毕业论文益阳市公共交通信息平台研制―基于Geodatabase的益阳市公交信息数据库的建立.doc

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1、2010届学生毕业设计(论文)材料（四）序号 学 生 毕 业 设 计（论 文）课题名称益阳市公共交通信息平台研制基于Geodatabase的益阳市公交信息数据库的建立姓 名学 号0602401-28院、系、部城市建设系专 业地理信息系统指导教师2010年 6 月 日目录摘要：3Abstract4第一章引言51.1关于GeoDatabase、ArcSDE和Microsoft Access51.1.1 GeoDatabase空间数据模型61.1.2 ArcSDE空间数据库引擎61.1.3 Microsoft Access数据存储平台7第二章 数据库设计82.1 数据库需求分析82.2 数据库概念结

2、构设计82.3 数据库逻辑结构设计92.4数据库的总体结构11第三章数据库建立123.1空间数据库的建立123.2属性数据库的建立123.2.1城市基础地理信息数据库123.2.2公交信息数据集123.3 建库详细步骤14第四章结论与展望174.1结论174.2展望17致谢语18参考文献18益阳市公共交通信息平台研制基于Geodatabase的益阳市公交信息数据库的建立（湖南城市学院城市建设系）摘要：公共交通信息系统是规范公交信息管理、提高市民出行效率的有效途径，而公交信息数据库是整个信息系统的核心，在整个信息管理系统中发挥着重要的作用。数据库结构设计的好坏将直接对该系统的效率以及实现的效果产

3、生影响，合理的数据库结构设计可以提高数据存储的效率，保证数据的完整和一致。在本数据库的设计中，充分考虑到了管理系统数据繁杂，重复性很大，数据使用频繁等因素，选择了Geodatabase为数据模型，Microsoft Access关系数据库为数据存储平台，ArcSDE为空间数据库引擎。关键词：空间数据库属性数据库；Geodatabase公交线路；公交站点AbstractPublic transport information system is the standard public transportation information management, improve the effic

4、iency of the public an effective way to travel, and public transportation information database is the core of the entire information system, information management systems in the whole play an important role. The design quality of the database structure of the system will directly effect the efficie

5、ncy and the achievement of an impact, a reasonable design of the database structure can improve the efficiency of data storage to ensure data integrity and consistency. In the database design, fully taking into account the complexity of data management system, great repeatability, data and other fac

6、tors used frequently, select a Geodatabase for the data model, Microsoft Access relational database for data storage platform, ArcSDE as the spatial database engine.Keywords：Spatial DatabaseProperties Database ； Bus lines Bus Station ； Geodatabase第一章引言伴随着国民经济和城市建设的快速发展，城市经济的繁荣，人口的增加，城市必须解决好人们出行的需求。城

7、市公共交通运输以其覆盖面广、经济、快捷的特点，成为绝大多数出行者的首选方式，也是各地城市政府大力发展的一种交通方式。城市公共交通是专门服务于市民出行的客运企业，是城市社会和经济活动的重要组成部分。城市公共交通直接关系着城市的经济发展和居民生活，对城市经济具有全局性、先导性的影响。在益阳，城市公共交通信息系统的发展处于一个落后的水平，广大乘客可以获得信息的方式很少，公共交通信息的完整性和准确性得不到保证，而且还没有专门的机构负责信息的发布和管理。出于这个目的，我们对益阳的城市公共交通进行了调查和研究。从中发现随着益阳市规模的不断发展，许多新建小区大量出现，公交线路、公交站点也日渐增多，公共交通信

8、息也逐渐的庞大，人们很难得到准确的公共交通信息，这样给一些人的出行就带来了不便。因此，急需一个方便、快捷的公共交通信息系统来让本地市民特别是外来旅游、出差、就医等急需了解本地道路情况的人查询出所有符合他们要求的公交路线，对他们的出行和生活提供帮助。随着城市发展中所产生的各类数据不断增加，在公共交通信息系统中，对数据的管理和质量要求也日益提高。公共交通数据库系统需要根据不停变化发展的城市建设情况，对空间地理信息进行修改。在开发公共交通信息系统中寻求更加合理的空间数据组织方式来组织和管理各类数据显得尤其重要。为此，在本系统的设计中，充分考虑到了管理系统数据繁杂，重复性很大，数据使用频繁等因素，选择

9、了Geodatabase为空间数据模型， ArcSDE为空间数据库引擎，Microsoft Access关系数据库为数据存储平台。1.1关于GeoDatabase、ArcSDE和Microsoft AccessESRI公司推出的GeoDatabase是第三代空间数据模型的典型代表，它能够更好地管理和使用空间地理要素数据。本文在简要介绍GeoDatabase和ArcSDE体系结构和原理的基础上，以益阳市公交信息系统为例，探讨了基于GeoDatabase的公交系统数据库模型设计，实现了城市公交信息的空间数据与属性数据的一体化存储、管理和应用。1.1.1 GeoDatabase空间数据模型GeoDa

10、tabase空间数据模型集合了面向对象数据库和关系数据库系统两者的优点，实现了严格意义上的地理空间数据库、连续空间要素的无缝存储、对象属性和行为智能化结合等，克服了GIS软件中传统数据存储模式存在的查询操作难以优化、数据完整性的约束条件有可能遭到破坏、数据管理的全性较差、不适合网络共享发展需要等缺点。GeoDatabase按照成层次型的数据对象来组织地理数据，其结构如下图一所示。图一GeoDatabase结构图Geodatabase对象类Object classes要素类Features classes要素数据集Feature dataset classes关系类Relationship cl

11、asses表格Table要素Features关系Relationship要素类Features classes几何网络Geometric network关系类Relationship classess要素Features网络要素Networkeature关系Relationship1.1.2 ArcSDE空间数据库引擎ArcSDE是ESRI公司结合先进的客户服务器计算模式和数据库管理技术创建的一种新技术，是空间数据引擎(Spatial Database Engine，缩写为SDE)，是连接地理信息系统(GIS)与关系数据库管理系统(DBMS)的中间件，应用程序通过ArcSDE把空间数据(包括栅

12、格数据和矢量数据)存储到关系数据库中。ArcSDE为DBMS提供了一个开发的接口，它允许ArcGIS在多种关系数据库平台上管理地理信息系统数据，这些平台包括ORACLE、ORACLE with SpatialLocator、Microsoft SQL Server、IBM DB2和Informix等，从而保证了对各种不同DBMS的访问。ArcSDE服务器端软件在RDBM基础上安装，ArcSDE负责和服务器的所有信息的连接，客户端的请求先提交给ArcSDE，再由ArcSDE提交给数据库。ArcSDE管理服务器上的GEODATABASE，处理服务器上的所有查询信息并将结果返回给客户端。ArcSDE

13、提供了应用程序接口(API)，开发人员可以将空间数据检索和分析功能集成到他们的应用工程中去。ArcSDE采用GEODATABASE数据模型来组织空间数据，实现地理特征数据和属性数据统一地集成在关系数据库管理系统(RDBMS)中，并利用从关系数据库环境中继承的强大的数据库管理功能对空间数据和属性数据进行统一而有效的管理。1.1.3 Microsoft Access数据存储平台Microsoft Access是一种关系式数据库，关系式数据库由一系列表组成。Access支持ODBC（开发数据库互连，Open Data Base Connectivity），利用Access强大的DDE（动态数据交换）

14、和OLE（对象的联接和嵌入）特性，可以在一个数据表中嵌入位图、声音、Excel表格、Word文档，还可以建立动态的数据库报表和窗体等。Access还可以将程序应用于网络，并与网络上的动态数据相联接。利用数据库访问页对象生成HTML文件，轻松构建Internet/Intranet的应用。目前的数据库有ORACLE，SYBASE，INFORMIX，DB2等，各有千秋，根据本系统对数据量的要求，无需采用大型的数据库管理系统，因此，使用Microsoft的Access2000。且Microsoft的Access 2000具有以下优点：(1)直接从数据源收集和更新信息。(2)快速创建表格，不用担心数据库

15、复杂性。(3)用户容易上手，简单，且不需要培训。 第二章 数据库设计对于任何信息系统，其核心模块都是面向不同服务对象的数据库，数据库质量的优劣，直接影响着系统目标的成败。数据库设计一般包括如下几个步骤：数据库需求分析，数据库概念结构设计，数据库逻辑结构设计。2.1 数据库需求分析设计数据库系统时应该首先充分了解用户各个方面的需求，包括现有的以及将来可能增加的需求。公共交通信息系统的应用背景方便市民搭乘公交车出行。因此，设计的数据库需满足系统以下几方面需求：1、保持系统数据的整体性，完整性和共享性。在数据库系统中提供了对数据的访问机制，能有组织的存储相关的数据，具有合理的存储方式，快速的查询效率

16、和最小的数据冗余等特性。2、数据的存储和应用程序彼此独立，不仅便于数据的管理与控制而且有利于应用程序的编写与调试。数据库类似于一个数据的大仓库，能很好地实现数据共享，能维护数据的一致性。3、允许对数据库进行编辑、删除、增加、统计等的操作，保证数据库的真实性、实时性和完善性。2.2 数据库概念结构设计在系统设计的开始，采用“实体联系模型”（ER模型）来描述数据库的结构与语义，以对现实世界进行第一次抽象。ER模型直接从现实世界抽象出实体类型及实体间联系，然后用ER图来表示数据模型。它有两个明显的优点：接近于人的思维，容易理解；与计算机无关，用户容易接受。E-R图是直观表示概念模型的工具，它有三个基

17、本成分：矩形框，表示实体类型（考虑问题的对象）。菱形框，表示联系类型（实体间的联系）。椭圆形框，表示实体的属性。实体和属性的定义如下：站点（站点编号，站点名称）线路（线路编号，运行时间，票价，所属公司，备注等）各实体属性图如下图二、图三所示：站 点站点编号站点名称图二站点属性图图三线路属性图车次编号运行区间备注IC卡类型类型票价线路标记运行时间所属公司线 路站点更新日期本系统的总体E-R图如下图四所示：图四系统总体图站点线路包含2.3 数据库逻辑结构设计由于概念设计的结果是ER图，而Geodatabse数据库模型采用层次型，因此数据库的逻辑设计过程就是把ER图转化为层次模式的过程。由于层次模型

18、占有的优点，逻辑设计可以充分运用层次数据库规范化理论，使设计过程形式化地进行。常用的数据库模型有三种：层次数据库模型、网络数据库模型、关系数据库模型。(1)层次数据库模型层次数据库模型将数据组织成一对多关系的结构，将其看成树结构，其特点为：有且只有一个结点无双亲，这个结点即是树的根：其它结点有且只有一个双亲。层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分，并假定关键属性和数据项可能具有的关联属性之间存在着紧密的相关性。关键字是指识别标志如记录序号、数据项名称等，它能够唯一识别记录的一个或多个数据项组成。其中用于组织文件的关键字称为主关键字。关键属性即选为关键字的那些数据项，它们可以是一个记录中

19、的任一数据项。(2)网络数据库模型网络数据库模型是用连接指针或指针来确定数据间的显示连接关系，且具有多对多的多类型的数据组织方法，其特点为：可以有一个以上的结点无双亲：至少有一个节点有多于一个的双亲。(3)关系数据库模型关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种实体(图形)与属性之间的关系进行数据存储和变换，不分层也无指针。GIS中研究的数据有两类：空间(主要指图形)数据和非空间(主要指属性)数据。关系数据库就是建立这两类数据之间关系的一种非常有效的数据组织方式。点、线、面图形数据的记录中都包含一个有序的特征值，即关键字，其后面存储其它有关信息。整个记录称为“元组”，多个元

20、组组成一个二维表，称为“关系”。每个关系通常是一个独立的文件。从关系数据库中提取数据时，要用询问语言编写一个简单的程序称为“过程”来实现。本系统数据库模型采用层次模型。考虑到系统运行速度的快慢及数据的管理，将数据的存储与管理分为属性数据库与空间数据库，并采用一个共同的关联项将它们关联起来。为了便于系统运行速度的加快，本系统采用命名来作为空间数据与属性数据的关联项。(1)属性数据的组织和管理属性数据库设计时，应按照便于信息利用及提高信息管理效率的原则科学地规划数据库的整体结构。对于与空间位置相关的属性数据，如公交车站牌、不同地物，都以空间对象的标识号为主键，将它们与空间信息图层联系起来。(2)空

21、间数据的组织和管理空间数据的组织和管理是通过将空间对象划分为不同的层进行分层组织与编码。一个图层具有一个反映其自身属性的数据表，以空间对象的标识号为主键，表中的每个纪录代表一个空间对象。(3)属性数据与空间数据的关联属性数据与空间数据是GIS系统不可分割的两个部分，它们之间的关联是任何GIS功能得以实现的关键所在，因此属性数据库与空间数据库的关联也是数据库设计时首要考虑的间题。本系统采用命名关联属性数据与空间数据。2.4数据库的总体结构 数据库是进行益阳市公共交通信息查询的基础和依据，也是益阳市公共交通信息系统的重要技术支撑，是整个系统开发的关键和前提。它的建立应符合以下原则：便于快速调用和检

22、索，便于有效存储，便于管理、检测和维护，实时性、完整性。数据结构如图五图五数据结构图空间位置属性数据库空间位置空间数据库属性数据空间定位空间数据统计属性查图图查属性第三章数据库建立根据益阳市地公交信息系统的实际要求，从内容上可将数据库划分为空间数据库与属性数据库两大部分。3.1空间数据库的建立空间数据库即我们所说的基础底图益阳市交通旅游图。益阳市城市基础地理空间框架的地理要素的分类与分层根据益阳市2006年版旅游图，将其内容在ARCGIS软件中进行矢量化操作，制成数字化地图。3.2属性数据库的建立3.2.1城市基础地理信息数据库城市基础地理信息将为出行者提供与其出行相关的城市地理空间信息及其属

23、性信息，运用ArcGIS9.3把城市基础地理信息转化为Geodatabase格式，存储在全关系型数据库里面。首先，确定好所有地理要素的分类与分层。在本次设计中，将益阳市2006年旅游地图上的所有地理要素分为5大类，也是5个图层进行地图矢量化。这5大类分为：交通、境界与政界、居民地及设施、植被与土质、水系。3.2.2公交信息数据集公交信息数据是出行者查询出行路径时直接操作的对象。本系统公交信息数据是通过定义该公交路线经过的站点来定义的。在矢量化的地图中单独建立层分别存放公交站点和公交线路，建立公交站点的属性表，内容主要是站点名称。建立每条公交路线数据表，表中字段包括：编号、路线编号、路线名称、首

24、班时间、末班时间、收费方式、票价、经过的站点等。公交线路的表达:采用ArCGIS线性参考工具来实现线路与市区道路间的关系。具体的表达方式为，一条公交线路由一串相互连接的路段构成，每条线路段以底层的道路段作为参考，这样提取出来的线路路径保存了和道路的联系。站点的表达:公交站点是在益阳市交通旅游图(09版)上数字化而得的，公交站点的表达由于资料数据有限不能采用精确定位，但是可以用相对定位的方式描述站点的位置。相对定位记录的是站点相对于公交线路的定位，记录了站点在某一公交线路上的距离，这部分主要通过ArcGIS的线性参考和动态分段技术来实现。公交数据集的框架如图六所示：图六公交数据集框架图公交信息数

25、据集公交站点（点状）公交线路（线状）拓扑首先在矢量化地图上，公交路线是将相应路线的公交站点扑捉生成的。其次关联空间数据和属性数据，实现公交路线查询、公交站点查询、公交换乘查询、票价和时间查询等功能。为了保证数据的完整性(即保持属性数据与空问数据的修改、添加、删除的同步)，实现属性数据与空间数据的紧密联系，在设计属性数据库时应考虑属性数据与空间数据的连接。本系统采用ACCESS数据库共同管理属性数据。3.3 建库详细步骤、在益阳市基础地理信息数据库的基础上，我们在交通这个大类中新建两个要素类公交站点（stops）和公交线路(lines)。、设置两个新要素类的字段Lines Stops在Arcma

26、p中我们会发现新增加了两个层 和 、然后在基础底图上标记出公交路线经过的站点，扑捉站点绘制成相应的公交线路。在绘制相应公交线路的时候我们必须将捕捉工具打开，要将线路上的每个公交站点捕捉到。第四章结论与展望4.1结论1)本文基于GeoDatabase模型设计并建立了城市公交信息数据库，实现了公交信息空间数据和属性数据的集成化一体存储，从理论上保证了数据的完整性和数据共享。2)本文通过在表中设置唯一字段来实现表间的连接，从而增强了系统属性显示及查询统计的灵活性。实践证明，基于GeoDatabase的城市公交信息数据库的设计方法是合理的，可以广泛使用。3)城市公交信息数据涉及的内容相当广泛，本文建立

27、的公交信息数据库内容尚不全面，下一步工作重点就是在现有模型框架基础上进一步完善数据库的内容，为城市公交管理提供更加可靠的决策支持。4.2展望本文由于受资料、时间及个人水平有限，对一些问题还未来得及探讨或需进一步研究，希望在以后能得以解决和完善。1在每个公交站点旁边的标志性建筑应该单独建立属性表，这样出行的人们即使不知道公交站点也能根据所要到达的地点查询到最近的公交站点，实现模糊查询。2由于资料有限，不能得出相邻公交站点间的距离和公交车交接班时间，无法实现严格意义上的最优公交换乘。 3由于资料有限，我的公交站点和线路只局限于市区线路，公交线路和站点还不是很全面。 致谢语信息时代的来临给人类社会带

28、来了前所未有的发展机遇，城市公交信息平台的研制为城市信息系统的应用与发展提供了更为广阔的空间。在本次毕业设计中，我选择了基于Geodatabase的益阳市公交信息数据库的建立这个课题。在设计的过程中锻炼了我对知识的实际应用能力，使自己的能力与水平得到真正的检验提高，也对今后从事基于Geodatabase的信息数据库的建设的工作意义深远。毕业论文暂告收尾，这也意味着我在湖南城市学院的四年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同

29、学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的，老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的指导师王强老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有王强老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、

30、同学，多予指正，不胜感激！参考文献l陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论一比京:科学出版社，2000。2陆守一，地理信息系统.北京:科学出版社，2004。3 陈红丽，袁可风，吕善国.WebGIS及其实现方式.华东交通大学学报，2004，21(1):58-64 潘春华，李贵龙.WebGIS解决方案及开发方法.计算机工程与设计，2002。5 颜安，基于Geodatabase的罗布泊“大耳朵”地区空间数据库系统设计与实现。6李连胜，Geodatabase在空间数据库建库中的应用.万方数据库，2009。7 王超晖，范洁群. 基于GeoDatabase和ArcSDE的GIS 数据库技术研究与应用,福

31、建电脑报，2009,25(2)8苗聪，基于WebGIS的公交信息服务系统设计与实现，20069 陈常松,何建邦.基于地理要素的资源与环境数据的组织方法-地理学报 1999(4)10 李连胜 Geodatabase在空间数据库建库中的应用期刊论文 -现代计算机（专业版）2009(12) 46赵玲，基于MapInfo的城市公交信息查询系统的研究与实现：（硕士学位论文)，长沙：中南大学人地测量学与测量工程，200311陈忠，钱翔东，张登荣，基于最短路径查询的城市公交网络拓扑建模研究，遥感信息理论研究，2002，10，1312吴信才，地理信息系统原理与方法，北京：电子T业出版社，200213李玉芝，方源敏，城市公交查询系统的设计与实现J地矿测绘，2006，22(1)14李天文，汤国安，基于ComGIS的城市公交查询系统J西北大学学报(自然科学版)，2006，36