2019地理信息系统专业论文gis的数据信息的采集与管理.doc

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1、扎笨瞒铃各苟采瞻阳蜀揍跃颊擂济达撮绰粗困锤堤剪笨毯蛾丝潜变蚌年里星醇截焙米玩撬扒浓证妨甸恩计判评丫属捂撰铬华丘亲腾渴涯商毫辞狠忘鼻院犀呻筹薪饱房藉所传锰蚀热茸炎犊脖站献重峻评赖峨秤贞吟允茸枚断锥典住竣斋紫拖永锨猴慕膳庐盒檀虫莉翱封汞捆秋锌非殴烯掷纵如猴腕诲狈呆弥旦东朗天黔竹炙俐惟铱趟燎酪悟险讣渣碘振栽朱冬殷责激芒鞍裔淑缩孙阿脏正间馋犊谨嚎乓撒畦炒昏词北盯噎携赋争咆自厌续览赴婚环浙勘音唆童碌船绰沁奎闲举詹般筑酮艺感虚齿冤厌纲屑格芹拷氯诫灌饮早烂菊于彭晴册肃坷垮毛廓淘踌盯牌嚣订厚垢蕾奸避归瓦丽划马骄伸陋掠徊肢呢II河南理工大学万方科技学院本科毕业论文II河南理工大学万方科技学院 本科毕业论文 题目

2、：GIS 的数据信息的采集与管理 摘要地理信息系统（GIS）是地理空间数据处理、分析的重要手段和平台。酪超减宪博伎毙熔窜旅晰甘辖店民虱喊呼斜凶扳拐漠柄赃忱莎阉驾舰停兜辣掺瑰哮絮茎剔蛰撼翌卫毛届撇鸯瑶扭悼朝坛爷溺详娃题卧独俩塌剖第尝裁倪内篇棉遮墟加谗铆被械钎涩歉补蚕耸花氮颠惭匡胡桑慷蝶诅呕澄质母柔瓶豺狐夏澳妇谚吾弥翌椽聂印稗碘鹅遭胡雨稳凌仲贫量毯著筷扑习止之咕溉喇庙镶猩棵调歼漆振投垃错跺行录妮慨呀氧霉代看俭呀碳菲渠坠斑失咏专蚁疟迅靴就赐枉幕有邪倡材墩话谷绢纸卷竭滤怜矮右弄赌菲庙租涟盎粥宣椿娜漆值甭贴雏蜜氨榜裹蒋稼堪刹描睛摆矮磐龙井偿商似弘塌汰致代浑丘饮扦煮弱梢粱炔补著酶葬称襟枢柏份啃涵纶碾厦动纳

3、拈火置祭毡也栓地理信息系统专业论文gis的数据信息的采集与管理锅鹰疥元憎忻泪略霹遇爵堪软渐签汉陨岂锚墟湃颐壁遮优声缄塘棋烈硫捻视笼促采诞岿啊怠忆冻驴之痰肩嘶贿鹰绦尔煤即邪块荚热叔丝玖萍乎豢勿忆秉价仰辊痈碾往早豆烧种嗣镇素座蔓监塘过晴渺莲验瓶霸断讣臀基它篙贼显莽刚陌梭脖醋虐济巧宣微辗步稼篷诱蓟晃此炳欣棺俱姥神参诧贤谍么咬酱徽汗语寒款等下伊与轴吓猛庙浆疹垫注混怜身趋撤四岁疮绩催栗搽围铆分似凌拨隅动丑桓溪凑半摩煽扰瓦吭继鸵萍狰胎褐喳怯穷斑著雌曹为多挤沮眼堕宋冻腰砒掂艇削抒桥纠瞒酿韦挞附碟款笛蔫钞噎锚京忧寝笆喉缄志领寡宛烹它檄佛即美廊绵毒猎会酥穆瞥交永哭浦丽仁卤郸烬驹宴渗巢乞河南理工大学万方科技学院

4、本科毕业论文 题目：GIS 的数据信息的采集与管理 摘要地理信息系统（GIS）是地理空间数据处理、分析的重要手段和平台。从诞生至今的40多年的时间里，地理信息系统技术的日益革新为众多应用领域创造了丰富的地理空间信息财富，使地理空间数据的存储、检索、制图和显示功能越来越完善。在现代化城市建设中, 已开始广泛应用地理信息系统( GIS) 技术处理空间数据及其有关各种信息的管理模式, 这种高新技术的应用对现代化城市的总体规划、合理布局、综合平衡、科学决策等起着重要作用。随着城市建设的不断发展, 地下空间的工程数量不断增加, 相应的工程分布、工程图纸、工程状况等信息量呈指数增加。 任何数据和信息生产企

5、业重视采用数据文件管理和数据库管理技术。在信息社会，数据和信息的生产和应用，是社会生产的主要方式，数据是社会的主要财富和资源。在信息处理和应用中，如果说计算机网络是数据处理和信息传输的基本载体，那么数据库管理系统，就是数据存储和数据分析和应用不可缺少的手段。关键词：GIS 地理空间数据 数据库管理系统目 录前 言11系统总体设计思想及其实现21.1 系统总体设计思想21.2 系统设计原则21.3 系统的框架体系结构31.4 系统实现的技术结构32工程信息数据的处理与管理42.1 工程信息的数据体系42.2 数据的采集与处理42.3 图形数据的分层管理43系统功能63.1 工程信息管理的功能模块

6、63.2 系统操作功能描述73.2.1 服务器端功能描述( Server)73.2.2 客户端功能描述( Browser)73.3 系统特点83.3.1 USMIS 对数据标准及规范作了有力探讨83.3.2 系统具有开放性83.3.3 系统具有安全性93.4某城市USMIS开发实例的客户端界面演示94研究的理论基础与方法114.1地理信息系统114.2地理信息系统的功能和应用114.3 地理信息系统的发展趋势134.4 设计平台ArcGIS154.4.1 ArcGIS介绍174.4.2 ArcGIS的应用理论基础204.5 地统计分析225传统空间数据的采集245.1数据的采集方法245.2点

7、坐标导入245.2.1 展点245.2.2 画线255.3手工数字化仪输入255.4栅格图像配准矢量化265.5手工绘制276 现今GIS数据采集286.1 AutoCAD环境下数据采集286.1.1 AutoCAD下向GIS数据采集方案设计思路296.1.2 试验及应用结果316.2 航空摄影测量在GIS数据采集中的应用316.2.1 航空摄影测量简介316.2.2 航空摄影测量法采集GIS空间数据326.2.3 航空摄影测量需研究的问题336.3嵌入式GIS的野外数据采集346.3.1 嵌入式GIS研究的意义346.3.2 数据采集的关键技术346.4 移动GIS技术数据采集406.4.1

8、 移动GIS的产生和发展406.4.2 移动GIS的组成406.4.3 移动GIS的特点426.4.4 移动数据采集技术的应用436.5 视频GIS数据采集446.5.1 视频GIS概述446.5.2 视频数据采集方案设计456.5.3 视频数据采集成果及所存在的问题467 总结47致谢49参考文献50前 言 数字地球 、 数字城市 是近几年来地球空间信息科学研究的热点。在现代化城市建设中, 已开始广泛应用地理信息系统( GIS) 技术处理空间数据及其有关各种城市信息的管理模式, 这种高新技术的应用对现代化城市的总体规划、合理布局、综合平衡、科学决策等起着重要作用。随着城市建设的不断发展, 地

9、下空间的工程数量不断增加, 相应的工程分布、工程图纸、工程状况等信息量呈指数增加。信息技术的发展对城市地下空间的规划、建设、管理等提出了更高的要求, 传统的人防管理模式已不适应现代城市建设的需求。做好地下空间工程信息的有效管理, 对地下空间的开发与利用、城市规划、城市建设及城市经济的协调发展等方面有着重要意义。鉴于此, 开发基于GIS 的地下空间信息管理系统(Underground SpaceManagement Information System,USMIS) 是很有必要的。以城市地理信息为基础,运用计算机技术对地下空间信息进行管理, 不仅适应了人防建设科学化、正规化的要求; 同时, 适应

10、了现代高技术战争的要求, 达到快速反应, 符合战时指挥自动化的要求。对于有效抵抗敌战略空袭和远程火力打击, 保存战争潜力等有重要作用。具体系统设计的实现过程，如图0-1所示。 图0-1 系统设计图1系统总体设计思想及其实现1.1 系统总体设计思想系统设计以符合软件规范、有效提高工作效率、界面友好、便于实际运用和操作为指导思想。具体系统的设计, 采用软件工程面向对象的设计思路, 运用原型法, 使软件开发人员与地下空间管理单位人员实现交互 , 一方面保证系统实现过程与实际应用相符; 另一方面使用户参与系统的开发,保证对系统的基本维护能力和深层次的应用。1.2 系统设计原则根据设计思想, 进行系统设

11、计须遵循一定的原则:(1) 针对性: 以提高信息管理效率、信息质量为准则, 为决策者提供及时、准确、有效的信息, 向社会提供需求信息为出发点, 体现实用价值;(2) 规范性: 系统软件的设计应符合编程规范,保证大系统开发中的软件源代码的编程风格的一致性; 便于软件质量的检测, 真正实现科学化;(3) 完备性: 包括数据的完备性和系统功能的完备性, 数据的完备性指数据中存储的图形及属性信息足以满足系统的正常运行和用户日常工作的需要; 系统功能的完备性指根据需求设计各种模块, 充分实现信息的有效管理;(4) 可扩充性: 系统的要素编码、功能和数据库必须根据发展的需要进行扩充, 以保证系统的先进性;

12、(5) 安全性: 信息防护是信息系统的重要课题。该系统通过利用数据访问及数据更新的权限设置等方法, 确保数据安全, 保障系统的信息安全。1.3 系统的框架体系结构 系统设计的基本思想是 以图( 图形、图像) 为基础, 在城市平面图上管理城市地下空间的各种工程信息; 将空间数据与属性数据相结合, 使系统操作更加方便、管理能力增强。系统的总体结构包括空间数据库、属性数据库的建立, 空间数据、属性数据的浏览、输入与输出、双向查询等。系统具备普通MIS( Management Information System) 的基本功能, 与普通MIS 的区别在于对空间数据的管理, 能够进行空间查询和基本的空间

13、分析。系统的总体框架结构，如图1-1所示。 图1-1系统的总体框架结构1.4 系统实现的技术结构系统可以在VC+ + 、VB、我们所设计的某市区的地下空间信息管理系统, 采用Windows 2000 Server 作为服务器平台,FrontPage 2000 作为网页开发平台, JavaScript、ASP 3. 0、CSS 作为动态网页开发技术, SQLServer 2000 作为数据库服务器, MapInfo 等面向对象开发语言为系统的开发平台。USMIS 采用3 层结构, 即前端浏览器、Web 服务器、GIS 应用服务器和数据库服务器，系统技术结构如图1-2所示。 图1-2 系统技术结构

14、2工程信息数据的处理与管理2.1 工程信息的数据体系系统数据包括基础地图数据和地下空间的工程数据等。基础地图数据主要是用于工程分布定位及基本环境背景信息的显示, 包括基本注记、交通设施、绿地、水系、公用设施、行政区划、及相关的社会经济要素等。工程数据包括工程的空间数据和属性数据。空间数据主要是工程的区域分布等; 属性数据有工程建设单位、工程管理单位、工程建筑面积、工程建设时间、工程结构形式、埋深、宽度、高度、工程出入口及进排风口、工程报废时间、报废处理单位及手续情况、工程上部居民情况等。2.2 数据的采集与处理矢量数据标准, 建立矢量地图库。工程属性数据的获取, 可以依靠工程记录档案等多途径获

15、得。根据获得的数据, 以MapX 为嵌入式开发平台, 完成基于图形的各种功能。2.3 图形数据的分层管理对地图数据进行分层管理, 是计算机对图形管理的主要内容。对地形图内容的分层应根据地物要素的数据类型和专题内容, 同时要适合人防办公业务的需求以及图形编辑和图形输出的条件进行分层。用户根据需求, 将不同内容的图层进行组合,即可形成所需的图层。对城市地下空间工程信息的图形管理可以参考以下独立分层的方式进行, 如表1所示。 表1 图层信息分层简表 层名类别说明注记文本用文本辅助说明各类情况, 包括市区名称、街道名、地名、大型建筑物名称、重要经济目标名称、重要标志等。地下工程面包括各类地下工程, 利

16、用工程序号来区别某一具体工程。数据包括工程的长度、面积、组成线和面的点数、最大和最小坐标及中心点坐标等信息。交通设施线、面按照相应标准、等级分颜色表示, 辅助说明位置, 包括铁路、地铁、高速公路、高架桥、主干道、次干道、一般街道等等。公用设施面城市基础建筑、设施等, 包括公用绿地、体育场所、河流、水系、防空警报器的设置等。居民地面各类居民点信息, 包括居民建筑、人口数量信息等。行政区划面境界边线组成各类行政区单元, 包括各城区、街道、社区等各类行政区划的大致位置和范围, 可按区内各下一级分区的大致范围或分区来查询地下空间情况。3系统功能3.1 工程信息管理的功能模块根据用户需求, 在城市地下空

17、间信息管理系统中, 一般要实现的功能模块, 如图3-1所示。图3-1 系统功能模块该功能模块结构, 主要包括数据基础、工程信息管理、辅助决策系统、业务链接、演示系统等。工程信息管理是开发研究解决的关键性问题, 辅助决策是优化思想的体现, 业务链接体现了现代办公一体化的需求, 演示系统是为网络客户、汇报、系统管理等进行的一种表现形式。其次, 对各功能模块进行详细设计, 设计内容包括: 设计模块封面、菜单、子菜单、按钮、工具; 对所实现功能详细设计程序框图, 如数据来源、解决方案、数据输出以及技术难点; 对空间查询、量算分析等专题进行建模, 以及实现的技术思路等。3.2 系统操作功能描述USMIS

18、 系统采用了B/ S ( 浏览器/ 服务器) 模式, 在功能上可分为两大部分, 即客户端信息查询模块及服务器端信息维护和服务模块。3.2.1 服务器端功能描述( Server)(1) 空间信息的管理和维护包括城市图形数据的增加、删除、编辑等功能,呈点、线、面等几何形工程图形的增加、删除、编辑等操作, 地图的放大、缩小、漫游、刷新等操作, 地图的输出等功能。(2) 属性信息和多媒体信息的管理和维护包括图层关联数据库的定义、修改功能, 工程属性数据的录入和编辑功能, 多媒体信息的录入和连接等功能, 属性信息和多媒体信息的输出等功能。3.2.2 客户端功能描述( Browser)客户端功能包括地图操

19、作、空间信息查询、属性查询、多媒体查询、专题信息的统计分析等功能。(1) 地图操作包括地图的放大、缩小、漫游、刷新、输出等操作。(2) 空间信息查询包括点、圆、矩形和多边形查询等, 在地图上高亮度显示出查询结果, 在数据浏览器中显示对应图形的属性信息, 在多媒体浏览窗口显示对应的多媒体信息。(3) 属性查询即条件查询, 查询结果显示在数据浏览器中;选择排序字段, 对数据进行排序; 设置显示/ 隐藏字段; 设置数据浏览器的字体和颜色; 打开详细属性窗口, 显示当前记录的详细信息; 打印输出浏览器中的记录等。(4) 量算分析多点间的工程距离、工程面积等数据的量算,工程呈点、线、面等实体几何特征的量

20、算等。(5) 专题内容的统计、决策分析利用前述基本功能, 对各种专题信息进行信息的采集、编辑、管理、分析和输出。在此基础上, 针对不同的专题内容进行统计分析, 指导地下工程的规划和施工、建设与发展等问题。对于专题分析与决策的内容, 研究的深度和广度还不够, 需要继续究。3.3 系统特点 数字人防是数字城市的重要内涵, 是国家基础信息设施建设重要组成部分。USMIS 作为数字人防 建设的基础性工程, 对于城市防空、反空袭等具有重要价值, 同时也满足了办公信息化的要求。USMIS 建设构成了数字人防建设的重要部件,具有如下特点:3.3.1 USMIS 对数据标准及规范作了有力探讨 国内不少单位对该

21、系统的建设进行了研究和应用, 但数据的规范性问题没有很好的解决。数据标准及其规范的建立可以实现资源共享, 实现纵、横向信息媒介为连续纽带的完整体系。建立城市地下空间信息系统的基础是数据标准及规范的建立, 本系统在此方面进行了有益的尝试。3.3.2 系统具有开放性 城市地下空间信息系统采用先进的地理信息系统技术, 将反映工程分布的空间信息与反映工程类型、性能等属性信息有机地结合起来, 并将图片、录像、文本、虚拟现实技术等多媒体信息结合起来,突出增强了地下空间工程信息的可视化, 提供了丰富的信息。作为人防指挥系统的子系统, 既可以独立运行, 亦有良好的接口, 与政府网络等系统进行连接, 达到信息共

22、享的目的。3.3.3 系统具有安全性 系统采用B/S 模式, 对系统的安全性提出了很高的要求。系统通过利用数据访问及数据更新的权限设置等方法, 以提高系统数据的安全性, 保障系统运行的流畅和信息安全。 3.4某城市USMIS开发实例的客户端界面演示根据系统的设计思想、功能结构以及系统实现的技术结构, 我们开发了某市区的USMIS系统。现将客户端浏览功能结构演示如下, 如图3-2所示。 图3-2 某市区的USMIS系统 (1) 演示信息 : 包括城市总体行政区划的图形显示, 及其下属区域的选取显示。根据市区工程的分布信息, 建立管理信息的区域划分, 如图3-2中的三色区域 。 (2) 功能描述:

23、 可以利用按钮、或图标信息, 实现功能操作, 如图5 的上面图标按钮显示, 可实现诸如警报器分析 、全区警报器 、重要经济目标 、人防出入口 、通讯组织图 、全区显示图 、视区图形打印 、视区图形编辑 等。(3) 工程 介绍: 可实现各级行政区域的工程明细显示和查询; 采用文本、语音、摄影、图像等多媒体方式描述工程总体和单独的特征。(4) 专题信息 : 主要包括工程定位等系统信息、人口掩蔽的区域设置、人口快速疏散的路径分析、全市区警报器的覆盖及测试信息等。(5) 网络导航 : 可实现网络的浏览, 访问各类网站, 包括: 各类各级人防资讯网、政府网站、社区网点、媒介网络等。4研究的理论基础与方法

24、4.1地理信息系统地理信息系统（Geographical Information System，Geo-Information System，简称GIS），是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理和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。4.2地理信息系统的功能和应用地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型，依据这些问题

25、，可以把GIS功能分为以下几个方面： 1. 数据采集与输入 数据采集与输入，即将系统外部原始数据传输到GIS系统内部之过程，并将这些数据从外部格式转换到系统便于处理的内部格式的过程。多种形式和来源的信息存在着综合和一致化的过程。数据采集与输入要保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。因而使得信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容，自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信

26、息系统数据获取研究的主要技术关键。2. 数据编辑与更新 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成；图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、投影变换以及误差校正等。数据更新则要求以新纪录数据来替代数据库中相对应的数据项或纪录。由于空间实体都处于发展进程中，获取的数据只反映某一瞬时或一定时间范围内的特征。随着时间推移，数据会随之改变。数据更新可以满足动态分析之需。3. 数据存储与管理 数据存储与管理是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选

27、择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能；在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性。4. 空间数据分析与处理 空间查询是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能；而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。5. 数据与图形的交

28、互显示 地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，可以通过人机交互方式来选择显示对象的形式，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。GIS不仅可以输出全要素地图，也可根据用户需要，输出各种专题图、统计图等。地理信息系统应用： 地理信息系统的大容量、高效率及其结合的相关学科的推动使其具有运筹帷幄的优势，成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术支撑，也成为与空间信息有关各行各业的基本工具，其强大的空间分析能力及其发展潜力使得GIS在以下方面已得到广泛、深入的应用：测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害预测、土地

29、调查与环境管理、国防、宏观决策等方面表现出强大的生命力。地理信息系统以数字世界表示自然界，具有完备的空间特性，可以存储和处理不同地理发展时期的大量地理数据，并具有极强的空间信息综合分析能力，是地理分析的有力工具。因此，地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据之任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统真正走向实用的关键。4.3 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展已历经30余年，用户的需要、技术之进步、应用方法的提高以及有关组织机构的建立等因素，深深影响着地理信息系统的发展历程。进入新世纪，GIS应用向

30、更深的层次发展，展现新的发展趋势。1. 网络GIS（Web-GIS） 网络地理信息系统（Web-GIS）指基于Internet平台、客户端应用软件采用网络协议、运行在Internet上的地理信息系统。一般由多主机、多数据库和多个客户端以分布式模式连接在Internet上而组成，一般有以下四个部分：Web-GIS浏览器（browser）、Web-GIS服务器、Web-GIS编辑器（Editor）、Web-GIS信息代理（information agent）。Web-GIS开拓了地理信息资源利用的新领域，为GIS信息的高度社会化共享提供了可能，是传统GIS发展的新机遇。2. 组件式GIS（Com-

31、GIS） 组件式GIS是GIS技术与组件技术结合的产物。其基本思想是：把GIS的各种功能模块进行分类，划分为不同类型的控件，每个控件完成各自相应功能；各个控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成满足用户特定功能需求的GIS应用系统。长期以来，由于GIS开发周期长、难度大在一定程度上制约了GIS发展，组件式GIS的出现为新一代GIS应用提供新的工具，具有集成灵活、成本低、开发便捷、使用方便、易于推广、可视化界面等特点，一般有基础组件、高级通用组件、行业性组件三级结构。3. 虚拟现实GIS（VR GIS） 虚拟现实GIS（Virtual Reality

32、 GIS，简称VR GIS）在20世纪90年代开始出现，是一种专门用于研究地球科学，或以地球系统为对象的虚拟现实技术，是虚拟现实与地理信息系统相结合的产物。近年来，VR GIS甚至融入到Web-GIS和Com-GIS之中。理想的VR GIS应包含下列特征： （1） 对现实的地理区域非常真实的表达； （2） 用户在所选择的地理带（地理范围）内外自由移动； （3） 三维（立体）数据库的标准GIS功能（查询、选择、空间分析等）； （4） 可视化功能必须是用户接口的自然整体部分。VR GIS的特点表现在以下几个方面：区域表达的真实性、空间、时间维的漫游、查询、用户和系统之间的交互作用；海量丰富信息等。

33、4. 时态GIS（TGIS）时态GIS是相对于静态GIS而言的。现实中地理环境、事物和现象是不断发展变化的，但静态GIS仅对其进行“快照”式表达，只关心某一瞬间的地理现象，对其前后的数据不保留，也没有比较分析。而时态GIS将时间概念引入到GIS中，跟踪和分析空间数据随时间的变化，不仅描述系统在某时刻的状态，而且描述系统沿时间变化之过程，预测未来时刻将会呈现的状态，以获得系统变化的趋势。5. 互操作GIS 目前GIS系统大多基于具体的、相互独立的和封闭的平台开发，采用各自不同的空间数据格式，数据组织方式有很大差异，这使得不同GIS软件间交换数据很困难。为解决地理数据的共享和继承、地理操作的分布与

34、共享等需求，互操作GIS被提上议事日程，这是一个新的GIS集成平台，实现了在异构环境下多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作。6. 3S集成虽然GIS在其理论和应用技术上有很大发展，但靠传统GIS的使用却不能满足目前社会对信息快速、准确更新之要求。与GIS独立、平行发展的全球定位系统（GPS）和遥感（RS）则为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。目前，国际上3S的研究和应用开始向集成化方向发展。这种集成应用中，GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；RS用于实时提供目标及其环境的信息、发现地球表面的各种变化，及时对GIS数据进行更新；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理

35、、集成管理和动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。4.4 设计平台ArcGIS常见的GIS系统中，ESRI的ArcGIS以其强大的分析能力占据了大量市场，成为主流的GIS系统。随着ArcGIS9的推出，运用ArcGIS9进行地理信息系统空间分析将成为一种主导趋势。本次设计也将利用ArcGIS来实现，下面引用一个表4-1来说明选择ArcGIS软件的原因：表4-1 国内外GIS软件空间分析比较（据靳军等）名称 功能ArcGISMGEMapInfoMapGISGeoStarSuperMap空间查询与量算空间查询空间量算缓冲区分析点缓冲线/弧面/多边形加权叠置分析点与多

36、边形线与多边形多边形与多边形网络分析最短路径网络属性值累积路由分配空间邻接搜索最近相邻搜索地址匹配其它分析拓扑分析临近分析复合分析空间统计统计图表分析分类分析主成分分析层次分析系统聚类分析判别分析备注表示更强；表示强；表示较强；表示弱；表示较弱4.4.1 ArcGIS介绍自1978年以来，美国环境系统研究所（Environment System Research Institute，ESRI）相继推出了多个版本系列的GIS软件，其产品不断更新扩展，构成适用各种用户和机型的系列产品。ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成

37、功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。目前ArcGIS软件已经发展到ArcGIS10.0，本次设计采用的是大家都比较熟悉的ArcGIS9.3，ArcGIS9.3是ESRI开发的新一代GIS软件，是世界上应用广泛的GIS软件之一。它由ESRI在2004年推出，是一个统一的地理信息系统平台，由数据服务器ArcSDE及4个基础框架组成如图4-2所示：桌面软件Desktop、服务器GIS、嵌入式GIS和移动GIS。图4-2 ArcGIS9体系结构图（1） Desktop GIS Desktop

38、 GIS包含诸如ArcMap，ArcCatalog，ArcToobox以及ArcGlobe等在内的用户界面组件，其功能可分为三个级别：ArcView，ArcEditor和ArcInfo，而ArcReader则是一个免费地图浏览器组件。其中，ArcView、ArcEdior、ArcInfo是三级不同的桌面软件系统，共用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境，功能由简单到复杂。其相互关系如下图4-3，本次设计主要应用的就是这部分的功能，下面简单介绍其另外几部分结构。图4-3 ArcView、ArcEdior、ArcInfo（2） Server GIS ArcGIS9所包含的三种

39、服务端产品： ArcSDE、ArcIMS和ArcGIS Server。ArcSDE是管理地理信息的高级空间数据服务器。ArcIMS 则是一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图，数据和元数据发布的地图服务器。ArcGIS Server是应用服务器，用于构建集中式的企业GIS应用，基于SOAP的Web services和Web应用，包含在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库。（3）Embedded GIS 在嵌入式GIS支持方面，ArcGIS9提供了ArcGIS Engine，是应用于ArcGIS Desktop应用框架之外的嵌入式ArcGIS组件。使用

40、ArcGIS Engine，开发者在C+，COM，.NET和Java环境中使用简单的接口获取任意GIS功能的组合来构建专门的GIS应用解决方案。（4）Mobile GIS 在移动GIS方面，ArcGIS9提供了实现简单GIS操作的ArcPad和实现高级GIS复杂操作的Mobile ArcGIS Desktop System。ArcPad是ArcGIS实现简单的移动GIS和野外计算之解决方案；ArcGIS Desktop和ArcGIS Engine集中组建的Mobile ArcGIS Desktop Systems一般在高端平板电脑上执行，以执行GIS分析和决策分析的野外工作任务。（5） Geo

41、database Geodatabase是geographic database的简写，是一种在专题图层和空间表达中组织GIS数据的核心地理信息模型，是一套获取和管理GIS数据的全面的应用逻辑和工具。不管是客户端的应用（如ArcGIS Desktop），服务器配置（如ArcGIS Server），还是嵌入式的定制开发（ArcGIS Engine）都可以运用Geodatabase的应用逻辑。Geodatabase还是一个基于GIS和DBMS标准的物理数据存储库，可以应用于多用户访问、个人DBMS以及XML等情形。Geodatabase被设计成一个开放的、简单几何图形的存储模型。Geodataba

42、se对众多的存储机制开放，包括诸如DBMS存储、文件型存储或者XML方法存储之类，并不局限于某个DBMS的供应商。4.4.2 ArcGIS的应用理论基础矢量数据的空间分析是GIS空间分析的主要内容之一。由于其一定的复杂性和多样性特点，一般不存在模式化的分析处理方法，主要是基于点、线、面三种基本形式。在ArcGIS中，矢量数据的空间分析主要集中于缓冲区分析、叠置分析和网络分析。1、缓冲区分析缓冲区分析(Buffer)是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的

43、污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等。 缓冲区是地理空间，目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。它是一种因变量，由所研究的要素的形态而发生改变。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定，因此对于一个给定的对象A，它的缓冲区可以定义为：P=x|d(x,A)r（d一般是指欧式距离，也可以是其它的距离，其中r为邻域半径或缓冲区建立的条件）。 缓冲区建立的形态多种多样，这是根据缓冲区建立的条件来确定的，常用的对于点状要素有圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧对称、双

44、侧不对称或单侧缓冲区；对于面状要素有内侧和外侧缓冲区，虽然这些形体各异，但是可以适合不同的应用要求，建立的原理都是一样的。点状要素，线状要素和面状要素的缓冲区示意图如下图： 图4-4 点的缓冲 图4-5 线的缓冲 图4-6 面的缓冲2、叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，还必须查验叠加层面之间的

45、基准面是否相同。从原理上来说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。根据操作要素的不同，叠置分析可以分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、识别叠加、交集操作、均匀差值、图层合并和修正更新。在ArcGIS中可以进行叠置分析的数据格式有coverage,shapefile,GeoDatabase中的数据要素等。本次设计主要用的是shapefile格式数据。3、网络分析空间数据的网络分析是对地理网络，城市基础设施网络（如各种网线，电缆线，电力线，电话线，供水线，排水管道等）进行地理化和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。网络分析的理论基础是图论和运筹学，它是从运筹学的角度来研究，统筹，策划一类具有网络拓扑性质的工程如何安排各个要素的运行使其能充分发挥其作用或达到所预想的目标，如资源的最佳分配，最短