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摘 要随着城市发展的需要,更宏观高效地调度各类地理信息数据显得越来越迫切和重要,建立各特定区域的地理信息系统,对各类型的数据进行有效的组织和管理,开发一个高效的空间数据查询、调度、漫游以及数据分发与制图等功能的系统环境,对城市开发和管理有着重要的意义。着重探讨这种小区域的地理信息系统的基本框架和必备的基本功能。
关键词基础地理信息系统;数据库;系统功能
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)091-0037-01
一个较大的区域如一个市、一个县或者一个行政村,往往涉及各种类型、各种比例尺的地理信息数据,如果只是简单的将这些空间数据保管起来,则有关应用调度数据的灵活性和效率将受到严格限制,而且数据的庞杂多样将增加数据检索、数据更新、数据维护、数据分发、数据管理的困难,因此建立一个功能完善的空间基础地理信息系统的任务迫在眉睫。建立空间基础地理信息系统的目的就是高效、统一地管理各种类型、各种行业的空间数据,以便于空间数据的维护、更新与分发及应用,辅助城市管理和宏观决策。
这个地理信息系统整体上应该是一个集成化的逻辑数据库,所有数据能够在统一的界面下进行调度、浏览,各种比例尺、各类型的空间数据要能够相互套合,互相迭加形成一体化的空间数据库。本文将从系统的基本原则和系统应具备的基本子系统讨论空间地理信息系统的总体框架设计。
1系统建设的基本原则
基础地理信息系统的建设应包括数据生产、系统运行环境的建设、数据库建设以及应用系统开发等。系统的建设应从基础地理信息数据管理的基础出发,遵循先进性、高效运行、建库与更新的有机结合、多种比例尺数据和各种类型数据的协调、标准化、规范化、实用等原则。
区域基础地理信息系统应实现多种数据库的统一管理,多种数据库交互的查询、检索,图形显示,数据提取,统计分析,立体分析,绘图输出等主要功能。利用地理信息系统技术、数据库管理技术以及计算机网络技术,采用C/S结构体系,实现整个区域的基础地理信息数据的统一管理。本着这些基本原则才能使建立起来的地理信息系统满足更广泛的应用需要。
2系统建设的主要子系统
区域基础地理信息系统的可以集成很多行业的各种类型的数据,因此对系统的模块建设和应用都有很多具体的要求,但是最基本的功能应该具备数据质检子系统、数据入库子系统、数据更新子系统、安全管理子系统、数据库维护与更新、管理应用子系统等,另外还有些二次开发子系统,业务应用子系统等可根据需要设定。
2.1数据质检子系统
数据质量问题是关系到系统建设成败和数据应用的关键问题,为确保系统的数据库的建设,应对数据的质量进行严格的控制,以确保入库数据的统一性、协调性和操作性。
1)矢量数据的质量控制。对于矢量数据主要应该注意其数据层、数据内部文件、属性项、要素等的完整性,属性、格式、数据分层和拓扑关系等的一致性,属性项目的准确性,属性和位置接边的精度等。
2)数字高程模型的质量控制。对于数字高程模型主要应对其坐标系统、有效范围、高程中误差、接边中误差和数据格式等进行质量控制。
3)影像数据的质量控制。影像数据的格式基本上都是TIF文件和相关的信息文件,TIF文件一般无法程序化地检查其内部影像的错误,因此入库前应注重的是数据文件的完整性、格式的正确性、TIF影像的可读取性。由于影像的数据比较大,入库前影像基本都经过压缩处理,因此检查压缩数据的可读写操作性也非常必要。
4)地名数据和元数据的质量控制。地名数据和元数据的准确性、与其他数据的对应性应在数据入库前得以保证。
5)其它数据的质量控制。其它还有一些空三加密数据库和区域内各等级控制点数据库应该注意检查数据的完整性和正确性等。
2.2数据入库子系统
基础地理信息系统中的数据库只有数据量丰富多样才能保证各行业的应用需要,可以由各种比例尺的矢量地形数据库、数字高程模型数据库、影像数据库、地名数据库、属性数据库、元数据库、空三加密数据库,区域内各等级控制点数据库等数据库组成。数据入库子系统就是要把以上数据都放分类放到我们的地理信息系统数据库里,以便统一使用。
1)矢量地形数据库。它是以矢量数据结构描述的水系、等高线、境界、交通、居民地等地形要素构成的数据库,其中包括地形要素间的空间关系及相关属性信息。数据库库体按照一定规则分层、区块组织,并按规定的分类进行编码。
2)数字高程模型数据库。它是定义在平面X、Y或者经纬度上规则格网点上高程数据集构成的数据库,库中应包括含有离散高程点合地貌结构线,库体按区域块索引进行组织管理。
3)影像数据库。它是由各种航空航天遥感数据或者经过处理的影像数据构成的数字影像数据库。包括数字正射影像、数字栅格地图、航片原始数据、卫星遥感原始数据等具有关联关系的影像数据。
4)地名数据库。它是由各类地名,包括居民地、河流、湖泊、政区、山脉、山峰、海洋、岛屿等名称信息构成的数据库。
5)元数据库。它是由描述各子数据库系统、各数据库文件的数据特性等信息文件构成的数据库。
6)空三加密数据库。它是由空中三角测量软件进行区域网计算的测量控制成果,记录的是区域内航空摄影资料成图所需的控制点的集合。
7)区域内各等级控制点数据库。它是由区域内各等级的控制点组成的点阵集合。
2.3数据库维护与更新子系统
数据库建立起来后,维护和实时更新也是非常重要和必不可少的。各类数据在使用的时候有可能发现错误或者是出错的可能,因此实时的维护尤其重要,这样才能保证整个系统的正常运行。
数据更新主要是为了增强数据的实时性,当有新的成果和新的方案时能对系统进行局部的更新和补充是非常必要的。
2.4安全管理子系统
基础地理信息数据更新和建库工作中数据的获取和加工处理、存储和分发服务各阶段涉及的都是信息流,信息流在每个阶段都有可能出现丢失或泄漏的可能,所以系统的建设要考虑系统的硬件安全、软件安全、数据库安全、网络安全等。同时为了保证数据的现势性,对数据库的数据还应即时进行维护与更新。
1)硬件安全。包括可靠的计算机系统、网络设备安全、数据备份设备和媒体安全、计算机系统環境安全等。
2)软件安全。包括存取控制、隔离控制及安全操作系统等。
3)数据库安全设计。数据库的访问应实行权限管理,利用数据库管理功能,进行分级管理。将数据库的访问者分成几个管理权限:①设计开发人员:可以对库体和数据进行设计和更改,并能对数据进行读、写、删除等操作。②管理员:可以对数据库的所有数据进行读、写、删除等操作,不能改变数据库结构。③操作员:只能在设计开发人员划定的范围或目录进行数据读、写、删除等操作。④用户:只可读数据,不能对数据进行修改和删除。
为保证数据库的安全,在数据建立的过程中,应注意对数据库的备份,并且应注意建立数据恢复的功能,以确保数据库的安全。
4)网络安全。包括局域网的安全、城域网和广域网的安全、防火墙技术等等。
5)信息存储媒体的安全。记录数据的磁盘、光盘、电脑硬件、服务器硬件等的安全也应注意。
2.5管理应用子系统
基础地理信息系统的建设可以根据应用需要开发不同的、特殊的功能,不过一般来说查询检索、图形显示、数据提取、统计分析、立体分析、绘图输出这些功能是数据信息系统的基本功能。
1)查询、检索。系统应能根据空间目标查询属性,进行点查询、矩形查询、圆查询、多边形查询等;应能根据地名查询;根据属性查询空间位置;对空间包含、邻接等关系的查询;进行长度、面积的量算;输出相关的查询结果。
2)图形显示。系统的图形显示功能应包括拉框放大、中心放大、中心缩小、全屏显示、手动漫游、各要素显示控制、按照各要素调图显示、各比例尺控制显示、矢栅混合显示、各数据库数据叠加显示等功能。
3)数据提取。数据提取应是系统所要具备的最基本的功能,数据提取是根据用户的需求,将选择的数据提取出不同范围、不同格式,不同投影的数据。
4)统计分析。系统除了管理数据之外应该具备一定的统计分析功能,如位置、长度、面积量算,区域要素分析,洪水淹没分析,场地平整添挖方分析,坡度、坡向、可视性统计、城市规划宏观分析等。
5)立体分析。因为系统里的数据有些肯定是空间数据,因此图形数据管理除了二维平面的显示和分析外,可根据应用需要设计有三维立体显示和分析功能。例如影像数据、矢量数据应可以叠加进行三维立体自设路线或环绕一点飞行,同时可对矢量数据进行位置、高度和属性等查询。
6)绘图输出。地理信息数据库系统还应该能对各数据库的数据进行空间的叠合,按照不同的分层或者不同的属性项分类提取要素,按照不同的投影叠加,输出满足用户的需求的图形。
3结论
以上讨论的仅是本人根据目前数据生产和系统研究试验中得出的一些总体的设计思路和相关注意事项,在基础地理信息数据库的正式建设中还有很多在硬件、软件、技术上值得一一探讨和研究的地方,还需要克服很多不可预见的问题。本文只是浅谈了相关的问题和方向,还有更多的问题值得我们继续探讨。例如系统的升级问题、针对不同需求的不同客户端等,这些都是系统建设中要逐步完善的问题。
参考文献
[1]富融科技有限公司.CGIS产品针对测绘领域的解决方案.2001,9.
[2]国家测绘局.1万基础地理信息数据库生产与建库总体技术纲要.2001,6.
关键词基础地理信息系统;数据库;系统功能
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)091-0037-01
一个较大的区域如一个市、一个县或者一个行政村,往往涉及各种类型、各种比例尺的地理信息数据,如果只是简单的将这些空间数据保管起来,则有关应用调度数据的灵活性和效率将受到严格限制,而且数据的庞杂多样将增加数据检索、数据更新、数据维护、数据分发、数据管理的困难,因此建立一个功能完善的空间基础地理信息系统的任务迫在眉睫。建立空间基础地理信息系统的目的就是高效、统一地管理各种类型、各种行业的空间数据,以便于空间数据的维护、更新与分发及应用,辅助城市管理和宏观决策。
这个地理信息系统整体上应该是一个集成化的逻辑数据库,所有数据能够在统一的界面下进行调度、浏览,各种比例尺、各类型的空间数据要能够相互套合,互相迭加形成一体化的空间数据库。本文将从系统的基本原则和系统应具备的基本子系统讨论空间地理信息系统的总体框架设计。
1系统建设的基本原则
基础地理信息系统的建设应包括数据生产、系统运行环境的建设、数据库建设以及应用系统开发等。系统的建设应从基础地理信息数据管理的基础出发,遵循先进性、高效运行、建库与更新的有机结合、多种比例尺数据和各种类型数据的协调、标准化、规范化、实用等原则。
区域基础地理信息系统应实现多种数据库的统一管理,多种数据库交互的查询、检索,图形显示,数据提取,统计分析,立体分析,绘图输出等主要功能。利用地理信息系统技术、数据库管理技术以及计算机网络技术,采用C/S结构体系,实现整个区域的基础地理信息数据的统一管理。本着这些基本原则才能使建立起来的地理信息系统满足更广泛的应用需要。
2系统建设的主要子系统
区域基础地理信息系统的可以集成很多行业的各种类型的数据,因此对系统的模块建设和应用都有很多具体的要求,但是最基本的功能应该具备数据质检子系统、数据入库子系统、数据更新子系统、安全管理子系统、数据库维护与更新、管理应用子系统等,另外还有些二次开发子系统,业务应用子系统等可根据需要设定。
2.1数据质检子系统
数据质量问题是关系到系统建设成败和数据应用的关键问题,为确保系统的数据库的建设,应对数据的质量进行严格的控制,以确保入库数据的统一性、协调性和操作性。
1)矢量数据的质量控制。对于矢量数据主要应该注意其数据层、数据内部文件、属性项、要素等的完整性,属性、格式、数据分层和拓扑关系等的一致性,属性项目的准确性,属性和位置接边的精度等。
2)数字高程模型的质量控制。对于数字高程模型主要应对其坐标系统、有效范围、高程中误差、接边中误差和数据格式等进行质量控制。
3)影像数据的质量控制。影像数据的格式基本上都是TIF文件和相关的信息文件,TIF文件一般无法程序化地检查其内部影像的错误,因此入库前应注重的是数据文件的完整性、格式的正确性、TIF影像的可读取性。由于影像的数据比较大,入库前影像基本都经过压缩处理,因此检查压缩数据的可读写操作性也非常必要。
4)地名数据和元数据的质量控制。地名数据和元数据的准确性、与其他数据的对应性应在数据入库前得以保证。
5)其它数据的质量控制。其它还有一些空三加密数据库和区域内各等级控制点数据库应该注意检查数据的完整性和正确性等。
2.2数据入库子系统
基础地理信息系统中的数据库只有数据量丰富多样才能保证各行业的应用需要,可以由各种比例尺的矢量地形数据库、数字高程模型数据库、影像数据库、地名数据库、属性数据库、元数据库、空三加密数据库,区域内各等级控制点数据库等数据库组成。数据入库子系统就是要把以上数据都放分类放到我们的地理信息系统数据库里,以便统一使用。
1)矢量地形数据库。它是以矢量数据结构描述的水系、等高线、境界、交通、居民地等地形要素构成的数据库,其中包括地形要素间的空间关系及相关属性信息。数据库库体按照一定规则分层、区块组织,并按规定的分类进行编码。
2)数字高程模型数据库。它是定义在平面X、Y或者经纬度上规则格网点上高程数据集构成的数据库,库中应包括含有离散高程点合地貌结构线,库体按区域块索引进行组织管理。
3)影像数据库。它是由各种航空航天遥感数据或者经过处理的影像数据构成的数字影像数据库。包括数字正射影像、数字栅格地图、航片原始数据、卫星遥感原始数据等具有关联关系的影像数据。
4)地名数据库。它是由各类地名,包括居民地、河流、湖泊、政区、山脉、山峰、海洋、岛屿等名称信息构成的数据库。
5)元数据库。它是由描述各子数据库系统、各数据库文件的数据特性等信息文件构成的数据库。
6)空三加密数据库。它是由空中三角测量软件进行区域网计算的测量控制成果,记录的是区域内航空摄影资料成图所需的控制点的集合。
7)区域内各等级控制点数据库。它是由区域内各等级的控制点组成的点阵集合。
2.3数据库维护与更新子系统
数据库建立起来后,维护和实时更新也是非常重要和必不可少的。各类数据在使用的时候有可能发现错误或者是出错的可能,因此实时的维护尤其重要,这样才能保证整个系统的正常运行。
数据更新主要是为了增强数据的实时性,当有新的成果和新的方案时能对系统进行局部的更新和补充是非常必要的。
2.4安全管理子系统
基础地理信息数据更新和建库工作中数据的获取和加工处理、存储和分发服务各阶段涉及的都是信息流,信息流在每个阶段都有可能出现丢失或泄漏的可能,所以系统的建设要考虑系统的硬件安全、软件安全、数据库安全、网络安全等。同时为了保证数据的现势性,对数据库的数据还应即时进行维护与更新。
1)硬件安全。包括可靠的计算机系统、网络设备安全、数据备份设备和媒体安全、计算机系统環境安全等。
2)软件安全。包括存取控制、隔离控制及安全操作系统等。
3)数据库安全设计。数据库的访问应实行权限管理,利用数据库管理功能,进行分级管理。将数据库的访问者分成几个管理权限:①设计开发人员:可以对库体和数据进行设计和更改,并能对数据进行读、写、删除等操作。②管理员:可以对数据库的所有数据进行读、写、删除等操作,不能改变数据库结构。③操作员:只能在设计开发人员划定的范围或目录进行数据读、写、删除等操作。④用户:只可读数据,不能对数据进行修改和删除。
为保证数据库的安全,在数据建立的过程中,应注意对数据库的备份,并且应注意建立数据恢复的功能,以确保数据库的安全。
4)网络安全。包括局域网的安全、城域网和广域网的安全、防火墙技术等等。
5)信息存储媒体的安全。记录数据的磁盘、光盘、电脑硬件、服务器硬件等的安全也应注意。
2.5管理应用子系统
基础地理信息系统的建设可以根据应用需要开发不同的、特殊的功能,不过一般来说查询检索、图形显示、数据提取、统计分析、立体分析、绘图输出这些功能是数据信息系统的基本功能。
1)查询、检索。系统应能根据空间目标查询属性,进行点查询、矩形查询、圆查询、多边形查询等;应能根据地名查询;根据属性查询空间位置;对空间包含、邻接等关系的查询;进行长度、面积的量算;输出相关的查询结果。
2)图形显示。系统的图形显示功能应包括拉框放大、中心放大、中心缩小、全屏显示、手动漫游、各要素显示控制、按照各要素调图显示、各比例尺控制显示、矢栅混合显示、各数据库数据叠加显示等功能。
3)数据提取。数据提取应是系统所要具备的最基本的功能,数据提取是根据用户的需求,将选择的数据提取出不同范围、不同格式,不同投影的数据。
4)统计分析。系统除了管理数据之外应该具备一定的统计分析功能,如位置、长度、面积量算,区域要素分析,洪水淹没分析,场地平整添挖方分析,坡度、坡向、可视性统计、城市规划宏观分析等。
5)立体分析。因为系统里的数据有些肯定是空间数据,因此图形数据管理除了二维平面的显示和分析外,可根据应用需要设计有三维立体显示和分析功能。例如影像数据、矢量数据应可以叠加进行三维立体自设路线或环绕一点飞行,同时可对矢量数据进行位置、高度和属性等查询。
6)绘图输出。地理信息数据库系统还应该能对各数据库的数据进行空间的叠合,按照不同的分层或者不同的属性项分类提取要素,按照不同的投影叠加,输出满足用户的需求的图形。
3结论
以上讨论的仅是本人根据目前数据生产和系统研究试验中得出的一些总体的设计思路和相关注意事项,在基础地理信息数据库的正式建设中还有很多在硬件、软件、技术上值得一一探讨和研究的地方,还需要克服很多不可预见的问题。本文只是浅谈了相关的问题和方向,还有更多的问题值得我们继续探讨。例如系统的升级问题、针对不同需求的不同客户端等,这些都是系统建设中要逐步完善的问题。
参考文献
[1]富融科技有限公司.CGIS产品针对测绘领域的解决方案.2001,9.
[2]国家测绘局.1万基础地理信息数据库生产与建库总体技术纲要.2001,6.