校园地理信息系统的设计与实现

校园地理信息系统的设计与实现

1 引言

1.1编写目的

随着Internet 技术的不断发展和人们对GIS的需求, 利用Internet 在Web 上发布和出版空间数据, 为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能, 已经成为GIS 发展的必然趋势。把WebGIS 技术应用于校园信息系统的建设, 将会极大地完善传统校园信息系统的功能。通过它可以实现校园信息的实时共享, 给广大用户提供更加全面的服务, 同时也可以为学校管理部门进行校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供依据。同时，基于WebGIS技术建立的校园电子地图，能将多种校园信息服务以可视化的方式呈现，可以快速、准确的对校园各类信息进行查询和定位，有利于校园信息的有序化管理，将校园内外的生活、学习、商业信息与空间信息相结合。为管理和设计规划提供准确而周详的数据，极大的方便了师生的学习和生活。

1.2 选题背景说明：

A.任务提出者：老师

B.软件开发者：2个人

C.产品使用者：GIS初级用户

D.文档编写者：GIS项目策划小组

E.预期产品使用者：GIS学习初期用户

1.3 专业名称定义

GIS：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。它是在计算机硬、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。

Web：web本意是网的意思。现广泛译作网络、互联网等技术领域。表现为三种形式，即超文本（hypertext）、超媒体（hypermedia）、超文本传输协议（HTTP）等。

WebGIS：WebGIS俗称万维网地理信息系统，又有人称它为IntenetGIS，是一种基于Internet的技术标准和通信协议的网络化地理信息系统。大量的应用正由传统的Client/Server(客户机/服务器)方式向Brower/Server(浏览器/服务器)方式转移，GIS技术也是如此。GIS技术和Intemet技术的融合，正逐渐形成一种新的技术，我们称之为WebGIS。

XML：XML(Extensible Markup Language)即可扩展标记语言,它与HTML一样,都是SGML(Standard Generalized Markup Language,标准通用标记语言)。

数据字典：数据字典 data dictionary 软件系统中使用的所有数据项的名

字及与这些数据项有关的特性（例如，数据项长度、表示等）的集合。

数据流图：数据流图（data flow chart）系统的一种图形表示，其中表示出数据源、数据汇、存储和以结点形式对数据执行的处理，以及结点间作为连接部分的逻辑数据流。

1.4 参考资料

列出用得着的参考资料，如：

1、 GB8567-88 《计算机软件产品文件编制规范》

2、 GB/T11457-1995 《软件工程术语》

3、 GB 1526—89 信息处理--数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络

图和系统资源图的文件编制符号及约定

4、 GB8566-88 《软件开发规范》

5、市各类有关文件、报表等格式和说明

6、毕硕本,王桥,徐秀华. 地理信息系统软件工程的原理与方法. 北京：科学出

版社，2003

2 GIS项目概述

2.1 GIS项目目标

用图形、图像数字信息来表现校园各种空间信息和非空间信息, 通Internet 为用户提供各种校园信息的查询和检索服务；利用GIS 强大的空间分析功能,为广大用户提供线路查询、叠加分析、缓冲区分析、邻近地物查询等服务；根据用户的不同需求可以输出相应的专题图。通过它可以实现校园信息的实时共享, 给广大用户提供更加全面的服务，同时也可以为学校管理部门进行校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供依据。

2.2 GIS运行环境

2.2.1 系统开发软件环境

系统开发需要一系列软件环境的支持, 本系统开发选用的主要软件环境为: （1）操作系统：Windows 7 旗舰版；

（2）数据库选择： SQL Server 2000；

（3）开发编译环境：Microsoft Visual Studio2008；

（4）WebGIS开发平台： Super Map https://www.360docs.net/doc/fc3336480.html, 5。

2.2.2系统硬件环境

整个校园地理信息系统需要处理大量的空间数据和非空间数据, 同时考虑

到要同时为多个不同用户服务, 为了使其有较好的运行性能和处理速度, 本系

统硬件环境的配置如下：

（1）局域网：10 M/100 M的交换式以太网；

（2）中心服务器：惠普服务器1～2 台；

（3）外设：扫描仪、打印机；

（4）客户机：系统对客户机硬件配置没有特殊要求, 常规配置即可。

2.3条件与限制

3 GIS数据描述

3.1 GIS数据

系统按专题分层的方式进行空间数据的存储和管理, 具体分层情况如表1 所示

3.2 GIS数据流图

3.3 GIS数据采集

系统数据库的设计包括空间数据库和属性数据库的设计, 因此数据的采集包括

图形数据和属性数据两方面的内容。图形数据的采集利用数字化仪和在R2V 软件中手工数字化相结合的方法, 对已有图件矢量化来完成。利用的基础地图有陕西师范大学雁塔校区1∶500 地形图、校园总体规划图、建筑物分布平面图、建筑物内部结构图、综合管线图等。属性数据的采集以现场测量调查为主, 与学校近期的各种统计信息相结合。属性数据库包括建筑物资料信息、教职工信息、学生信息、教学课程安排、科研项目信息、基础设施信息等。

3.4 GIS数据库设计

3.4.1 图形数据库设计

在设计图形数据库时, 按专题分层的方式划分了13 层。数据在各层的表现形式有点、线、面三种。(图2)

3.4.2 属性数据库设计

属性数据库包括两类属性表: 对应于地图实体的属性表和普通属性表。前者用于存放地图实体的属性, 主要包括教学区属性表、家属区属性表、宿舍区属性表、管线属性表、绿化区属性表等。后者不包含地理信息, 是常规的数据库文件, 主要包括教职工信息表、学生信表、教学课程安排表、多媒体文件索引表等, 存放在SQL Server 数据库中。采用地理关系数据模型可把空间数据库与属性数据库由要素ID 码相互关联, 完成空间数据和属性数据的统一管理、双向查询和更新维护。

4 GIS功能需求

4.1 功能划分

系统的整体功能结构如图3 所示, 根据系统设计目标以及需求分析, 其主要功能包括以下几个部分:

图3 系统的整体功能结构图

4.2 功能描述

4.2.1系统管理。

系统管理部分面向系统管理员, 系统管理员拥有最高管理权限, 可以在本地或者远程进行系统的基本设置, 添加和删除系统服务项目等, 极大的方便了系统的实时维护和更新。

4.2.2 空间分析功能。

（1）缓冲区分析: 缓冲区分析是围绕某地物要素画出的定宽地区, 用以建立“影响地带”。例如, 学校管理决策部门如果想拓宽校园的现有道路, 并且要预测道路拓宽以后对道路周围设施( 道路绿化带等) 的影响, 这时就可以利用系统的缓冲区分析功能, 它可以根据设定的范围绘制出缓冲区轮廓,并将缓冲区地物的空间信息和属性信息及相关统计信息显示出来。管理决策部门可据此确定所需扩建的道路宽度以及道路两边需要美化的面积。

（2）最佳路径分析: 随着校园规模的不断扩大, 校园内道路纵横, 两点之间的道路往往不止一条, 借助于最佳路径分析功能可以确定两点之间的最短路径, 也可以作为规划人员的参考。

4.2.3 地图浏览功能。

该模块主要包括GIS 常见的各种功能, 系统采用分层管理的模式, 对建筑物、道路、校园水系、通信线路等不同种类的地图要素分别进行管理。地图可以进行放大、缩小、漫游、全幅显示, 同时系统提供了地图打印、鹰眼以及距离量测等功能。采用分层管理, 可以突出重点, 分层浏览和查询。例如, 可以将绿化区和办公教学楼进行叠加分析, 来分析校园的绿化率。

4.2.4 数据管理功能。

该模块主要面向管理员, 管理员可以在自己的权限内管理和维护地图分类以及相应的属性数据, 添加和验证相应的数据。

4.2.5 查询功能。

信息的查询与检索是系统最主要的功能, 本系统提供了灵活多样化的空间查询功能。用户可以根据需要选择适当的方式查询地物的空间信息、属性信息或其它多媒体信息。系统提供的查询方式主要有:

（1）简单直观的交互方式( 点选、框选、多边形和圆形选择查询) 。在不同图层上选取地物或根据用户指定的范围查询选中地物的属性信息;

（2）条件查询和模糊查询。系统可根据用户指定的条件进行综合查询,并把结果在地图上定位和显示;

（3）高级查询。缓冲半径查询可按照用户指定的地点和搜索半径等条件, 通过GIS 的空间分析功能, 自动探测搜索点周边信息;

（4）图形数据与属性数据的双向查询。双向互查是GIS 一个突出的特点, 即通过属性数据可以查询图形数据, 反之, 通过选定地图要素可以获得其属性数据。如输入教学楼的名称就可查询其在地图中的空间位置, 在地图上选中某栋教学楼就可以获得其相关的属性数据。

5 GIS性能需求

5.1 时间特性

a．响应时间：0.01ms；

b．更新处理时间：0.01ms；

c．数据的转换和传送时间：0.01ms；

d．解题时间：0.1ms

5.2 适应性

a．操作方式上的变化：主要是采用点击菜单模式，

b．运行环境的变化：在Windows 7旗舰版和家庭普通版操作系统上运行。

c．同其他软件的接口的变化：在尽量保证接口不出现变动的情况下，允许接口的重载和再定义，但接口的命名规则是统一的。

d．精度和有效时限的变化：工作时间安排会存在必然的浮动，这部分要协同分词工具包课题设计组其他成员一同来进行商定，前期的计划可

以稍微有些变动，后期的安排尽量按照计划执行。

e．计划的变化或改进：工作时间安排会存在必然的浮动，这部分要协同分词工具包课题设计组其他成员一同来进行商定，前期的计划可以稍

微有些变动，后期的安排尽量按照计划执行。

6 GIS运行需求

6.1 用户界面

6.2 软件接口

用户和主程序调用接口。这个接口采用封装API形式和函数调用形式，分别以外部调用和内部调用的方式为不同用户提供使用本机械分词工具的入口。

6.3 故障处理

a．软件压力：数据库的压力超过想象。

b．内存不足：不断的存储数据，不断的读取数据。

7 质量保证

8 其他需求

a．预期扩展：数据库的扩展。

b．OS更换：在Windows 7旗舰版和家庭普通版可以兼容，希望在Linux、xp和vista可以使用，但是数据库在linux上又是另一回事情。

9 结束语

将WebGIS 技术应用到高校校园这一特殊人文社会环境，开发具有实用价值的校园管理信息系统，是高校管理自动化、科学化、网络化和智能化的一种趋势。随着校园网络硬件环境的完善，将校园管理信息系统搭乘校园网建设的快车是必要的，也是完全可行的。届时校园网不同用户在不同权限的约束下，直接从校园管理信息系统中获得各种所需的信息，充分了解学校情况，为学校管理提供极大的方便。同时将地理查询、部门介绍等功能对外开放，还可以提高高校对外的知名度，为学校创造客观的社会效应。