基于组件式GIS技术的数字校园模型研究

基于组件式GIS 技术的数字校园模型研究刘铁英1,2,宋　雨2,边小凡1,齐耀龙1(1.河北大学计算中心,河北保定　071002;2.华北电力大学计算机系,河北保定　071003) 摘　要:研究了基于组件式GIS 技术的数字校园模型的建立.使用面向对象的整体数据模型,抽象出校园图、楼、楼层图和房间几个对象,通过房间具有部门办公室的属性,将空间信息与非空间信息联系起来,实现GIS 、OA 、M IS 的互连、互通、互动,真正作到空间数据和属性数据无缝连接的“数字校园模型”.采用多级存储结构解决楼的平面图与每层的图层完全一致的问题,避免地图上出现相同形状的实体叠加.关键词:数字校园模型;面向对象的整体数据模型;组件式GIS ;M IS中图分类号:TP 311.5 文献标识码:A 文章编号:1000-1565(2006)02-0213-06R esearch of Model of Digital C ampus B asedon Component Type GIS T echnologyLI U Tie-ying 1,2,SONG Y u 1,BI AN X iao-fan 1,QI Y ao-long 1(puter Center ,Hebei University ,Baoding 071002,China ;2.School of Computer ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China )Abstract :Have studied the setting-up model of digital campus based on component type GIS ing the model of whole data object-oriented ,the paper abstracts several objects of campus pictures ,buildings ,floor pictures and rooms ,through the department office attributes of the room ,links space information with non-space information ,realizes the interconnections of GIS ,OA ,M IS ,interflows ,and inter-dynamic ,really accomplishes “model of digital campus ”of the space data and attribute data seamless link.Is it store structure solve whole between plane figure and each picture layer totally unanimous problem while being multistage to adopt ,prevent the entity presenting the same form on the map from superposing.K ey w ords :model of digital campus ;model of whole data object-oriented ;component type GIS ;M IS 传统的M IS 只能完成一般的属性信息的管理工作,不能完成从地理概念出发的操作.使用GIS 能解决这样的问题,它能把各种信息与地理位置有关的视图结合起来,利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据[1].同样GIS 也有其缺点,缺乏M IS 的辅助办公功能.由此可见,单独的GIS 和M IS 都无法很好的独立完成校园信息处理和管理的要求,因数字校园系统中要对各种地理信息进行管理时,就应该结合GIS 技术,使M IS 中抽象数据与地理位置建立联系,并直接显示在地图上,使用户可以在地图上操作M IS [2].在目前的“数字校园”中,GIS 主要用在建筑物、绿地、地下网管管理等,在与原有M IS 的整合方面比较欠缺.本研究就是要建立一个实现GIS ,OA ,M IS 的互连、互通、互　收稿日期:2005-06-01　作者简介:刘铁英(1962-),男,河北保定人,河北大学高级工程师,主要从事软件工程方面研究.第26卷　第2期2006年　3月河北大学学报(自然科学版)Journal of Hebei University (Natural Science Edition )Vol.26No.2Mar.2006动,真正作到空间数据和属性数据无缝连接的“数字校园模型”,并且尽量选用大家较熟悉的、小巧、灵活、价格低廉的开发平台.1　基于组件的地理信息系统平台1.1　组件技术随着计算机软件技术的发展,GIS 组件化发展到了一个全新的阶段,出现了组件式GIS (Com ponents GIS ,缩写为Com GIS ).组件式GIS 基于标准的组件式平台,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.基于COM/DCOM ,Microsoft 推出了ActiveX 技术,ActiveX 控件是当今可视化程序设计中应用最为广泛的标准组件.新一代的组件式GIS 也大都是ActiveX 控件或者其前身OL E 控件.组件式GIS 代表着当今GIS 软件领域的一个前沿技术[3].组件具有面向对象、语言无关等特性,把GIS 的各大功能模块划分成几个组件,每个组件完成不同的功能,用户可根据实际需要选择购买和安装所需的GIS 组件.各个GIS 组件之间,以及GIS 组件和其它非GIS 组件之间,可以方便地通过可视化开发工具集成起来,形成兼有属性数据处理和空间数据处理的应用系统.GIS 组件产品在功能上丝毫不比传统的GIS 软件逊色,而且可以像搭积木一样,方便地嵌入到通用的开发环境中实现GIS 功能,具有适应性强、GIS 功能强大、开发简捷、使用灵活等特点,被广泛应用于GIS 应用系统开发中[4].1.2　相关产品为了顺应组件式GIS 的技术新潮流,世界各大GIS 厂商相继推出了基于OL E 技术的嵌入式GIS 组件,如ESRI (美国环境研究所)推出的MapObject ,Map Info 公司推出MapX ,Intergraph 公司推出的G eomedia 和加拿大阿波罗科技集团推出的TITAN 等.国内GIS 厂商也先后推出组件式GIS 工具软件,如北京朝夕公司推出的Map Engine ,中科院地理信息发展中心研制的ActiveMap ,北京超图推出的全组件式GIS 软件SuperMap ,武汉吉奥信息工程有限公司新近推出的全组件式地理信息系统软件G eoStar [5].这些组件式GIS 工具软件为开发人员提供了一个快速、易用、功能强大的地图化组件.利用这些组件式GIS 工具软件结合可视化开发工具开发应用系统可达到高效快捷、成本低廉的效果[5].2　模型中的关键问题及解决办法2.1　建立空间模型传统的拓扑关系数据模型存在以下缺陷:对单个地理实体的操作效率不高;难以表达复杂的地理实体;局部更新困难;系统难于维护与扩充.使用“面向对象的整体数据模型”才能使做出来的GIS 符合人的思维习惯.面向对象的整体数据模型除了具有面向实体模型的优点,能够很好地克服拓扑关系模型的缺点外,还具有自己独有的特征.而且,组件式的地理信息系统控件对空间信息建立的模型是面向对象的,所以,本模型采用面向对象的方法建立模型[6]空间模型:抽象出校园图、楼、楼层图和房间几个对象;某些房间具有部门办公室的属性,空间信息可以与非空间信息联系起来.校园图:记录了校园中楼群、绿地、运动场、防火重点部位等信息,其中最重要的是楼实体.楼:校园图中包括的楼是校园中具体空间信息的基本单位,是校园与房间的联系纽带.楼可以建立楼详图,楼详图中包括楼的各个楼层.楼层图:楼详图中包括若干楼层.楼层是楼这种对象与它包含的房间以及地图紧密结合起来的纽带.每个楼层作为一幅地图,它可以包括若干图层.其中最重要的是房间图层,记录了房间实体信息.房间:房间实体是系统空间信息的最小单元.房间实体具有属性数据相联系,并且通过房间所属部门的・412・河北大学学报(自然科学版)2006年属性,将空间信息(房间)与重要的属性单位(部门)联系起来了,从而完成了空间信息与校园属性数据库的直接联系[7],如图1所示.图1　系统空间模型Fig.1　System space model2.2　实体的多级存储结构.在本系统中,对于“楼”要求对每层的各个房间信息进行处理,这样“楼”的每层应划分成一个单独的图层,每个房间就作为该“图”上的一个实体进行处理,划分图层的个数与楼的层数相同.这样楼的整体平面图与每层的图层就会完全一致,因此地图上就会出现相同形状的实体叠加,不符合地理信息系统的规范,而且过多的数据集也影响系统的方便性和实用性.为解决上面问题,在实现系统时采用多级存储模式,把整个楼作为一个数据集,突破传统的单层存储结构.楼与楼层、楼层与该层房间形成一对多的关系,在数据库中楼房表、楼层表、房间表通过主外码相关联[7].2.3　建立数据模型处理好空间数据和属性数据的结合是本模型要解决的关键技术之一.将地图数据划分为空间数据,将具体应用的数据划为属性数据.为每一种空间地物对象(楼、层、房间),通过一个唯一的ID 标识和属性数据相关联.借用已有的数据库技术来管理用户的属性数据,实现多种信息的综合.这样,用户的属性数据得到了高效、强大的数据库技术的管理.因为楼、楼层图和房间几个空间对象存在隶属关系,所以在设计空间对象的ID 号时很好地利用了这种关系.楼层ID 号的前4位是楼房ID 号,房间ID 号的前4位是楼层ID 号,这样知道来了房间ID 号,就可以得到楼层ID 号和楼房ID 号.・512・第2期刘铁英等:基于组件式GIS 技术的数字校园模型研究表1　ID 号之间的关系T ab.1　R elation betw een ID numbers房间ID (a0-a7)楼层ID (a0-a5)楼房ID (a0-a3)a0 a1a2 a3a4 a5a6 a7所在校区楼房序号楼层序号房间序号表2～5给出了几个关键数据库表的结构(只包含主要字段),Building :楼房表、floor :楼层表、Room :房间表、Department :部门表.将Room 表的“房间ID 号”作为Department 表的外码,用以建立空间信息与属性数据的联系.表2　Building 表结构T ab.2　Structure of the table Building字段名数据类型长度允许空描述BU ILDIN G IDNchar 4No 楼房ID 号,前两位是所在校区:0.南院　1.北院　2.新校区Xfloat 8No 楼房在地图上的横坐标Y float 8No 楼房在地图上的纵坐标表3　Floor 表结构T ab.3　Structure of the table Floor字段名数据类型长度允许空描述FLOOR ID Nchar 6No 楼层ID 号:前4位是BU ILDIN G -ID ,5-6位是楼层号ROOM Nchar 2No 房间数量表4　R oom 表结构T ab.4　Structure of the table R oom字段名数据类型长度允许空描述ROOMID Nchar 8No 房间ID 号:前6位是FLOOR ID ,7-8是房间门牌号.DEPT ID Nchar 4Y er 部门ID 号表5　Department 表结构T ab.5　Structure of the table Department字段名数据类型长度允许空描述DEPTID Nchar 4No 部门ID 号ROOM ID Nchar8No 部门地址(房间ID 号)MIS URLNvarchar 50Y er MIS 或OA 系统地址・612・河北大学学报(自然科学版)2006年3　开发平台选择在选择平台时本着简单、经济、实用的原则,选择广大开发人员熟悉的开发工具,缩短开发周期、减少开发成本;选择功能完备、价格便宜的GIS 平台,减少软件投资.3.1　地理信息系统平台本系统的空间模型采用“面向对象的整体数据模型”的方法建立.而北京朝夕公司推出的Map Engine ,是基于ActiveX 的、开放的、面向对象的地理信息系统平台,是本系统理想的地理信息系统,小巧、廉价,并且由于ActiveX 技术对Internet 的支持,使得世界上任何地方通过Internet 浏览地图、访问地理信息成为可能.3.2　数据库平台由于今天Windows 操作系统占领着主导地位,选择SQL Server 一定会在兼容性方面取得一些优势.另外,SQL Server 2000除了具有扩展性、可靠性以外,还具有可以迅速开发新的因特网系统的功能.尤其是它可以直接存贮XML 数据,可以将搜索结果以XML 格式输出等特点,有利于构建了异构系统的互操作性,奠定了面向互联网的企业应用和服务的基石.3.3　系统开发环境选择高效的Visual Basic 6.0,它完全支持ActiveX 控件的应用,对数据库的支持也非常完备,提供完全可视化的、面向对象的编程环境,有利于提高系统的开发效率,加快系统的开发进度;另外,用它能够开发出一流的用户界面,使系统易于使用.4　系统实现4.1　数据准备本系统的地图数据,在Map Engine 提供的桌面系统编辑环境中以图像为基础录入校园地图;另一方面,从学校有关部门获得有关楼的详细规划图,在进行校园现状调查的基础上绘制了若干楼详图.本系统的属性数据主要包括全校教职工、课程设置、学生数据库等,它们来源于学校各相关部门,并经过整理,以形成完整的、一致的、消除了冗余的数据库.4.2　系统实现采用组件式GIS 工具软件结合可视化开发工具,以“数字河大”作为特例,建立基于组件GIS 的数字河大.使原有的各个M IS 、OA 系统与其所在建筑物、楼层、房间建立联系,不但起到链接原有各M IS 、OA 系统的纽带、桥梁作用,还可以提供各种丰富的空间信息,并为学校决策层提供辅助.用户可以在“河大校园”地图中任意浏览各个校区,了解各个地理对象(教学楼、学生宿舍、食堂等)各种统计信息(空间信息、属性信息).可以查询出一个部门的所有房间,或者一个楼层的所有办公室、教室,并高亮显示在地图上.可以对地物对象进行各种统计分析,例如:在主楼二层的“楼层图”上,点击“计算中心机房”所在“房间”这个实体,可以查看机房的设备情况,机房的排课情况、甚至有可能看到计算机的“实时”占用情况(与机房管理系统连接);也可以进入计算中网站进一步了解计算中心的人员、教学、科研情况等.5　结论本文介绍了数字校园模型设计及实现中几个关键技术的解决方法.通过分析、设计,以及“数字河大”实现的过程中,充分体会到使用组件GIS 技术建立数字校园的优点:使用可视化技术管理校园信息,使系统能更高效、直观、综合地管理空间和属性信息,尤其为不了解校园环境的用户提供了方便.・712・第2期刘铁英等:基于组件式GIS 技术的数字校园模型研究采用组件式GIS 不需要开发人员重新学习专门的开发语言,可以选择流行的可视化开发工具,而且可直接使用传统的关系数据库,既缩短了开发周期也降低了开发成本.组件式GIS 解决了传统的地理信息系统与M IS 系统的连接、与多媒体开发工具的衔接方便的问题,将GIS 和M IS 很好地结合起来,既克服了GIS 本身所欠缺辅助决策功能,又保护了对原有M IS 系统的投资,有很好的应用前景.参　考　文　献:[1]杨开忠,沈体雁.浅析数字城市[J ].北京规划在线,2001(1):37-40.[2]王　梅,耿国华,周明全.基于GIS 的数字校园系统的设计与实现[J ].微机发展,2005(1):48-50.[3]宋关福,钟耳顺.组件式地理信息系统研究与开发[J ].中国图像图形学报,1998(4):53-57.[4]周心铁,刘毓华.组件技术与GIS 的发展[DB/OL ].http :// ,2004-12-17.[5]王晓宏.基于组件式GIS 的矿产资源管理信息系统的开发研究[D ].四川:西南科技大学,2004.[6]肖乐斌,钟耳顺,刘纪远.GIS 空间概念模型的研究[C]//中国地理信息系统协会2001年论文集.北京:测绘出版社,2001:218-223.[7]徐建春,赵英时,张熙川.基于组件对象模型的GIS ———校园地理信息系统[J ].国土资源遥感,1999(1):49-56.(责任编辑:孟素兰)(上接第160页)(Al 2O 3,ZrO 2,SiC )自配对组成6组摩擦副,在销盘式摩擦磨损设备上,在大范围载荷与速度条件下进行了干摩擦实验,并得出结论磨损量大于10-6mm 3/(N ・m ),陶瓷的摩擦磨损称作严重磨损[7].实验过程中,销、盘的磨损量均达到10-4mm 3/(N ・m ),所以SiC 与不锈钢组成的摩擦副磨损量为剧烈磨损,它们不适合组成摩擦副在实际中应用.参　考　文　献:[1]高　斌.滑动干摩擦过程及其机理分析[J ].郑州纺织工学院学报,1994,l5(3):13-19.[2]陈达谦.工程陶瓷的磨损与氧化铝陶瓷耐磨性的提高[J ].陶瓷,2000,4:9-11.[3]石镇江,裴秀娟.对几种陶瓷材料抗磨性的浅探[J ].河北陶瓷,1994,l22:13-16.[4]郭绍义,陈松树,王东方.热压多晶SiC 陶瓷的原位摩擦和磨损[J ].浙江大学学报(工学版),2000,30(1):25-29.[5]DON G X ,JAHANMIR S ,LV ES L K.Wear transition diagram for silicon carbide[J ].Triboligy International ,1995,28(8):559-572.[6]L EE S W ,HSU S M ,SHEN M 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