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                        GIS矢量圖形系統開發設計

                        添加時間:2019/07/31 來源:電子科技大學 作者:王華
                        由于當前 GIS 矢量圖形系統的開發多是利用 GIS 專業軟件開發工具所進行的二次開發,這種開發模式存在著諸多的限制,針對這一問題,本文提出了基于 VC++從底層開發一個 GIS 矢量圖形系統的方案。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          矢量圖形系統面向地理對象,是地理實體抽象和完整表達的主要方式,因而是 GIS 系統中重要的組成部分,也是開發一個 GIS 系統的重點所在。

                          當前矢量圖形系統的開發多是在 GIS 專業軟件的基礎上進行二次開發,而這種開發模式存在著諸多弊端。在對目前矢量圖形系統開發現狀研究的基礎上,本文提出了基于 VC++從底層開發 GIS 矢量圖形系統的方案。以“平樂旅游信息平臺”作為應用實例,本文主要介紹了系統空間數據的組織方式,分析和探討了系統的設計思想、實現技術和功能結構等問題。

                          本文重點研究了矢量圖形數據對象類的組織和存儲、圖形對象的繪制及符號庫的設計。同時對矢量圖形系統坐標系的建立及其與 Windows 坐標系之間的轉換關系進行了探討,在此基礎上實現了圖形的無級縮放、漫游、全圖顯示等操作功能。通過對屬性數據文件的操作及與屬性數據庫的連接,本文對圖形對象與屬性信息的雙向查詢功能進行了深入的研究。對如何利用 VC++的樹控件開發圖層管理窗口進行了詳細的分析。此外,就矢量圖形的顯示速度等問題進行了探討,并提出了解決方案。最后將本文的研究成果應用到平樂旅游信息平臺中,并取得了預期的效果。

                          關鍵詞:矢量圖形系統,底層開發,面向對象,矢量圖形數據

                        ABSTRACT

                          Vector graphic system which is oriented geographic objects is a main way for the geographical entities abstract and complete expression. Therefore, it is an important component of GIS system, also a focus in the development of GIS system.

                          This thesis relies on "Pingle tourist information platform" subject, aimed to develop a vector graphic system independently that can meet the needs of the information platform. In this paper, the solution that developing a GIS vector graphic system from the bottom using VC++ is brought forward On the basis of study for the current status of the development of vector graphic system. And then explore the organizational structure of the spatial data associated with the system, the design, implementation techniques, functional structure of the system and so on are introduced and analyzed in this paper.

                          In this paper, the organization and storage of the vector graphic data object class is completed by object-oriented approach, drawing and symbolization of graphical objects are achieved. The establishment of coordinate system of the vector graphic and the conversion relationship between this coordinate and Windows coordinate system is explored. And based on this, operating functions such as stepless zoom and pan are achieved. Two-way query between graphic objects and attribute information is completed by operating attributes data files and connecting to attribute database. Layer management window is developed with VC++ tree control, and then graphic show on view is controlled through layer management. At the same time the display speed of vector graphic and other issues are discussed and solution is proposed. Finally, the research results of this thesis are applied to Pingle tourism information platform, and achieved the desired effects. Conclusion indicates that, the system achieved in this paper has some flexibility, class and functions required can be added at any time, good in scalability.

                          Keywords: vector graphic system, development from bottom, object-oriented, vector graphic data

                          作為信息技術的重要組成部分,地理信息系統(Geographical InformationSystem.GIS)在幾乎所有與空間信息相關的領域得到了廣泛的應用。一個基本的GIS系統包括管理空間坐標數據的矢量圖形系統和管理屬性信息的數據庫管理系統,以及實現矢量圖形系統與數據庫管理系統雙向連接的連接系統三個部分[1-2]。矢量圖形系統面向地理對象,是地理實體抽象和完整表達的主要方式,因而是GIS系統中重要的組成部分,也是開發一個GIS系統的重點所在[3-5]。

                          本課題依托于國家科技支撐計劃項目:“村鎮數字化管理關鍵技術研究與應用”的課題“平樂旅游信息平臺”,該平臺是電子科技大學地表空間信息技術研究所自行研制開發的基于互聯網的影像信息平臺。本文所研究開發的矢量圖形系統是該影像信息平臺的一個重要組成部分。影像能將地形、地物等地表景觀準確、直觀地反映出來,但單純的影像信息量不夠豐富,只對影像數據進行瀏覽還遠不能夠滿足客戶的需求,針對這一問題,我們需要開發一個矢量圖形系統,將矢量圖形與影像進行疊加,從而能夠突出表現某些地物,充分反映地物的屬性特征,使該平臺擁有比單純的影像豐富的多的信息量,以達到矢量圖形與影像綜合利用的目的。

                          目前矢量圖形系統的開發多是在某個已有的功能較為完善的圖形系統上進行二次開發,在其中添加所需要的功能。一些專業的商品化GIS軟件都提供了比較完善的圖形系統的功能,利用這些專業的工具軟件進行開發,雖然開發難度不高,簡單易學,但也普遍存在著以下弊端:

                         。1)不易擴展。專業的 GIS 工具軟件雖然也提供了一些接口,但對象模型比較復雜,對開發者來說,難于修改,因而不能夠很好的擴展。

                         。2)軟硬件要求高。專業的 GIS 軟件開發工具通常比較龐大,為了能夠支撐運行它們,對系統軟硬件會有比較高的要求。

                         。3)軟件不易升級。利用 GIS 專業軟件工具所進行的圖形系統的開發,實質上只是在這些專業軟件基礎上做一些簡單的應用開發,開發出的系統必須依賴于基礎的 GIS 專業軟件平臺。開發完成的產品同樣需要這些專業軟件工具的支撐,因此,軟件的升級就要受到制約。

                         。4)代價高。商品化的GIS軟件要面向最廣的用戶,所以軟件和系統還是作為一個整體而存在,開發者必須要購買整個的GIS軟件,代價較高,而且購買的平臺中真正需要的功能可能只是很少的一部分[7],造成了軟件資源的浪費。

                          此外,在實際的應用中,我們對系統的需求往往主要集中在某些特定功能上,如本論文結合信息平臺的需求,所需要的功能主要是圖形的繪制、顯示、查詢、縮放等。然而,商品化的 GIS 軟件致力于提供解決方案,它提供了全面的 GIS 功能,因此,面向實際應用的針對性必然要差一些。

                          綜合以上分析,對于有特定需求的用戶來說,有針對性的從底層自主開發符合自己需要的矢量圖形系統是十分必要的。近年來,GIS技術在全球得到了迅猛的發展,它已經成為IT的重要組成部分[5]。隨著信息技術的快速發展和計算機軟硬件水平的提高,GIS的應用范圍擴大到社會信息服務領域。目前,GIS技術在我國也得到了廣泛應用,其已被應用到環境保護、城市規劃與土地管理、電力、測繪、交通等與空間信息有密切關系的各個方面,并取得了豐碩的成果和巨大的經濟效益。

                          隨著 GIS 應用的日趨廣泛,矢量圖形系統作為 GIS 系統最重要的組成部分,應用領域也不斷擴大,已進入了普通管理信息系統(MIS),GIS 矢量圖形系統與普通管理信息系統相結合,克服了 MIS 系統的局限性,大大提高了系統的直觀性和可操作性,同時提高了 MIS 系統所不能解決的如空間信息統計、屬性信息計算等功能。

                          正因為GIS技術的迅猛發展,用于開發GIS的專業工具軟件也得到了飛速發展,涌現出了大量的GIS專業軟件。國外的GIS軟件產品已經非常成熟了,以ESRI和MapInfo兩家公司為代表[1,9],他們的產品提供了GIS的全套解決方案,軟件功能強大且完善。其中,ESRI的ArcGIS在國內外都得到了非常廣泛的應用,它推出的系列產品包括桌面GIS產品 ArcView,地圖瀏覽器ArcReader,空間數據庫引擎ArcSDE,以及二次開發控件MapObjects和一些空間分析模塊等等。在我國,隨著信息化建設的加快,GIS的研究機構和人員越來越多,國產GIS軟件的開發工作也取得了重要進展,出現了一些較為成熟的軟件產品,最有代表性的是北京超圖地理信息技術有限公司開發的超圖SuperMap和中國地質大學開發的MapGIS。這些國產 GIS軟件以較高的性價比,打破了國外GIS軟件對我國市場的壟斷,尤其是超圖在功能上幾乎可以與國外的大牌產品相抗衡。

                          專業的GIS軟件大都提供了較為完善的矢量圖形的開發功能。借助這些專業的開發工具軟件,出現了大量GIS系統的研究和開發成果。文獻[10]以ESRI公司的MapObjects2.0 作為地圖控件,對在VC++環境下如何嵌入地理信息系統控件(ActiveX),如何利用MapObjects具體實現組件式GIS系統的基本功能等問題進行了探索,并在此基礎上開發完成了一個針對西北干旱區的組件式GIS系統。文獻[11]

                          采用MapInfo構建地圖空間數據,在VC++環境下通過利用Mapx地圖控件設計實現了校園GIS系統,解決了對校園資源的空間及屬性特征的綜合管理。這些系統的開發采用的都是組件式開發方法。組件式開發又稱為集成二次開發,是指開發人員使用各種可視化編程語言,如Visual C++、Visual C#、Delphi、Visua1 Basic等結合專業GIS軟件所提供的GIS控件,如 ERSI公司的MapObjects控件和MapInfo 公司的MapX控件等進行的二次開發。這種開發方法因為是以GIS專業軟件作為基礎開發平臺,所以開發人員可以直接在較高的起點上組織系統的開發[6],開發完成的系統功能強大,而且可靠性較好。但是,因為這種開發方式必須完全依賴于GIS專業軟件基礎平臺,不可避免的受到了約束。

                          由于二次開發模式的諸多限制,開發者逐漸拋開對專業 GIS 軟件的依賴,開始探索一種符合自身需要的獨立開發方式。在大量研究開發成果中,利用可視化編程語言從底層開發 GIS 矢量圖形系統,其可行性得到了驗證。

                          文獻[12]提出了一種小型GIS矢量圖形系統的設計方案,利用GIS 、面向對象及數據庫等技術,以VC++6.0 開發平臺,底層開發實現了一個具有圖形編輯功能,且有與第三方GIS軟件數據接口功能的GIS矢量圖形系統,并已在生產中得到了應用。文獻[4]同樣利用VC++6.0,基于面向對象技術的軟件工程思想開發實現了一個用于煤礦安全分析可視化研究的矢量圖形系統。文獻[7]提出了一種基于MFC的動態交互的矢量圖形系統的快速開發方法,設計實現的矢量圖形系統已成功應用于測繪數據處理等專門問題的解決中。而文獻[13]在總結了底層開發應用圖形系統的實踐經驗基礎上,提出了利用VC從底層開發適合農田管理的基本GIS矢量圖形系統的設計方法,并在此基礎上實現了矢量圖形系統與數據庫管理系統的雙向連接,所開發完成的系統滿足了農田管理的基本需求。

                        GIS矢量圖形系統開發設計:

                        Shapefie 文件的導入
                        Shapefie 文件的導入

                        圖形繪制界面
                        圖形繪制界面

                        FontCreator Program 中編輯的字體符號庫
                        FontCreator Program 中編輯的字體符號庫

                        程序調出的部分點符號
                        程序調出的部分點符號

                        線符號設置對話框
                        線符號設置對話框

                        符號化后的鐵路線
                        符號化后的鐵路線

                        添加文本標注后的圖形
                        添加文本標注后的圖形

                        目 錄

                          第一章 緒論
                            1.1 研究背景
                            1.2 研究現狀
                            1.3 本文主要研究內容及結構安排
                          第二章 系統的分析與設計
                            2.1 系統開發思路
                            2.2 系統空間數據組織
                              2.2.1 矢量數據模型
                              2.2.2 矢量數據結構
                            2.3 系統數據文件分析
                              2.3.1 Shapefile文件簡介
                              2.3.2 Shapefile文件結構
                            2.4 系統體系結構設計
                            2.5 系統功能結構設計
                              2.5.1 功能分析
                              2.5.2 系統功能模塊
                            2.6 界面設計
                          第三章 矢量圖形系統坐標系的設計
                            3.1 WINDOWS環境下的坐標系及其相互關系
                            3.2 窗口和視口
                            3.3 矢量圖形系統坐標系的建立
                            3.4 系統中坐標系間的相互轉換
                              3.4.1 邏輯坐標與設備坐標的轉換
                              3.4.2 實際坐標與Windows坐標系的相互轉換
                          第四章 系統的實現
                            4.1 系統軟件框架結構
                            4.2 圖形數據的輸入
                            4.3 圖形繪制的實現
                              4.3.1 基本圖形對象類的組織
                              4.3.2 圖形元素類的存儲
                              4.3.3 圖形元素繪制的實現方法
                            4.4 符號化的實現
                              4.4.1 點狀符號的設計
                                4.4.1.1 字符點符號的設計與制作
                                4.4.1.2 點狀符號的繪制
                              4.4.2 線狀符號的設計
                                4.4.2.1 線狀符號的制作
                                4.4.2.2 線狀符號的繪制
                              4.4.3 文本標注的設計
                              4.4.4 填充模式設置
                            4.5 圖形操作模塊的實現
                              4.5.1 無級縮放和漫游的實現
                                4.5.1.1 圖形無級縮放的實現
                                4.5.1.2 漫游的實現
                              4.5.2 全圖顯示的實現
                              4.5.3 距離量算功能的實現
                              4.5.4 圖形操作中的消息處理設計
                            4.6 查詢模塊的實現
                              4.6.1 查詢功能概述
                              4.6.2 查詢模塊基本功能的實現
                              4.6.3 查詢功能的實現過程
                              4.6.4 查詢模塊主要類層次結構
                              4.6.5 屬性對話框的顯示結構設計
                              4.6.6 圖形選取操作
                            4.7 圖層管理模塊的實現
                              4.7.1 圖層的數據組織
                              4.7.2 圖層基本功能的實現
                            4.8 存在的問題與解決的辦法
                            4.9 系統應用實例
                          第五章 結論與展望
                            5.1 論文研究總結
                            5.2 展望
                          致謝
                          參考文獻
                          攻讀碩士期間取得的研究成果

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