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1、城市根底地理信息系统设计与建立的探讨摘要 本文介绍了城市根底地理信息系统建立的目标，系统设计与数据库设计及主要i应用功能。对根底地理信息系统的应用、系统设计与建立中的一些普遍性问题做了进一步探讨。关键词 城市根底地理信息系统系统 ArcGIS ArcSDE ArcEngine Geodatabase 一、问题的提出 进入21 世纪后的中国城市，要实现经济建立与社会的可持续开展，一般都面临着许多亟待解决的矛盾：主要有信息化滞后于工业化进程；能源、土地、水资源供应等有可能成为经济与社会开展新的制约因素；经济产业构造尚不合理，有待进一步调整；经济与社会开展的技术根底有待于进一步提高，还不能充分利用各
2、种信息进展多层次、全方位的分析与研究，不能为政府部门的决策提供有效支持；信息化投入力度缺乏，经济与社会开展中的管理手段相对落后，难以适应社会经济迅速开展的需要等问题。为此，必须运用现代化的管理方法与手段，大力提高信息化水平，以促进城市经济建立与社会的可持续开展。根底空间数据库是将表示城市根本面貌并作为其他专题数据统一的空间定位载体的地形、道路、建筑物、水系、境界、植被、地名等信息以构造化文件形式组成的集合，在信息化建立中具有根底性、公益性与共享性特征。因此，建立根底空间库，开发城市根底地理信息系统，已引起了全社会的广泛关注与重视。城市根底地理信息系统建立的目标是利用先进的计算机技术、网络技术、
3、GIS技术、CAD技术与数据库技术，建立全市范围内准确、动态、高效与标准化的共享型根底空间数据库，使之成为城市的空间定位根底，成为“数字城市的空间根底平台，从而为规划与建立，为社会公众提供完善、优质与高效的地理空间信息。同时根底地理数据库作为一个共享、开放型的数据库系统，为规划与国土的业务提供空间数据支持，为提高规划与国土的综合管理水平打下坚实的空间数据库根底。作为“数字城市的一个重要组成局部，为城市根底的信息化建立、特别是与地理信息系统有关的综合应用提供良好的根底与支持。二、系统设计21系统设计原那么 城市根底地理信息系统包括数据库建立、硬件网络设计、软件开发、系统维护等多项工作，是一项复杂
4、、艰巨、长期的系统工程，需要运用软件工程方法与全面质量管理体系，制定合理有效的研制策略与方案，统筹安排系统的建立工作。系统建立可分为需求调查与分析、系统设计及标准制定、数据库建立、应用软件设计、系统集成与培训以及系统运行与维护等根本过程。此外，系统实施需采用组件化技术、对象关系数据库等技术手段，严密结合规划管理的实际业务，设计与集成基于网络的根底GIS系统。系统信息内容与应用功能必须突出规划管理需求，为规划业务人员提供根底地理数据支持。另外，在系统建立过程中，要审慎处理先进与实用的关系问题，系统设计切合管理实际并适当超越当前业务需求，留有可扩展的余地。根据此类系统的特点，在设计时应遵循以下原那
5、么： 1. 先进性 为保证系统能随房管业务拓展而具备可持续开展的空间，采用当前世界先进的GIS平台、数据库平台与GIS设计、开发模式，空间数据存储模式，采用通用先进的开发工具。保证系统能够随着规划管理业务的拓展而具备可持续开展的空间，以保护投资。 2. 实用性 保证在系统的正常业务应用中使业务数据能够到达其完整性、一致性、准确性与现时性。保证系统运行的效率与速度。保证系统的界面友好、方便与快捷，使业务人员利用系统很快提高工作效率，提高效劳水平。 3. 可靠性 为保证系统的平安、稳定、连续、高效运行，系统的软件平台、硬件平台、应用软件、应用数据都应具备可靠的备份机制、恢复机制、容错机制与容灾机制
6、，确保系统数据万无一失。 4. 平安性 为了保证系统以及网络的平安性，系统必须采用全面的权限管理机制，确保业务数据的平安管理。对于业务数据库的访问权限机制采用基于角色的权限管理模式，对于WEB数据库的访问与操作采用防火墙与用户权限相结合的权限管理模式。 5. 可扩展性 系统必须具有较强的可扩展性与对需求变化的自适应能力，以适应业务管理内容与工作流程变化造成的系统需求的变化。 6. 阶段性 系统必须对整体内容、数据库构造以及系统功能等进展全面设计，根据系统建立的优先级，分阶段进展实施。 22系统平台选择为了满足城市根底地理数据管理、动态更新、编辑以及数据查询、统计、分析等功能的要求，在系统建立中
7、采用了以Client/Server客户端/效劳器方式为主、Browser/Serve浏览器/效劳器方式为辅的混合体系构造，这种C/S+B/S的系统架构构造能够很好地满足不同类型用户的需求。其中，C/S方式主要用于业务处理与数据维护，由于C/S方式具有良好的交互性，能够满足根底地理信息管理中对图形数据的大量操作与对系统响应时间的要求；B/S方式主要用于查询与浏览，客户端只需要普通的浏览器即可。在系统实现中，GIS平台选用ArcGIS 92与ArcGIS Server92，数据库采用Oracle 10g，开发工具为Visual Studio 2005。23系统架构城市根底地理信息系统应采用标准的三
8、层体系构造，如图2-1所示：图2-1：系统体系构造1. 数据层采用Oracle10g关系型数据库系统与ArcSDE92空间数据引擎实现根底地理信息数据的高效存储与管理，系统具有良好的开放性。 2. 逻辑层中间层ArcSDE是当前最成熟的空间数据库引擎,具有良好的系统稳定性与平安性。ArcSDE同时支持目前各种主流数据库系统,具有良好的系统开发性与伸缩性。通过ArcSDE空间数据引擎实现对空间数据的访问，基于ArcGIS Engine与ArcGIS Sever技术构建空间信息综合应用开发平台，实现空间数据应用的业务逻辑，如空间数据的表现与操作。 3. 应用层在ArcGIS Engine与ArcG
9、IS Server的根底上，实现根底地理信息系统的具体应用，包括数据的管理维护、数据库制图以及查询分析等应用功能。 三、数据库设计数据是地理信息系统的“血液，因此在数据库设计时要充分考虑数据库对多比例尺、多时相、多数据源的空间数据，属性数据的容纳能力，同时要充分考虑数据库的可扩大能力。31数据空间参考在建立城市根底地理信息系统中，应充分考虑其地理位置，以便选择适宜的投影坐标系统、投影如高斯克吕格投影、中央子午线、长度单位、地理坐标系统及角度单位等。32空间数据组织构造 根底地理信息数据库统一采用GeoDatabase的数据模型进展数据的组织。根据根底地理信息数据的逻辑构造与GeoDataBas
10、e的数据模型，空间数据库的逻辑层次构造划为五级：总库分库子库逻辑层物理层。总库：总库是根底地理数据库的总称。分库：总库下按照数据来源的比例尺等级划分分库，每级比例尺的数据作为一个分库。子库Feature Dataset数据集：每个分库按数据的形式划分子库数据集，每种数据形式对应一个子库，共分为矢量地图数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、数字栅格地图数据库等数据集。逻辑层与物理层：对于子库按照地理要素的分类进展逻辑分层，每个逻辑层按Feature Class进展物理分层。33空间数据分层在矢量数据集中按照地理要素的分类进展物理分层，每一个物理分层作为一个Feature Class存在
11、，其命名规那么为逻辑数据类代码+物理层代码。按照国家标准与实际情况，数据分为八大主题要素类，共31个物理要素图层。 表2-1是1：500 DLG数据分类设计。表2-1：1：500DLG数据分层子库逻辑层要素层物理存储层FGIS500DLG名称代码要素特征要素内容控制点KZD点平面控制点、高程控制点等线内图廓线、坐标网线等注记说明注记等水系SX点泉、井、明礁、暗礁等线单线河、渠等面河流、湖泊、水库等注记说明注记居民地及设施JMD点窑洞、蒙古包、烟囱、水塔等线围墙、栅栏、露天采掘场等面一般街区、突出房屋、温棚等注记说明注记交通JT点路标、汽车站、灯塔等线铁路、公路、大车路等面加油站、机场等注记交通
12、说明注记管线GX点独立电杆、下水井等线电力线、通信线等面通信发射塔等注记注记境界与政区JJ点界桩、界牌线地区行政区线面行政区界面注记境界说明要素地貌DM点高程点、比高点、土堆等线等高线、陡崖等面沙地、盐碱地、沼泽地等注记说明要素植被与土质ZBTZ点散树、独立树等线地类界、行树等面各种地表植被覆盖注记注记34空间数据存储空间数据库实现多种类型、多尺度、多时态空间数据的集成化管理，解决海量、大范围连续空间数据的高效存储与管理，数据库系统能够提供对多种系统、多种数据格式的支持能力，实现多种数据格式的数据输入、输出功能。根底矢量数据采用分层要素的整体存储、要素独立的存储方式，便于数据提取、更新。矢量存
13、储内容除去传统的空间几何位置信息与要素属性信息外，扩大有要素对象的制图符号属性信息，是实现制图与GIS数据一体化的数据根底。35数据库平安 城市根底地理数据库做为共享型的数据库，涉及到众多部门之间的业务。随着系统建成与运行，将聚集大量的集合信息与属性信息。为保证系统与数据平安，系统提供了有效的数据库平安机制。包括系统平安、网络平安、数据存储平安等方面的内容。四、系统主要应用功能城市根底地理信息系统总共分为两个大的系统，其中根底地理数据管理与更新系统基于C/S构造，基于测绘业务数据，采集与管理根底地理数据，实现数据的动态维护与更新机制，为规划以及国土资源等行业提供最完备、现势的根底地理数据；数据
14、查询分析局部基于B/S、C/S构造实时提供有关根底地理数据、专题要素等资源信息，系统通过提供有关信息的综合查询、统计与分析的手段与工具，供相关领导在了解根底地理相关信息的背景下，对规划及国土业务工作提供辅助决策支持。41数据管理与更新数据管理与更新子系统采用专门的客户机/效劳器工作模式，结合先进的空间数据建库技术对根底地理信息数据库、专题数据库实现统一维护、管理与更新。数据入库与更新子系统的构造功能图见图4-1： 图4-1：数据入库与更新构造功能GPS数据更新数据配置管理数据入库与更新工具数据处理数据浏览定位数据入库与更新模块提取图入库标准数据入库元数据入库影像数据入库标准图更新竣工测量数据更
15、新全站仪数据更新面积量测调查数据导入数据编辑数据库制图数据提取方位角量测数据管理与更新系统提供有以下系统支持能力：提供方便易用的数据建库功能，集成化统一的系统环境中建立根底地理信息数据库以及元数据库。建立平安可靠的数据库动态更新机制，保证数据库的现势性。提供数据编辑、提取、导出与数据库制图功能。基于ArcSDE的版本机制，实现数据的历史数据管理与回溯功能。42数据查询与分析数据查询与分析基于C/S与B/S模式，提供多比例尺、多种类型、多时态的根底地理信息的可视化图形表现，丰富的GIS查询统计、空间分析工具，帮助系统决策者对所关心的空间区域的地理现状有一个全面完整的认识。数据查询与分析子系统的构
16、造功能图见图4-2：数据查询与分析子系统主要提供以下系统支持能力：在集成化统一的系统环境中，提供方便易用的数据浏览定位功能。提供丰富、易用的图性与属性互查工具。提供栋号查询、房屋座落查询功能。基于计算机图形学与GIS技术提供属性表查询与查询输出功能。、提供要素统计与空间分析功能。基于ArcSDE的版本机制，实现数据的历史回溯功能。 图4-2：数据查询与分析构造功能工具面积量测方位角量测缩放漫游全图43系统维护系统维护子系统采用专门的客户机/效劳器工作模式，以根底地理信息系统的日常运行维护为目标。提供数据备份与恢复、用户权限管理、日志管理、数据字典维护等功能，保证系统的用户访问平安，同时提供对数
17、据库中数据字典的维护工具。提供方便易用的数据备份与恢复功能，提供数据平安保障。提供日志审核、查询与过滤等日志管理功能，提供系统平安保障。提供设置用户权限、修改权限与删除用户等用户管理功能，提供系统平安保障。提供数据字典维护功能，保证数据库的一致性，提供数据库一致性保证。五、系统建立的关键问题第一：CAD数据到GIS数据的无缝转换由于历史的原因，大局部根底地理数据是基于AutoCAD平台采集的，随着GIS技术的开展，原有的CAD数据要向GIS平台迁移，以满足数据建库、分析、管理以及各种应用的需要。到目前为止，已经有不少针对CAD数据转化到GIS数据存在的问题进展研究，但是都没有有效解决CAD数据
18、在GIS系统的中存储与显示问题，如何与原来的几何表达相衔接的问题，以及拓扑关系的问题。利用ArcGIS的Geodatabase模型，根本解决了基于CAD的根底地理数据转入GIS数据库中的逻辑组织问题，实现了数据从现有的CAD格式数据转换到GIS格式数据，并保证其几何空间数据的一致性，同时也实现了将CAD下的标准与成图方式包括数据的分层、编码、封闭、接边、符号显示等无缝地转换到GIS下的分层构造标准与成图方式。并与已有属性数据库进展挂接，满足GIS应用分析的要求。第二：GIS数据到CAD数据的无损转换考虑到各个部门通用软件是CAD，这样需要在系统设计时，需要建立相互通道，既满足CAD转化为GIS
19、数据时，实现无缝转化，又能在GIS数据转化为CAD数据时，实现无损转换，这样在两个平台上可以实现转换操作，既可以实现GIS强大的分析管理功能，又可以实现CAD强大的绘图功能，同时可以加强GIS管理部门与CAD设计局部之间的衔接，减少本钱，增加效益。其相互转化具体见图5-1：CAD数据预处理工具GIS应用软件Oracle 10gArcGIS SDE第三：基于业务的数据库动态更新为了使根底地理信息系统具有长久的生命力，保证数据的现势性与完备性，需对根底地理数据进展动态更新。而基于业务数据实现对根底地理数据库的动态更新是一条有效的途径，基于规划及国土管理的业务数据，如规划验线、竣工测量数据等对数据库
20、进展动态更新，一方面保证了数据的良好的现势性，并且在一定程度上可以替代日常修补测业务，防止了数据采集的重复投入，减少了数据维护的本钱。在系统建立过程中，应充分考虑基于规划国土业务数据的动态更新与一体化更新问题，提供通过竣工测量、根底测绘等手段进展数据的动态更新与维护方案与功能。为城市大比例尺根底地形图的更新与维护探索了一套切实可行的解决方案。六、完毕语城市根底地理信息系统建立必须在高起点的设计思想指导与先进的测绘技术支撑下进展。作为 “数字城市的重要组成局部，其建立成果将为规划管理部门、国土管理部门、房地产管理部门、通信部门、煤气部门、水利部门、电力部门等提供完备、准确、详实的根底信息，系统的
21、建立将为的经济建立带来巨大的社会经济效益。当然，在城市根底地理信息系统建立中，存在很多根底问题需要不断探索与研究。参考文献：1 赵峰，郭容霞上海根底地理数据库的设计与建立测绘通报，2006No82 孔云峰,刘欣亮关于设计内容与方法的探讨测绘通报，2006No113 张宜方城市根底地理信息系统矢量地形数据建库研究D南京师范大学，2006 4 张雪松,黄文治汕头市根底地理信息系统的建立城市勘测，2000No3 5 GB/T 13923-2006 根底地理信息要素分类与代码6陈述明等数字地图数据入库技术与实现江西测绘，2007No37 胡春凌数字城市地理信息系统集成研究D华东师范大学，2004 8 向红梅等根底地理信息系统中图形数据库建立的方法与技术J 测绘工程，1999No39 郭广福,刘延宏,刘金山鞍山市1:500根底地理信息数据库的研究J东北测绘，1999No110 虞晖,许云涛 城市地理信息系统根底数据库建库标准化探讨J 工程勘察，2001No2第 14 页