2023年数字城市GIS分布式应用体系研究.doc

数字城市 GIS 分布式应用体系研究 罗名海 (武汉市勘测设计研究院 , 武汉 　430022) : 本文分析了数字城市对 GIS 数据集成与应用效劳的需求 , 提出了 GIS 分布式应用体系的框架 , 由网络体系 、数据体系 、技术支撑体系和应用效劳体系组成 , 建立逻辑数据中心 , 利用元数据和多 数据库管理系统 , 实现分布式异构空间数据的共享效劳 。 关键词 : 数字城市 ; 地理信息系统 ; 分布式应用 中图分类号 : P208 文献标识码 : B Abstract : This paper analyses the digital city’s demands for GIS data integration and application service , and presents a framework of GIS distributed application system , which is composed of network system , data system , technical system , application system and serving system. This system will build logic data center , adopt metadata and MDBMS , and achieve a sharing service of the distributed spatial data with different structure . Key words : digital city ; GIS ; distributed application © 1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. :// 1 　引言 数字城市是城市现代化面貌和技术开展水平的 集中体现 , 包括高端技术开发 、根底设施建设和应 用效劳功能三个方面 , 通过高速宽带网络建设和地 理信息系统建设 , 综合利用城市各种信息资源 , 实 现对城市根底设施和运行功能的监控管理 , 提供决 策支持 , 逐步实现国民经济和社会的信息化 , 以信 息化推开工业化 , 实施技术跨越战略 。 GIS 是空间信息的“大管家〞, 是数字城市系统 集成与信息整合的关键 , 也是 3S 技术中开发最早 、 应用最普遍 、开展最快的技术 。在空间数据管理上 从文件方式管理开展到数据库方式管理 , 在数据集 成上从集中建库管理开展到分布式建库管理 , 在共 享方式上从单机模式开展到局域网 C/ S 模式和广域 网 B/ S 模式 , 在应用集成上从专家型 GIS 开展到企 业型 GIS 和社会型 GIS , 在横向的应用系统集成 ( ComGIS) 、纵向的历史数据管理 ( TGIS) 和广域的 信息资源传播 (Web GIS) 三个方面不断取得新的突 破 , 不断提高数字城市建设的水平和效益 。 2 　数字城市 GIS 建设的主要内容 数字城市建设越来越关注空间信息的获取与应 数字城市 GIS 建设主要包括数据集成与更新管 理 、系统集成与应用效劳两个方面 。前者是根底 , 重点解决城市 、区域及国家的信息共享问题 , 实现 对多源 、异构 、分布式信息资源的建库 、管理与更 新 : 后者是应用 , 重点解决跨平台 、分布式应用系 统的集成问题 , 满足社会各界对 GIS 数据及应用的 多种需求 。 211 　GIS 数据集成 GIS 数据集成就是对各种空间信息的建库和管 理 , 实现各种数据资源的有机集成 , 确保各类信息 的互相叠加 、对照和综合查询 , 逐步建立多源 、多 尺度 、多时态的空间数据库 。 (1) 索引数据库 : 索引数据库又可称为基准数 据库 , 是空间信息资源聚集的根底和公共定位的参 考基准 , 是实现快速检索 、定位和查询的根底 。主 要包括图幅结合表 、地名数据库和行政区划 、现状 道路 、水系等背景信息 , 可根据图幅 、街区名 、道 路名 、常用地名 、单位名称 、门牌号码等进行查询 定位 。 (2) 空间数据库 : 由根底地理数据库 、市政设 施数据库 、公共设施数据库和专题属性数据库组 成 。根底地理数据库包括全市范围的根底控制数 据 、系列比例尺地形数据 、正射影像图数据等 ; 市 政设施数据库包括综合地下管线数据 、现状道路及 用 , 需要在根底地理空间数据库根底上 , 融合各行 业的专题空间数据库和属性数据库 , 建设数据库系 统集成平台 、应用系统集成平台和元数据交换中 心 , 形成分布式的 GIS 集成 、管理与应用体系 。  收稿日期 : 2023206210 ; 修订日期 : 2023211211 作者简介 : 罗名海 (1966 - ) , 男 (汉族) , 湖北黄冈人 , 博 士 , 教授级高工 , 副总工程师. 　66　工程勘察 　J our nal of Geotechnical I nvestigation & S urveyi ng 2023 年第 1 期 　 路面设施数据等 ; 公共设施数据库包括主要机关 、 工矿企业 、学校 、医院 、居住社区 、重要商业网 点 、金融机构 、邮政局 、加油站 、休闲娱乐场所 、 建设工地等地址和属性信息 ; 专题属性数据库包括 市 、区人口数量 、文化构成 、年龄构成 、就业状 况 、各类公共设施数量 、企业数量 、经济构成等反 映根本市情 、区情的社会经济统计信息 。 (3) 空间元数据库 : 是 GIS 数据仓库的综合目 录和总体视图 , 通过对多源 、多时态 、多尺度 、多 分辨率 、多类型数据的描述 , 保证快速 、全面 、有 效地访问和获得所需数据 , 形成物理上分布而逻辑 上集中的整体数据视图和空间数据索引 。 212 　GIS 应用效劳 GIS 应用是在解决数据集成 、信息共享的前提 下 , 为企业内部 、政府管理和社会各届提供全方 位 、多层次的空间信息效劳 。 (1) 内部资源共享系统 : 建立局域网模式的内 部资源共享系统 , 直接为各个数据生产和管理部门 效劳 。包括空间信息查询 、电子地图效劳 、导航数 据效劳 、可视化数据处理规那么 、快速数据转换和模 型化处理效劳 、符号化与地图制作 、专题地图生成 和编辑 、拓扑分析 、空间决策支持等数据分析应 用 。 (2) 电子政务应用系统 : 建立城域网模式的电 子政务公共地理平台 , 便于政府部门快速了解与利 用 GIS 空间数据 , 掌握城市建设和开展动态 ; 融合 自然资源 、社会经济统计信息 , 图文并茂地反映基 本市情 、区情 , 分析各类设施 、资源的地理分布和 空间演变规律 , 支持政府决策 。 (3) 社会公众效劳系统 : 在测绘安全法的范围 内 , 建立互联网模式的社会应用效劳系统 , 让 GIS 信息走入千家万户 。包括公众电子地图 、公共效劳 设施查询 、交通导航 、观光旅游等效劳 , 方便百姓 生活 , 塑造城市形象 。 3 　GIS 分布式技术体系 GIS 分布式技术体系由根底网络层 、数据层 、 支撑层 、应用层 、效劳层五个层次构成 , 采用逻辑 数据中心体系 , 利用元数据和多数据库管理系统 (MDBMS) , 实现对分散存储的空间数据和各专题数 据的统一访问 , 形成分布式异构空间数据的共享服 务总体框架 (见图 1) 。 图 1 　GIS 分布式应用体系框图 　　其中根底网络系统层包括互联网 、公众效劳 业务网 、政府办公网等 ; 数据层包括数据中心 、基 础空间数据库 、各专题空间数据库 、元数据库 、数 据库管理系统等 : 支撑层包括 GIS 技术 、中间件技 术 、安全技术 、WEB 技术 、数据库技术等 , 实现不 同要求的空间数据访问控制 、电子政务逻辑控制 、 系统访问安全控制等 ; 应用层主要是建立各种应用 系统 : 效劳层包括建立电子政务门户 , 对外统一的 信息发布 、便民效劳 、企业效劳和社区效劳1 。 311 　网络体系 网络环境包括内网和外网 , 内网包括局域网 、 城域网 ( 政府政务网) 、广域网 ( 全国性行业网) 等专业网络环境 , 外网特指各种方式的 Internet 接 入系统2 。内网又有两种方式 : (1) 专 用 线 路 方 式 : 采 用 专 用 光 纤 接 入 即 Intranet , 以点对点的方式 , 建立专用线路 , 为政府 免费提供所需的数据 , 为定点用户提供特殊的专业 化效劳 。 (2) 租用线路方式 : 可采用租用线路的方式 , 构成分布全市的城域网 。主要有电信公司和有线电 　2023 年第 1 期 工程勘察 　J our nal of Geotechnical I nvestigation & S urveyi ng 　6　7 　 视两个运营商 , 电信公司有 X. 25 分组交换网 、数 字数据网 DDN 、综合业务数字网 ISDN 、数字用户 环路 ADSL 、虚拟连接网络 ATM 等 ; 有线电视主要 是宽带 IP 城域网络 , 提 , 供多协议标记系统支持 下的虚拟专用网络 (MPLS —VPN) 安全效劳3 。 312 　数据体系 GIS 数据体系包括根底空间数据 、专业空间数 据和属性数据 , 须按统一规那么 , 对数据进一步分 类 、分级处理 , 划定内部核心数据 、行业共享数据 和社会效劳数据 , 以空间根底数据为基准 , 以空间 元数据为标准 , 相关部门建立各自业务范围内的带 空间信息的专题数据库 , 并分别保存有密级的数 据 , 建立面向领导决策和公众企业效劳的逻辑数据 中心 。 (1) 物理数据中心 : 采用集中式存储数据的架 构 , 即在一个部门建立一个集中的数据库 , 统一存 储空间根底数据和各种专题数据 , 所有根底数据和 专题数据按照统一的元数据标准建设 , 统一各种数 据标准 。其缺陷在于不支持分布式计算 , 由于大量 的专题数据来自各部门 , 不易于数据的更新和维 护 。 (2) 逻辑数据中心 : 采用物理上分散存储数据 的结构 , 利用多数据库管理已经存在的多个异构 、 分散数据库 , 构造成用户所需要的某种透明性的分 布式数据库 。在逻辑中心 , 只存在数据的逻辑结构 (元数据和数据映射关系) 。其优点是 : 支持分布式 计算 , 不影响各分散存储中心的自治性 , 即对原有 应用 、原来的管理模式不产生影响 , 各部门保持相 对的独立性2 。 (3) 数据分布集成方案 : 由于根底地理信息 、 自然资源信息 、社会经济统计信息等分属于各个部 门 , 由各个部门分别进行建库和维护 , 因而形成了 物理分散 、逻辑集中 、分布式处理的应用体系 。基 础空间数据以城市根底地理信息中心集中管理为 主 , 形成在物理上整体的根底空间数据库 , 以便于 统一制作 、更新和发布 ; 专业空间数据以行业分布 管理为主 , 形成各行业分布式的专业空间数据库 , 并以根底空间数据库为基准 , 确保专业空间数据库 之间和两者在逻辑上能够形