理功能：该功能主要为系统管理人员设置，系统运行时，管理人员能实现操 作系统一级的功能调用，利用操作系统的多任务环境充分共享资源；同时，还可在系统运行 过程中对系统本身加以修改，增强了人机交互中人的主观能动性，并且该模块还为用户提供 系统说明以及有关的使用说明。 2、基本功能：包括 GIS 所拥有的数据采集，数据变换，数据库管理，信息输出图形图 像显示以及信息查询等功能，该功能为用户提供输入数据，浏览数据，输出数据的基本操作。 （1）数据采集：在系统软硬件环境的基础上，通过数字化，数据录入，数字图像处理 等方法获得，并装入可容错数据。 （2）数据变换：将多源数据转换成在系统设计时定义的通用格式,包括数据重构,空间 变换以及数据集成三个方面。 （3）数据库管理：包括图形库管理和属性库管理功能，能完成对数据库的基本操作， 并且能和其它属性数据库联接，使系统更加灵活，具有开放性。 （4）信息输出：对于所需属性数据及图件资料可以直接输出，并有制图功能。 （5）查询：包括二种基本的查询方式：基于位置的查询，也就是从图到属性的查询； 基于属性的查询，也就是从属性到图的查询。用户在系统中可对自己感兴趣的某项内容进行 4
    定位查询，标题关键字查询，所查询的内容以图形、图像、文字等形式予以显示，以便全方 位，多层次地提取信息。 （6）图形、图像显示：该功能为用户提供了开窗，关闭，中心缩小、中心放大、漫游、 刷新等高效的图形操作功能。 3、多媒体功能 校园信息系统所使用的图形符号和地理数据大多是抽象的，利用多媒体 手段，将抽象的点，线，面等图符配以照片，图表，文字等，这样可以多角度，多层次地再 现环境信息，并可对某个区域的环境变化进行动态模拟。 4、空间分析功能 包括拓扑空间分析，线性网络分析、地形模型分析、空间叠加分析及其它功能，只要按 其要求装入数据，设定参数，便可获得分析结果，这些功能是构建模型库的基础。 5、决策支持功能 在模型知识库的支持下，进行以各专业领域问题为驱动的决策模拟应用，包括学校最佳规划， 学校动态查询等功能。 另外，必须看到，要真正的使校园地理信息系统化，应首先用面向对象的方法对校园空 间信息类型建立清晰的模型。 第四节 工作概况 项目组成员在 2007 年 12 月接到任务后，立即组织人员全面熟悉资料，并进行了项目的 数据收集，项目组组的成员都是学习勤奋踏实的同学，有着扎实的专业知识，能很好的掌握 SuperMap 软件，另外经过暑假在秦皇岛和河北井陉的实习我们掌握了很多的工作方法，也 积累了很多经验，为完成此项目打下了坚实的基础，在实际工作中，项目组人员以科学的态 度和实事求是的精神开展工作，努力学习和运用地学新理论、新方法，牢记工作重点，严把 质量关。本项目设计的校园地理信息系统由使用它的机构和人、地理数据、GIS 硬件与软件 构成: 1、 2、 硬件，由图形数据输入设备、数据处理与分析设备、数据储存设备、图形显 示与输出设备组成，包括计算机、扫描仪、硬盘、打印机等。 软件，包括 SuperMap 基础软件，还包括空间数据分析软件以及辅助性的应用 软件。 数据，整理和搜集的各类图形数据与属性数据。 人员，开发和使用硬、软件和数据的设计者与管理人员。 3、 4、 项目的最终资料整理及报告编写工作的由项目组所有成员共同完成，最终报告由指导老 师史继忠教授修改统稿。 第二章 石家庄经济学院的空间数据 地理信息系统之所以能够飞速发展和广泛应用，主要原因就是其具有管理空间数据，并 利用空间数据进行空间分析，为各行各业服务的能力。空间数据（也称地理数据）是地理 信息系统的一个主要的组成部分。 5
    第一节 空间数据的基本概念及内容 空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图 形、图像、文字、表格和数字等。它是 GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般 通过扫描仪、键盘、磁带机或其他通讯系统输入 GIS。 在 GIS 中，空间数据主要包括： （1）空间实体的位置 空间坐标即在某一个已知坐标系中的几何坐标，他可以标识地理现象在自然界或某个地 图区域的空间位置，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等。 要对空间实体的位置进行描述，就必须对其进行抽象表示。一般来说，在三维分析空间， 根据分析问题的尺度，我们把自然界中的物体抽象为点、线、面三种；在三维分析空间，则 区分为点、线、面、体四种。 （2）空间实体的关系 实体空间的关系通常包括： 度量关系，如两个实体之间距离的远近： 延伸关系（或 方位关系），定义了两个实体之间的方位； 拓扑关系，定义了两个实体之间的关联、邻 接、包含关系。 （3）空间实体的非几何属性 一般简称属性，是指与地理实体相关联的地理变量或地理意义。属性分为定性和定量两 种：定性数据包括名称、类型、特性等，如地貌类型、土地利用类型、行政区划等；定量数 据包括数量、级别等，如土地面积、道路长度、人口数量、高程等。非几何属性一般经过抽 象、概括，通过分类、量算、统计得到。地理信息系统中的分析、检索大部分都是通过对属 性的操作运算实现的，因此，属性数据的分类系统、量算指标、准确性对系统功能的实现有 较大的影响。 （4）空间实体的时间特征 指现象或空间实体随时间的变化。空间实体的位置数据和属性数据相对于时间来说，常 常呈相互独立的变化，即自爱不同的时间，空间位置不变，但是属性特征可能已经发生变化， 或者相反。 第二节 校园的地理信息 资料来源：老师给扫描的石家庄经济学院 1988 年的栅格图像，从石家庄经济学院的栅 格影像中可以明显的看出石家庄经济学院被槐南路横切，分为为南院和北院（槐南路以南为 南院，以北为北院）。南院以教学区为主，北院则以居住区为主。 6
    图 2-1 石家庄经济学院的栅格图像 具体的内容如下： 1、南院： 以主道路为中心线可以把南院分为两大块 （1）左边的布局如下： 第一食堂 学三楼 学二楼 花园 草地 图书馆 车库房 车库大院 （2）右边的布局如下： 医院 羽毛球场 篮球场 学四楼 草地 学一楼 旧教学楼 草地 电教 苗圃 排球场 主体育场 花园 花园 喷泉 7
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