毕业论文----GIS技术的设计研究与开发应用.doc
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1、分 类 号 密 级 U D C 编 号 毕业论文 GIS 技术的设计研究与开发应用 毕业生姓名: 指导教师姓名、职称: 工 程 领 域 名 称: 研 究 方 向: 2010 年 9 月 17 日 1 摘 要 近年来,GIS 广泛应用于各行各业,伴随着“数字地球”提出, “数字城市”、 “数字油田”等建设已初具规模。 “数字供水”作为“数字油田”的重要组成部分自然 备受关注。为此开发一套完整的、适应油田供水业务需求的数字化管网管理系 统尤为必要。本文主要分析研究了地理信息系统在各个领域的设计、开发与应 用。 关键词: 地理信息系统;开发;设计;应用 2 Summary In recent yea
2、rs, GIS is been extensive to apply in every trade, accompanying with the “ arithmetic figure the Earth“ put forward,“ arithmetic figure city“,“ arithmetic figure oil- field“.etc.、developments are already early to set up the scale.“ the arithmetic figure supplies water“ the importance of the conduct
3、and actions“ arithmetic figure oil-field“ constitutes parts of natures highly anticipated.Develop for this a set of complete, the orientation oil-field supplies water the arithmetic figure of the business need turns to take care of the net the management the system particularly for necessity.The mai
4、n analysis in this text studied the geography information system development in each realm, design and application. Keywords: Geography Information System, Design, Development, Application 3 目 录 摘 要.1 目 录3 第 1 章 GPS 系统概述6 1.1概述6 第 2 章 GIS 的基本功能与特点7 2.1 数据的获取7 2.2 数据存储与管理7 2.3 数据处理与分析8 2.2 数据显示与输出8 第
5、 3 章 GPS 的应用领域有那些?10 3.1 GIS 用于全球环境变化动态监测.10 3.2 GIS 用于自然资源调查与管理.10 3.3 GIS 用于监测、预测.10 3.4 GIS 用于城市、区域规划和地籍管理.10 3.5 GIS 的军事应用.10 3.6 GIS 资源管理(RESOURCE MANAGEMENT).11 3.7 资源配置(RESOURCE CONFIGURATION).11 3.8 城市规划和管理(URBAN PLANNING AND MANAGEMENT).11 3.9 应急响应(EMERGENCY RESPONSE)11 3.10 地学研究与应用(APPLICA
6、TION IN GEOSCIENCE) 11 4 3.11 商业与市场(BUSINESS AND MARKETING) 11 3.12 基础设施管理(FACILITIES MANAGEMENT)11 3.13 选址分析(SITE SELECTING ANALYSIS).11 3.14 网络分析(NEWWORK SYSTEM ANALYSIS)12 3.15 可视化应(VISUALIZATION APPLICATION).12 3.16 其他12 第 4 章 GIS 的开发方法与设计13 4.1 应用型 GIS 的开发过程.13 4.1.1 可行性研究.13 4.1.2 系统总体设计.13 4.
7、1.3 系统详细设计.14 4.2 方法简介14 4.3 概要设计14 第 5 章 GIS 系统研究的新进展16 5. 1 稳定、快速的 GIS 数据采集和数据更新体系16 5. 2 GIS 空间数据的质量与不确定性分析.16 5. 3 3D 地理信息系统(3DGIS) 的研究.16 5. 4 GIS 时空系统(SPATIO - TEMPORAL SYSTEM) 研究.16 5. 5 GIS 空间数据查询语言的研究.17 5. 6 GIS 空间数据共享和数据标准研究.18 5. 7 地理计算( GEOCOMPUTATION) .18 5. 8 构件式地理信息系统 COMGIS 研究.19 5.
8、 9 万维网地理信息系统 WEBGIS 研究 19 5. 10 空间数据可视化与虚拟现实研究可视化(VISUALIZATION) 和虚 5 拟现实(VR) 是 GIS 发展中涉及的一个重要技术问题19 第 6 章 GIS 系统研究的新进展19 6.1 对于做应用来讲,二次开发展具有的优点20 6.2 GIS 二次开发方式.21 第 7 章 总结和发展.22 参考文献.23 致谢.24 6 第 1 章 GIS 系统概述 1.1概述概述 地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算 机的工具,它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和
9、分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如 查询和统计分析等)集成在一起。这种能力使 GIS 与其他信息系统相区别,从 而使其在广泛的公众和个人 企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中 具有实用价值 。 物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活 中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统( Geographic Information System, 简称 GIS )作为获取、存储、分析和管理地理空间数据 的重要工具、技术和学科,近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术 的发展,数字时代的来临,理论上来说,
10、GIS 可以运用于现阶段任何行业。 从技术和应用的角度, GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术; 从学科的角度, GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基 础上发展起来的一门学科,具有独立的学科体系; 从功能上, GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、 输出和应用等功能; 从系统学的角度, GIS 具有一定结构和功能,是一个完整的系统。 简而言之, GIS 是一个基于数据库管理系统( DBMS )的分析和管理空间 对象的信息系统,以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统 的根本区别。 GIS 即地理信息系统(Geographic Informa
11、tion System) ,经过了 40 年的 发展,到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术,并且得到了极广泛的应用。 尤其是近些年,GIS 更以其强大的地理信息空间分析功能,在 GPS 及路径优化中 发挥着越来越重要的作用。GIS 地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计 算机软硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析 具有空间内涵的地理数据,以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的 说,地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。 GIS 与其他几种信息系统密切相关,但由于其处理和分析地 理数据的能力 使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则
12、来给这些信息系统分类, 但下面的讨论可以帮助区分 GIS 和桌面制图、计算机辅助设计 CAD、遥感、 DBMS、以及 GPS 技术。 地理信息系统在最近的 30 多年内取得了惊人的发展,广泛应用于资源调查、 环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、 水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。 (加 测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。) 7 第 2 章 GIS 的基本功能与特点 GIS 具有四项基本功能,数据获取、数据存储与管理、数据处理与分析、数 据显示与输出,以及 GIS 的特点。 2.1 数据数据获取获取 数据的获取包括数据的采集与
13、输入,即将系统外部的原始数据传输到系统内 部,并将它们从外部格式转换为系统能够识别和处理的内部格式存储于系统的 地理数据库中。 GIS 所需的原始数据分为空间数据和属性数据两类,空间数据是指图形尸体 数据,常采用的输入方法和键盘输入,利用数字化仪和扫描仪进行数字化和扫 描化等,属性数据是指空间实体的特征数据,一般采用键盘输入,现在人们正 视图着将遥感(RS) 、 定位技术(GPS)地理信息系统相结合,这就为 GIS 的 数据获取提供了史先进史丰富的手段,遥感数据和图像现已成为了 GIS 数据的 数据来源,而 GPS 可同时测定空间实体的三维坐标,并可在不同作业和处理方 法的支持下达到各种要求的
14、精度,这将推动 GIS 数据获取技术的发展。 2.2 数据数据存储与管理存储与管理 GIS 的数据分为栅格数据和矢量数据两大类。数据的存储,即是把这些数 据以某种形式记录在计算机的内部或外部存储器上,目的是使计算机能够灵活、 高效、快速地访问并处理这些数据,关键就在于如何建立记录的逻辑顺序以确 定存储的地址。一般而言,GIS 系统都采用了分层技术,即根据地图的某些特征, 把它分为若干层。整张地图正是所有层的叠加结果。这样用户操作时就只涉及 到一些特定的层,而不是整幅地图,因而系统能对用户的要求做出迅速反应。 另外,随着 GIS 的发展,在实现多媒体地理信息系统时,如何合理地存储海量 的图、文、
15、声信息就成为首先要解决的存储技术难题,目前可考虑的是采用多 媒体中的关盘技术,特别是可读写关盘的存储和读取数据的速度不断提高,为 地图有声化、图像视盘等地理信息系统产品提供了可靠的存储介质保证。 GIS 的数据管理包括图形库管理和属性库管理。根据图形数据的几何特点,可将 其分为点数据、线数据、面数据和混合性数据 4 种类型,混合性数据是由点状、 线状与面状物件组成的更为复杂的地理构建或地理单元。地图数据的一个 重要特点是它含有拓扑关系,即网结构元素中结点、弧段和面元之间的邻接、 关联与包含关系等,这是地理实体之间的重要空间关系。图形数据的构模包括 矢量数据模型和面片数据模型。两者之间的连接方式
16、目前有:专题属性数据作 为图形数据的悬挂体、用单项指针指向属性数据、属性数据与图形数据采用统 一的结构、图形数据与属性数据自成体系。 8 2.3 数据处理与分析数据处理与分析 数据处理包括两方面工作:一是对输入的数据进行质量检查与纠纷,包括图形数据和属性 数据的编辑、图形数据和属性数据之间对应关系的校验、空间数据的误差校正等;二是对 输入的图形数据进行整饰处理,使其满足地理信息系统的各种应用要求,如对矢量数据的 压缩与光滑处理、拓扑关系的建立、矢量删量数据的相互转化、地图裁减及拼接等。 空间分析是地理信息系统的核心研究内容之一,也是其与计算机辅助设计(CAD)、计算机输 注绘图系统(CAC)主
17、要区别之所在。空间分析是指根据确定的应用分析模型,通过对空 间图形数据的拓扑运算及空间、非空间属性数据的联合运算等各种操作运算来分析一定区 域的各种现象,以获得更有效地数或某一特定问题的解决方案。通过空间分析,GIS 可以从 已知的数据中发现隐含的重要结论,从而回答用户提出的问题。从宏观上看,空间分析主 要包括拓扑分析、属性分析、拓扑与属性的联合分析三个方面,主要表现在数据检索及表 格分析、迭加分析、缓冲分析及网络分析上。 2.4 数据显示与输出数据显示与输出 即将用户所需的经 GIS 处理分析过的图形,数据报表、文字报考、数学数据以用户能够识 别的形式灵活的显示出来。可以采用的输出设备有计算
18、机显示器、打印机、绘图仪、照排 机等。在输出之前一般还应进行数据校正、误差调整,平整排版及不同系统之间的数据转 换等操作。 2.5GIS 的特点的特点 1. 空间可视化(Spatial Visualizaiton) a. 空间地物轮廓特征的可视化 信息系统是对现实世界的计算机模拟,而地理信息系统则突出了它对现实 世界空间关系的模拟。使用我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的 感受。无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图,还是展现一 幅三维的地形模型,都使我们对现实世界空间关系的认识更为直观、具体。或 许我们可以用计算机科学中常用的“所见即所得”一词来解释这一点。 b. 具有空
19、间参照特点的地物专题属性信息的可视化 地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图 形可视化,这一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的,即 GIS 实现了 空间信息和属性信息的集成管理,并能够完善地建立二者之间的联系。例如, 利用一张中国的行政区划图,我们可以从地理信息系统数据库中提取各省、直 辖市、自治区 1994 年的人口统计数据,计算人口密度,并按人口密度的分级指 标指定不同的色彩和填充方式显示行政区所对应的图斑(这实现上是一个从属性 到空间的关联过程),这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信息系统工 具实现具有空间参照信息的可视化。 2. 空间导向(Spat
20、ial Navigation) 利用地理信息系统,我们不仅可以纵览研究区域的全域,还可以利用缩放 和漫游等 GIS 所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。 9 一个完善的地理信息系统提供了空间数据库功能,使用我们可以以小比例 尺查看全局,以中比例尺查看局部,以大比例尺查看细部。在比例尺不断增大 的同时,展现给用户的空间信息内容会不断更新。例如在浏览一个行政省全局 时,只需要显示大的河流、省级公路铁路以及市县级行政分区图斑等全局信息, 而随着比例尺的不断增大,就需要显示宗地、建筑物、公园等具体的空间地物。 这些与地图学中强调的制图综合的概念是相似的。 地理信息系统的空间导向功能还可以从
21、空间查询功能中得到体现。例利用 一张省级土地利用图,我们可以通过空间查询找到“城市中的公园” ,并即时将 地图的显示范围缩放到所有“公园”空间分布的范围内,这样同样是空间导向 作用的体现。 3. 空间思维(Spatial Thinking) 地理信息系统的空间数据库在存贮各地物的空间描述信息的同时,还存贮 了地物之间的空间关系,这一特点为进行空间分析提供了基础。 地理信息系统的空间思维,就是要利用 GIS 数据库中已经存贮的信息,通 过 GIS 的工具(例如缓冲区分析、叠置分析),生成 GIS 空间数据库中并求存贮 的信息。 地理信息系统将许多空间分析工具集成起来,并提供二次开发工具。在进 行
22、空间分析时,用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序 (即计算机可以识别和操作的思路),交由地理信息系统完成,最后提供空间可 视化的分析结果。 地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和 空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务。 城市与区域规划是地理信息系统技术体现空间思维特征的最典型的应用领 域。 10 第 3 章 GPS 的应用领域有那些? 3.1 GIS 用于全球环境变化动态监测用于全球环境变化动态监测 11987 年联合国开始实施一项环境计划(UNEP) ,其中包括建立一个庞大 的全球环境变化监测系统(GEMS) ; 2全球森林监测和森林生态
23、变化有关项 目(1990 年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991 年编制了全球热 带雨林分布图) ; 3海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测; 4全球性 大气环流形势和海况预报等。 3.2 GIS 用于自然资源调查与管理用于自然资源调查与管理 1在资源调查中,提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现,为资源 的合理利用、开发和科学管理提供依据; 2可应用于不同层次和不同领域的 资源调查与管理(例农业资源、林业资源、渔业资源) 3.3 GIS 用于监测、预测用于监测、预测 1借助于遥感(RS)和航测等数据,利用 GIS 对森林火灾、洪水灾情、环 境污染等进行监视,例如,1998
24、年长江流域发生特大洪水灾害期间,制作洪水 淹没动态变化趋势影像图,为管理部门提供了有效的决策依据。 2利用数字 统计方法,通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查,分析不宜再行开 采的存在储量危机的矿山,优选出新的开采矿区,并作出了综合预测图。 3.4 GIS 用于城市、区域规划和地籍管理用于城市、区域规划和地籍管理 1GIS 技术能进行多要素的分析和管理,可以实施城市和区域的多目标开 发和规划,包括总体规划、建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规 划、公共设施配置等; 2城市和区域规划研究(研究城市地理信息系统的标 准化、城市与区域动态扩展过程中的数据实时获取、城市空间结构的真三维显
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