鐵三院基礎地理信息管理系統建設研究

1 系統建設技術路線

1.1 總體框架

鐵三院基礎地理信息管理系統采用標準的三層體系結構，如圖1所示。

圖1 鐵三院基礎地理信息系統體系結構

(1)數據層:采用Oracle關系型數據庫系統實現對基礎地理數據的高效存取和管理。

(2)邏輯層(中間層):通過ArcSDE空間數據引擎實現對空間數據的訪問，基于ArcGISEngine和ArcGIS Server技術構建空間信息綜合應用開發平臺，實現空間數據應用的業務邏輯。

(3)應用層:在空間信息綜合應用開發平臺基礎上，實現基礎地理信息管理系統的具體應用，如元數據制定、基礎地理數據入庫與更新、數據查詢與下載、空間數據顯示與分析、基礎空間數據管理、系統維護與管理、WebGIS空間信息發布等。

1.2 系統數據庫設計

系統數據庫由空間數據庫和屬性數據庫組成。空間數據庫主用用于存儲DLG、控制點成果資料等類型的數據，由空間數據庫引擎ArcSDE建立，可以實現對空間數據快速、便捷地提取分發及應用。屬性數據庫包括元數據管理數據庫、坐標系參數管理數據庫、符號庫管理數據庫、系統管理數據庫等。元數據管理數據庫主要用于存儲基礎地理數據的元數據信息，坐標系參數管理數據庫主要用于存儲坐標系參數信息，符號庫管理數據庫主要用于存儲矢量數據的符號化信息，系統管理數據庫主要用于存儲和管理用戶信息和用戶權限信息。數據庫的總體結構如圖2所示。

圖2 數據庫的總體結構

1.3 數據存儲方案

鐵三院基礎地理數據主要包括DLG、DEM、DOM、DRG以及其他測繪成果資料等類型的數據，其數據量可以用“海量”一詞來形容，一個鐵路項目的地形圖、影像和雷達數據都可以達到TB級，面對如此龐大的數據，必須建立科學的存儲、索引機制，完成數據的存儲與管理。

對于海量數據主要有兩種管理方式:一是基于文件系統的管理方式，二是基于數據庫系統的管理方式。鐵三院基礎地理信息管理系統數據庫，采取文件和數據庫并行的存儲與管理方式，即對于數據量非常大、使用頻率不高、不需要進行空間查詢分析的數據，采用文件方式進行存儲，在數據庫中只保存數據的元數據信息，通過元數據來實現對數據的管理;對于使用頻率較高、數據量不大、需要進行空間查詢分析的數據，通過ArcSDE存儲在空間數據庫中。

DEM、DOM、DRG等類型的柵格數據，數據量非常大，不需要進行空間查詢分析，相對來說使用頻率較低，如果通過ArcSDE存入數據庫中，存取時間非常長，因此采用文件的方式進行存儲，只是將數據的元數據信息保存在屬性數據庫中，通過元數據來實現對數據的管理。

對于DLG、控制點成果資料等類型的數據，數據量相對較小，使用頻率較高，而且需要進行空間查詢和分析，因此利用ArcSDE將數據存入空間數據庫中，ArcSDE將自動建立維護數據間的索引關系，實現數據的高效查詢與提取。對于DLG類型數據，主要是基礎地形圖等CAD矢量數據，通過ArcSDE錄入空間數據庫時，CAD中的線型等信息將丟失，并且難以恢復，為了不損失源文件信息，系統對DLG類型的數據采用文件和數據庫兩種方式并行存儲與管理。當用戶下載該文件時，只需要從服務器上直接下載源文件;當用戶需要加載該數據進行空間分析時，系統通過ArcSDE從空間數據庫中讀取該文件的Feature Class要素加載到地圖上，從而實現了矢量數據的高效存取、瀏覽和分析。

2 系統組成與實現

鐵三院基礎地理信息管理系統采用Visual Basic.Net和ArcEngine進行開發，利用ArcGIS Engine提供的功能強大的COM組件，構建滿足業務功能需求的集成化數據庫管理系統。通過ArcSDE和Oracle共同實現空間數據和屬性數據的管理。同時利用ArcGIS Server和Flex技術開發和構建鐵三院基礎地理信息發布系統，采用Windows IIS7.0實現基礎地理信息的快速發布。系統組成如圖3所示。

圖3 系統組成與功能

數據質量檢查子系統基于ObjectARX技術，在AutoCAD2010平臺下開發，針對需要進入空間數據庫的DLG、DEM等數據進行質量檢查修改工作。元數據管理子系統主要負責基礎地理數據元數據的制定、錄入、修改，以及查詢與下載等工作。基礎數據管理子系統是基礎地理信息管理系統的核心，主要負責數據入庫管理、空間數據的瀏覽顯示、空間查詢分析、數據查詢下載等工作;該子系統采用Client/Server(客戶端/服務器)結構，采用Visual Basic.Net和ArcGISEngine開發。數據共享發布與WebGIS服務子系統采用Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構，利用 ArcGIS Server、Flex、IIS等技術，實現基礎地理數據的快速發布，為用戶提供高效的空間數據在線瀏覽、綜合查詢分析、輔助決策等功能。系統管理維護子系統主要負責數據庫管理與維護、用戶權限配置與管理、系統安全日志管理等，保障系統基礎地理數據的安全。圖4所示為系統的主界面。

圖4 系統主界面

3 系統試運行

系統開發工作于2011年底基本結束，服務器部署依托工程實驗室的高效能小型機，以及200TB級的數據存儲服務器，保證了系統后臺服務的穩定可靠;系統的應用服務基于鐵三院內部的局域網來分發和部署，既保證了數據訪問的安全性，又保證了系統的響應速度和訪問效率。

系統開發后期，有目的地安排了對生產安排、組織管理能起到現實幫助作用的一些基礎地理信息成果的質量檢查、整理入庫等工作，主要包括目前廣泛應用的中小比例衛星影像、數字地面模型、矢量成果等;其中一部分是能夠從網絡上免費獲取的資料，包括:全球30m分辨率的TM影像、全球90m分辨率的DEM數據、30m分辨率的DTM數據、中國1：400萬的矢量數據等，另一部分是利用網絡資料及應用服務加工制作的成果，包括:小比例分省區矢量數據、高分辨率城市衛星影像等。同時，對近幾年收集購買的高分辨率衛星影像數據也進行了重新整理，分門別類地進行了入庫管理。這類成果的入庫管理，對目前廣泛開展的中小比例影像圖制作、專題圖制作等任務起到了很好的輔助作用，一方面大大提高了既有基礎資料的查找效率，能夠快速準確的了解既有資料情況，及時對后續生產安排進行決策;另一方面也提高了成果資料的共享使用效率，避免了不必要的重復采購、生產制作等浪費。

針對鐵路勘察設計不同階段對基礎測繪資料的應用需求，分別對正在進行的一個鐵路初測項目和一個精密測量項目進行了數據整理和入庫管理工作。通過在該項目上的成功應用，鐵三院在基礎測繪資料應用、檔案管理，以及成果使用方面的應用水平有了顯著提高。

4 應用展望

鐵三院基礎地理信息管理系統是管理，維護，分發和應用多尺度、多源以及多時態基礎地理信息數據的技術平臺，實現了基礎地理數據分布式存儲和集中化管理，解決了數據的多用戶存取和數據安全控制，可以快速地進行數據的查詢分析，快速提取及分發管理。通過本項目的開展，為更加合理地利用地理空間數據奠定了基礎平臺，推動了鐵三院基礎地理信息應用向科學化、規范化的方向發展，為“數字鐵路”空間基礎建設提供了數據基礎，積累了寶貴經驗。

在總結系統初步應用的基礎上，下一步計劃在以下幾個方面繼續開展工作，以不斷提高基礎地理信息的應用水平:

①調研分析各設計專業的應用需求，設計開發相應功能，擴大系統的應用范圍。

②調研現有資料管理的業務流程，設計基于系統的成果流轉審批流程，解決目前在資料移交管理中出現的手續繁瑣、手段單一等問題，從而既保證資料管理的可控，又能提高資料流轉的效率。

③在基礎地理信息系統應用漸趨成熟后，在統一框架基礎上，適時開展各設計專業的地理信息數據庫系統設計開發，目的是實現基于專業的設計應用，同時實現專業間成果資料的同步共享。

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