以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(1)

1、以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(1)    摘要本文闡述了基于組件式GIS來開發(fā)以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的優(yōu)越性，以及以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和基礎(chǔ)地形要素的編碼方案。文中還結(jié)合SuperMap Survey的開發(fā)過程，介紹了如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于GIS內(nèi)核的專業(yè)數(shù)字化成圖系統(tǒng)。Its necessary to develop a Digital Mapping System(DMS) specially for GIS to solve problems resulting from data conversion bet

2、ween DMS and GIS.In this paper,The advantages of development DMS for GIS based on Components GIS(ComGIS) technology are discussed.In addition,the goals for DMS for GIS are listed and how to encode GIS entities is also explained.Specially,SuperMap Survey is used to discuss the details for develop DMS

3、 for GIS.關(guān)鍵詞數(shù)字化成圖系統(tǒng) 以GIS為核心 組件式GIS 設(shè)計(jì)目標(biāo) SuperMap SurveyDigital Mapping System,for GIS,Component GIS,Goals,SuperMap Survey 1 引言數(shù)字化成圖技術(shù)是目前最為常用的成圖技術(shù)之一,數(shù)字化成圖系統(tǒng)所提供的電子數(shù)據(jù)也是GIS一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)來源。數(shù)字化成圖系統(tǒng)所提供的電子數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的無縫聯(lián)接問題也是當(dāng)前GIS發(fā)展亟需解決的難點(diǎn)問題之一。雖然當(dāng)前國內(nèi)外市場上數(shù)字化成圖系統(tǒng)很多，但到目前為止，都未能很好地解決現(xiàn)有的問題。數(shù)字化成圖系統(tǒng)所提交的電子數(shù)據(jù)進(jìn)入GIS后存在的問題主要

4、表現(xiàn)在：（1） 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中普遍存在著信息損失。由于傳統(tǒng)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)大多是基于CAD內(nèi)核來開發(fā)的，它偏重于對(duì)空間幾何信息的描述；而GIS則要求空間信息與屬性信息聯(lián)合存儲(chǔ)與管理，這就導(dǎo)致了在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，不僅空間信息會(huì)有損失，屬性信息損失的情況會(huì)更嚴(yán)重。（2） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入后往往不能直接滿足GIS的要求，仍需要大量的后期編輯工作，造成了資源的浪費(fèi)，延長了系統(tǒng)的建設(shè)周期。（3） GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與更新的難度較大。由于在維護(hù)與更新的過程中需要在GIS與數(shù)字化成圖系統(tǒng)之間進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，往往不能直接對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，造成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)與更新的不便。（4） 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，除了

5、信息損失外，還往往伴隨著數(shù)據(jù)膨脹。數(shù)據(jù)膨脹的結(jié)果有時(shí)會(huì)導(dǎo)致GIS無法對(duì)這些“海量”數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。導(dǎo)致上述問題的原因有很多，歸納起來，主要有以下幾方面的原因：（1） 數(shù)據(jù)的復(fù)雜性與多樣性。主要表現(xiàn)為現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性與多樣性以及對(duì)同一空間對(duì)象在不同成圖系統(tǒng)中描述與表達(dá)的不一致性。（2） 對(duì)GIS理解的不同。不同的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的開發(fā)人員對(duì)GIS理解的不同，再加上缺乏相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)作為參照，這就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)在表達(dá)上的差異性。（3） 由于受到基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)及開發(fā)力量的限制，數(shù)字化成圖系統(tǒng)往往不能很好地兼顧到GIS對(duì)數(shù)據(jù)的要求。目前，絕大多數(shù)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的開發(fā)商都不是GIS基礎(chǔ)平臺(tái)的開發(fā)商，這也或多或少

6、地影響了數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS之間的溝通。目前，市場上數(shù)字化成圖系統(tǒng)較多，按其開發(fā)方式來分，主要可以分為兩大類：（1）以CAD系統(tǒng)為二次開發(fā)平臺(tái)。這些系統(tǒng)很好地利用了CAD系統(tǒng)靈活的編輯和強(qiáng)大的制圖功能，但由于CAD系統(tǒng)與GIS在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上存在著較大的差異，這使得其數(shù)據(jù)往往不能很好地滿足GIS的要求。（2）獨(dú)立平臺(tái)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)在開發(fā)上雖然不必拘泥于二次開發(fā)開臺(tái)的限制，在開發(fā)上具有較大的靈活性。但開發(fā)這樣的系統(tǒng)，需要完全從底層做起，開發(fā)難度高，周期長，投資大。 組件式GIS（Components GIS，ComGIS）技術(shù)的出現(xiàn)，為開發(fā)以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)提供了一種新的

7、開發(fā)手段和開發(fā)思路。2. ComGIS技術(shù)及其作為數(shù)字化成圖系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的優(yōu)越性2.1 什么是組件式GIS技術(shù)組件式軟件技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今軟件技術(shù)的潮流之一?；诮M件開發(fā)(Component-Based Development，簡稱CBD)是軟件開發(fā)的一次革命。與諸如面向?qū)ο蠛涂蛻?服務(wù)器(Client/Server)等新趨勢(shì)不同，基于組件開發(fā)不只是一種分布計(jì)算的新花樣，而是一種廣泛的體系結(jié)構(gòu)，支持包括設(shè)計(jì)、開發(fā)和部署在內(nèi)的整個(gè)生命周期計(jì)算的理念。由于基于組件開發(fā)具有高度的重用性和互用性，所以它將影響應(yīng)用程序構(gòu)成的各個(gè)方面，包括所有類型的客戶機(jī)，應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，將對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)的各

8、個(gè)方面產(chǎn)生深刻影響。基于組件開發(fā)的兩個(gè)重要規(guī)范分別是MicroSoft的COM/DCOM和OMG的CORBA。目前Microsoft的COM/DCOM占市場領(lǐng)導(dǎo)地位，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并逐漸成為業(yè)界事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)?；贑OM/DCOM，MicroSoft推出了ActiveX技術(shù)，ActiveX控件是當(dāng)今可視化程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)組件。所謂組件式GIS，是指基于組件對(duì)象平臺(tái)，以一組具有某種標(biāo)準(zhǔn)通信接口的、允許跨語言應(yīng)用的組件提供的GIS。這種組件稱為GIS組件，GIS組件之間以及GIS組件與其他組件之間可以通過標(biāo)準(zhǔn)的通信接口實(shí)現(xiàn)交互，這種交互甚至可以跨計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)外GIS廠商對(duì)組

9、件式GIS平臺(tái)的發(fā)展前景十分看好，紛紛推出了各自的GIS產(chǎn)品。如北京超圖地理信息技術(shù)有限公司推出的全組件式GIS平臺(tái)SuperMap2000、北京圖原公司開發(fā)的MapEngineer、ESRI的MapObjects、MapInfo的MapX等。值得欣慰的是，國產(chǎn)的組件式GIS平臺(tái)在功能上已經(jīng)完全可以與國外同類產(chǎn)品相抗衡，在許多方面甚至優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，這使得開發(fā)以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)有了更大的選擇空間。 2.2 使用組件式GIS開發(fā)數(shù)字化成圖系統(tǒng)的優(yōu)越性組件式GIS的出現(xiàn)為開發(fā)以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)提供了一種新的開發(fā)手段，與傳統(tǒng)的開發(fā)手段相比較，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：（1） 組件

10、式GIS本身就是一個(gè)完整的GIS，其數(shù)據(jù)模型與GIS的數(shù)據(jù)模型完全一致。基于此進(jìn)行開發(fā)，可以保證數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS之間具有良好的兼容性。（2） 組件式GIS具有靈活的開發(fā)手段。我們可以自由選擇自己所熟悉的計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行開發(fā)（如VB，VC，Delphi,C Builder等），而不必專門學(xué)習(xí)二次開發(fā)語言。組件式GIS提供兩種不同層次上的開發(fā)，一是基于ActiveX控件進(jìn)行開發(fā)；二是直接基于組件式GIS的底層類庫（SDK）進(jìn)行開發(fā)。我們可以根據(jù)自己的需要靈活選擇。 （3） 由于組件式GIS完全封裝了GIS的功能，這使是開發(fā)人員可以完全專注于專業(yè)功能的實(shí)現(xiàn)，這就使得開發(fā)難度和開發(fā)周期大大降低。（

11、4） 基于組件式GIS開發(fā)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性。組件式GIS可以與包括數(shù)字化成圖系統(tǒng)在內(nèi)的其他系統(tǒng)無縫集成，開發(fā)人員可以直接使用已經(jīng)寫好的程序代碼；組件式GIS平臺(tái)往往由多個(gè)組件組成，開發(fā)人員可以根據(jù)系統(tǒng)的需要，隨時(shí)選用新的組件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)；在組件平臺(tái)功能增強(qiáng)的情況下，開發(fā)人員甚至不用重新編譯整個(gè)程序就可直接使用增強(qiáng)的底層功能，這就大大降低了系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)的難度。表1 使用ComGIS的開發(fā)手段與傳統(tǒng)的開發(fā)手段的比較    比較內(nèi)容開發(fā)手段 基于ComGIS平臺(tái)基于CAD平臺(tái) 完全由底層開發(fā)與GIS的兼容性 完全兼容 差一般是否以GIS為

12、核心 是否很難做到對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的支持 好很差差開發(fā)難度 低低高開發(fā)周期 短短長開發(fā)投資 小小大可擴(kuò)展性 好一般較好開發(fā)語言的選擇 很多少很多是否支持可視化開發(fā) 是否是是否自主版權(quán) 是否是3 以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)傳統(tǒng)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套比較完整的理論和技術(shù)體系。但是，GIS技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)字化成圖系統(tǒng)提出了更高的要求，ComGIS技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)向以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變提供了一個(gè)較為理想的開發(fā)手段。與傳統(tǒng)的數(shù)字化成圖系統(tǒng)相相比較，以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上需要達(dá)到以下目標(biāo)：（1

13、） 以GIS為核心，面向GIS。這就要求在系統(tǒng)的開發(fā)過程中充分考慮GIS對(duì)數(shù)據(jù)的要求，解決當(dāng)前成圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)入GIS所存在的問題。以GIS為核心是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈魂和精華所在。（2） 兼顧制圖與GIS的雙重需求。在滿足GIS需要的同時(shí)，還必須考慮到制圖對(duì)于數(shù)據(jù)表達(dá)的要求，其核心是實(shí)體的符號(hào)化表達(dá)。 （3） 開放性設(shè)計(jì)。不同地區(qū)、不同的GIS對(duì)數(shù)據(jù)的要求千差萬別，這就要求數(shù)字化成圖系統(tǒng)具有較大的靈活性和可定制性，以不變應(yīng)萬變?？啥ㄖ菩缘膬?nèi)容應(yīng)包括實(shí)體代碼、實(shí)體屬性、實(shí)體分層等。（4） 對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的支持。近幾年來，基于大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（如Oracle,SQL Sever等）的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)在GI

14、S工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如何直接基于空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、維護(hù)與更新是急需解決的問題之一。（5） 多源數(shù)據(jù)集成。當(dāng)前，數(shù)字化成圖系統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)格式和GIS的數(shù)據(jù)格式很多，數(shù)字化成圖系統(tǒng)如果以對(duì)這些數(shù)據(jù)格式有著良好的支持，這會(huì)大大降低數(shù)據(jù)入庫的難度，解決GIS工程建設(shè)中的數(shù)據(jù)瓶頸問題。（6） 操作簡便，符合作業(yè)人員的作業(yè)習(xí)慣。面向GIS進(jìn)行數(shù)字化成圖系統(tǒng)，工作量的增加是不可避免的。以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)必須提供高效簡便的操作方式，以提高作業(yè)效率。（7） 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化。    地形數(shù)據(jù)編碼是在GIS中唯一標(biāo)識(shí)某一地物的關(guān)鍵字。基礎(chǔ)地

15、形數(shù)據(jù)編碼的設(shè)計(jì)也是在GIS中進(jìn)行制圖的需要,也是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)空間信息共享的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)的編碼是開發(fā)以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵之一。在進(jìn)行基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)編碼設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循幾個(gè)原則：（1）遵從國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（2）方便應(yīng)用。用戶可根據(jù)不同的需求，分層和按專題要素提取基礎(chǔ)地形要素信息，隨意定制專題顯示及輸出。（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)便利。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可在國家基礎(chǔ)地形要素編碼的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充，以滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要。在實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)中，我們采用了基于實(shí)體特征的城市基礎(chǔ)地理信息分類編碼方案。該方案的特點(diǎn)是在地理要素分類的基礎(chǔ)上，加入構(gòu)成地理要素的實(shí)體的分類與特征屬性，能夠較好地

16、滿足GIS制圖與分析的應(yīng)用需求。有關(guān)該編碼的詳細(xì)內(nèi)容可參考基于實(shí)體特征的城市基礎(chǔ)地理信息分類編碼方案（梁軍，金文華）一文，本文不再贅述。下面是一個(gè)地形要素的編碼示例編碼 = 地形要素分類碼（4位） 地形要素特征碼 如： 1 1 1 0 2 0 （三角點(diǎn)點(diǎn)狀符號(hào)的編碼） 3.3 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 在功能設(shè)計(jì)上，以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)必須兼顧制圖與GIS的雙重需求。按其工作流程，可將其劃分為以下幾個(gè)模塊：（1） 數(shù)據(jù)輸入模塊。在此模塊中，應(yīng)支持目前常見的幾種數(shù)據(jù)采集手段。包括:野外數(shù)字化測圖（測繪）、掃描圖矢量化、其他格式的電子數(shù)據(jù)（GIS數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)入。在數(shù)據(jù)輸入模塊中，還需支持空

17、間數(shù)據(jù)庫作為其數(shù)據(jù)源。（2） 編輯模塊。這是以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的核心模塊。在編輯模塊中，所有GIS實(shí)體的創(chuàng)建過程都必須是由系統(tǒng)完全封裝而且是自動(dòng)完成的。（3） 查詢、統(tǒng)計(jì)與分析?；诂F(xiàn)有系統(tǒng)，可以直接完成一些常見的、簡單的查詢、統(tǒng)計(jì)與分析功能。（4） 輸出模塊。包括幾個(gè)方面的內(nèi)容：制圖輸出、報(bào)表輸出、其他格式的GIS數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)直接存入空間數(shù)據(jù)庫。 4.以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)SuperMap Survey的實(shí)現(xiàn) 4.1 組件式GIS平臺(tái)的選擇 SuperMap Survey是北京超圖地理信息技術(shù)有限公司開發(fā)的一套完全以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)。在組件式GIS平臺(tái)的選擇

18、上，我們選擇了全組件式GIS平臺(tái)-SuperMap2000作為SuperMap Survey的開發(fā)平臺(tái)。SuperMap2000是北京超圖地理信息技術(shù)有限公司推出的全組件式GIS平臺(tái)，與其他的ComGIS平臺(tái)相比較，SuperMap2000更加適合作為以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)，這主要是因?yàn)椋簎 SuperMap提供了兩種層次的開發(fā)手段：ActiveX控件和SDK。特別是提供SDK的開發(fā)手段，特別適合開發(fā)這樣的系統(tǒng)。u 多組件組成。SuperMap2000由SuperMap核心控件、SuperWorkspace、SuperLegend、SuperTopo、Super3D、Su

19、perLayout等多個(gè)組件，在組件的選擇上具有很大的靈活性，使得整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)充性大大增強(qiáng)。u 開放的線型和符號(hào)制作功能。SuperMap 2000 內(nèi)置功能強(qiáng)大的線型編輯器和符號(hào)編輯器，允許用戶根據(jù)專業(yè)需要設(shè)計(jì)新的線型和符號(hào)。u 強(qiáng)大的制圖、編輯和捕捉功能。SuperMap2000提供了可與CAD相媲美的編輯和捕捉功能，縮小了GIS和CAD系統(tǒng)在這方面的差距。u 獨(dú)特的多源空間數(shù)據(jù)無縫集成技術(shù)（SIMS）。SuperMap 2000 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能可以方便地共享其他GIS軟件平臺(tái)的地理數(shù)據(jù)，提供了轉(zhuǎn)換多種數(shù)據(jù)格式的能力。u 空間數(shù)據(jù)庫支持。通過SuperMap的空間數(shù)據(jù)庫引擎，可以直接支持基于大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（如Oracle,SQL Server等）存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)。 4.2 SuperMap Survey的實(shí)現(xiàn) 在開發(fā)SuperMap Survey的時(shí)候，我們采用了SuperMap的底層S