基于數字城市地理空間框架的GIS應用系統建設

雷林輝

（惠州市國土資源信息中心，廣東 惠州 516003）

數字城市地理空間框架建設的總體目標是利用計算機技術、地理信息技術、全球定位系統、遙感技術等多種高新技術手段，建立多尺度、多分辨率、多種類的城市地理空間信息數據庫，形成統一的、權威的、擴展性好、集成性強的開放式城市地理空間信息公共平臺，實現地理空間信息的資源共享，為政府部門、企業、公眾提供個性化、多樣化的綜合信息服務應用，為“數字城市”的發展打下堅實的基礎，為城市社會經濟發展提供強有力的地理空間信息保障［1］。

服務于政府公共管理是數字城市地理空間框架應用的主要方面，為更好地體現數字惠州地理空間框架的建設成效，充分發揮其應用價值，節約系統建設成本，新的GIS應用系統都應基于地理空間框架進行構建。

1 地理空間框架介紹

數字城市地理空間框架建設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地理信息的標準化。標準化是實現地理信息共享，實現各信息系統之間互聯互通的前提和基礎［2－3］。通過提供標準化的地理空間信息產品服務，拓寬地理空間信息的應用領域，鼓勵各部門在傳統產業的改造和各類管理信息系統建設中，大力應用地理空間信息［4］。

1.1 地理空間框架內容

已建成的惠州市地理空間框架的主要內容包括基礎地理信息數據庫和地理信息公共平臺：

1）基礎地理信息數據庫：基礎地理信息數據庫根據內部辦公網、電子政務網及互聯網3類應用需求，建設了3套地理信息數據內容，形成了一個覆蓋全市各類用戶的數據體系，包括：①基礎地理信息數據集，面向測繪、勘查、規劃、交通等強GIS應用；②公共管理基礎地理信息數據集，面向政府公共管理，如旅游、環保等弱GIS應用；③公眾服務地理信息數據集，數據經過保密處理，面向公眾應用。

2）地理信息公共平臺：地理信息公共平臺建設主要包含“地理空間框架數據管理平臺”、“地理空間框架運維管理平臺”和“地理空間框架公共服務平臺”。數據管理平臺，實現對基礎地理信息數據的管理及3套數據的聯動更新；運維管理平臺，實現對框架資源的管理、分發控制，對用戶權限進行管理；公共服務平臺，實現集成框架資源，提供地理信息服務與應用。

1.2 地理空間框架的利用

地理空間框架實現對各類基礎地理信息資源的集成，并通過公共服務平臺對外發布，以公共服務體系的形式［5］，實現資源的共享與利用，體現為：

1）實現資源的共享：實現數據集成，各用戶可以利用平臺建立各自專題數據，非空間數據通過地名地址匹配實現空間化；發布服務，用戶可以利用平臺將各自的數據發布成數據服務，以供其他應用系統調用；實現功能集成，平臺提供常見的、必備的GIS功能，用戶能夠將各自定制的個性化GIS功能發布到公共服務平臺，共享使用。

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

2 基于框架的GIS應用系統建設分析

地理空間框架是GIS應用系統建設的基礎，對城市建設、環境保護、土地管理、交通運輸、市政管理、線路管理、地名地址等各類GIS應用系統建設具有支撐作用。各部門基于地理空間框架構建其專業領域的GIS應用系統，相對傳統方式構建GIS應用系統，成本更少、時間更短，并實現資源共享，體現為系統建設流程更為簡化，建設內容更為簡單。

2.1 系統建設流程分析

基于地理空間框架構建GIS應用系統，不同于采用傳統構建方式時需要建設各類數據與編程開發，其主要是對框架已有資源的利用，系統建設過程更為簡化。系統建設流程見圖1。

圖1 系統建設流程

1）專題數據庫建設：根據GIS應用系統管理需求，應建立與其相應的專題數據，主要指空間數據。通過位置匹配、數字化等方式，將各類專題數據建設為符合GIS分層、編碼要求的空間數據。

2）專題服務發布：利用地理空間框架的公共服務平臺，將專題數據集成到地理空間框架，建立專題數據目錄；然后發布專題數據服務，提供數據的調用。

3）構建GIS應用：利用地理空間框架提供的搭建式、嵌入式、接口式等應用構建方式，調用基礎地理信息服務、各類GIS功能接口、已發布的專題數據服務，構建GIS應用，形成GIS系統雛形、GIS功能模塊或專題GIS應用等。

4）集成與部署：集成整合已構建的GIS應用，并對系統界面美化、布局調整，部署形成完整的GIS應用系統；或將GIS應用嵌入到已有的應用系統中，作為一個功能模塊。

通過對GIS應用系統構建流程及每個環節分析，可以發現，基于地理空間框架流程更為簡化，可以實現快速構建GIS應用系統，同時減少基礎地理信息數據庫的建設及底層應用開發的工作量。

2.2 系統建設內容分析

建設內容分析從數據建庫、系統開發、運行環境、系統集成、數據共享等5個方面來分析基于地理空間框架構建GIS應用系統建設內容及特點。

2.2.1 建立輕量級數據庫

構建GIS應用系統，首先要建立數據庫。基于地理空間框架構建GIS應用系統，將建庫主要內容從基礎地理信息數據建設轉移到專題數據建設上來，建立輕量級的專題數據庫。

傳統方式構建GIS應用系統時，首先要建立基礎地理信息數據庫，需要收集整理各類基礎地理信息資料，數字化建庫，并對數據進行符號化、美化，配置形成電子地圖；然后在基礎地理信息數據庫基礎上建立專題數據庫。而基于地理空間框架構建GIS應用系統，可直接調用地理空間框架發布的地圖服務，獲取基礎地理信息數據，數據建庫的主要內容是建立專題數據庫，從而減少數據庫建設工作，節約數據建設成本。

2.2.2 可視化應用構建

構建GIS應用系統，另一項主要工作是系統開發，將系統開發的主要工作內容從代碼編寫轉移到可視化的應用構建上來。

傳統方式構建GIS應用系統時，多采用獨立開發或二次開發的方式，全程開發工作都需要通過編寫代碼的方式來實現。首先需要利用相關編碼工具、GIS工具軟件、GIS組件通過編程的方式，構建GIS應用系統的基本框架；然后開發相應GIS功能、菜單，設計GIS工具條，形成完整GIS應用系統。

而基于地理空間框架構建GIS應用系統，首先可通過地理空間框架，搭建GIS應用系統基本框架，并在此基礎上通過調用框架GIS功能服務的方式，集成所需的GIS功能，實現基本的GIS應用與分析功能，此時構建的應用可以滿足大多數的GIS應用系統構建需求，并且構建過程中，具有可視化特點，所見即所得；而更專業性的GIS功能，可在此基礎上利用框架提供的API接口，編程開發實現。通過應用構建的方式可以減少系統的底層開發，減少編程開發的工作量，縮短系統開發建設周期。

2.2.3 運行環境共享

構建GIS應用系統，需要建立支撐其運行的軟硬件環境。基于地理空間框架構建GIS應用系統，可直接共享使用地理空間框架的軟硬件環境。

傳統方式構建GIS應用系統時，需要匹配大型空間數據庫軟件，用于管理TB級的地理信息數據庫；需要匹配地理信息數據處理軟件，用于對數據進行加工處理建庫；需要購買GIS組件，用于軟件系統的開發；需要匹配數據庫服務器，用于基礎地理信息數據的應用；需要匹配存儲柜或硬盤空間，用于存儲基礎地理信息數據。

而基于地理空間框架構建GIS應用系統，只需構建一個輕量級的運行環境，用于部署GIS應用系統。通過調用地理空間框架發布的數據服務，數據可以直接使用，無需考慮數據的處理、發布與存儲；通過框架構建應用，無需部署其他GIS組件，從而可以減少應用系統的軟硬件環境建設成本。

2.2.4 系統集成

構建GIS應用系統，需要與已有系統集成，在已有系統中實現GIS應用。基于地理空間框架構建GIS應用系統，可直接在已有系統中嵌入完整的GIS應用。

在傳統模式下，在已有系統中集成GIS應用，需要基于已有系統的開發環境、系統架構，通過編寫代碼來實現GIS應用。而基于地理空間框架構建GIS應用時，先構建嵌入式GIS應用模塊，構建完成后框架系統提供一段HTML腳本，將腳本嵌入到已有的系統中，即可實現嵌入式GIS應用模塊的功能，從而避免對已有系統的改動。

2.2.5 實現數據資源共享

構建GIS應用系統，最重要的是數據資源。基于地理空間框架構建GIS應用系統，可實現各部門的專題數據通過地理空間框架發布、共享。

傳統模式下構建的GIS應用系統沒有基于統一的平臺進行建設，系統相互獨立，數據結構、格式不統一，數據只局限于在各自的應用系統中使用。

而基于地理空間框架構建GIS應用系統，要求各部門的專題數據結構都需要在公共服務平臺上進行定義，并將數據以服務的形式發布出來，因而不同的應用系統都能理解、調用其他部門所發布的數據，從而實現部門之間的數據共享。

3 系統建設案例

惠州市公交線路管理系統是完全基于數字惠州地理空間框架來構建的，其主要從專題數據建設、構建搭建式系統、開發接口式功能、系統調整部署等4個方面來實施。

1）公交專題數據建設：主要實現公交站點、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，發布數據服務。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）構建搭建式系統：采用“搭建式應用”構建系統基本框架，集成基礎地理信息數據和公交專題數據，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）開發接口式功能：在搭建式系統基礎上，設計開發線路規劃管理、站點規劃管理、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）系統調整與部署：合理調整布局，對界面進行美化，對操作模式進行調整，并部署到惠州市交通局的辦公網絡中，完成公交線路管理系統的構建（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

本次公交線路管理系統建設共耗時44.5個工作日，項目團隊匹配6名人員，約1周即可完成，相對于傳統方式構建公交線路管理系統，建設周期大大縮短；系統建設成本主要是公交專題數據建設和專用功能的開發，大大減少了基礎地理信息數據建設和系統從零開發的成本；通過公共服務平臺發布的公交站點、線路信息，可以授權共享給公用事業局使用，便于其設置公交站牌，調度公交車輛。

4 結 論

通過上述分析及系統實施，說明基于數字惠州地理空間框架構建GIS應用系統具有如下優越性：

1）縮短建設周期：利用框架可以利用已發布的基礎地理信息數據，應用服務快速構建應用系統的雛形，從而節約系統從底層開發、數據重新建設時間，大大縮短系統建設周期。

2）節約建設成本：利用框架的應用服務、數據服務，快速構建應用系統，可以減少系統的底層開發成本、通用GIS功能的開發成本，節約基礎數據采集建庫成本、采購數據服務器的成本、采購基礎支撐軟件的成本，從而大大節約系統建設成本。

3）資源共享利用：通過框架建立的基礎地理信息數據已實現全市共享利用；各部門通過框架發布專題數據，可實現在各部門之間的共享利用；實現通用的GIS功能模塊共享利用。

隨著數字惠州地理空間框架的推廣應用，使得各部門用戶構建GIS系統（尤其是弱GIS系統）更為簡便。

［1］曹紅杰.基于數字城市地理空間框架的省運會電子地圖網站建設［J］.建材與裝飾，2011（9）：441－442.

［2］余旭，張興福，王國輝，等.我國地理信息標準化綜述［J］.測繪工程，2011，20（6）：1－3.

［4］李景文，趙福君，董星星，等.數字城市地理空間框架模式設計［J］.桂林工學院學報，2008（2）：240－243

［4］鄧力.數字城市地理空間框架整體建設模式探討［J］.北京測繪，2010（4）：8－10.

［5］鄧力.數字城市地理空間框架旅游公共服務體系設計［J］.測繪工程，2010，19（5）：53－56.