基于ArcGIS Engine的奉化市基础地理信息系统的设计与研究

　　摘要：城市基础地理信息平台以海量数据集成的方式来对城市情况进行数字化存储和描述，为城市信息应用提供统一的基础数据框架，是数字城市建设的核心。论文在实际工作和调查研究的基础上，对城市基础地理信息平台建设的总体架构、基本功能、相关标准规范、数据集成与更新、数据共享与安全管理、运行与管理机制几个问题和关键技术进行了研究，给出了城市基础地理信息、平台建设的总体解决方案。
　　关键词：城市基础地理信息平台；ArcGISEngine；信息系统；
　　随着世界经济的不断发展，许多国家都意识到了空间地理数据产业对于一个国家的社会信息化及国民经济发展的重要意义，纷纷投入了巨大的人力物力加以开发和推动。由于起步较早，在数据的获取、运行和管理方面，一些发达国家从建立数据管理体系、数据资源共享、数据信息规范化标准化、建立行业协会入手，已经构架起了一个比较符合实际发展需要的空间数据运行体制。
　　1奉化市基础地理信息系统总体设计
　　1.1 基础地理信息系统的定位
　　奉化市基础地理信息系统“服务是目的，数据是核心，生产是基础，更新是关键，管理是保障”。
　　在奉化市地理信息系统的建设与应用中，基础地理信息系统的核心作用在于服务，提供基础地理数据服务，它不是一个针对政府具体的管理业务的信息系统，而是为政府管理业务提供信息服务的公共性和基础性的地理信息系统，同时系统也可以为企业和公众提供基础地理信息服务。基础地理信息系统的核心目标是围绕基础地理信息数据库的建设与更新维护，为奉化市地理信息系统建设提供一个统一的、公共的空间定位基准和基础数据，为奉化市政府、企业、公众的地理信息应用提供基础地理数据和应用服务。
　　系统利用GIS技术，持续改进基础地理数据的生产流程与服务流程，建立数据更新的长效机制和技术手段，保证基础地理信息的质量和现势性，为奉化市政府、企业、公众的地理信息应用提供基础地理数据和应用服务，为政府信息资源基于地理空间的整合提供基础地理空间框架。通过机构建设和有效的管理手段，确保基础地理信息系统运行。
　　1.2 系统总体结构
　　总体上，奉化市基础地理信息系统是以计算机硬件与网络通信平台为依托、以政策、信息化机构以及安全体系为保障、以标准和规范体系为依据、以数据库建设为核心、以基础地理信息系统软件平台为支撑、以基础地理信息共享和服务为目标的基础地理获取、管理、共享和服务为主要目的的地理信息系统。奉化市基础地理信息系统的总体结构如图所示，从图中可以看出，可以将奉化市基础地理信息系统划分为四个层次和两个体系，四个层次即支撑层、数据层、软件层、应用层，两个体系为标准和规范体系和系统建设与管理保障体系。
　　图1奉化市基础地理信息系统结构
　　（1）支撑层
　　支撑层包括计算机网络以及硬件支撑平台和软件支撑平台。
　　支撑软件平台包括操作系统软件、数据库管理系统软件、GIS软件以及可能使用到的其他的软件平台。
　　（2）数据层
　　主要是指奉化市基础地理信息数据库，由基础地理信息中心负责整理、存储、更新、维护。
　　（3）软件层
　　奉化市基础地理信息系统软件层指建设开发的基础地理信息系统平台，包括基础地理数据管理平台、地理空间数据共享交换平台、空间数据转换处理平台、信息服务平台等等，实现对核心基础地理数据的组织与管理、数据转换功能的开发、数据交换逻辑定义等的支持，实现数据检查、转换、入库、交换、共享与发布等具体功能。
　　（4）应用层
　　应用层主要是基于基础地理信息系统建立的专业地理信息系统和公众地理信息系统应用，应用主要包括政府应用、企业应用和公众应用。
　　2系统设计
　　2．1系统设计遵循的原则
　　奉化市基础地理信息系统（FHGIS）是一项复杂性、综合性、专业性极强的系统工程，系统的建设严格遵循软件工程的规范程序，在保证系统具备科学合理的结构框架基础上，力求先进性和高效性，不仅要最大限度地满足用户要求、将传统作业模式计算机化，而且要尽可能地提高各项指标，如一致性、可靠性、可扩充性、兼容性和适用性等，切实提高生产效率、体现系统的优越性。因此，系统建设过程中应遵循如下原则：
　　①专业化原则；②标准化原则；③完备性原则；④可靠性原则；⑤适用性原则；⑥可扩充性原则；⑦兼容性原则；⑧方便性原则；⑨先进性原则。
　　2.2系统的软硬件构成
　　1)软件体系：系统的软件配置建立在WindowsNT网络基础上，包括GIS平台和数据库管理系统。
　　2）硬件体系：系统的硬件资源包括数据输入输出设备、数据存储和处理设备、网络设备及相关的辅助设备等。
　　2.3系统的数据组织与管理
　　2.3.1系统数据
　　数据是系统的核心，也是系统建设中最艰巨的任务。本系统的核心数据库包括：
　　1）城市规划区215平方公里的1:500、1:2000数字线划地形图数据库（DLG）
　　2）全市范围内的1:2000正射影像数据库（DOM）
　　3）全市范围1:10000基础地理数据库（DLG、DOM、DEM）
　　4）城市规划区范围内的规划道路数据库
　　5）规划区范围内用地管理数据库
　　6）城市建成区范围内的地下综合管网数据库
　　7）全市范围地名数据库
　　8）全市范围的控制测量成果数据库
　　9）全市范围的专题图数据库
　　2.3.2数据管理
　　数据体系的管理原则是独立建库、集成管理，最终目标是形成空间数据服务器体系，如图2表示：
　　3系统功能模块设计
　　功能的实现是系统建设中的关键环节，只有通过具体功能的逐一实现才’能满足系统需求，完成系统制定的目标。结合以上的需求分析和业务流程图，遵循“自顶向下、逐层展开”的结构化设计原则，采用自上而下划分功能模块，使各个模块之间“高内聚、低祸合”，得到系统GIS部分的功能结构设计图见上图。
　　4系统关键技术
　　4.1海量空间数据存储技术
　　奉化市基础地理信息系统建设的最核心关键技术是采用海量空间数据存储技术。当前最为流行的空间数据库技术都是基于关系型数据库进行空间数据管理能力的扩展，在存储上直接利用关系数据库的存储结构来存储空间数据，空间数据和非空间数据的通过关键字段关联。由于空间数据和非空间数据在存储上并无本质的不同，都对应着数据库中的表，这意味着空间数据与非空间数据一体化集成，实现了真正的一体化存储。
　　图3空间数据库存储原理示意图
　　空间数据库技术可以充分利用RDBMS数据管理的功能，利用SQL语言对空间与非空间数据进行操作，同时可以利用关系数据库的海量数据管理、事务处理（Transaction）、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能。与传统的基于文件方式的空间数据管理模式相比较，具有安全性高、并发性能好、对海量数据的管理能力强等优点，是奉化市基础地理信息系统建设首要关键技术方向。
　　4.2XML与WebService技术
　　XML（eXtensibleMarkupLanguage，可扩展置标语言）是由W3C（WorldWideWebConsortium，互联网联合组织）于1998年2月发布的一种标准，同HTML一样是SGML（StandardGeneralizedMarkupLanguage，标准通用置标语言）的一个简化子集。
　　WebServices是近两年提出的一种新的面向服务的体系结构，其中定义了一组标准协议，用于接口定义、方法调用、基于Internet的构件注册以及各种应用的实现。WebServices结合了面向组件方法和Web技术的优势，利用标准网络协议和XML数据格式进行通信，具有良好的普适性和灵活性，WebService允许支持这些标准的系统都可以被动态定位以及与网络上的其它WebServices交互，任何客户都可以调用任何服务而无论它们处在何处，突破了传统的分布式计算模型在通信、应用范围等方面的限制。
　　XML、WebServices技术将在奉化市基础地理数据共享和交换中发挥重要作用。以XML、GML作为基础地理信息数据交换的核心，以WebService作为地理信息共享服务的重要技术手段，将对奉化市基础地理信息的应用以及基础地理信息系统的持续发展起到很好的支撑作用。
　　4.3组件式GIS与WebGIS技术
　　组件式GIS，也被称作构件式GIS，是面向对象技术和组件式技术在GIS软件中的应用。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。组件式GIS同之前GIS比较，这一技术具有多方面的特点，包括：无缝集成、跨语言使用、易于推广、成本低、无限扩展性、可视化界面设计以及Internet应用。
　　Internet/Intranet和Web技术的发展促进了WebGIS的产生和发展。WebGIS由于具有适应性强、应用面广、现势性强、维护社会化和使用简单等特点，是GIS广泛应用的重要方面。从总体上说，WebGIS分为两大类：一类是基于栅格结构，地理信息查询、分析、制图的主要工作在服务器端进行，得到的结果生成图像文件传输到客户端进行显示，如CGI模式、ASP模式等；另一类是基于矢量结构，客户端发出请求，从服务器端直接得到矢量数据，传输到客户端，由客户端的软件负责查询、分析、显示、制图，如Plug-in模式，JavaApplet模式、ActiveX控件模式等。
　　5结束语
　　对于在本文基础上继续开展的工作，作者有如下建议:
　　1）基于ArcGISEngine组件库进行系统开发时，需要掌握面向对象程序设计中的概念及技术，把握组件库中各个对象的整体结构，理解对象相互之间的关系及其事件、属性和方法，这是把握组件开发技术的关键。
　　2）目前的城市地理信息系统开发都是针对城市的特定领域进行的，并已建立起了一些独立的应用系统。而对于城市中各种问题的解决，往往要综合考虑各方面的情况。在今后对于城市地理信息系统的开发、研究中，可以考虑将已有的独立系统集成起来，建立综合型服务和决策支持平台。
　　3）利用组件技术进行地理信息系统的二次开发具有开发周期短、成本低、无需额外的GTS二次开发语言、可与专业应用模型无缝集成等优点，因此组件地理信息系统己成为当前地理信息系统二次开发的主要模式。从系统的种种优点可以看出，组件开发模式在地理信息上的应用前景会越来越广阔。
　　参考文献
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《基于ArcGIS Engine的奉化市基础地理信息系统的设计与研究》

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