1、厦门大学硕士学位论文基于GIS的环境监控应急指挥系统的研究与设计姓名：杨铁勇申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：廖明宏201105摘要摘要信息技术改变了人类的生存方式，也改变了环保工作的管理模式和运作程序，地理信息系统( G I S ，G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m ) 与环境监控的结合是环保管理部门环境监控应急指挥的一种高新技术，其在环保工作中的应用为环境污染事故应急响应管理、环境地理信息管理系统、放射源管理提供了极大的帮助。论文主要研究内容包括：介绍了研究目的和意义，综述了G I S 的相关理论知识及其在国内外的
2、研究现状，简单介绍了最短路径的相关内容，在充分考虑了建设目标及某市环保局业务管理需要的基础上，充分利用了现代通信、计算机网络技术、地理信息技术和卫星定位技术，有计划、有步骤地建设集无线在线监控、视频监控、G I S 空间管理、G P S 定位、有线无线指挥调度、网络办公和环保数据综合管理为一体的高度集成的全方位的综合指挥信息中心。实现了以突发环境污染事故应急处理为主线，集成在线监测和视频监控管理、环保1 2 3 6 9 投诉指挥中心系统，整合基础地理信息系统、放射源管理、危险源管理等信息资源，形成“一体化集成框架，在全市范围内对各类环境问题的投诉进行受理，及时处理全市范围内发生的重大污染事故、
3、排污单位污染物非法排放、因环境污染问题引起的重大事件，提高某市环保局监督管理和应急处理能力。关键词：地理信息系统；环境监控；应急指挥；最短路径A b s t r a c tI n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sc h a n g e dh u m a ns u r v i v a lm o d e ，h a sa l s oc h a n g e dt h em a n a g e m e n tm o d ea n dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nw o r ko p e
4、r a t i o np r o c e d u r e ，G e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nS y s t e m ( G I S ，G P SI n f o r m a t i o nS y s t e m ) a n de n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gi st h ec o m b i n a t i o no fe n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n td e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t
5、a lm o n i t o r i n ge m e r g e n c yc o m m a n dah i ：曲一t e c h ，i t sa p p l i c a t i o ni ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nw o r kf o re n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c ys o u n dm a n a g e m e n t , e n v i r o n m e n tG e o g r a p h i cI
6、 n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , t h er a d i o a c t i v es o u r c e sm a n a g e m e n tp r o v i d e st r e m e n d o u sh e l p T h e s i sm a i n l yr e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d e ：i n t r o d u c e st h er e s e a r c hp u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo fG I S ，r
7、 e v i e w e dt h er e l e v a n tt h e o r e t i c a lk n o w l e d g ea n dr e s e a r c hS t a t u so f b o t ha th o m ea n da b r o a d ，i ti n t r o d u c e st h er e l a t e dc o n t e n t ，t h es h o r t e S tp a t hi nf u l lc o n s i d e r a t i o no ft h ec o n s t r u c t i o nt a r g e
8、ta n dS O - a n d S Ot h em u n i c i p a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a ub u s i n e s sm a n a g e m e n tn e e d s ，o nt h eb a s i so ft h ef u l lu s eo fm o d e r nc o m m u n i c a t i o n s ，c o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , g e o g r a p h i ci n f o
9、r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds a t e l l i t e - p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yi nap l a n n e da n ds t e pb ys t e po fi n t e g r a t i n gw i r e l e s so n l i n em o n i t o r i n g ，c o n s t r u c t i o no fv i d e om o n i t o r i n g , G I Ss p a c em a n a g e m e n t ，G
10、 P S ，c a b l ew i r e l e s sc o m m a n ds c h e d u l i n g , n e t w o r ko f f i c ea n de n v i r o n m e n t a ld a t ac o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n tf o rt h ei n t e g r a t i o no fh i g h l yi n t e g r a t e dc o m p r e h e n s i v ei n t e g r a t e dc o m m a n di n f o r
11、 m a t i o nc e n t e r R e a l i z e dw i ma b r u p te n v i r o n m e n tp o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c yt r e a t m e n ta st h em a i nl i n e ，i n t e g r a t e do n l i n em o n i t o r i n ga n dv i d e om o n i t o r i n gm a n a g e m e n t ，e n v i r o n m e n t a lp r o
12、t e c t i o n12 3 6 9c o m p l a i n t sc o m m a n dc e n t e rs y s t e m ，t h ei n t e g r a t i o no ff u n d a m e n t a lg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，s u c ha sr a d i o a c t i v eS O u r C e Sm a n a g e m e n t ，h a z a r dm a n a g e m e n to fi n f o r m a t i o nr
13、 e s o u r c e s ，a n df o r m e da ”i n t e g r a t i o n ”i n t e g r a t i o nf r a m e w o r k ，i nt h ec i t yo fa l lk i n d so fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sw i t h i nt h es c o p eo fa c c e p t i n gc o m p l a i nc i t y w i d e ，d e a lw i t ht h em a j o rp o l l u t i o na c
14、 c i d e n t sO C C u r ，b l o wd o w nu n i tp o l l u t a n te m i s s i o n sb ye n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n , i l l e g a lp r o b l e mf r o mm a j o re v e n t s ，i m p r o v e8 0 一a n d S Ot h em u n i c i p a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a ur e g u l a t
15、 o r ya n de m e r g e n c yh a n d l i n ga b i l i t i e s K e y w o r d s ：G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m ；E n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g ；E m e r g e n c yc o m m a n d ；T h es h o r t e s tp a t h第一章绪论1 1 引言第一章绪论环境保护是我国的一项基本国策，也是构建和谐社会和资源节约型社会的一个重要组成部分。目前，从事环境
16、管理的人员相对较少，企业数量剧增，环境保护行政管理工作任务加重和环保执法工作难度日渐加大，传统的行政管理模式和行政执法手段已不能适应当前环境管理和环境执法工作所面临的严峻形势。面对新的挑战，环境保护行政管理部门急需通过信息化手段进一步完善和改进业务流程，推进数字环保建设。近期国务院批转了节能减排统计监测及考核办法( 国发 2 0 0 7 3 6 号) ，对建立科学、完整、统一的节能减排统计、监测和考核体系有很大的推动作用。要发挥污染源自动监测设备的作用，建设环境监控应急指挥中心至关重要。地理信息系统( G I S ) 是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面( 包括大气层在内) 与空
17、间和地理分布有关的数据的信息系统。由于地理信息系统提供了一种不同于传统意义上的信息处理方法，跟传统的信息管理系统比较起来，它具有更加方便、快捷、直观和可视化等优点，所以自6 0 年代初期第一个地理信息系统的出现开始，G I S 就得到了迅速的发展，尤其近年来随着计算机硬件技术的迅猛发展，G I S 越来越受到人们的重视，G I S 核心技术和系统软件得到了广泛的应用，其应用领域包括市政规划( 如城市交通、土地资源使用规划、排污管道等) 、自然资源开发和利用、城市发展规划、交通管制、态势显示、人口迁移与安置、军事目标显示与分析等晒1 8 1 。随着6 I S 的飞速发展以及与R S 、G P S
18、 、人工智能技术的不断结合，能够为环境监控应急指挥系统提供更多的地图数据及更为精确的相关地理信息，为现代条件下的环境监控应急指挥提供了强有力的信息支持。基于G I S 技术的环境监控应急指挥系统能够在开展环境监控管理时，充分利用了现代通信、计算机网络技术、地理信息技术和卫星定位技术的，有计划、有步骤地建设集无线在线监控、视频监控、G I S 空间管理、G P S 定位、有线无线指挥调度、网络办公和环保数据综合管理为一体的高度集成的全方位的综合指挥信息中心，紧紧围绕污染源、大气、基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计水和声环境的管理，实现以突发环境污染事故应急处理为主线，集成在线监测
19、和视频监控管理、环保1 2 3 6 9 投诉指挥中心系统，整合基础地理信息系统、放射源管理、危险源管理等信息资源，形成“一体化集成框架，在全市范围内对各类环境问题的投诉进行受理，及时处理全市范围内发生的重大污染事故、排污单位污染物非法排放、因环境污染问题引起的重大事件，提高环境监控管理部门监督管理和应急处理能力。1 2 国内外的研究现状G I S 是为解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技术与产业。6 0 年代中期，加拿大开始研究建立世界上第一个地理信息系统( G I S ) ，随后又出现了美国哈佛大学的S Y M A P 和G R I D 等系统。自那时起，G I S 就开始服务于经济建设
20、和社会生活。在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各种专题性的地理信息系统。我国G I S 的研究与应用始于8 0 年代，近二十年来发展也十分迅速，在计算机辅助绘制地图等方面开展了大量基础性的试验与研究工作，在理论、技术方法和实践经验等方面都有了长足的进步。当今，G I S 系统已成为年增长率为3 5 的新兴技术产业，民众逐渐寻求并适应地理信息服务，在互联网地图、消费电子导航、车载导航、数字城市管理等领域出现强劲的市场需求，出现了诸如A R C I N F O 、M A P I N F O 和G E N A M A P 等著名软件，它们在城市建设、环境保护和社会发展等方
21、面发挥了巨大的作用，随着科技的发展，G I S 发展的势头将会越来越迅猛陋2 。G 1 S 系统将普通管理信息系统( M I S ) 与矢量图形系统结合在一起，克服了M I S系统的局限性，大大提高了系统的直观性和可操作性，同时提供了M I S 系统所不能解决的功能，如空间信息统计、计算、查询等。在实际应用中，以G I S 技术为基础建立起来的系统的复杂程度相差很大，大到针对某个地区( 以至全球) 的数字地面模型资料所建立起来的庞大系统，如美国在海湾战争、科索沃战争中采用的辅助指挥作战的G I S 系统。小到只是结合了简单平面位置坐标的小型管理系统，如一个军营的平面管理系统等。从G I S 系
22、统中空间坐标的表示方法来看，有利用数字地面模型资料建立起来的三维图形为基础的G I S 系统，也有使用二维平面示意图的G I S 系统n l l 。第一章绪论当前世界上应用最广泛的卫星定位系统主要有正在运行中的美国的G P S 系统和俄罗斯的G L O N A S S 系统以及欧洲即将部署的“伽利略”系统。其中G P S 因为导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等显著特点，因而在陆、海、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测量的精密定位、交通管制、跟踪监测、指挥调度、工程建设、时问传递和运动体的速度测量方面都获得了大量的应用。我国的导航定位技术起步较晚，但发展迅
23、速，早在“九五期间就提出了双星定位导航系统，其工程代号为“北斗一号”，该系统是我国自主研制开发的第一代卫星导航定位通信系统，可为服务区内的用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，具有快速定位、简短通信、精密授时三大功能。G P S 技术在车辆定位管理方面的应用非常广泛，目前国内外已经开发了大量的相关系统。如国内的神州数码利用现代化的技术手段，结合G P S 卫星定位、电子防盗和网络通信等技术开发的出租车G P S + G P R S C D M Al x 定位监控系统，为用户提供了从车载终端、通信组网、中心调度软件开发到监控电子地图制造的全面解决方案。同时，G P S G I S 集成技术也
24、是各大学科研研究的热点。而目前伴随着智能交通系统逐渐投入使用，车辆导航定位技术必将面临一个飞速发展的阶段。环境监控应急指挥系统中的G I S 及相关技术应用也是目前广受关注的热点研究，它是环境监控信息化建设的重要组成部分。近期国务院批转了节能减排统计监测及考核办法( 国发 2 0 0 7 3 6 号) ，对建立科学、完整、统一的节能减排统计、监测和考核体系有很大的推动作用，加快环境保护管理部门的信息化建设进程。目前，国内已有这方面不少成功的案例，如天津大港区环保局环境监控及应急指挥系统、湘潭市环境应急指挥中心、郑州市环境监控应急指挥中心系统等省市都实现了基于G I S 的环境监控应急管理指挥系
25、统。1 3 课题研究的主要内容论文主要研究了地理信息系统的基本原理及其在环境监控应急指挥系统中的应用。论文的研究内容主要包括以下几个方面：1 、地理信息系统及相关技术研究：研究目前应用较广的地理信息系统及其相关技术，重点介绍组件式地理信息系统概念与特点。基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计2 、路径搜索关键技术研究：研究了最优路径算法，对几种传统最优路径算法的优点和不足进行了分析，然后详细地探讨了最优路径算法并对其进行了改进，以提高其实时性来满足现实交通的需要。3 、基于G I S 的环境监控应急指挥系统的整体设计：以某城市环境监控应急指挥系统为背景，根据其对环保管理部门业务管理
26、需要的基础上，设计基于G I S 环境监控应急指挥系统的总体结构。4 、基于G I S 的环境监控应急指挥系统的实现：根据设计实现环境监控应急指挥系统的各功能模块，包括：环境地理信息管理、环境污染事故应急响应、放射源管理等三个主要系统的设计与实现。1 4 论文结构第1 章绪论。主要介绍论文的研究背景、研究现状、论文研究的主要内容，以及论文的组织结构。第2 章介绍地理信息系统技术。介绍地理信息系统的定义、功能和发展历史以及组件式地理信息系统的概念与特点。第3 章基于路径搜索关键技术研究。介绍了几种传统最优路径算法，探讨了最短路径算法的改进。第4 章环保应急指挥系统G I S 应用模型的研究，介绍
27、了空间数据模型、空间数据结构、空间定位模型。第5 章基于G I S 的环境监控应急指挥系统的设计与实现。本章以某城市环境监控应急指挥系统建设为应用背景，对其环境监控应急指挥系统的需求进行了细致分析，设计了基于G I S 的环境监控应急指挥系统，给出相应系统的设计方案及实现结果，体系结构和功能模块。第6 章总结与展望。对论文的工作进行总结，并对下一步需要继续研究的工作进行了展望。第二章地理信息系统介绍第二章地理信息系统介绍2 1 地理信息系统概述地理信息系统( G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m ，简称G I S ) 是一种以采
28、集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。它是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术，它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物而被广泛运用在各个领域n 鲫。在现代信息社会里，G I S 作为一种集地理空间特征和各种统计信息为一体的特殊信息系统，是信息高速公路上的节点和基础设施，受到全社会的广泛关注，成为目前国内外计算机学、地理学领域热门的研究课题。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
29、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部分组成。近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提出的要求。另一方面计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中b 儿1 0 1 。在本系统中的系统框架如图2 一l 所示：基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计燃夔i 嗣酉丽F【。一l 。- l 。一一i 。一 。，。一图2 1 环保领域的地理信息系统框架结构地理信息系统是以研究地理空间信息分布为
30、对象的科学技术，是多种学科交叉的产物，其核心是计算机，基本技术是数据库、地图可视化和空间分析。它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的第二章地理信息系统介绍地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据( 无论它来自数据库、电子表格文件或直接在程序中输入) 转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图，显示对象包括人口、销售情况、运输线路以及其他内容。关于G I S 国内外有许多定义，不同的应用领域，不同的专业，对它的理解和定义也不同，目前还没有一个完全统一的被广为接受的定
31、义p 儿制。1 9 8 8 年美国国家地理信息与分析中心( N C G 认) 为G I S 下的定义是：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。一个完整的地理信息系统由四个部分组成，即计算机硬件系统、软件系统、地理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G I S 的地理内容，而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 1 1 地理信息系统发展历史G I S 的主要特点表现在它能存储和处理所研究对象的空白位置信息及其属性信息。这使得G I S 与传统的信息系统相比，有它的特殊性、复杂性和应用上的广泛性。
32、实际上，G I S 是一门集计算机科学、信息科学、现代地理学、测绘遥感学、地图学、空间科学和管理科学等为一体的新兴学科。从2 0 世纪6 0 年代世界上第一个地理信息系统建立以来，G I S 在各方面都有了飞速的发展。地理信息系统萌芽于上世纪的6 0 年代。1 9 6 2 年，加拿大的R o g e rF T o m l i n s o n提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统( G I S ) ，以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等，这就是世界上第一个地理信息系统。与此同时，美国的D u a n eM a r b l
33、 e 在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想n 8 儿2 。此后，美国哈佛大学研究生部主任H o w a r dT F i s h e r 设计和建立了S Y M A P 系统软件。这一阶段很多G I S 研究组织和机构纷纷成立，如1 9 6 6 年美国成立了城市和区域信息系统协会( U R I S A ) ，1 9 6 8 年国际地理联合会( I G U ) 设立了地理数据收集委员会( C G D S P ) 。这些组织和机构的建立对传播G I S 知识和发展G I S 技术起着重要的指导作用。2 0 世纪7 0 年代是地
34、理信息系统走向实用的发展期。由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存储设备的使用，为空间数据的录入、存储、检索基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计和输出提供了强有力的手段。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对G I S的研究均投入了大量人力、物力和财力。至J J l 9 7 2 年，G I S 全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质调查局发展了5 0多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；1 9 7 4 年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地
35、形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。这一阶段，G I S 受到政府、商业和学校的普遍重视，商业公司、软件开发商、学院和机构开始重视G I S 的软件设计及应用研究。但由于当时的G I S系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及G I S 软件本身的价格都相当昂贵，限制了G I S 的应用范围n 射。2 0 世纪8 0 年代，G I S 逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，如全球变化和全球沙漠化监控，厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及核
36、废料监控等。此时，市场上涌现出了一批有代表性的G I S 软件，女N A R C I N F O 、G E N A M A P 、S P A N S 、M A P I N F O 、E R D A S 、I G D S M R S 等。2 0 世纪9 0 年代为G I S 的用户时代，随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及，G I S 已成为确定性的产业，投入使用的G I S 系统，每2 到3 年就翻一番，G I S 市场的年增长率达3 5 以上。G I S 已渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。值得注意的是，人们发现单靠传统的G
37、I S 的使用已经不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。这时与G I S 独立、平行发展的全球定位系统( G P S ) 和遥感( R S ) 则为G I S 适应社会发展的需求提供了可能性。目前，G I S 与卫星遥感( R e m o t eS e n s i n g ，R S ) 技术和全球定位系统G P S 相结合的“3 S ( R S ，G I S ，G P S ) 的研究和应用开始向集成化或一体化方向发展，已成为了研究的热点。与此同时，G I S 也从单机、二维、封闭向开放、网络( 包括W e bG I S ) 、多维的方向发展。我国对地理信息系统的研究起步较晚，而且主要集中
38、在大学之中，大致可分为三个阶段。第一阶段从1 9 7 0 年塑 1 9 8 0 年，为准备阶段，其中机助制图和遥感应用，为G I S 的研制和应用做了技术上和理论上的准备。第二阶段从1 9 8 1 年至U 1 9 8 5年，为起步阶段，完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、第二章地理信息系统介绍数据处理和分析算法及应用软件的开发等，对G I S 进行了理论研究和区域性的试验研究。第三阶段从1 9 8 6 年到现在，为初步发展阶段，我国G I S 的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织、研究中心和实验室。许多大学还专门，开设了G I S
39、 方面的专业和课程，并培养出了一大批从事G I S 研究与应用的专门人才。1 9 9 4 年4 月，中国G I S 协会正式成立，以全面指导、协调和推动全国G I S 的发展，另外还有武汉测绘科技大学、中国地质大学、北京大学地理所、中国科学院地理所等单位也都在进行G I S 方面的研究与应用。在科研成果上，也取得了许多成就。目前已有国产G I S 软件产品投放市场，并取得了良好的经济效益，如中国地质大学的M A P G I S 和北京超图公司的S u p e rM a p 等，对推动我国G I S 的研究与应用起到了积极的作用。2 1 2 地理信息系统的基本功能一个G I S 软件系统具备五项
40、基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存贮与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出I n 1 8 2 1 。1 、数据输入：数据输入是建立地理数据库必须的过程。数据输入功能指将地图数据、物化遥感数据、统计数据和文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功能。对多种形式、多种来源的信息，可实现多种方式的数据输入，如图形数据输入、栅格数据输入、G P S 狈O 量数据输入、属性数据输入等。用于地理信息系统空间数据采集的主要技术有两类，即使用数字化仪的手扶跟踪数字化技术和使用扫描仪的扫描技术。手扶跟踪数字化曾在相当长的时间内是空间数据采集的主要方式。扫描数据的自动化编辑与处理是空间数据采集
41、技术研究的重点，随着扫描仪技术性能的提高及扫描处理软件的完善，扫描数字化技术的使用越来越普遍。2 、数据编辑与处理：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、图形变换、投影变换、误差校正等功能。3 、数据的存储与管理：数据的有效组织与管理，是G I S 系统应用成功与否的关键。主要提供空间与非空问数据的存储、查询检索、修改和更新的基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计能力。矢量数据结构、光栅数据结构、矢栅一体化数据结构是存储G I S的主要数据结构。数据结构的选择在相当程度上决定了系统所能
42、执行的功能。数据结构确定后，在空间数据的存储与管理中，关键是确定应用系统空间与属性数据库的结构以及空间与属性数据的连接。目前广泛使用的G I S 软件大多数采用空间分区、专题分层的数据组织方法，用G I S 管理空间数据，用关系数据库管理属性数据。4 、空间查询与分析：空间查询与分析是G I S 的核心，是G I S 最重要的和最具有魅力的功能，也是G I S 有别于其他信息系统的本质特征。地理信息系统的空间分析可分为三个层次的内容：( 1 ) 空间检索：包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体：( 2 ) 空间拓扑叠加分析：实现空间特征( 点、线、面或图像) 的相交、相减、
43、合并等，以及特征属性在空间上的连接；( 3 ) 空间模型分析：如数字地形高程分析、B U F F E R 分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等。5 、空间查询与分析可视化表达与输出：中间处理过程和最终结果的可视化表达是G I S 的重要功能之一。通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息密集程度，可选择放大或缩小显示。G I S 不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。2 2 组件式地理信息系统地理信息系统经过三十多年的发展，正在形成完整的技术系统并逐渐建立其理论体
44、系。G I S 应用也已形成一个多层次和不同尺度的应用格局，成为信息产业的重要组成部分。然而，计算机技术和全球信息网络技术的飞速发展，对G I S 产生了巨大的冲击，组件式G I S ( C o m p o n e n t sG I S ) 和万维网G I S ( W e b G I S ) 等新兴技术应运而生。G I S 正在进入一个崭新的发展阶段呻儿2 0 1 。目f i ，组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一，传统的c s 结构、第二章地理信息系统介绍W e bS e r v i c e 、中间件等大型软件系统的构成形式，都将在组件的基础上重新构造。为了适应这种技术潮流，G I
45、S 软件证发生着革命性的变化，即出过去厂家提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来啪1 。无疑，C o m G I S 技术将给整个G I S 技术体系和应用模式带来巨大影响。2 2 1组件式地理信息系统的概念G I S 在软件模式上经历了G I S 功能模块、包式G I S 、模块化G I S 、核心式G I S ，组件式G I S 和W e b G I S 的过程。传统G I S 在功能上比较成熟，但是属于独立封闭的系统，规模庞大，费用昂贵，阻碍了G I S 的普及和应用。组件式地理信息系统( C o m G I S )的出现为传统G I S 面临
46、的各种问题提供了全新的解决思路，已经成为当今G I S 技术发展的重要方向。组件式G I S 是基于标准的组件式平台，具有可视化的界面和使用方便的标准接口，各组件之间进行自由、灵活的重组，通过软件开发工具集成起来，形成最终的G I S 应用。组件式平台主要有M i c r o s o f t 的C O M ( C o m p o n e n tO b j e c tM o d e l ，组件对象模型) 、D C O M ( D is t r i b u t e dC o m p o n e n tO b j e c tM o d e l ，分布式组件对象模型) 和O M G 的C O R B
47、A ( C o m m o nO b j e c tR e q u e s tB r o k e rA r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体系结构) 。组件式软件是新一代G I S 的重要基础，C o m G l S 是面向对象技术和组件式软件在G I S 软件开发中的应用。认识C o m G I S ，首先需要了解所依赖的技术基础组件式对象模型和A c t i v e X 控件订嘲。C O M 是组件式对象模型( C o m p o n e n tO b j e c tM o d e l ) 的英文缩写，是O L E ( O b j e c tL i n k i
48、n g E m b e d d i n g ) 和A c t i v e X 共同的基础。C O M 不是一种面向对象的语言，而是一种二进制标准。C O M 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。C O M 标准增加了保障系统和组件完整的安全机制，扩展到分布式环境。这种基于分布式环境下的C O M 被称作D C O M ( D i s t r i b u t eC O M ) 。D C o M 实现了C O M 对象与远程计算机上的另一个对象之间直接进行交互。A c t i v e X 是一套基于C O M 的可
49、以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组件是用何种语言创建的技术。作为A c t i v e X 技术的重要内容，A c t i v e X 控件是基于G I S 的环境监控应急指挥系统的研究与设计一种可编程、可重用的基于C O M 的对象。A c t i v e X 控件通过属性、事件、方法等接口与应用程序进行交互。一些软件公司专门生产各种用途的A c t i v e X 控件，比如：数据库访问、数据监视、数据显示、图形显示、图像处理、甚至三维动画等等。几个著名的G I S 软件公司把C O M 技术应用于G I S 开发，纷纷推出由一系列A c t i v e X 控件组成的C o m
50、 G I S软件，比如I n t e r g r a p h 公司的G e o M e d i a 、E S R I 的M a pO b j e c t s 、M A P l n f o 公司的M a p X等，国内的北京朝夕公司推出T M a pE n g i n e 嘲嘲引。C o m G I S 的基本思想是把G I S 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个G I S 控件之间，以及G I S 控件与其它! I i z G I S 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G I S 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(
