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1、分类号 密级 U D C 编号 10486 武武 汉汉 大大 学学 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 基于基于 GIS 的金花街道信息管理系的金花街道信息管理系统统的的 设计设计与与实现实现 ： 研研究究生生姓姓名名 指导教师姓名、职称：指导教师姓名、职称： ：软：软 件件 工工 程程 学学科科、 、专专业业名名称称 ： 电子政务 研研究究方方向向 二二 OO 八年五月八年五月 Dissertation submitted to Wuhan University Design of Jinhua Street Information Management System Based
2、 on GIS (Geographic Information System) By Mao Weixian Under the Guidance of professor ShuliangWang 11-3- 2008 郑郑 重重 声声 明明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产 生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。 毛伟先 2008 年 3 月 4 日 武汉大学软件工程硕士毕业论文 4 摘摘 要要 地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展 而发展起来的一个学科，它
3、以地理空间数据为基础，在计算机软件和硬件的支 持下，是一种为了获取、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，是多种学科交叉的产物。 随着中国经济持续稳定的高速发展，各行各业都迅速发展起来，大中型城 市的城市化水平迅速提高。与此同时，街道办事处品质也同步提高，高起点规 划、高标准设计、高质量建设、高水平管理的新准则也己经融入了城区建设和 管理中。城市建设作为中国经济发展的一个窗口，其街道办事处管理水平的好 坏直接影响到市民的切身利益乃至中国在世界事务中的形象。因此，街道办事 处的信息化管理显得尤其重要，使用户能够较快地获取某街道信息，为用户的 决策提供应有的信息，为
4、保证决策的正确提供保障。提高街道的管理水平，使 得信息化管理真正融入街道办事处，提高城市化水平，既有理论研究意义，又 有实用价值。 本文根据金花街道办事处的具体情况，利用 Web GIS 技术开发了金花街 道信息管理系统平台，该系统包括 3 大功能子系统：GIS 地理信息查询系统、 街道政务（党务）管理系统、小区物业管理系统，其中街道政务（党务）管理 系统包括 13 小模块：街道党务模块、民政事务模块、司法事务模块、人口和计 划生育模块、城市管理模块、综治管理模块、内部行政管理模块、综合查询模 块、系统管理模块、与人口、计生、民政、劳动、经济的接口模块、出租屋管 理模块、消防安全生产管理模块及
5、其视频安全管理模块等。 关键词关键词：街道信息管理系统； GIS； 管理软件 武汉大学软件工程硕士毕业论文 5 Abstract GIS (Geographic Information System) is a new subject developed with Geographic science, Computer science, Remote sensing technique and Information science. With the strong support of computer software and computer hardware, GIS is a ne
6、w database management system based on geographical space database, and GIS is used widely to gain, store, analyze and show space location database. In a word, GIS is a multi-subject-cross subject. With the rapid development of China economic, every aspect develops effectively, including city constru
7、ction. In the meanwhile, street construction quality improves too. A high starting point planning, high standard design and high level management are involved in street planning. Hence, the street information management is vitally important to make users learn more about the street, which brings gre
8、at theory value and practice value. On the basis of Jinhua street conditions and with the Web GIS technology, a Jinhua Street Information Management System is developed. And the Jinhua Street Information Management System includes three function modules, namely GIS street information inquiry functio
9、n, street government affairs management function and street property management function. And there are thirteen sub-function modules in the GIS street information inquiry function, including street party affairs management, civil affairs management, law affairs management, population plan affairs m
10、anagement, rentable house management, fire protection management and video security management. KEY WORD：Street Information Management System; GIS; Management Software 武汉大学软件工程硕士毕业论文 6 目录 摘 要 4 ABSTRACT 5 第 1 章 引言 .8 1.1 选题的背景 .8 1.2 论文研究的主要内容及其意义 .10 1.3 采用的技术路线 13 第 2 章 地理信息系统 GIS 简介 15 2.1 地理信息系统
11、的主要特征和类型 .16 2.2 地理信息系统的构成 .17 2.3 地理信息系统的功能概述 .17 2.4 空间数据模型与空间数据结构及编码 .17 2.5 GIS 的开发模式 21 2.6 MAP OBJECTS 控件简介 23 2.7 GIS 在国内的应用介绍 26 第 3 章 金花街道信息管理系统架构分析 30 3.1 街道信息管理系统的作用 30 3.2 金花街道信息管理系统的需求分析 30 3.3 人力资源管理系统的总体设计 31 3.3.1 系统设计原则 31 3.3.2 系统设计的总体目标及其实现步骤 33 3.4 金花街道信息管理系统实现的功能介绍 34 3.4.1 街道政务
12、（党务）管理子系统介绍 .36 3.4.2 小区物业信息管理子系统介绍 41 3.4.3 GIS 功能模块介绍 42 第 4 章 基于 GIS 的金花街道信息管理系统的详细开发 43 4.1 基于 C/S 和 B/S 的混合结构 43 4.2 SQL SERVER 2003 数据库和大型数据库 44 4.3 基于大型 GIS 软件平台开发 45 4.3.1 遥感技术 45 4.3.2 WEB GIS 技术 45 4.4 金花街道信息管理系统的逻辑结构 49 武汉大学软件工程硕士毕业论文 7 4.5 系统实现平台 50 第 5 章 基于 GIS 的金花街道信息管理系统应用效果分析 52 5.1
13、系统特点 52 5.2 系统重点功能介绍 52 5.3 系统应用效果分析 57 第 6 章 结论及展望 .58 6.1 主要结论 58 6.2 展望 58 参 考 文 献 59 致 谢 .60 武汉大学软件工程硕士毕业论文 8 第第 1 章章 引言引言 1.1 选题的背景 随着中国经济持续稳定的高速发展，各行各业都迅速发展起来，大中型城 市的城市化水平迅速提高。与此同时，街道办事处品质也同步提高，高起点规 划、高标准设计、高质量建设、高水平管理的新准则也己经融入了城区建设和 管理中。城市建设作为中国经济发展的一个窗口，其街道办事处管理水平的好 坏直接影响到市民的切身利益乃至中国在世界事务中的形
14、象。因此，街道办事 处的信息化管理显得尤其重要，使用户能够较快地获取某街道信息，为用户的 决策提供应有的信息，为保证决策的正确提供保障。因此，管理和监测街道办 事处，提高住街道的管理水平，使得信息化管理真正融入街道办事处，提高城 市化水平，既有理论研究意义，又有实用价值。 街道办事处信息管理是当前国际范围内管理学研究中的一个十分活跃的领 域。人们之所以对这一领域产生极大的兴趣，一方面是因为信息管理理论有着 广泛的应用前景，另一方面则因为信息时代 GIS 技术在数字城市中的重要角色。 一个城市的街道（包括住宅小区）管理水平反映了一个城市的整体管理水平， 直接关系到千家万户的幸福，关系到城市的稳定
15、，国家的繁荣富强。随着 GIS 技术的不断发展和人们对高水平街道管理要求的不断提高，对街道信息化管理 显得十分必要。在 GIS 技术出现以前，由于街道信息管理研究受到管理和信息 因素的影响，建立大范围的、统一的、全面的、系统的、动态的信息管理系统 是很困难的，而且建立一套完整的街道信息管理系统所需的代价是巨大的。自 从 GIS 技术出现几十年以来，各种各样的地理信息应用系统建设很快，具有覆 盖面广、层次多、规模大的特点。国内外的一些学者利用计算机技术、GIS 技 术和管理学等技术对街道信息化管理研究做了不懈的努力，并取得了一定的进 展。 对于街道内的资源，我们分为三类：街道居民、街道单位（主要
16、是企业等 法人单位）和公共资源（包括如绿地、健身设施等） ，这些资源的配置与管理随 着社会的发展，经济结构的变化而发展变化。原有居民的管理方式是政府办企 武汉大学软件工程硕士毕业论文 9 业，企业管理职工和职工家属的“单位制”，人是“单位人”，现在“单位制”正在 向“街道制”转变， “单位人”将彻底成为“街道人”。同时企业与劳动者的关系的彻 底改变，街道也成为了劳动力的蓄水池。原有的企业也由单一的国有企业、集 体企业模式，转而由多种所有制形式取代，出现了如注册地与办公地分离等诸 多新情况。 与此同时，家庭保障功能和邻里互助作用的不断削弱，造成了老年人问题、 残疾人问题、精神健康问题、妇女儿童问
17、题、青少年问题、犯罪预防问题、紧 急救助问题、下岗失业等等一系列问题和矛盾凸现出来。 随着社会的发展，改革的深入，街道在整个社会运转中的作用越来越凸现 出来。政府职能的转变，经济结构的调整，使得街道成为条块的结合点，成为 政府管理、为民服务的最前线。街道每天要作大量事务性的工作，大量的信息 汇集到街道，街道原有的手工管理，靠纸笔办公的模式已不能满足工作需要。 现阶段国内街道管理信息系统主要是用一些计算机编程语言(visual Basic、Delphi、visual C+)编写简单的数据处理程序以及用数据库技术建立信 息库，如街道房屋资料信息库，住户信息库、街道（小区）物业管理费信息库 等。在建
18、立这些资源数据库时，开发者将管理所需的大量数据资料按一定规格， 分门别类整理，按所需的方式存储于计算机数据库中。一方面使复杂资料系统 化，另一方面可以借助计算机方便地进行检索查询及一般的统计分析。如在街 道房屋资料信息库可以方便地查询不同房屋的房型、面积等。但是，这种用普 通数据库作支撑环境建立起来的系统，缺少空间描述能力，不管从研究角度或 是应用角度，都深感不足。如住户信息库，它仅能查询统计数据库中的信息， 而无法利用这些数据进行空间描述，无法图文并茂地显示出街道住户的信息。 考虑到街道内一些对象信息的空间性，例如街道内各住宅小区的地理位置及其 空间分布等大量空间数据信息，希望建立空间数据库
19、，并对其进行查询统计， 输出查询统计的结果。 至于住宅小区信息管理的问题，各地房产开发单位都作了很多工作，但对 于整体、宏观上的街道信息管理系统，近年来国内外学者在此领域也开展了一 系列的研究分析，但是大都停留在理论研究阶段，或是只作了一些尝试性的工 作，这方便的文章在国内外还不多见。因此，本课题就广州市荔湾区金花街道 武汉大学软件工程硕士毕业论文 10 信息管理系统的开发做出了实际研究，街道管理部门急需一套针对社区管理应 用的信息化系统加以解决。 同时，金花街道办事处与区政府间通过光纤相连，居委会通过 ISDN 与街 道办事处相连，整个网络建设基本完成，居委会电脑配备今年也将全部到位， 这就
20、为我们解决社区管理的问题，提高管理服务的水平，完善社区管理体系提 供了一个良好的条件，通过推动社区信息化进程，提高社区管理水平，减轻街 道、居委会的工作负担。 1.2 论文研究的主要内容及其意义 地理信息系统（GIS，Geographic Information System ）是随着地理科学、 计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。它以地理空 间数据为基础，在计算机软件和硬件的支持下，是一种为了获取、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，是多种学科交 叉的产物。 任何计算机软件系统的产生，一方面是有它深刻的需求背景，另一方面是 由计算机技术
21、的发展水平所决定的。一般规律是需求先行，技术水平制约发展。 地理信息系统出现之前，业界早有需求，只是计算机图形技术、数据库技术、 图形与属性数据结合、空间计算等技术均未达到使用水平，一旦这些技术成熟， 地理信息系统自然产生。地理信息系统自 50 年代末期产生以来，到 80 年代后 期已发展到了很高的水平，并广泛应用到各类专业部门中。90 年代至今地理信 息系统进入到用户时代。一方面，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系 统，另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导 致地理信息系统应用的扩大与深化。 从二维向多维动态方向发展，也是地理信息系统理论发展和资源、环境、 城市
22、管理等诸多领域的迫切需要3。三维 GIS 将会成为未来几年的一个最热门 的研究项目之一。当前虽然有少量的 GIS 商品软件能够进行简单的三维分析和 显示，但是不能满足地质、矿山、地下水文、大气、环境等领域的迫切需要。 随着计算机技术、Internet 技术以及信息技术的进一步普及和提高，传统二维 的 GIS 逐渐为分布式 GIS 所代替。随着 Internet 的迅速发展和在全球范围内的 武汉大学软件工程硕士毕业论文 11 普及，对 GIS 的发展提出了新的要求，GIS 通过 WWW 功能得以扩展，真正成 为一种大众使用的工具。从 WWW 的任意一个节点，Internet 用户可以浏览万 维网
23、 GIS 站点中的空间数据，制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析， 从而使 GIS 进入千家万户。利用 Internet 在 Web 上发布空间数据，为用户提供 空间数据浏览，制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，实现以上功 能已成为 GIS 发展的必然趋势。 面向对象(OOP)的 GIS 是近几年才出现的技术。面向对象(OOP)的思想接近 于人们认识现实世界的思维规律。目前大多数 GIS 所采用的数据模型是面向计 算机的，它们都是将现实空间直接划分成更适合于计算机存储和表达的结构。 所以，传统的 GIS 很难将人们长期以来所积累的对地理要素研究的成果直接地 在计算机中表达出来。面
24、向对象的数据模型可以按照人们对现实世界的认识来 对地理空间进行多层次的分解，可以根据所描述的不同实体选择最基本的操作 单元，从而最大限度地对现实世界进行行为仿真。在这里，计算机的存储方式 对于设计者来说是透明的，GIS 成功的关键取决于对现实世界认识的正确程度。 由于面向对象的方法能够模拟和操纵复杂对象，所以能将人们对于地理空间的 认识正确映射到计算机内。面向对象的 GIS 将成为今后的主要发展趋势，此外 GIS 与 GPS 结合，能够实现 GIS 数据采集多样化，决策分析智能化。面向对象 的方法论在 GIS 中将得到全面的应用，面向对象的 GIS 也将成为市场的主流7。 本街道信息化系统网络
25、建设将采取三级网络的模式，根据需要把金花街道 网络建设分为街道、居委会、住宅小区三级网络结构，三层结构采用的是金字 塔的分布，各层环环相扣，层层联系。针对这种关系，街道综合管理服务平台 系统的开发也采取三层的结构，各个层次采用的模块和相关的功能也不相同,建 立电子社区；同时充分利用社保卡的功能，通过社保卡进行为民服务、规范管 理。 街道级网络：街道各部门通过自己的客户端，从服务器的数据库中获 得街道辖区内的各类信息，包括如：全区街道居民人员信息、单位信 息、公共信息、公共资源的管理、居委会信息等，在这些数据的基础 上展开日常管理服务工作。同时进行数据的统计分析。 同时，接收市 武汉大学软件工程
26、硕士毕业论文 12 府下发的文件、报表，再次下发，并汇总街道上报的数据，再次上报。 其中，街道级网络功能集中在街道政务管理系统。 居委会级网络：居委会端的应用包括数据的采集与维护，在居委会本 地数据库基础上进行信息管理、开展工作。居委会是社区综合信息管 理（MIS）系统的数据采集点和维护点，系统的一个重要应用就是数 据的采集和维护。由于居委会直接分管到各个居民点，可以掌握辖区 内人员等信息的第一手资料，因此由各个居委会进行信息数据的采集 和维护，可以保证街道数据中心信息的时效性、准确性，这样就可以 保证为领导信息决策提供正确信息基础。 住宅小区级网络：各住宅小区各开发一套智能小区物业信息管理系
27、统， 通过 Internet 与上级服务器相连。住宅小区物业信息管理系统一般要求 具有如下功能：业主资料管理子系统、管理费用收费子系统、申请维 护子系统、访客确认子系统、媒体信息查询、告示子系统、值更子系 统、商务中心子系统、IC 卡子系统、财务管理子系统、人事劳资管理 子系统、文书、统计处理子系统等。 本系统要求实现如下功能： （1）GIS 地理信息子系统功能： 利用 OLE 自动化技术将 MapInfo 地图集成到本系统中，完成地图的 浏览功能； 对系统属性数据的管理，包括数据的浏览、录入、修改、查询、统计 和定位等功能； 对系统空间数据进行查询、统计、编辑和定位等功能； 对地图浏览的显示
28、控制，包括设置显示标注属性，设定地图的缩放范 围和中心点； 地图的输出功能和属性数据表的输出功能； （2）街道小区物业管理子系统功能： 投诉、报修管理功能，包括住户投诉管理、住户报修管理、设备维修 管理、建筑维修工程管理； 收费管理功能，包括费用登记、明细查询、合计查询； 武汉大学软件工程硕士毕业论文 13 基本设置功能，包括物业名称、小区及房屋资料、住户资料、物料配 件资料、物业设备资料、停车场车位资料； 系统维护功能，包括操作权限、数据备份、数据恢复、数据压缩、数 据清理； （3）街道政务（党务）管理系统工作平台的功能模块： 包含对社区党务、民政、劳动、计生、综治、司法等基础业务信息资源数
29、 据的整合、维护、分析和统计等功能，以及其它业务基本流程管理功能，实现 数据的共享以及满足市区两级政府、各职能部门数据上传的需要，平台同时满 足街道业务管理及信息化工作的基本需求，提供了满足街道及下属各居委会业 务管理工作的基本模块。同时以内部行政管理功能（WEBOA）作为整个系统 信息传递和交互平台，为用户提供灵活便捷的工作实现手段。 街道政务（党务）管理系统工作平台具有十三块模块： 街道党务模块 民政事务模块 司法事务模块 人口和计划生育模块 街道管理模块 综治管理模块 内部行政管理模块 综合查询模块 与人口、计生、民政、劳动、经济的接口模块 出租屋管理模块 消防安全生产管理模块 视频安全
30、管理模块 系统管理模块 本文尝试利用 GIS 技术来管理金花街道办事处，根据具体情况对街道内信 息进行数据采集、存储、管理、查询和更新，真正做到高信息化的街道信息管 理。本课题是将 GIS 技术运用到金花街道办事处信息管理中进行实际地研究和 开发，希望本课题的研究成果对于其他街道办事处、房产开发公司、房产管理 武汉大学软件工程硕士毕业论文 14 部门、房产信息中心等有一定的参考价值。利用本课题的研究成果可以方便地 对金花街道信息进行查询和更新，推动了城市街道、小区的管理信息化进程。 1.3 采用的技术路线 本系统涉及到的全部工作，包括数据采集、系统设计、系统实现、系统调 试。本系统总体设计上分
31、为四个子系统，分别为地理信息系统、街道信息管理、 小区物业管理系统。地理信息子系统的开发采用 COM 技术，应用程序前台由 VC+开发，后台空间数据的管理采用 MapInfo7.0，后台属性数据的管理采用 SQL Server 数据库。因为 MapInfo7.0 本身具有的功能并不能满足客户的要求， 所以需要用其开发语言 Map Basic 对其进行二次开发。小区管理子系统和街道 信息管理子系统是 VC通过 ADO 技术连接后台数据库 SQL Server，分别实 现对子系统地理信息系统属性数据库的字段信息管理和街道信息的管理。 武汉大学软件工程硕士毕业论文 15 第 2 章 地理信息系统 G
32、IS 简介 地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一门介于信息科学、空间 科学与地球科学等学科之间的交叉学科和技术45，主要是描述、存储、分析和输出空间 信息的理论和方法。GIS 与其他学科的关系如图 2-146。Garrison 于 1965 年最早提出了 “地理信息系统”这一术语。1971 年投入运行的加拿大地理信息系统（CGIS）是国际上 公认的最早建立的较为完善的大型实用地理信息系统。我国著名的测绘学家和地理学家 陈述彭先生将地理信息系统定义为“地理学的第三代语言”；美国联邦数字地图协调委员 会（FICCDC）定义 GIS 为“由计算机
33、硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用 来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理 问题”。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理 编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信 息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间 位置参考信息和非位置信息两个组成部分。GIS 以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，以地理数据（属性数据、集合数据、时间 数据）为操作对象，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理
34、决策服 务的计算机技术系统。 GIS 把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要，准确真实地输出给用户， 借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。GIS 已经在环境监测、 区域规划、管理决策、交通管理、警务运用、城市设施管理、电力水利、灾害防治等方 面得到普遍应用，已经形成一个价值数千亿美元的全球产业。使用 GIS 技术进行信息化 建设的单位基本上都将 GIS 作为整个企业应用系统的底层基础支撑平台。这其中一个重 要原因是空间信息在我们生活中广泛存在，据 ESRI（Environmental System Research Institute：美国环境系统研究所）的统计，日
35、常工作中的近 70的数据信息与空间位置 有关。自上世纪 90 年代以来，国际上广泛地应用 GIS 及其社会经济性足以证明，GIS 同电力、通讯系统一样是现代社会必不可少的基础设施，它既服务于社会经济建设，又 服务于人民生活，成为社会赖以运转和发展的条件和保障。 武汉大学软件工程硕士毕业论文 16 2.1 地理信息系统的主要特征和类型 （一）地理信息系统的特征 图 2-1 GIS 的学科“树” 地理信息系统具有以下三个方面的特征： 具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性； 系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析和动态预测能力，并能产生高层次 的地理信息。 人机交互的
36、计算机系统是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快 速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。 （二）地理信息系统的类型 地理信息系统按其内容可以分为三大类： （1）专题地理信息系统（Thematic GIS） ，是具有有限目标和专业特点的地理信息 系统，为特定的专门目的服务。例如，森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、 武汉大学软件工程硕士毕业论文 17 矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统 等。 （2）区域信息系统（Regional GIS） ，主要以区域综合研究和全面的信息服务为目 标，可以有不同的规模，如国家级的
37、、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政 区服务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。区域信息系 统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介于 上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信 息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。 （3）地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GIS Tools） ，是一组具有图形图像数 字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。 它们或者是专门设计研制的，或者在完成了实用地理信息系统后抽取掉具体区域或专题 的地理系空间数据后得到的，具有对计算机
38、硬件适应性强、数据管理和操作效率高、功 能强且具有普遍性的实用性信息系统，也可以用作 GIS 教学软件。如美国 MapInfo 公司 的 MapInfo、ESRI 的 Arc Info 等通用软件。 按照内容划分，又可分为：城市信息系统、自然资源查询系统、规划与评估系统、 土地管理信息系统等。按照数据结构的不同，又可分为栅格型、矢量型和栅格-矢量混 合型三种地理信息系统。 2.2 地理信息系统的构成 一个完整的 GIS 主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理 数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件） ， 空间数据反映 GIS 的地理内容，而
39、管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方 式。 2.3 地理信息系统的功能概述 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46。图 2-2 说明了这些功能的之间的关系以及操作数据的不同。 武汉大学软件工程硕士毕业论文 18 2.4 空间数据模型与空间数据结构及编码 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中的问题，就必须对现实世 界建模，建模常分为三个步骤47：第一步选择一种数据模型来对现实世界中的数据进行 组织；第二步是选择一种数据结构来表达该数据模型；第三步是选择一种合适的文件格 式来记录该数据结构。对于地理信息系统而言，其结果就是空间数
40、据模型。空间数据结 构是空间数据模型在信息系统中的实现形式。对空间数据模型和空间数据结构的认识和 研究在设计 GIS 空间数据库和发展新一代 GIS 系统的过程中起着举足轻重的作用。 制图 结构化数据 交互展示 原始数据 观察的的现象、文 件与地图 存储与 检索 数据预处理 查询与分析 展示与 交互 数据获取 数据库 图 2-2 GIS 功能概述 （一）空间数据模型 模型是对现实世界的简化。地理信息系统目前广为采用的数据模型是基于平面图的 矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。栅格数据模型适合于描述连续的空间变 量，矢量数据模型则适合于表达图形对象和制图。 （1）栅格数据模型 栅格数据模型
41、是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，即用二维铺盖或划分覆 盖整个连续空间，盖可以分为规则的和不规则的，后者可当做拓扑多边形处理，如社会 经济分区、城市街区；铺盖的特征参数有尺寸、形状、方位和间距。对同一现象，也可 武汉大学软件工程硕士毕业论文 19 能有若干不同尺度、不同聚分性（Aggregation or Subdivisions）的铺盖48。在边数从 3 到 N 的规则铺盖中，方格、三角形和六角形是空间数据处理中最常用的。三角形是最基 本的不可再分的单元，根据角度和边长的不同，可以取不同的形状，方格、三角形和六 角形可完整地铺满一个平面（如图 2-3） 。 图 2-3 三角形、方格和六
42、角形的划分 为了 GIS 数据处理，栅格模型的一个重要的特征就是每个栅格中的像元的位置被预 先确定，所以很容易进行重叠运算以比较不同图层中所存储的特征，而不需要经过复杂 的几何计算。 （2）矢量数据模型 矢量数据模型将现象看作原形实体的集合，且组成空间实体。在二维模型内，原型 实体是点、线和面；而在三维中，原型也包括表面和体。矢量模型的表达源于原型空间 实体本身，通常以坐标来定义。一个点的位置可以二维或者三维中的坐标的单一集合来 描述。一条线通常由有序的两个或者多个坐标对集合来表示。特定坐标之间线的路径可 以是一个线性函数或者一个较高次的数学函数，而线本身可以由中间点的集合来确定。 一个面通常
43、由一个边界来定义，而边界是由形成一个封闭的环状的一条或多条线所组成。 如果区域有个洞在其中，那么可以采用多个环以描述它。 （二）空间数据结构 空间数据结构是在计算机中用以描述地理空间信息的点、线、面、体的方法。良好 的数据结构是一个问题解决的关键。空间数据结构基本上可分为两大类：矢量结构和栅 格结构（如图 2-4） 。两类结构都可用来描述地理实体的点、线、面三种基本类型。随着 空间数据理论的发展，为了适应三维 GIS 的需求，部分学者在结合栅格和矢量数据结构 的特点上，又相继提出矢栅混合数据结构49-51。 空间数据编码是空间数据结构的实现，即将根据地理信息系统的目的和任务所搜集 的、经过审核
44、了的地形图、专题地图和遥感影像等资料按特定的数据结构转换为适合于 计算机存储和处理的数据的过程。由于地理信息系统数据量极大，一般采用压缩数据的 武汉大学软件工程硕士毕业论文 20 编码方式以减少数据冗余。 图 2-4 栅格数据结构和矢量数据结构 （1）栅格数据结构 栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相 邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象 素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的 阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几 何属性特征。在栅格结构中，
45、点用一个栅格单元表示；线状地物沿线走向的一组相邻栅 格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的 相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。遥感 影像属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级。 栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性 本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集 中的位置得到的。栅格结构的缺点是如果栅格较大，则在计算面积、长度、距离、形状 等空间指标时，误差较大。 （2）矢量数据结构 武汉大学软件工程硕士毕业论文 21 矢量结构通过记录坐标
46、的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标 空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义，事实上，其精度仅受数字化设 备的精度和数值记录字长的限制，在一般情况下，比栅格结构精度高得多。 矢量结构的特点是：定位明显、属性隐含，其定位是根据坐标直接存储的，而属性 则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上，这种特点使得其图形运算的算法总 体上比栅格数据结构复杂的多，有些甚至难以实现，当然有些地方也有所便利和独到之 处，在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和 精度，而在叠加运算、邻域搜索等操作时则比较困难。 2.5 GIS 的开发模式 一个完整的 G
47、IS 系统的应包括以下基本功能： 数据输入、存储、编辑； 操作运算； 数据查询、检索； 应用分析； 数据显示、结果输出； 数据更新。 地理信息系统中数据分为空间数据和非空间数据：空间数据表示实体的空间位置 或是现在所处的地理位置，一般用坐标来表示;非空间数据又称为属性数据，表示实体 特征类别、名称、值等。属性数据虽然不表示位置，但是它的每一个值都是和某个位置 联系在一起的。空间数据是将数据按照逻辑类型分成不同的数据层进行组织的。数据层 结构按空间数据逻辑或专业属性分为各种逻辑数据类或专业数据层，原理类似于图件叠 置片，例如，一幅地图可分为地貌、水系、道路、植被、控制点、居民点等层分别存储， 如
48、果想得到原图只需将各分层数据叠置在一起。属性数据是指与空间位置没有直接关系 的代表实体特定涵义的数据，它既可以是独立于专题地图的统计数据，也可以是与专题 地图相关的表示地物类别、数量、等级的字符串或数字。另外，反映地物某一方面特征 的指标也是属性数据。 GIS 根据其内容可分为两大基本类型： （1）应用型 GIS，以某一专业、领域或工作为主要内容，包括专题 GIS 和区域综 武汉大学软件工程硕士毕业论文 22 合 GIS；（2）工具型 GIS，也就是 GIS 工具软件包(如户 ArcInfo 等)，具有空间数据输 入、存储、处理、分析和输出等 GIS 功能。 随着 GIS 应用领域的扩展，应用
49、型 GIS 的开发工作日显重要。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、丰富的界面形式的 GSI，是 GSI 开 发者非常关心的问题。 地理信息系统有三种开发模式，分别是独立二次开发、单纯二次开发和集成二次开 发，现分别加以介绍： (1)独立二次开发 指不依赖于任何 GIS 工具软件，从空间数据的采集、编辑到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，但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)单纯二次开发 指完全借助于 GIS 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。GIS 工具软件大多 提供了可供用户进行二次开发的宏语言，用户可以利用这些宏语言，以原 GIS 工具软件 为开发平台，针对