范況生

(商丘師范學(xué)院環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,河南商丘 476000)

基于MO 的校園GIS的設(shè)計與實現(xiàn)
——以商丘師范學(xué)院為例

范況生

(商丘師范學(xué)院環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,河南商丘 476000)

以商丘師范學(xué)員校園地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)為例,對校園地理信息系統(tǒng)開發(fā)方法、系統(tǒng)功能設(shè)計、實現(xiàn)方法步驟進行了詳細的介紹,并實現(xiàn)了地理信息的顯示、查詢、分析等功能。系統(tǒng)的開發(fā)可以為其他相關(guān)綜合服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供借鑒參考。

GIS;Map Objects

地理信息系統(tǒng)是由計算機硬件、軟件、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型和用戶組成的一個計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對地理數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，幫助我們解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。從而在資源管理、區(qū)域規(guī)劃、國土監(jiān)測、輔助決策等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。自上世紀末以來，地理信息系統(tǒng)技術(shù)開始走進千家萬戶，已經(jīng)深入到我們社會生活的各個方面。作為高等院校在當今信息化浪潮中也不可避免的要實現(xiàn)校園信息管理的數(shù)字化、信息化。目前，國內(nèi)很多高校都已著手建立相應(yīng)的數(shù)字化校園系統(tǒng)。本文以商丘師范學(xué)院校園為例，介紹了“數(shù)字化校園”建設(shè)的體系構(gòu)架、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)組織模型，最終構(gòu)建了商丘師范學(xué)院校園地理信息系統(tǒng)。商丘師范學(xué)院校園地理信息系統(tǒng)的建設(shè)，可以實現(xiàn)校園各種地理信息的管理、查詢檢索和規(guī)劃決策，為廣大在校師生提供有效服務(wù)，同時也可以擴大學(xué)校的社會影響，為學(xué)校宣傳和新生了解學(xué)校提供一個有力的平臺。

1 開發(fā)工具與開發(fā)平臺

組件技術(shù)是實現(xiàn)軟件重用的重要解決技術(shù)，組件技術(shù)不僅具有封裝性、繼承性、多態(tài)性這三個特性，而且更適合于現(xiàn)代軟件更新快、規(guī)模大、強調(diào)寫作的軟件環(huán)境。組件的優(yōu)勢在于可以部分升級，易于維護，實現(xiàn)動態(tài)組合，提高了軟件生產(chǎn)力，由于采用標準接口、標準規(guī)范、標準協(xié)議，這就增加了異構(gòu)軟件的可能，適應(yīng)了現(xiàn)代軟件發(fā)展的要求。組件式平臺主要有Microsoft的COM/DCOM等?；贑OM/DCOM，Microsoft推出了ActiveX技術(shù)。作為ActiveX技術(shù)的重要內(nèi)容，ActiveX控件是當今可視化程序設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的標準組件[1]。組件GIS不僅可以解決傳統(tǒng)GIS在軟件開發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)集成和用戶學(xué)習(xí)使用等方面面臨的困難，而且有利于降低成本，具有無限擴展性、開發(fā)簡捷方便、小巧靈活、價格便宜、面向大眾等特點。組件GIS是當今GIS發(fā)展的一種重要趨勢。因此以高級程序設(shè)計語言為開發(fā)平臺，結(jié)合組件式GIS，適合于開發(fā)各個行業(yè)的應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)運行主窗口

本系統(tǒng)的開發(fā)平臺是Microsoft公司開發(fā)的應(yīng)用程序開發(fā)工具Visual Basic6.0，它的特點主要是：它采用可視化的集成開發(fā)環(huán)境，具有面向?qū)ο蟮目梢暬ぞ?，初學(xué)者只需要掌握幾個關(guān)鍵詞就可以建立自己的應(yīng)用程序；采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想，整個應(yīng)用程序由若干個彼此獨立的事件過程構(gòu)成，使得應(yīng)用程序的代碼較短，易于開發(fā)人員編寫和維護；VB還是一種可擴充的編程語言，支持第三方開發(fā)的應(yīng)用程序、支持訪問動態(tài)鏈接庫以及應(yīng)用程序接口，這些特征在很大程度上可增強VB的編程能力。

本系統(tǒng)采用的開發(fā)平臺為基于GIS組件Map Objects(簡稱MO)。Map Object是由美國的ESRI公司開發(fā)，是當今流行的組件式GIS開發(fā)軟件。Map Object是一組地圖軟件的組件，它包含了超過45個可編程OLE對象。Map Objects的對象可分為5大類：地理匹配對象、數(shù)據(jù)訪問對象、地圖顯示對象、幾何圖形對象和實用對象[2]。利用這些對象可以在普通的編程語言上實現(xiàn)主要的地理信息系統(tǒng)的功能?；贛O的開發(fā)模式具有以下的優(yōu)點：系統(tǒng)開發(fā)周期短、費用低、易安裝維護；數(shù)據(jù)組織方式與相應(yīng)的G1S工具軟件兼容，便于其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用；可供選擇的開發(fā)語言比較多，如Visual basic等[3]。

2 用Map Objects開發(fā)GIS系統(tǒng)的方法

2.1 Map Objects的體系結(jié)構(gòu)

Map Objects可以說得上是最優(yōu)雅簡潔的GIS軟件組件。它以最少的接口提供了常用的GIS功能，甚至GPS的動態(tài)特性，同時做到了結(jié)構(gòu)合理，簡單明了，容易理解和擴展。GIS應(yīng)用開發(fā)人員通過在通用開發(fā)平臺上調(diào)用可編程對象及其方法、屬性來實現(xiàn)各種GIS功能[4]。

Map Objects的基本功能：

(1)能通過地圖符號顯示地圖要素，并支持自定義符號。用符號表達地理要素是滌綸制圖的基本方法，Map Objects自帶有一些地圖符號，也可以有用戶自定義設(shè)計各種符號，這極大豐富了地圖表現(xiàn)力。

(2)支持對數(shù)據(jù)圖層的各種管理和操作。Map Objects為用戶提供了較為齊全的圖層編輯和管理功能。如圖層的添加、刪除以及圖層上下順序的調(diào)整等。

(3)支持各種圖形操作。通過Map Objects，開發(fā)人員可以實現(xiàn)一些基本的圖形操作，如放大、縮小和漫游等。

(4)可以添加注記。注記是地圖的重要內(nèi)容，主要包括名稱和說明兩大類，Map Objects為開發(fā)人員提供了臨時注記、注記要素和屬性注記等各種添加地圖注記的方法，并且可以設(shè)置注記的顏色、大小、字體、間隔、排列、位置。

(5)提供各種查詢功能。Map Objects為開發(fā)人員提供了多種進行空間查詢的方法，通過他們可以實現(xiàn)幾何參數(shù)查詢、空間定位查詢、空間關(guān)系查詢和SQL查詢等多種形式查詢。

(6)提供一定的空間分析功能。通過Map Objects提供的空間分析方法可以實現(xiàn)一些簡單的空間分析功能，例如幾何量測、緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析。

(7)提供空間數(shù)據(jù)庫訪問功能。Map Objects可以通過ArcSDE訪問存放在數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)，并且可以把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為一個圖層在客戶端進行顯示。

(8)提供地圖打印機輸出功能。在進行地圖輸出之前，通過Map Objects用戶首先可以實現(xiàn)地圖整飾，對要輸出的地圖圖面進行調(diào)整；同時可以對地圖進行打印輸出，并能把當前視口中的地圖按照圖像格式導(dǎo)出。

總之，Map Objects在地圖查詢、顯示以及制圖輸出等方面都有比較強大的GIS功能，從而滿足不同層次用戶的需求。

2.2 MO開發(fā)GIS系統(tǒng)的過程

Map Objects的使用和開發(fā)過程與其他的ActiveX控件沒有兩樣，在Visual°Basic、Delphi、Visual° C++等能夠支持控件開發(fā)的編程環(huán)境下，一旦把控件插入到編程項目中，就可以通過接口使用控件所提供的各種方法。利用M0開發(fā)GIS系統(tǒng)一般遵循的基本步驟[6]：

(1)選擇合適的數(shù)據(jù)模型，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫：地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫有兩種：存儲地理數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫和存儲非地理數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)庫。shape文件是ESRI公司提供的存儲地理數(shù)據(jù)的矢量格式，Shape文件的格式是公開的，詳細Shape格式說明書是完全公開的[5]。通過空間實體的識別碼可將屬性數(shù)據(jù)庫與空問數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系。MO借助空間數(shù)據(jù)庫引擎(SDE)可以支持對多種常用數(shù)據(jù)庫的訪問，包括Access、Informix、Oracle、Microsoft SQL Server、Sybase及其他通過ODBC連接的數(shù)據(jù)庫。

(2)加載與顯示地圖：由于一個Shape文件只包含一個專題圖層

(點、層或面要素中的一種)，因此特定區(qū)域內(nèi)的所有地理對象會分解成多個圖層分別進行存儲。要顯示整幅地圖，應(yīng)該將地圖所包含的全部圖層都添加到Map控件中。每個圖層通過名稱來加以區(qū)分，同時還要注意各圖層的顯示順序。此外，在程序運行中也可單獨在地圖上添加或顯示某圖層，刪除指定的圖層或改變圖層的屬性。

(3)增加、刪除、更改地理信息。Map Objects中的地理對象通常使用點(如電線桿，樹木，窨井蓋)、線(如道路，河流)、面(如綠地、水域)表示，并提供這些標準地理實體對象的點、線、面的類型定義。利用MO的各種選擇、訪問、定位功能，可以向構(gòu)成地圖的各個點層、線層、面層中添加或刪除實體，或者更改相應(yīng)實體的屬性。

(4)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢和分析統(tǒng)計：GIS最常見的特點是可以進行空間數(shù)據(jù)的各種查詢與統(tǒng)計。例如用MO開發(fā)的GIS中的查詢主要有三種：按相對位置的范圍搜索；按邏輯查詢，即按SQL語句的條件從句查詢；根據(jù)某個或某些圖形特征查詢其他相聯(lián)系的圖形特征。

3 開發(fā)與實現(xiàn)

3.1 校園GIS功能模塊設(shè)計

結(jié)合商丘師范學(xué)員校園地理信息系統(tǒng)的功能定位和開發(fā)需求，本系統(tǒng)的功能模塊包括圖形顯示與管理、空間分析功能、地圖打印功能、信息查詢功能、專題地圖制作等五個方面。各模塊功能如下所述[7]：

3.1.1 圖形顯示與管理

能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)空間數(shù)據(jù)的無級放大、縮小、漫游等基本的操作，可以任意選擇打開或關(guān)閉某一數(shù)據(jù)層，也可根據(jù)顯示范圍的大小，自動調(diào)節(jié)地圖上內(nèi)容的詳細程度，以保持圖面的清晰程度。

3.1.2 空間分析功能

通過緩沖區(qū)分析是圍繞空間實體自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的多邊形圖層，它是用來解決空間臨近度問題的空間分析工具之一。統(tǒng)計分析是對收集到的數(shù)據(jù)進行整理歸類并進行解釋?？臻g距離量算可以解決任意兩點之間的最短距離與最佳路徑的選擇問題。

3.1.3 地圖打印功能

本系統(tǒng)具備簡單的打印功能以及數(shù)據(jù)輸出功能，將各種查詢和分析結(jié)果結(jié)果以圖像的形式輸出；對于屬性數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到Excel數(shù)據(jù)格式。

3.1.4 信息查詢功能

它能向用戶提供校園地形圖、現(xiàn)狀圖、規(guī)劃圖等方面的信息?？梢詫崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢，即點擊相應(yīng)地理事物查詢所需的屬性信息，如學(xué)校的占地面積、建筑面積等，也可以通過屬性查詢地物的空間信息，如通過教學(xué)樓名稱查詢位置等。

3.1.5 專題圖制作

GIS不僅可以輸出全要素地圖，也可以突出表現(xiàn)一種或幾種地理要素，以定點符號法、質(zhì)別底色法、分區(qū)圖表法等手段制作各種專題題圖、各類統(tǒng)計圖、圖表及數(shù)據(jù)等，完成盡可能完善、詳盡地表示制圖區(qū)內(nèi)的一種或幾種要素的地圖制作。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)的主窗口如圖1所示。

4 結(jié)語

組件式的地理信息系統(tǒng)開發(fā)方式已經(jīng)成為現(xiàn)在軟件集成的主要方法，而GIS技術(shù)與實際情況相結(jié)合解決實際的問題，已經(jīng)成為近年來地理信息系統(tǒng)研究的熱門方向。本文選用的MO組件程序高度的模塊化，使用比較簡單，縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)難度，該系統(tǒng)實現(xiàn)了校園地理信息的可視化管理，極大提高了校園信息化管理的水平。

[1]劉向銅,熊助國,曹秋香等.基于MO 的校園GIS的設(shè)計與實現(xiàn)[J].地理空間地理信息,2008,6(6)：34-36.

[2]王春波.基于MO 的校園GIS的設(shè)計與實現(xiàn)[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2008,10(4)：55-57.

[3]劉小生,劉傳立.基于VB和Map Objects平臺的空間數(shù)據(jù)查詢方法探討.有色金屬,2005,57(6)：46-48.

[4]薛偉.Map Objects-地理信息系統(tǒng)程序設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社,2004.

[5]劉光.地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)教程組件篇[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003.

[6]龔沛曾,陸慰民,楊志強.Visual Basic程序設(shè)計教程(6.0版)[M].北京：高等教育出版社,2000.

[7]高尚宇.基于GIS的“數(shù)字校園”信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].青島：山東科技大學(xué),2005.

范況生(1977—),男,河南濟源人,副教授,碩士,主要從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。