基于多媒體的GIS系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)造與生成方法的研究

1、基于多媒體的GIS系統(tǒng)輔助開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)造與生成方法的研究 關(guān)鍵詞：GIS，語(yǔ)法分析及解釋執(zhí)行，多媒體技術(shù)，DBMS，DXF格式文件,CASE技術(shù)1概述 而信息的處理在計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中今天發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，人們已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)依舊采用數(shù)字/文字的事物表述方式，隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的突破性進(jìn)展，及相應(yīng)半導(dǎo)體及芯片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大容量信息的存取瓶頸從硬件上得到進(jìn)一步緩解，基于多媒體的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)日益受到關(guān)注。 GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)作為一種新興技術(shù)在管理信息系統(tǒng)中扮演著越來(lái)越重要的角色?；贕IS技術(shù)可以充分利用其較容易在二維空間里描述實(shí)體間的關(guān)系，使其在計(jì)算機(jī)輔助分析、提

2、供戰(zhàn)略決策方面有著傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。程序輔助開(kāi)發(fā)工具/程序自動(dòng)生成工具（CASE）的研究也是近年來(lái)較為熱門的課題，國(guó)內(nèi)很多人在此方面做了很多的工作，市場(chǎng)上也?？吹酱祟惖漠a(chǎn)品，一般多采用懸掛在宿主開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（一般多為桌面級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）以外的附屬系統(tǒng)，也有內(nèi)置解釋或編譯程序的獨(dú)立開(kāi)發(fā)工具。2GIS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)及說(shuō)明2 11 最終用戶2 GIS APPLICATION（GIS應(yīng)用）3 二級(jí)增值開(kāi)發(fā)商4 GIS描述宏腳本（GIS SCRIPT）5 GIs DEVELOP PLATFORM（GIs開(kāi)發(fā)平臺(tái)） （包括地圖輸入，地圖/圖形一般處理 ，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理，自定義宏語(yǔ)法分析

3、，解釋執(zhí)行，組件程序的管理調(diào)度等，地圖的自定義格式及數(shù)據(jù)描述）6 API（ODBC，WINSOCKET，DBLIB） -7 DBMS（OPENBASE/SYBASE/ORACLE）、OS（WINDOWS/WINDOWS95/WINDOWS NT/SOLORIES）、PROTOCOL（TCP/IP，IPX/SPX）很明顯，本結(jié)構(gòu)中第五層擔(dān)負(fù)著承上啟下的工作，大量的工作都落在第五層，對(duì)于第三層來(lái)說(shuō)，他所見(jiàn)僅是本系統(tǒng)底層平臺(tái)之上的第一層虛擬系統(tǒng)，而在第五層中定義了腳本描述語(yǔ)言（SCRIPT）及圖形/地圖數(shù)據(jù)的通用處理方法的支持下，由第三層來(lái)描述第二層具體應(yīng)用系統(tǒng)，所以，對(duì)于第一層（最終系統(tǒng)使用者）來(lái)

4、說(shuō)，他所見(jiàn)已是本系統(tǒng)底層平臺(tái)之上的第二層虛擬系統(tǒng)；而如果按照傳統(tǒng)專有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，我們一般可省略3，4和5的一部分。事實(shí)上，步驟5的宏語(yǔ)言語(yǔ)法定義、分析、執(zhí)行，組件程序的管理調(diào)度、地圖的自定義格式及數(shù)據(jù)描述比一般專有系統(tǒng)大大增加了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)難度。 22地圖及實(shí)體關(guān)系數(shù)據(jù)錄入IS地理底圖的錄入一般有兩種方法：掃描儀光柵圖錄入和數(shù)字化儀矢量圖錄入，前者的錄入方便，掃描速度快，但占用空間大，處理速度慢，在地圖無(wú)極放縮時(shí)明顯失真，更為嚴(yán)重的是光柵圖本身無(wú)意義，對(duì)于空間實(shí)體關(guān)系的描述能力較差。后者錄入較為繁瑣，但圖紙描述效率高，在地圖無(wú)極放縮時(shí)不失真，并且可以按一定方法定義地圖的含義，可以較為清晰的描述空

5、間實(shí)體之間的關(guān)系。目前，較為流行和通用的方法為采用光柵圖矢量化成矢量圖紙的辦法：具體為把掃描而來(lái)的光柵圖經(jīng)矢量化程序處理后輸出為某種較為通用的矢量圖文件格式，再使用此類文件格式的編輯程序進(jìn)行補(bǔ)充編輯，在通過(guò)格式轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)化為自定義的文件格式，在對(duì)于此文件進(jìn)行再編輯，以期在自定義的文件中對(duì)空間實(shí)體之間的關(guān)系及相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行較為詳盡的描述。因此我們認(rèn)為地理底圖的數(shù)據(jù)輸入宜采用最后一種方法。相應(yīng)軟件的結(jié)構(gòu)如下： 轉(zhuǎn)換1 轉(zhuǎn)換2 編輯1 轉(zhuǎn)換3 編輯2地圖=掃描儀-光柵圖文件-通用矢量圖文件-自定義矢量圖文件1 2 3 4 5 其中，從圖中，我們可看出轉(zhuǎn)換2，3可以直接簡(jiǎn)化為轉(zhuǎn)換3，但這樣事實(shí)上對(duì)于光柵

6、圖的處理就無(wú)法利用一些商品化工具，事實(shí)上，對(duì)于轉(zhuǎn)換1，編輯2都增加了許多方面的處理。2 3矢量圖的處理方法 詳見(jiàn)3關(guān)于地圖矢量文件的描述方法243關(guān)于地圖矢量文件的描述方法 地理信息系統(tǒng)關(guān)于地理圖的描述是其中極為重要的部分，它的設(shè)計(jì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度和質(zhì)量。 在實(shí)際應(yīng)用中，地理圖往往相當(dāng)多，以一個(gè)50100萬(wàn)人口的中等城市來(lái)講，1:500的地圖至少應(yīng)有200張以上，這樣大數(shù)量的地圖往往要占用相當(dāng)多的磁盤空間，而且嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，更不用說(shuō)大量的數(shù)據(jù)存取過(guò)程（包括數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)）。所以過(guò)去IS系統(tǒng)僅僅能夠在高檔圖形工作站上運(yùn)行，而且處理能力也相對(duì)較弱。即使在現(xiàn)在,多媒體技術(shù)高速發(fā)

7、展的今天,在此類設(shè)計(jì)中,依舊要注意盡力使”既讓馬兒跑,又讓馬兒不吃草”。 一般來(lái)說(shuō)，地理信息系統(tǒng)對(duì)于通用圖形文件格式多采取兼容處理的辦法，如MAPINFO的處理，然后再進(jìn)行進(jìn)一步定義和補(bǔ)充。 當(dāng)?shù)貓D由光柵圖轉(zhuǎn)化為通用格式矢量圖時(shí)，一般存儲(chǔ)空間會(huì)大幅度下降，（當(dāng)然不排除矢量程序矢量化處理效果不好，或光柵圖掃描效果不佳時(shí)使矢量圖紙生成效果不理想的情況），一般僅為原地圖的20%-50% 甚至更??；而由通用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為自定義數(shù)據(jù)格式時(shí)存儲(chǔ)空間的升降，往往取決于整個(gè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及本自定義格式所采取的具體方式。一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)椴捎昧藬?shù)據(jù)壓縮技術(shù)，大小基本都有所下降。一般平均下降20%-40%不等。僅僅對(duì)

8、地圖占用空間的壓縮還是不夠的，必須對(duì)地圖顯示進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)度優(yōu)化，我們知道，在一定的地圖比例尺下，當(dāng)前用戶所處理的地圖僅僅占所有地圖的一小部分，假設(shè)一個(gè)城市地圖有1000張，每行50張，每列20張，設(shè)在1：5000的比例下每次在用戶區(qū)僅能處理10張，那么，我們就可以使用一個(gè)（50*20）的稀疏矩陣M5020，對(duì)于當(dāng)前用戶區(qū)內(nèi)的一個(gè)元素MIJ來(lái)說(shuō)，（其中0=I=49,0=J=19）可以確定與其相鄰的元素MI,J必然在I-5=I=I+5和J-2=J=0、I-2 =0、J+5=50、I-2=20）,這樣以來(lái)，我們就可以確定當(dāng)前客戶區(qū)內(nèi)的為M中的哪些元素，設(shè)每個(gè)元素為一個(gè)鏈表的HEAD，同時(shí)在其中可以

9、填加相應(yīng)信息，這樣就可以簡(jiǎn)單的利用M進(jìn)行空間的調(diào)度了，可以推論，如果我們對(duì)每張地圖進(jìn)一步細(xì)分直至基本圖元，這樣就可以對(duì)整張地圖進(jìn)行調(diào)度管理了。1 2 3 4 5 67 8 9 10 111213 14 15 16 17 1819 20 21 22 23 24如上圖示，假設(shè)共有24張地圖合并成整個(gè)地圖的話，而當(dāng)前僅對(duì)9、10、15、16操作的話，我們就可以認(rèn)為在此稀疏矩陣M1中，僅有M12，1、 M13，1、M12，2、M13，2為真值。也就是說(shuō)可以僅僅將這四個(gè)元素調(diào)出來(lái)。 如果對(duì)整張地圖進(jìn)行管理的話，那么一個(gè)不容回避的問(wèn)題是如何對(duì)自定義地圖格式進(jìn)行合理的定義，一張地圖經(jīng)過(guò)矢量化處理后，一般可以

10、分為以下幾種基本圖元：點(diǎn)、圓、弧、折線、直線、多邊型、文字 ；我們可以分別把它們定義為每個(gè)鏈表的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（NODE）可以基本按下列方法進(jìn)行描述（按類似于C+類的描述方法進(jìn)行描述） CLASS NODE 關(guān)于節(jié)點(diǎn)基本描述； 關(guān)于節(jié)點(diǎn)基本方法； CLASS META：NODE 層次描述； 顏色描述； 填充描述； 位置描述； 適用比例描述； 文字描述1 文字描述2 文字描述3 腳本描述 填充方法； 繪圖方法； 查詢定位方法； 剪裁方法； 適用比例范圍超出方法； 。CLASS LINE：META 對(duì)父類的方法進(jìn)行重載； 相應(yīng)圖元的具體描述和相應(yīng)方法；同理 可以類似推導(dǎo)出其它圖元的定義。適用比例范圍概念

11、的引入，以便可以處理不同比例的地圖，例如有10張1：10000的地圖，100張1：500的地圖，200張光柵示意圖1：100；我們可以在處理時(shí)在適用進(jìn)行比例范圍超出方法中定義如果超過(guò)相應(yīng)的比例尺時(shí)所應(yīng)該進(jìn)行的操作，具體的說(shuō)，可以在比例尺超過(guò)10000時(shí)，調(diào)入相應(yīng)的1：10000地圖來(lái)進(jìn)行顯示，并以稀疏矩陣M210來(lái)說(shuō)明10張1：10000的地圖，而當(dāng)比例尺小于1：100時(shí)，調(diào)入相應(yīng)的1：100光柵地圖來(lái)進(jìn)行顯示，并使用稀疏矩陣M3200來(lái)說(shuō)明200張光柵示意地圖。 4 關(guān)于系統(tǒng)描述宏的定義 對(duì)于一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)講，必須在構(gòu)造可增量原型的基礎(chǔ)上，對(duì)用戶的選擇及操作行為給予相應(yīng)的解釋，換句話說(shuō)，也就

12、是在可增量原型的外層構(gòu)造一層解釋器或編譯器，加載用戶的操作腳本進(jìn)行執(zhí)行；有關(guān)編譯器或解釋器的構(gòu)造原理相應(yīng)的資料已有充分的介紹；對(duì)于用戶自定義宏的定義，在一開(kāi)始就應(yīng)該對(duì)相應(yīng)語(yǔ)法是否規(guī)范、是否滿足要求、底層平臺(tái)和數(shù)據(jù)操作的定義能否滿足其要求，解釋或編譯程序和語(yǔ)法分析程序能否較容易編制等都進(jìn)行充分的考慮。 根據(jù)以上的分析，我們可以得到知道：要合理的定義相應(yīng)的宏，必須合理分析相應(yīng)目標(biāo)的定義，對(duì)每個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)的分析須對(duì)各種事件進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，而把命令集內(nèi)部的多余單元去掉。對(duì)于通用操作部分： 對(duì)于單個(gè)操作或較為簡(jiǎn)單的命令，可以使用交互式界面，內(nèi)部設(shè)置對(duì)應(yīng)此操作的詞法分析器及解釋器，由解釋器直接加載運(yùn)行。如具

13、體進(jìn)行A操作，直接調(diào)用平臺(tái)內(nèi)設(shè)的A操作的引擎函數(shù)；而對(duì)于較為復(fù)雜的命令（指含有控制結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句），如果可以分解為多個(gè)簡(jiǎn)單操作的話，由對(duì)應(yīng)此操作的語(yǔ)法分析器及解釋器直接加載運(yùn)行。此處的語(yǔ)法分析器一般在其內(nèi)部調(diào)用詞法分析器或是詞法分析器的繼承類。如具體進(jìn)行B操作，而B操作本身可分為B1和B2兩步簡(jiǎn)單操作，它們無(wú)非有三種情況， 1 B1先運(yùn)行 2 B2先運(yùn)行 3 B1和B2同時(shí)運(yùn)行（這里假設(shè)1、2、3都不包含任意條件）那么我們可以簡(jiǎn)單將對(duì)B的相應(yīng)運(yùn)行方式進(jìn)行描述。同理，對(duì)于更復(fù)雜的C（假設(shè)由C1，C2，C3組成）我們可以近似地將C描述成（C1，C2），C3，然后在進(jìn)行下一步的描述。對(duì)于用戶自定義命令，

14、先應(yīng)提供交互式界面來(lái)進(jìn)行描述和定義，然后使用組件管理程序進(jìn)行管理，如果是用戶自定義程序，先應(yīng)加入組件管理庫(kù)中，否則，從已有的組件集合中加以選擇來(lái)進(jìn)行組合。對(duì)于平臺(tái)下管理的基本操作，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)把基本操作盡可能化為程序組件，平臺(tái)提供給用戶最基本的操作手段，用戶還可以對(duì)操作進(jìn)行再定義。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)描述部分 因?yàn)槌绦虻倪\(yùn)行很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)，所以如何定義平臺(tái)相應(yīng)模型來(lái)與用戶的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL是目前較為通用的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言，它提供了相當(dāng)強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作功能，不足之處是它不是一種結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言。在這里，我們可以采用以下方法來(lái)解決：1我們可以把其他與具體數(shù)據(jù)庫(kù)緊

15、密關(guān)聯(lián)的部分作成組件與平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)，并定義相應(yīng)操作命令。2我們還可以把SQL語(yǔ)言分為兩類，第一種為須返回結(jié)果集合；第二種僅進(jìn)行一般數(shù)據(jù)操作，而不需返回結(jié)果集合。然后，利用已定義的結(jié)構(gòu)控制命令，對(duì)相應(yīng)的SQL語(yǔ)句進(jìn)行描述，發(fā)送相應(yīng)SQL語(yǔ)句到平臺(tái)的語(yǔ)言解釋程序，并利用通用或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)庫(kù)接口對(duì)相應(yīng)操作進(jìn)行調(diào)用或傳送。有結(jié)果集合返回的，利用相應(yīng)接口獲取返回?cái)?shù)據(jù)。具體如下： DDE是16位WINDOWS 所最早支持的不同程序進(jìn)行通訊的方式之一，DDE的基本概念此處不做介紹；利用DDE技術(shù)和組件管理程序，將具體程序作為DDE的SERVER，平臺(tái)本身定義有限個(gè)較為通用的方法及協(xié)議由平臺(tái)來(lái)與其進(jìn)行交互。例如查

16、詢某表，可以在平臺(tái)本身定義“查詢”操作，而使用數(shù)據(jù)庫(kù)前端開(kāi)發(fā)工具作為DDE的SERVER，并具體對(duì)某表進(jìn)行查詢，某表為平臺(tái)對(duì)SERVER發(fā)送的參數(shù)。 我們還可以使用如前所訴的語(yǔ)言解釋程序?qū)ο鄳?yīng)的SQL語(yǔ)句發(fā)送到ODBC接口，對(duì)于有結(jié)果集合返回的操作，在平臺(tái)內(nèi)部定義相應(yīng)的FETCH程序進(jìn)行結(jié)果的檢取和顯示。5應(yīng)用背景基于多媒體的GIS系統(tǒng)在電信、電力部門有極其廣闊的應(yīng)用空間，從我們部為沈陽(yáng)電業(yè)局開(kāi)發(fā)的第一個(gè)基于SUN SPARC WORKSTATION的版本到現(xiàn)在覆蓋PC和工作站兩種平臺(tái)，基于SOLORIES、WINDOWS 3。1 /WINDOWS 95/WINDOWS NT、ORACLE/S

17、YBASE/OPENBASE/ODBC多種版本、在山東臨沂、淄博、濟(jì)寧、威海；遼寧沈陽(yáng)、營(yíng)口、丹東、本溪、湖南長(zhǎng)沙、邵陽(yáng)及浙江蕭山、溫州、河北秦皇島、石家莊、河南新鄉(xiāng)、福建南平等地的幾十家電力、電信單位得到廣泛應(yīng)用，得到用戶的好評(píng)和認(rèn)可。5 1臨沂供電局GIS應(yīng)用情況 臨沂電業(yè)局的電力配電輔助系統(tǒng)由工作站和微機(jī)兩種版本組成，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SYBASE 10，微機(jī)端使用ODBC對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，微機(jī)版運(yùn)行于WINDOWS 3.1之下，使用VC+1.5/POWERBUILDER 4開(kāi)發(fā)，工作站版運(yùn)行于SUN SPARC 20 下，使用ANSI C+/XVIEW/嵌入SQL開(kāi)發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)使用了用戶交互界面和用戶配置文件來(lái)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)者進(jìn)行交互，用戶界面友好，對(duì)于較為復(fù)雜的輔助決策模塊，采用了用戶自定義組件外掛的