基于ArcEngine的校园地理信息系统.docx
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基于ArcEngine的校园地理信息系统
基于ArcEngine的校园地理信息系统
毕业设计[论文]
题目:
基于GIS的校园地理信息系统
系别:
测绘与城市空间信息系
专业:
地理信息系统
姓名:
摘要
地理信息系统(GeographicInformationSystem简称GIS)是处理地理空间数据的信息系统。
近年来,随着GIS技术、Internet技术、多媒体技术在社会生活中的广泛应用,校园信息化建设成为近几年世界各国教育竞相发展的热点,“数字校园”“网上虚拟校园”等概念相应而生。
所谓“数字校园”是指学校在开展教学、科研和管理及对外通讯工作全过程中运用宽带、交互性和专业性的局域网实现学校办学的数字化、信息化和智能化。
“数字校园”是地理信息系统、计算机科学、教育科学、管理科学、系统科学的有机融合。
电子地图的出现与发展以及地理信息系统在各个领域的广泛应用,带动了“数字地球”、“数字城市”,乃至“数字校园”的产生。
”数字城市"是“数字地球"技术在特定领域的具体应用,“数字校园"是“数字城市”建设的一个微观领域的具体应用,“数字校园”是各个大学期望建立的校务处理和辅助决策平台。
针对校园管理的信息化、科学化和可视化,本文在分析现有校园信息管理特点的基础上,研究了校园地理信息系统数据模型的设计方法,并以河南城建学院为例,建立了基于ArcEngine的校园地理信息系统,详细阐明地理信息系统应用于校园信息综合管理的必要性,可能性和解决方案。
对GIS技术在新校区信息管
理中的应用进行了研究。
首先,根据学校的实际需求和数据资料特点,分析系统用户和系统功能,并设计系统的总体结构和功能模块。
然后对组件式GIS、ArcEngine和三维GIS技术进行了深入分析和研究,基于面向对象数据模型Geodatabase构建了学校地理数据库,确定了数据的组织结构。
采用ArcEngine作为系统的GIS开发平台,用面向对象的方法进行程序设计,通过Visualbasic开发语言调用ArcGISEngine组件库所提供组件,利用相关接口和函数开发系统功能,实现了数据加载、数据编辑、地图浏览、查询检索、三维显示、系统管理和地图打印功能。
关键词:
数字校园;地理信息系统;ArcGISEngine
ABSTRACT
TheGeographicInformationSystem(GIS)isprocessingtheInformationSystemofgeographicalspatialdata.Inrecentyears,asGIStechnology,Internettechnology,multimediatechnologyinsociallife,thewideapplicationofcampusinformationconstructionhasbecometheeducationcompeteddevelopingworldhotspots,"digitalcampus""onlinevirtualcampusconceptssuchasconsequential.Theso-called"digitalcampus"referstoschoolindevelopingtheteaching,scientificresearchandmanagementandexternalcommunicationprocessusingbroadband,andinteractioninthelocalareanetworkrealizationschoolrunningprofessionaldigital,informationandintelligence."Digitalcampus"isthegeographicalinformationsystem,computerscience,educationscience,scientificmanagement,theintegrationofsystemscience
Theappearanceanddevelopmentofelectronicmapandgeographicinformationsystemextensiveapplicationinmanyfields,drivethe"digitalearth"and"digitalcity",and"digitalcampus"production."Digitalcity"is"digitalearth"technologyinparticularareasofspecificapplication,"digitalcampus"is"constructionofdigitalcityofamicrofieldconcreteapplication,"digitalcampus"isexpectedtohaveadifferentuniversityschoolofprocessandaideddecisionplatform.Aimedatthecampusmanagementinformation,scientificandvisualization,basedontheanalysisofexistingcampusinformationmanagementbasedonthecharacteristicsofcampus,studiedthegeographicinformationsystemdatamodeldesignmethods,andHenanUniversityofUrbanConstructionbuildinguniversityforexample,basedonArcEnginecampusgeographicinformationsystem,elaboratedthegeographicinformationsystemappliedinthecampusinformationcomprehensivemanagementthenecessity,possibilityandsolutions.TotheGISintheapplicationofthenewcampusinformationmanagementwerestudied.First,accordingtotheactualdemandandschooldataanalysisofthefeaturesofusersofthesystemandthesystemfunction,anddesignthesystemofgeneralstructureandfunctionmodules.ThenonGIS,ArcEngineand3dGIStechnology,analysesandstudiesbasedonobject-orienteddatamodelGeodatabaseconstructedtheschoolgeographicdatabases,confirmthedatastructures.
UsingtheArcEngineasGISsystemdevelopmentplatform,withobject-orientedprogramdesign,themethodVisualBasicdevelopmentlanguagecallsbyArcEnginecomponentsprovidedbytheagreementofcomponents,withusingrelevantinterfaceandfunctiondevelopmentsystemfunction,achievedataloading,dataediting,maps,inquirestheretrieval,3ddisplay,systemmanagementandmapprintfunction
Keywords:
digitalcampus;geographicinformationsystemArcGISEngine
第一章绪论
1.1校园地理信息系统研究目的和意义
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,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(GeographicInformationSystemGIS)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。
随着信息技术的日新月异,以地理信息的收集、分析、处理、输出等功能为主的GIS技术在城市建设、规划、环境资源利用、综合平衡、协调发展和决策支持等方面发挥了很大的作用。
校园地理信息系统(CampusGeographicInformationSystem,CGIS)是城市地理信息系统(UGIS)的一个缩影,具有城市地理信息系统的特点和功能,它用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素,为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素,为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。
高等院校作为高新技术的集中地,有必要在校园地理信息系统的建设方面做进一步的开发与研究,为城市数字化做一些基础性及实验性的工作。
随着“数字地球”概念的提出,引出了一系列数字化建设的概念,“数字校园”可以看做是数字化的、虚拟的校园,是“数字地球”的微观表现形式在校园区域的具体体现。
目前,数字化校园建设已经纳入高等学校建设的重要议程,并作为一项基础性、长期性和经常性的工作,建立了相应的领导机构,并分阶段制定了实施目标。
其建设水平己成为体现高校办学水平、学校形象和地位的重要标志。
“数字校园”系统将成为校园新的信息源,任何与校园有关的信息都将给定位,并与空间数据联系起来。
用户将可以图文并茂的查询校园信息,而且获得最为直接的效果。
数字校园系统有很大的集成度,用户可以随时获得所需的信息,就如同置身于校园中一般。
从而可以提高校园对外的知名度,而且给学校的各项工作都带来了很大方便,可为学校创造可观的社会效益。
“数字化校园系统”是信息技术运用于教育改革过程所形成的最新研究成果。
它以GIS为平台,利用先进的信息技术手段,实现教学、科研、管理和服务等资源的全部数字化,在物理校园的基础上构建一个信息化数字校园空间,以扩展物理校园的功能,从而实现全部教育过程数字化的目标,以跟上信息时代的高等教育要求。
数字化校园系统就是要实现信息数字化、管理自动化、服务智能化、校园虚拟化、资源最大化。
目前,我国许多重点大学,如北京大学、清华大学、浙江大学、中国人民大学等均将数字化校园系统的建设提上了建设日程,并正在进行建设之中。
随着我国高校管理体制的改革,许多高校相继合并,这样同一院校有多个校区,给学校的教学和管理带来了诸多不便:
同时,高等院校的校园面积较大、建筑物较多,地上、地下的管网、供电和通信线路交叉分布,这些信息用常规的管理方法难以实现有效的管理。
应用GIS技术有助于解决这些问题,本系统正是以山东科技大学青岛校区为例,在GIS技术支持下对校园地形、房屋、道路、山地等进行显示和管理,实现数字小区的初步设想。
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ArcEngine等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。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
一些发达国家的校园信息化建设起步较早,最具有代表性的是数字化校园的建设。
数字化校园是以网络为基础,利用先进的信息化手段和工具,实现从环境、资源到活动的全部数字化。
美国最早进行数字化校园探索与实践。
自从1993年美国政府制定国家信息基础设施(NationalInformationInfrastructure简称NII)的行动纲领以来,大大推动了Internet在美国尤其是大学校园的应用与发展。
近年来,Internet逐渐改变着美国大学校园的传统工作、学习、管理和生活方式,成为大学教师、研究生、本科生和行政管理人员在教学、科研、学习、管理和日常生活中必不可少的工具,并开始成为衡量一所大学教学、科研与管理水平高低的重要标志之一。
目前,美国大学校园的信息化建设己经涉及图书馆网络、学校管理工作、教学活动、科研活动、学生日常生活的各个方面,并且已经取得了举世瞩目的成绩。
美国大学“虚拟校园”的大门己经向世界敞开。
1999年10月,瑞士联邦两院正式通过了《瑞士大学200一2003年发展计划》在2000-2003年期间,瑞士联邦政府将以特别财政补贴方式为州立大学拨款3000万瑞郎,以鼓励在高等教育领域进行信息化建设,建立“瑞士虚拟校园”。
瑞士的两所联邦高工和7所高等职业学院也将参加实施“瑞士虚拟校园计划”。
瑞士大学联席会议委托弗里堡大学的新技术与教学中心建立了国家高等教育和新信息技术网。
该网站目前提供以下服务:
建立瑞士高校使用信息技术教学的项目方案数据库(可按学校检索、查询等);建立瑞士高校使用信息技术教学的有关机构目录:
瑞士和国际上关于用新信息技术教学的报告会、研讨会等活动时间表;有关的出版物和文章索引;教学模块、工具软件及现有教学手段的演示:
以超链接形式参考其他有用资源;所有的内容都提供德、法、英三种语言服务。
1.2.2国内研究现状
世界各国校园信息化建设的大潮促进了我国校园信息化建设的迅速发展,首先做出反映的是国内一些知名大学。
北京大学建设的数字化校园工程一“数字北大”,利用北大青鸟公司的GIS软件一GeoUnion作为WebGIS服务器,并提供三个客户端插件,实现了北大校园及周边环境的地图显示、基本信息浏览、查询及路径分析等功能。
成都理工大学也提出基于GIS的数字化校园工程—“数字成都理工大学”。
其中规划的主要内容包括收集、提取、更新成都理工大学基础地理信息数据库(4D产品),实现成都理工大学校区的三维可视化漫游、检索和动态管理。
建立和发布GIS网站,建成成都理工大学校园GIS、校园MIS、校园综合服务体系。
广西民族学院利用Flash制作了声、图像合一的多媒体电子地图,对校园的主要建筑和一些景点及学校的各系部进行简介,非常具有特色。
综上所述,可以看出我国的校园信息化建设己经迈出了可喜的步伐,正在朝着广泛、深入的方向发展。
但是无需讳言,国内的校园信息化建设尚处于起步阶段,存在着诸多问题困。
1.3研究内容
有关地理信息服务的理论、技术以及应用成为当前GIS研究的一个重要内容,从其规范制定到实际应用都体现了GIS技术的发展。
本文对地理信息服务同样有着极大的认同与兴趣,在尝试数字校园系统设计与实现的过程中,以ArcEngine理论与技术为主要支持,以方便校内外人士对校园空间信息查询、分析、管理为目的,研究了数字校园系统设计与实现。
从数据准备、系统设计到实现等环节的实践中,对地理信息服务有了比较深入的认识,在许多细节问题的处理上,提出了诸多新思路、新方法,最终成功完成了数字校园系统建设,并结合实际应用情况对其进行了一系列优化,在实际操作中总结出了丰富的经验。
1.4技术路线
本论文从满足河南城建学院新校区信息管理的实际需要出发,考虑现在流行的GIS开发平台和开发方式,选择了新一代嵌入式地理信息系统平台一ArcGISEngine为开发平台,结合可视化开发语言VisualBasic进行集成二次开发。
采用关系数据库acess和ArcSDE9.2相结合的技术统一管理空间数据和属性数据,确保空间和非空间数据的一体化存储,实现数据的存储、管理、查询、检索及数据的深层次挖掘问题,为前端GIS应用功能的开发提供强有力的支持。
河南城建学院新校区地理信息系统的结构层次如下图所示:
图1.1系统功能结构图
第二章基础理论
2.1地理信息系统与校园信息系统
地理信息是表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称。
而地理信息系统(Geographicinformationsystem,简称GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据信息的通用技术。
地理信息系统建立在地理学和计算机图形学的基础上,涉及信息科学、空间科学和地球科学的多个学科,是多种学科交叉的产物,同时,GIS作为一门综合性技术,己经与其它技术相融合,如:
数据库技术、CAD、软件工程、遥感技术、制图学等。
地理信息系统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地理信息系统。
GIS至今尚没有一个国际统一的定义,由于GIS涉及的面太广,要给出GIS的准确定义是困难的。
从不同的角度,给出的定义就不同,通常可以从4种不同的途径来定义GIS:
(1)面向功能的定义。
GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统;
(2)面向应用的定义。
这种方式根据GIS应用领域的不同,将GIS分为各类应用系统,例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等;(3)工具箱定义方式。
GIS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,这种定义强调GIS提供的用于处理地理数据的工具;(4)基于数据库的定义。
GIS是这样一类数据库系统,它的数据有空间次序,并且提供一个对数据进行操作的操作集合,用来回答对数据库中空间实体的查询。
从上述定义可以看到,虽然GIS是一门多学科综合的边缘学科,其基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。
因此,可以认为GIS是处理与地理位置有关的数据信息的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。
校园地理信息系统(CampusGeographicInformationsystem,CGIS)是城市地理信息系统(UGIS)的一个分支,具有城市地理信息系统的特点和功能,它用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素,为用户提供校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素,为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。
高校在CGIS建设方面的深入开发与研究,为城市数字化做一些基础性及实验性的工作。
校园地理信息系统(CGIS)可以描述为利用计算机软硬件的支持,对学校数据和信息按地理坐标和空间位置进行收集、输入、存储、编辑、查询、检索、显示和管理,以及对这些信息进行统计和分析的综合技术。
它在描述一般的数据库的基于矢量图形的校园地理信息系统技术研究基础上,具体完成图形数据库的设计,而且共同分析和使用图形数据和属性数据。
系统就是要充分利用GIS对地理坐标和空间位置的表示能力以及空间分析能力,将学校数据和信息及其相关的地理信息以各种专题形式进行管理、使用,为管理部门提供更加丰富和直观的信息资料和决策依据。
2.2系统开发平台
目前的GIS开发平台软件国外有MapInfor,ArcInfor等,国内的有Supermap即,Geostar等。
ArcMap是ArcGISDesktop三个用户桌面组件之一。
ArcGIS是美国环境系统研究所(EnvironmentSystemResearchInstitute,ESRI)于1978年开发的GIS系统。
ArcGISDesktop由三个用户桌面组件组成,即:
ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox。
ArcMap是一个可用于数据输入、编辑、查询、分析等功能的应用程序,具有基于地图的所有功能,实现如地图制图、地图编辑、地图分析等功能。
ArcMap包含一个复杂的专业制图和编辑系统,它既是一个面向对象的编辑器,又是一个数据表生成器。
ArcMap提供两种类型的地图视图:
数据视图和布局视图。
在数据视图中,用户可以对地理图层进行符号化显示、分析和编辑GIS数据集。
数据视图时任何一个数据集在选定的一个区域内的显示窗口。
在布局视图中,用户可以处理地图的页面,包括地理数据视图和其他数据元素,比如图例、比例尺、指北针等。
ArcGISEngine(AE)是ESRI公司推出的ArcGIS9系列中的一个面向开发的嵌入式开发包,是一组跨平台的嵌入式AO,它是ArcGIS软件产品的底层组件,用来构建定制的GIS和桌面制图应用程序,或是向原有的应用程序增加新的功能。
开发者使用ArcGISEngine开发包构建应用程序,并通过ArcGISEngineRuntime的软件许可将这些程序分发给最终用户。
AreGISEngine支持多种应用程序接口(ApplicationProgramInterfaces,API),拥有许多高级GIS功能,而且构建在工业标准基础之上,支持一系列的应用开发平台,例如:
.NET,Java,C0M和c++,VisualBasic。
2.3系统实现的关键技术
2.3.1组件式GIS
纵观GIS软件技术发展历程,GIS软件从最初GIS模块到集成式GIS、模块化GIS,再到核心式GIS,这些GIS软件要么集成困难,要么开发困难,都不方便用户使用。
随着组件技术(COM、JavaBean)的问世给GIS带来了巨大的生机,导致了组件式GIS(ComGIS)的诞生。
所谓组件式GIS,是指基于标准的组件式平台,以一组具有某种标准通讯接口、允许跨语言应用的组件提供的GIS。
这种组件称为GIS组件,各个组件之间不仅可以进行自由、灵活的重组,而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。
组件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为儿个控件,每个控件完成不同的功能。
各个GIS控件之间,以及GIS控件与其它非GIS控件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的GIS应用。
控件如同一堆各式各样的积木,他们分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能),根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来,就构成应用系统。
组件
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