基于gis的物联网监测信息查询与可视化本科学位论文.docx
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基于gis的物联网监测信息查询与可视化本科学位论文
计算机科学与技术学院
毕业设计（论文）
论文题目
基于GIS的物联网监测信息查询与可视化
指导教师
蒋黎明
职称
讲师
学生姓名
学号
专业
网络工程
班级
本10网工01班
系主任
院长
起止时间
2013年10月11日至2014年5月23日
2014年5月23日
目录
摘要ⅰ
Abstractⅱ
第一章绪论1
1.1课题的研究背景1
1.2研究意义2
1.3研究现状3
1.4本文的工作思路与章节安排4
第二章相关技术介绍6
2.1GIS技术简介6
2.2GIS多源数据集成技术7
2.3.NET技术7
2.4ARCGIS的组件式GIS开发8
2.4.1组件式GIS介绍8
2.4.2ARCGIS的介绍9
2.4.3数据库技术的介绍10
第三章：
监测地理空间信息数据库建立与ARCGIS桌面地图表现12
3.1需求分析12
3.2监测地理空间信息数据库介绍12
3.3系统目标分析12
3.4系统结构设计13
3.5数据库设计14
3.6arcgis制图17
第四章：
基于GIS的数据查询与可视化19
4.1主界面模块19
4.2数据查询模块20
4.3监测过程数据变化统计22
4.4监测过程线绘制模块23
4.5图像显示模块25
第五章：
总结与展望28
参考文献29
谢辞30
基于GIS的物联网监测信息查询与可视化
摘要：
环境安全与环境状态实时监测已经成为全社会广泛关注的热点问题。
综合采用传感网络与GIS技术解决环境监测信息在全局范围内的交流和共享问题，帮助环境安全管理人员监测和预计决策，减少基于不完整的环境状态信息做出错误判断的风险。
传统的环境监测信息系统中的数据管理模式是一种平面结构，不能满足当前环境监测系统中对空间数据的管理需求。
地理信息系统（GIS）是一种具有对空间数据进行采集等各种简单操作的信息系统，把大量的空间地理信息数据在数据库中实现管理和处理，通过展示其空间特征和数据的属性信息，实现数据信息的可视化。
本文综合应用ARCGIS9.3、SQLSever2008与VisualStudio.NET实现针对基于GIS的物联网监测地理信息系统空间数据查询与可视化的课题，围绕物联网获得的多源异构数据的空间转换和信息集成后建立的可视化监测系统进行研究，对监测数据进行入库处理；应用数据转化工具把数据和其他格式文件转化成其所需要的栅格数据。
实现数据信息的查询、修改与删除等功能，基于带有空间地理坐标的数据文件实现监状态的图形可视化显示；通过研究实验做到对监测变化的远程监控，实现综合有效的利用海量多源异构监测信息数据，增强环境监测数据的有效利用与管理水平。
关键词：
物联网；空间；数据转换；监测；地理信息系统。
ThingsGIS-basedQueryandVisualizationofMonitoringInformation
Abstrat:
Environmentalsecurityhasbecomeahotissueofpublicconcern.IntegratedsensornetworkusingGIStechnologytosolveenvironmentalmonitoringandinformationexchangeandsharingwithintheglobalscope,helptheenvironmentandsafetymanagementpersonnelmonitoringanddecision-makingisexpectedtoreducetheriskoferrorsofjudgmentbasedonincompleteinformationtomakestateoftheenvironment.
Traditionalenvironmentalmonitoringinformationsystemdatamanagementmodelisaplanarstructure,cannotmeetthecurrentenvironmentalmonitoringsystemforspatialdatamanagementneeds.GeographicInformationSystem（GIS）isakindofspatialdatacollection,andothersimpleinformationsystem,alargeamountofdatatoachievespatialinformationmanagementandprocessinginthedatabase,itsspatialcharacteristicsattributeinformationanddatabyshowing,informationdatavisualization.
Inthispaper,integratedapplicationARCGIS9.3,SQLSever2008andVisualStudio.NETimplementationfornetworkingmonitoringGISspatialdataqueryandvisualizationofGIS-basedissues,thespacearoundthingsgetamulti-sourceheterogeneousdataintegrationandinformationafterconversionvisualmonitoringsystemestablishedbyresearch,monitoringdatawarehousingprocessing;Applicationdataconversiontools,andotherdataformatsintorasterdatatheyneed.Achievedataquery,modifyanddeletefunctions,geographiccoordinatesofspace-baseddatafilewiththestateofimplementationofmonitoringgraphicalvisualizationdisplay;throughresearchexperimentsdonetomonitorchangesinremotemonitoring,comprehensiveandeffectiveuseofmulti-sourcemassdifferencesmonitoringinformationdatastructures,andenhancetheeffectiveuseandmanagementofenvironmentalmonitoringdata.
Keywords:
networking,geographicinformationsystems,GIS,spatialdataconversion.
第一章绪论
1.1课题的研究背景
“物联网（InternetofThings,简称IOT）”概念是在“互联网”概念的基础上，将其范围从仅限与用户端使用推广到任何的物品与物品之间的信息交换和进行信息通信。
而且是以互联网为基础把感知相关的物品、通信网络知识、对数据的相关计算算法等各信息技术相互结合，获得监测地理区域全面性的感知、传送影像和数据完整性、数据信息管理和处理优化等功能，
物联网这一词汇是在《TheRoadAhead》由比尔盖茨初步预测。
然后逐步完善到了2005的信息社会世界峰会（WSIS）时，由ITU（internationaltelecommunicationsunion）正式提出物联网的概念。
当今世界自物联网概念引入后后就把其当成具有推动新兴战略性产业产生的作用而重点关注。
目前，基于物联网架构的监测信息平台已经广泛应用在交通部门、电信部门、医疗夜、农业、环保部门、建筑业、海洋探索中。
物联网关联的各“物品”在获得的信息都带有其特有的空间数据属性，依赖于3S中的GIS（地理信息系统）进行加载和管理空间监测环境数据。
在物联网GIS应用的研究越来越多，在采集获得空间地理上的监测站点数据影像信息后，在各信息发送给处理台服务器中怎么管理空间数据和查询显示给各需求用户或异地用户上，针对基于物联网的GIS的远程空间数据信息的监测系统。
基于物联网的监测业务和科学研究主要任务是实现对站点观测到的数据的分析和处理，近十几年来信息事业飞快的发展，新的监测方式层出不穷，信息的类型除了在初有的站点取得的观测数据外，卫星数据、雷达数据、数值预报产品等都成了有意义的信息数据，来得到个现象发生的变化。
所以，系统需要的数据是更具有其时间序列与空间位置的综合性数据，既体现了特殊的时空特性，又表现出空间属性、时间属性、自身要素属性达到信息数据共享。
GIS空间数据整合多源信息数据确定这些信息在GIS软件的显示窗口的同步定位。
1.2研究意义
物联网在应用上面临一系列的问题，有大量站点所获得的数据处理瓶颈控制、各种类传感器的数据规范性问题、动态数据的处理和预警响应、信息的地理空间化管理等。
目前所需要做的就是怎样对较为分散、发难度大的物联网应用现状改善处理。
为相关政府监测预警部门进行决策提示时提供更为科学和准确的技术基础，方便了各部门对基础监测空间地理信息的应用，有利于行业内用户自己建设地理信息专业的应用系统，使基础的监测空间地理数据库的建设有着更广泛深入的研究发展。
为政府技术部门提供实现动态更新和规范化的各类资源与地理环境方面的信息资料，实现科学地执行可持续发展战略。
因此在物联网监测信息系统里，所监测的站点本身具有不可确定性与复杂性，提示预警的方法的多样性，为建立一个完善的物联网监测信息理论体系，我们需要不断进行探索与研究。
在物联网上基于GIS的监测信息系统对多源、异构、海量的数据进行了集成整理，提供了一个数据查询、可视化和分析预警的软件平台，实现GIS实际应用。
因此，在应用GIS技术的多源异构的监测信息的集成和可视化的方法研究中，对监测预警业务的实际应用具有重要的意义，分别是以下几：
1、对监测数据的管理上集成多源、异构的站点信息数据,完成监测数据向GIS空间数据格式的转换;
2、实现自动生成信息站、雷达、卫星、站点变化预警等常用功能，实现该监测数据业务各功能的相对集成性和信息数据的全面性，避免用户为查看由不同应用软件整理的地理数据信息而带来的操作上的复杂性;
3、采用空间数据库和关系型数据库想互合作来存储多源异构的海量监测信息数据，有利于实现导入数据库了的数据的查询和展示。
以GIS为核心技术的监测数据表达丰富而且多样，能全面直观地展示监测信息数据特有的时空特性，而且由于其操作界面视图后可进行高精度的可视化表达，在地区或县级应用部门中具有更好的实际意义，有利于监测技术人员对该信息的判断和预报预警决策工作。
1.3研究现状
1）数据的应用现状
监测地理信息系统在应用中主要研究于建立空间信息数据模型、统一获得的空间数据格式、传输和远程管理信息空间等方面。
在监测信息系统中，如何把海量的信息数据并着其空间特性导入系统数据库进行临时的组织和管理。
最先想到的方法就是把相关属性的数据和图形数据全都存储在文件系统中，有相关的地理信息系统软件进行综合的控制管理。
由于其实现比较繁琐，开始出现了数据库关系模型，让其信息数据和图形位置坐标数据可以分别控制存放。
地理信息系统软件的数据模型的发展过程：
最初出现使用的数据模型即计算机辅助设计模型,是20世纪60年代发展起来的主要应用在制作地图的CAD数据模型。
对地理空间上的空间实体描述用简单的二进制文件实现，而相关要素颜色描述在地图上标注的类似属性信息另外存放。
然后出现推广的是初始源于美国的ESRI（环境系统研究机构）在1981年推出的GIS软件中第一个商用构建的Coverage数据模型。
最新出现推广的也是以上研究机构在他们最初研发的GIS软件完善过程中出现的Arclnf08的主要为了面向对象的新型的地理数据模型。
监测信息系统的核心是空间信息数据，通过应用软件管理监测系统空间中所获得的站点监测数据，应用好这类面向对象的地理数据模型，以期搭建一个有着用户需要的基础信息和地理环境的空间概念信息的不同层次的管理数据库来管理空间信息数据。
2）GIS在应用中的研究现状
随着地理信息系统技术的成熟和发展，很多国家开始通过GIS技术来分析预警地质灾害问题，应用于对监测信息数据的各种分析和处理，GIS在应用中的步骤可以概括为：
为实现多源数据的初步处理→完成多源数据的输入与输出→出现Geodatabase数据模型的建立与应用→GIS技术结合监测地理信息评价模型进行分析→关于GIS决策支持的相关系统。
我国由于需要而引进学习相关GIS的技术进行灾害的监测预警研究时间较美国等晚一些，但在全国各地理技术部门推广起来非常迅速。
随着物联网技术的迅猛发展，各种地理信息系统的实际应用系统逐渐产生完善，并且通过发布了的各种网络服务，供给不同地理区域的用户共享和操作这些多功能的空间地理数据平台，已成为现在的GIS技术发展主要应用方向。
如以重庆为例的姜云等（1994），借助GIS技术在对岩体的变形破坏进行预测预报，通过具体分析城市地质环境对土地利用状况的制约关系来更全面的合理利益土地资源。
在灾害预警上向喜琼（2005）利用GIS技术深入研究了地质灾害危险性评价理论，提出了基于GIS的监测地质灾害的存在的各种风险问题的处理
目前应用与实际监测领域GIS软件还不是很大众化，主要有以下几种问题：
信息数据没有很好的转换成GIS空间数据，使GIS在监测信息领域的应用不多；由于监测领域的专业性很强，现在所有的GIS技术与监测上的结合只是比较表面的，没有于监测应用模型很全面的结合；GIS技术本身需要在空间分析和空间数据管理上功能强大，对于大都初学者来说操作复杂，不利用GIS技术的普及使用；一套完整的GIS商业应用软件出售的价格是昂贵的，监测部门很难大量引进使用。
虽然GIS技术在现在的监测领域上的应用发展还不是成熟的，但是GIS技术所表现出来的对空间信息数据的强大能力让其在各应用领域中有很大的发展空间的。
同时在信息数据的空间分析能力与预警的作用越来越重要。
1.4本文的工作思路与章节安排
基于GIS的C/S架构所用的技术和在.NET平台下以CSharp为编程语言的技术支持，通过在GIS技术、ARCGIS9.3的组件式GIS开发平台，来实现本文中异构的监测空间地理数据的基础查询、数据处理与可视化功能的研究实现。
首先,对多源海量的监测信息数据格式和特点进行分析,思考怎么能把不同数据格式的站点监测数据统一转换为GIS空间数据,为实现监测空间地理数据信息的集成和查询可视化提供了基础数据支持；其次,开始分析和研究不同类型的GIS属性数据的各种可视化制图显示方法,实现监测数据的GIS平台的可视化表达；然后,分析已有业务的常用监测系统及其功能,结合自身的实际应用需求,全面包含各种属性数据的变化和数据信息的查询、展示,形成一个具有多应用功能相对集成的GIS技术监测地理空间信息系统；最后,本研究的系统与其他本类监测系统进行对比,展示的本研究系统的GIS技术平台表达的特点和优势。
第一章：
绪论
阐述论文的各研究背景，总结GIS在监测信息研究与应用中的已有研究现状，阐明了监测系统的研究意义，最后简单介绍论文章节安排。
第二章：
相关技术介绍
本章主要介绍了基于GIS的C/S构架所用的技术，介绍GIS数据转换的技术方法，同时介绍了GIS技术、.net技术、ARCGIS9.3的GIS开发平台，为本文中监测地理空间信息异构数据转换、不同属性查询、监测预警可视化技术研究提供技术基础。
第三章：
监测地理空间信息数据库建立与ARCGIS桌面地图表现
本章首先介绍GIS数据和GIS空间数据的一些基础概念,然后数据库项目的搭建，多源异构数据转换成GIS空间数据及应用，还有一些数据的过滤处理技术。
对各监测站点在地图上做出基本的地图表现，为可视化管理提供数据基础。
第四章：
基于GIS的数据查询与可视化
通过查询算法对数据进行分析查询，同时可视化中通过过程曲线和各点展开图表现出，输出各变化的表格表示和变化分布图。
第五章：
总结与展望
第二章相关技术介绍
2.1GIS技术简介
GIS技术是利用计算机技术按一定规格存储和管理性的把地球的整个或部分区域的地理、资源等要素数据以时空为轴线,再按一定格式进行查询、分析和显示。
随着GIS技术的不断发展，在GIS软件应用上的发展也有了很大的进展，主要研究方向在利用GIS软件数据库来处理和管理用户的数据和在已有的GIS软件上二次开发到相应领域的软件。
GIS的主要功能应用是管理和分析空间信息数据，因此主要应用在与空间地理信息有密切关联的各个应用领域。
其中主要应用趋势在：
（1）移动GIS技术，讲的是研究出的能够在移动终端上简单的运行并设计开发的有相应移动桌面GIS功能的系统，同时广义上的解释是一种集成实现了GIS、GPS、移动通信、物联网服务、多媒体技术等的集成型系统；
（2）万维网地理信息系统（WebGIS）讲的是能够在我们现有的互联网上直接运行操作的GIS系统软件，体现的是互联网技术与相关的GIS技术相互结合产生的新技术。
（3）ComponentGIS讲的是指在管理地理信息时是通过采用研究开发人员介绍的组件技术方法来进行的软件平台及其应用的系统，是综合了基于面向对象技术和组件式技术的实际应用在了GIS软件开发中。
所以组件式结合后的软件具有的可编程和可重用性，不仅为应用系统的开发技术人员提供了直接有效的系统维护方法，同时也为GIS相关应用平台的最终使用的用户提供有易于操作的二次开发方法。
（4）3S讲的是GPS、RS、GIS就是全球定位系统、遥感器系统、地理信息系统三者和在一起的统称。
而且把已有的3S技术结合再应用于实际的集成显示应用领域中现在已经成为了地球空间信息科学这门学科中我们急需掌握的技术要点。
在系统开发应用中，GIS系统拥有数据和平台两大支柱，它们是缺一不可的。
市场上的很多专用GIS平台软件过于昂贵且多不兼容，同时平台搭建和相关操作也相当庞大而复杂，使得普通GIS用户难以承担和方便使用，选择使用哪种GIS平台软件在整个开发过程中是显得至关重要。
目前,在已经开发使用的专有GIS平台中，较为常用的有美国环境系统研究所（ESRI）的ArcGIS，Maplnfo公司所推出的MaplnfoProfessional软件平台，中国地质大学地理类学科研究推出的MapGIS，由武汉大学测绘学院技术人员综合开发的GeoStar以及ViewGIS地信之窗等。
这些平台一般都拥有良好的可扩展性，可以选择的跨平台兼容性，以及自身及其强大的性能，因此在GIS开发应用人员里受到极大喜爱。
2.2GIS多源数据集成技术
从监测站点得到的监测信息涉及了大量的在一定时间、空间范围内温度变化、湿度变化、监测量变化及与之相关各种格式复杂的信息。
同时监测站点所获得的信息有空间地理性的位置坐标属性数据和监测量的观测数据不同时间的变化传输来实现监测到的监测地理信息的不同地理区域性、随时间属性变化性等特性。
在通过不同接收系统得到的这些监测信息又有着分布存储方法和格式繁多的特点。
所以怎样选择有效地方法把这些信息数据更好的集成是GIS软件系统的一个难点。
目前，GIS软件数据库在多源空间数据的集成可以是由相关的开发商或规定标准组织事先统一公布出大部分常用数据交换的通用格式，然后用户自己通过编写相应的数据转换程序把其他格式的数据转换成用户自己需要使用的的监测信息系统的数据格式。
或是指通过建立起开放式地理数据互操作规范（0penGIS），然后就能够实现相互操作异构地理信息系统。
2.3.NET技术
.Net技术是微软公司发布的支持XML和WebService的平台，是一种程序开发框架，能够开发桌面应用程序、Web网页程序,甚至还可以安装程序，具有很好的幵发编辑环境和纠错提示等特点。
.NET可以用任何编程语言、操作系统、开发平台，通过XMLWeb服务实现数据传输和共享,具有稳定性和高性能性。
.NET应用是釆用.NETFramework类库来开发并运行在CLR中的应用程序，是微软推出的新一代的技术平台，实现敏捷商务构建了互联互通的应用系统，实现基于标准的、联通的、适应性强的、性能优异的系统。
当前，C#已经逐渐成为.NET平台下的主流开发语言，借鉴了Delphi的特点，与COM组件对象模型可以直接集成，因此，逐渐发展为.NETWindows网络框架的主要运用者。
第三代Internet中的.NET技术有跨平台、跨语言、安全性高、支持互联网标准和协议等很多优点。
C#是.NET平台下新一代的面向对象编程语言，是C语言、C++、Java等其他语言的派生语言。
CSharp是由以微软研究员AndersHejlsberg为首的小团队所开发出来的，AndersHejlsberg是Delphi和.NET之父，他开发了著名的TurboPascal语言，是TurboPascal编译器的主要作者，并在其基础上将TurboPascal变成一种面向对象、真正拥有可视化编程环境和卓越的数据库访问特性的应用程序开发语言Delphi。
现在Delphi依然是Borland公司的拳头和旗帜性产品。
2.4ARCGIS的组件式GIS开发
2.4.1组件式GIS介绍
技术员如何应对监测系统在不同的应用时，提供出迎合用户容易理解学习和实现具体功能操作的高效监测地理空间信息系统。
地理信息系统从提出后经过不到的改革和完善后，把地理信息系统（GIS）的集成方式可以这样分：
1）独立开发
这种开发方式是指应用已有的专业GIS应用软件，基本按照最初的空间信息数据的采集获取、数据表简单编辑到管理处理入库的步骤，所有应用到的计算方法都由程序员重新编写，然后通过使用我们常用的程序设计语言软件，如java脚本语言的编程语言环境等对系统进行调试运行。
但是这种操作起来步骤复杂，过程中有容易出错而且不容易检验，自己需要的成本也挺高，单个用户来完成这个过程太困难，但是综合部门分工操作还是可行的。
2）单纯二次开发
这种开发方式主要基于GIS软件公司提供给用户已经在下载安装了的GIS软件包自带基础的二次开发工具，在学习软件开发公司的软件介绍里告诉我们不需要再次选择我们常用的程序设计语言软件，如java脚本语言的编程语言环境等对系统进行调试运行。
它有自己支持的二次开发宏语言像ARCGIS的avenue脚本语言等，用户只要根据自己的应用系统对需要的地理信息操作进行编程然后直接在软件平台进行调试运行。
当然就相对于第一种方法操作简单些，没有选择软件应用的
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