1、 华北水利水电学院毕业设计- I -分类号 编 号 毕 业 论 文题目 基于 ArcGIS Engine 的 数字校园系统的设计与实现 摘 要随着我国信息化建设步伐的加快，“数字地球”、 “数字城市”建设正如火如荼的进行。数字校园作为“数字城市” 的一个缩影, 具有“数字城市”的基本特点和功能,其建设工作对于我国高等教育的现代化建设具有重要意义 1。数字校园通过图形、图像数字信息来表现校园的各种空间及属性要素, 为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素, 为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。高等院校作为高新技术的集中地,有
2、必要在“ 数字校园” 建设方面做进一步的开发与研究。本论文在以上认识的基础上，结合数字校园关键技术，提出了以地理信息系统为基础来建立华北水利水电学院数字校园系统。系统是以组件式软件即 ArcGIS Engine 和面向对象的可视化编程工具 Visua1Basic 6.0 构架的技术体系为基础进行开发的。系统不仅具有普通电子地图所具有的功能，同时具有统计分析、专题图制作、查询操作、三维华北水利水电学院毕业设计- II -模型展示等功能。文章结合系统的开发过程，首先介绍了系统开发的背景环境；接着研究了系统开发过程中所涉及到的一些关键性技术；然后对三维建筑物模型的建立，从数据的采集到三维场景的制作整
3、个流程做了详细介绍；再通过以华北水利水电学院数字校园系统为例，从系统开发平台、系统数据库的设计及系统结构进行研究；最后，对开发出的系统进行简单介绍，并对其实现的功能模块作了详细说明。 【关键字】：组件式 GIS；数字校园；ArcGIS Engine;华北水利水电学院毕业设计- III -目 录1 绪论.11.1 引言 .11.2 论文研究背景 .11.3 数字校园的研究意义 .21.4 数字校园开发的关键技术 .31.4.1 地理信息系统.31.4.2 组件式 GIS.31.4.3 数据库(Access).41.5 系统开发要解决的问题 .41.6 系统开发主要路线 .41.7 论文主要研究内
4、容 .52 数字校园三维场景实现的基本流程.62.1 数据的采集 .62.2 数据的预处理 .72.3 校园建筑物三维模型的建立 .72.3.1 Autocad 底图的生成 .72.3.2 3dmax 三维模型的创建 .82.3.3 photoshop 纹理处理 .92.3.4 3D 符号库的建立 .102.4 校园三维场景的生成 .122.5 本章小结 .133 基于 ArcGISEngine 数字校园系统的建立 .143.1 系统开发平台设计 .143.1.1 地理信息系统平台.153.1.2 系统开发语言.153.1.3 数据库平台.163.1.4 系统运行平台.163.2 系统数据层设
5、计 .163.2.1 空间数据.163.2.2 属性数据.173.3 系统组织结构 .193.4 本章小结 .204 华北水利水电学院数字校园系统研究.21华北水利水电学院毕业设计- IV -4.1 系统概述 .214.2 用户界面 .214.3 主要功能模块介绍 .224.3.1 地图操作功能模块.224.3.2 地图排版模块.234.3.3 信息查询模块.244.3.4 最短路径查询模块.254.3.5 专题地图制作模块.264.3.6 统计图制作模块.274.3.7 三维模型展示模块.284.3.8 数据更新模块.284.4 本章小结 .295 结论与展望.305.1 论文的研究成果 .
6、305.2 论文的不足及进一步工作展望 .31致 谢.32参考文献.33附 录(一) 主要程序代码.34附 录(一) 英文翻译（原文）.42附 录(二) 英文翻译（中文）.51华北水利水电学院毕业设计- V -华北水利水电学院毕业设计第 1 页 共 48 页1 绪论1.1 引言近年来一些高校纷纷合并，招生人数增加、老房屋需要改造、校园需要重新规划，所以正在或者即将改造、扩建老校区或兴建新校区。无论是合并的还是新建的校区，大都不在一处，各成体系，给高校的规划与管理工作带来许多不便与困难，传统的手工规划与管理模式已远远不能满足高校发展的需要 2，所以校园的合理规划与有效的管理越来越引起社会及高校领
7、导的重视，数字校园系统就应运而生。数字校园是利用计算机技术、网络技术、通讯技术对学校与教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行全面的数字化:并用科学规范的管理对这些信息资源进行整合和集成，以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制;把学校建设成面向校园内，也面向社会的一个超越时间、超越空间的虚拟校园。通过提升教学设施、教学方法、教学手段、教学管理，从而达到全面提高教学质量、管理水平与效率的目的。数字校园系统的开发，不仅在辅助领导决策、提高管理效率等方面显示出传统管理模式所不能比拟的优点，同时也为在校生和校园的来访者提供了及时、准确的信息。为学校日后建立科学、智能、网络一体化的
8、综合校园管理体系奠定了基础。1.2 论文研究背景华北水利水电学院坐落在中华民族的母亲河黄河之滨的郑州市，是水利部与河南省共建、以河南省管理为主的高校，是河南省重点支持建设的骨干高校之一。2005年在教育部普通高等学校本科教学工作水平评估中获得优秀。目前学校已发展成为一所以水利电力为特色，工科为主干，理、工、农、社、管、文等多学科协调发展的大学。 近几年来,学校发展比较迅速, 在校生人数不断增长;同时随着龙子湖校区的投入使用 ,在校园规划、设施管理、教学管理和人员信息管理各方面 ,依靠传统的人工管理和决策方式 ,其难度也越来越大 ,且容易造成差错。花园校区和龙子湖校区,分布在郑州市的不同方位，导
9、致各校区之间联系的矛盾尤为突出。由于新校区建设进度和实验设施不完善,还无法满足学生正常的学习要求,学校采取了回老校区花园校区学习的方法.为了使同学们更快的适用花园校区环境,更好的进入学习状态, 也为加快校园信息化步伐，提高工作效率，强化学校管理，因而建立一个结合地理空间位置和信息管理于一体的数华北水利水电学院毕业设计第 2 页 共 48 页字校园系统对提高华北水利水电学的信息化水平起到非常积极的促进作用。1.3 数字校园的研究意义高校作为研究、开发利用和推广高新技术的前沿，理应成为信息化研究、开发和利用的重要承担者，首要任务就是建立数字校园地理信息系统。现代化的大学需要现代化的管理，建立校园
10、GIS 的目的就是要改变传统校园管理无序、费工费时、数据更新慢的半自动化管理状态;解决传统的管理信息系统无法处理空间数据的问题;为校园管理、规划、决策等快速、准确地提供各种所需的图片、图像、文字并茂的现势性信息，使校园信息的分析更为全面。通过数字化校园管理信息系统的建立，可以有效地提高学校管理的现代化水平，提高基层管理工作效率和准确性，实现办公自动化的科学管理，有利于多种数据的统一和共享，可以为学校领导和各级基层管理部门及时、准确、详细、可靠地掌握有关校园内各种教学、行政和管理的地理空间资源信息和数据提供有力的技术保障 3。建立校园地理信息系统的意义归纳起来主要有以下几个方面 4:(1)可以较
11、全面地反映校园地理信息的现状;包括各类建筑物、道路的空间位置、分布及其关联。由于数字校园的空间信息和属性信息都实现了数据库管理，可以为用户提供所需的各种信息，同时可按各种条件生成和输出各种图表和报表。(2)可以对校园各种建筑物进行有效管理;可快速、准确地进行各类建筑物的查询和定位，为校园的管理、规划和设计提供准确而详细的数据，而且既可以根据图形数据查属性，又可以根据属性数据显示相应的图形，实现了图数查询。(3)可对学生信息进行有序化管理;将学生档案信息与地理信息相结合，可快速、准确地进行学生信息的查询和定位。(4)可以使校园资源的得到高效利用;将校园的地理位置信息与学生的选课信息相结合，可以进
12、行各种统计分析和空间分析，实现了教室资源的优化配置。(5)有利于提高管理水平和工作效率;有利于建筑物的维护、动态修测和更新，从而提高管理水平和工作效率。(6)实现资源的共享.华北水利水电学院毕业设计第 3 页 共 48 页1.4 数字校园开发的关键技术1.4.1 地理信息系统地理信息系统(Geography Information system，GIS)是一种为了获取、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(1998 年，美国国家地理信息与分析中心定义)。这里空间数据是指使用采用不同方式的遥感与非遥感手段所获得的数据，它有多种数据类型，包括地图、遥感、统计数据等，它
13、们的共同特点是都有确定的空间位置。地理信息系统不仅能将空间信息和非空间信息集成在统一的信息平台上进行管理和分析。而且, 以地理空间数据为基础, 以地理信息系统中的空间分析方法为基础还可以开发各种应用模块, 为校园发展规划、资源优化配置、突发事件的处理等提供决策分析方面的支持。目前, 许多高校都已经将GIS应用到校园里 , 不仅方便了对校园各种信息的管理, 同时为校园的发展预测、规划决策等方面都提供了可靠的依据 5。1.4.2 组件式 GIS组件式 GIS 是面向对象技术和组件技术在 GIS 软件技术开发中的应用。组件式 GIS控件与其他软件通过标准接口进行通信，实现跨程序、跨计算机、跨网络的分
14、布式操作。同传统的 GIS 相比较，它具有多方面的特点，包括:无缝集成、跨语言使用、易于推广、开发简捷、使用方便、成本低、可视化界面设计以及 Internet 应用等。组件式GIS的基本思想是把GIS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GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS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GIS应用 6。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的 “积木” 搭建起来，就构成应用系统。GIS组件的代表作应首推ArcGIS Engine,它是由全球最大的GIS厂
15、商ESRI(美国环境研究所) 最新 GIS软件ArcGIS9.0下新增的基于ArcObject的一个面向开发的新产品。该产品基于ArcObject构建,并提供跨平台的组件技术框架用于构建ArcGIS。通过ArcGIS Engine,用户可以自由地搭建及配置ArcGIS解决方案,而不需要在同一机器上安装ArcGIS的桌面应用环境。 华北水利水电学院毕业设计第 4 页 共 48 页1.4.3 数据库(Access)Access 是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库管理系统（RDBMS） ，是Office系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7种用来建立数据库系统
16、的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务。 Access是一个面向对象的开发工具，利用面向对象的方式将数据库系统中的各种功能对象化，将数据库管理的各种功能封装在各类对象中。它将一个应用系统当作是由一系列对象组成的，对每个对象它都定义一组方法和属性，以定义该对象的行为和外国，用户还可以按需要给对象扩展方法和属性。通过对象的方法、属性完成数据库的操作和管理，极大地简化了用户的开发工作。同时，这种基于面向对象的开发方式，使得开发应用程序更为简便。 1
17、.5 系统开发要解决的问题本系统设计主要解决的问题有以下几个方面:（1）初步建立校园图形库，实现图形数据的统一综合管理；（2）实现图像、文本与地图的动态连接以及图形数据和属性数据互查功能；（3）实现空间分析，最短路径的查询；（4）实现统计报表和统计专题图的显示和输出功能;（5）对系统数据进行动态更新。1.6 系统开发主要路线GIS 是融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的信息系统。它把地理位置和相关属性数据有机地结合起来，实现空间数据的相互查询和可视化输出，从而满足城市建设、规划、施工管理等对空间信息需求的要求。本系统就是本着 GIS 这一特点，以华北水利水电学院花园校区为研究对象，
18、通过用外业采集获取的校园规划平面图以及建筑物纹理和属性数据，利用 ArcGIS 软件按照专题进行分层组织以及对建筑物模型构建。在 VisualBasic6.0 开发环境下通过 ADO(ActiveX Data objects)与 Access 表相连，用 SOL语句访问表中的数据，实现对校园属性数据的管理。利用 ArcGIS Engine 组件提供的各种属性、方法和工具，方便灵活地实现 GIS 大部分功能，从而实现对校园信息的管理。华北水利水电学院毕业设计第 5 页 共 48 页1.7 论文主要研究内容本文针对华北水利水电学院的实际情况 ,在 GIS 技术的支持下 ,提出了数字校园建设的具体思
19、路。本论文研究的主要内容有四个方面:(l）叙述研究背景及数字校园研究的意义及其用到的相关技术;（3）对系统中三维建筑物模型构建的整个流程进行深入分析和研究；（4）对数字校园系统的开发平台和数据库设计方面进行探讨；（5）简单介绍初步建成的华北水利水电学院数字校园系统。本论文的目的就是利用组件GIS的优势建立一个可视化“数字校园信息系统” ，真正实现空间数据和属性数据的无缝连接。并实现“基于ArcGIS Engine技术的华北水利水电学院数字校园” ， 为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素, 为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。
