基于數(shù)字城市地理空間框架的GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

雷林輝

（惠州市國土資源信息中心，廣東 惠州 516003）

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的總體目標是利用計算機技術(shù)、地理信息技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)等多種高新技術(shù)手段，建立多尺度、多分辨率、多種類的城市地理空間信息數(shù)據(jù)庫，形成統(tǒng)一的、權(quán)威的、擴展性好、集成性強的開放式城市地理空間信息公共平臺，實現(xiàn)地理空間信息的資源共享，為政府部門、企業(yè)、公眾提供個性化、多樣化的綜合信息服務(wù)應(yīng)用，為“數(shù)字城市”的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，為城市社會經(jīng)濟發(fā)展提供強有力的地理空間信息保障［1］。

服務(wù)于政府公共管理是數(shù)字城市地理空間框架應(yīng)用的主要方面，為更好地體現(xiàn)數(shù)字惠州地理空間框架的建設(shè)成效，充分發(fā)揮其應(yīng)用價值，節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本，新的GIS應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)基于地理空間框架進行構(gòu)建。

1 地理空間框架介紹

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)涉及到城市信息化的各個方面，其主要目的之一是促進基礎(chǔ)地理信息的標準化。標準化是實現(xiàn)地理信息共享，實現(xiàn)各信息系統(tǒng)之間互聯(lián)互通的前提和基礎(chǔ)［2－3］。通過提供標準化的地理空間信息產(chǎn)品服務(wù)，拓寬地理空間信息的應(yīng)用領(lǐng)域，鼓勵各部門在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和各類管理信息系統(tǒng)建設(shè)中，大力應(yīng)用地理空間信息［4］。

1.1 地理空間框架內(nèi)容

已建成的惠州市地理空間框架的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和地理信息公共平臺：

1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫根據(jù)內(nèi)部辦公網(wǎng)、電子政務(wù)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)3類應(yīng)用需求，建設(shè)了3套地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容，形成了一個覆蓋全市各類用戶的數(shù)據(jù)體系，包括：①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集，面向測繪、勘查、規(guī)劃、交通等強GIS應(yīng)用；②公共管理基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集，面向政府公共管理，如旅游、環(huán)保等弱GIS應(yīng)用；③公眾服務(wù)地理信息數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)經(jīng)過保密處理，面向公眾應(yīng)用。

2）地理信息公共平臺：地理信息公共平臺建設(shè)主要包含“地理空間框架數(shù)據(jù)管理平臺”、“地理空間框架運維管理平臺”和“地理空間框架公共服務(wù)平臺”。數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的管理及3套數(shù)據(jù)的聯(lián)動更新；運維管理平臺，實現(xiàn)對框架資源的管理、分發(fā)控制，對用戶權(quán)限進行管理；公共服務(wù)平臺，實現(xiàn)集成框架資源，提供地理信息服務(wù)與應(yīng)用。

1.2 地理空間框架的利用

地理空間框架實現(xiàn)對各類基礎(chǔ)地理信息資源的集成，并通過公共服務(wù)平臺對外發(fā)布，以公共服務(wù)體系的形式［5］，實現(xiàn)資源的共享與利用，體現(xiàn)為：

1）實現(xiàn)資源的共享：實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，各用戶可以利用平臺建立各自專題數(shù)據(jù)，非空間數(shù)據(jù)通過地名地址匹配實現(xiàn)空間化；發(fā)布服務(wù)，用戶可以利用平臺將各自的數(shù)據(jù)發(fā)布成數(shù)據(jù)服務(wù)，以供其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用；實現(xiàn)功能集成，平臺提供常見的、必備的GIS功能，用戶能夠?qū)⒏髯远ㄖ频膫€性化GIS功能發(fā)布到公共服務(wù)平臺，共享使用。

2）實現(xiàn)資源的利用：在線式應(yīng)用，利用平臺資源，建立完整的應(yīng)用系統(tǒng)，供用戶直接應(yīng)用；嵌入式應(yīng)用，利用平臺資源，配置成相應(yīng)的功能模塊，嵌入已有的系統(tǒng)中以獲取地理信息應(yīng)用功能；搭建式應(yīng)用，利用平臺資源進行應(yīng)用系統(tǒng)搭建，形成一個完整應(yīng)用系統(tǒng)，可部署到標準的J2EE服務(wù)器環(huán)境中；接口式應(yīng)用，通過平臺提供的GIS功能資源（其中的腳本接口和服務(wù)接口），利用二次開發(fā)的方式獲取平臺數(shù)據(jù)和服務(wù)資源，組織地理信息專業(yè)應(yīng)用。

2 基于框架的GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)分析

地理空間框架是GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，對城市建設(shè)、環(huán)境保護、土地管理、交通運輸、市政管理、線路管理、地名地址等各類GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)具有支撐作用。各部門基于地理空間框架構(gòu)建其專業(yè)領(lǐng)域的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，相對傳統(tǒng)方式構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，成本更少、時間更短，并實現(xiàn)資源共享，體現(xiàn)為系統(tǒng)建設(shè)流程更為簡化，建設(shè)內(nèi)容更為簡單。

2.1 系統(tǒng)建設(shè)流程分析

基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，不同于采用傳統(tǒng)構(gòu)建方式時需要建設(shè)各類數(shù)據(jù)與編程開發(fā)，其主要是對框架已有資源的利用，系統(tǒng)建設(shè)過程更為簡化。系統(tǒng)建設(shè)流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)建設(shè)流程

1）專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)：根據(jù)GIS應(yīng)用系統(tǒng)管理需求，應(yīng)建立與其相應(yīng)的專題數(shù)據(jù)，主要指空間數(shù)據(jù)。通過位置匹配、數(shù)字化等方式，將各類專題數(shù)據(jù)建設(shè)為符合GIS分層、編碼要求的空間數(shù)據(jù)。

2）專題服務(wù)發(fā)布：利用地理空間框架的公共服務(wù)平臺，將專題數(shù)據(jù)集成到地理空間框架，建立專題數(shù)據(jù)目錄；然后發(fā)布專題數(shù)據(jù)服務(wù)，提供數(shù)據(jù)的調(diào)用。

3）構(gòu)建GIS應(yīng)用：利用地理空間框架提供的搭建式、嵌入式、接口式等應(yīng)用構(gòu)建方式，調(diào)用基礎(chǔ)地理信息服務(wù)、各類GIS功能接口、已發(fā)布的專題數(shù)據(jù)服務(wù)，構(gòu)建GIS應(yīng)用，形成GIS系統(tǒng)雛形、GIS功能模塊或?qū)ｎ}GIS應(yīng)用等。

4）集成與部署：集成整合已構(gòu)建的GIS應(yīng)用，并對系統(tǒng)界面美化、布局調(diào)整，部署形成完整的GIS應(yīng)用系統(tǒng)；或?qū)IS應(yīng)用嵌入到已有的應(yīng)用系統(tǒng)中，作為一個功能模塊。

通過對GIS應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建流程及每個環(huán)節(jié)分析，可以發(fā)現(xiàn)，基于地理空間框架流程更為簡化，可以實現(xiàn)快速構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，同時減少基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)及底層應(yīng)用開發(fā)的工作量。

2.2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容分析

建設(shè)內(nèi)容分析從數(shù)據(jù)建庫、系統(tǒng)開發(fā)、運行環(huán)境、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享等5個方面來分析基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容及特點。

2.2.1 建立輕量級數(shù)據(jù)庫

構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，首先要建立數(shù)據(jù)庫?；诘乩砜臻g框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，將建庫主要內(nèi)容從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)轉(zhuǎn)移到專題數(shù)據(jù)建設(shè)上來，建立輕量級的專題數(shù)據(jù)庫。

傳統(tǒng)方式構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)時，首先要建立基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，需要收集整理各類基礎(chǔ)地理信息資料，數(shù)字化建庫，并對數(shù)據(jù)進行符號化、美化，配置形成電子地圖；然后在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上建立專題數(shù)據(jù)庫。而基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，可直接調(diào)用地理空間框架發(fā)布的地圖服務(wù)，獲取基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)建庫的主要內(nèi)容是建立專題數(shù)據(jù)庫，從而減少數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作，節(jié)約數(shù)據(jù)建設(shè)成本。

2.2.2 可視化應(yīng)用構(gòu)建

構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，另一項主要工作是系統(tǒng)開發(fā)，將系統(tǒng)開發(fā)的主要工作內(nèi)容從代碼編寫轉(zhuǎn)移到可視化的應(yīng)用構(gòu)建上來。

傳統(tǒng)方式構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)時，多采用獨立開發(fā)或二次開發(fā)的方式，全程開發(fā)工作都需要通過編寫代碼的方式來實現(xiàn)。首先需要利用相關(guān)編碼工具、GIS工具軟件、GIS組件通過編程的方式，構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)的基本框架；然后開發(fā)相應(yīng)GIS功能、菜單，設(shè)計GIS工具條，形成完整GIS應(yīng)用系統(tǒng)。

而基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，首先可通過地理空間框架，搭建GIS應(yīng)用系統(tǒng)基本框架，并在此基礎(chǔ)上通過調(diào)用框架GIS功能服務(wù)的方式，集成所需的GIS功能，實現(xiàn)基本的GIS應(yīng)用與分析功能，此時構(gòu)建的應(yīng)用可以滿足大多數(shù)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建需求，并且構(gòu)建過程中，具有可視化特點，所見即所得；而更專業(yè)性的GIS功能，可在此基礎(chǔ)上利用框架提供的API接口，編程開發(fā)實現(xiàn)。通過應(yīng)用構(gòu)建的方式可以減少系統(tǒng)的底層開發(fā)，減少編程開發(fā)的工作量，縮短系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)周期。

2.2.3 運行環(huán)境共享

構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，需要建立支撐其運行的軟硬件環(huán)境。基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，可直接共享使用地理空間框架的軟硬件環(huán)境。

傳統(tǒng)方式構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)時，需要匹配大型空間數(shù)據(jù)庫軟件，用于管理TB級的地理信息數(shù)據(jù)庫；需要匹配地理信息數(shù)據(jù)處理軟件，用于對數(shù)據(jù)進行加工處理建庫；需要購買GIS組件，用于軟件系統(tǒng)的開發(fā)；需要匹配數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用；需要匹配存儲柜或硬盤空間，用于存儲基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

而基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，只需構(gòu)建一個輕量級的運行環(huán)境，用于部署GIS應(yīng)用系統(tǒng)。通過調(diào)用地理空間框架發(fā)布的數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)可以直接使用，無需考慮數(shù)據(jù)的處理、發(fā)布與存儲；通過框架構(gòu)建應(yīng)用，無需部署其他GIS組件，從而可以減少應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境建設(shè)成本。

2.2.4 系統(tǒng)集成

構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，需要與已有系統(tǒng)集成，在已有系統(tǒng)中實現(xiàn)GIS應(yīng)用?；诘乩砜臻g框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，可直接在已有系統(tǒng)中嵌入完整的GIS應(yīng)用。

在傳統(tǒng)模式下，在已有系統(tǒng)中集成GIS應(yīng)用，需要基于已有系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)架構(gòu)，通過編寫代碼來實現(xiàn)GIS應(yīng)用。而基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用時，先構(gòu)建嵌入式GIS應(yīng)用模塊，構(gòu)建完成后框架系統(tǒng)提供一段HTML腳本，將腳本嵌入到已有的系統(tǒng)中，即可實現(xiàn)嵌入式GIS應(yīng)用模塊的功能，從而避免對已有系統(tǒng)的改動。

2.2.5 實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享

構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，最重要的是數(shù)據(jù)資源。基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，可實現(xiàn)各部門的專題數(shù)據(jù)通過地理空間框架發(fā)布、共享。

傳統(tǒng)模式下構(gòu)建的GIS應(yīng)用系統(tǒng)沒有基于統(tǒng)一的平臺進行建設(shè)，系統(tǒng)相互獨立，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)只局限于在各自的應(yīng)用系統(tǒng)中使用。

而基于地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)，要求各部門的專題數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都需要在公共服務(wù)平臺上進行定義，并將數(shù)據(jù)以服務(wù)的形式發(fā)布出來，因而不同的應(yīng)用系統(tǒng)都能理解、調(diào)用其他部門所發(fā)布的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)部門之間的數(shù)據(jù)共享。

3 系統(tǒng)建設(shè)案例

惠州市公交線路管理系統(tǒng)是完全基于數(shù)字惠州地理空間框架來構(gòu)建的，其主要從專題數(shù)據(jù)建設(shè)、構(gòu)建搭建式系統(tǒng)、開發(fā)接口式功能、系統(tǒng)調(diào)整部署等4個方面來實施。

1）公交專題數(shù)據(jù)建設(shè)：主要實現(xiàn)公交站點、線路信息空間化，落實到圖上，建立屬性信息，并制作站點、線路專題圖，發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)。該項工作共76條線路，約850個站點，由6名人員完成，耗時5個工作日。

2）構(gòu)建搭建式系統(tǒng)：采用“搭建式應(yīng)用”構(gòu)建系統(tǒng)基本框架，集成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和公交專題數(shù)據(jù)，具有GIS操作、查詢定位、路徑分析等功能。該項工作由1名人員完成，耗時0.5個工作日。

3）開發(fā)接口式功能：在搭建式系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)線路規(guī)劃管理、站點規(guī)劃管理、公交線路的對比、線路站點管理等專用功能。該項工作由3名人員完成，耗時4個工作日。

4）系統(tǒng)調(diào)整與部署：合理調(diào)整布局，對界面進行美化，對操作模式進行調(diào)整，并部署到惠州市交通局的辦公網(wǎng)絡(luò)中，完成公交線路管理系統(tǒng)的構(gòu)建（見圖2）。該項工作由1名工作人員完成，耗時2個工作日。

圖2 公交線路管理系統(tǒng)

本次公交線路管理系統(tǒng)建設(shè)共耗時44.5個工作日，項目團隊匹配6名人員，約1周即可完成，相對于傳統(tǒng)方式構(gòu)建公交線路管理系統(tǒng)，建設(shè)周期大大縮短；系統(tǒng)建設(shè)成本主要是公交專題數(shù)據(jù)建設(shè)和專用功能的開發(fā)，大大減少了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建設(shè)和系統(tǒng)從零開發(fā)的成本；通過公共服務(wù)平臺發(fā)布的公交站點、線路信息，可以授權(quán)共享給公用事業(yè)局使用，便于其設(shè)置公交站牌，調(diào)度公交車輛。

4 結(jié) 論

通過上述分析及系統(tǒng)實施，說明基于數(shù)字惠州地理空間框架構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)具有如下優(yōu)越性：

1）縮短建設(shè)周期：利用框架可以利用已發(fā)布的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)快速構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)的雛形，從而節(jié)約系統(tǒng)從底層開發(fā)、數(shù)據(jù)重新建設(shè)時間，大大縮短系統(tǒng)建設(shè)周期。

2）節(jié)約建設(shè)成本：利用框架的應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)，快速構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，可以減少系統(tǒng)的底層開發(fā)成本、通用GIS功能的開發(fā)成本，節(jié)約基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集建庫成本、采購數(shù)據(jù)服務(wù)器的成本、采購基礎(chǔ)支撐軟件的成本，從而大大節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本。

3）資源共享利用：通過框架建立的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)已實現(xiàn)全市共享利用；各部門通過框架發(fā)布專題數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)在各部門之間的共享利用；實現(xiàn)通用的GIS功能模塊共享利用。

隨著數(shù)字惠州地理空間框架的推廣應(yīng)用，使得各部門用戶構(gòu)建GIS系統(tǒng)（尤其是弱GIS系統(tǒng)）更為簡便。

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