以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)(1)

1、以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設計與實現(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)的設計目標和基礎地形要素的編碼方案。文中還結合SuperMap Survey的開發(fā)過程，介紹了如何設計與實現(xiàn)基于GIS內核的專業(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.關鍵詞數(shù)字化成圖系統(tǒng) 以GIS為核心 組件式GIS 設計目標 SuperMap SurveyDigital Mapping System,for GIS,Component GIS,Goals,SuperMap Survey 1 引言數(shù)字化成圖技術是目前最為常用的成圖技術之一,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)接問題也是當前GIS發(fā)展亟需解決的難點問題之一。雖然當前國內外市場上數(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)進入GIS后存在的問題主要

4、表現(xiàn)在：（1） 在數(shù)據(jù)轉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內核來開發(fā)的，它偏重于對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)合存儲與管理，這就導致了在數(shù)據(jù)轉換的過程中，不僅空間信息會有損失，屬性信息損失的情況會更嚴重。（2） 數(shù)據(jù)轉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，延長了系統(tǒng)的建設周期。（3） GIS基礎數(shù)據(jù)庫的維護與更新的難度較大。由于在維護與更新的過程中需要在GIS與數(shù)字化成圖系統(tǒng)之間進行頻繁的數(shù)據(jù)轉換，往往不能直接對基礎數(shù)據(jù)庫進行操作，造成了基礎數(shù)據(jù)維護與更新的不便。（4） 在數(shù)據(jù)轉換的過程中，除了

5、信息損失外，還往往伴隨著數(shù)據(jù)膨脹。數(shù)據(jù)膨脹的結果有時會導致GIS無法對這些“海量”數(shù)據(jù)進行管理。導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)的復雜性與多樣性。主要表現(xiàn)為現(xiàn)實世界的復雜性與多樣性以及對同一空間對象在不同成圖系統(tǒng)中描述與表達的不一致性。（2） 對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GIS理解的不同，再加上缺乏相應的統(tǒng)一標準作為參照，這就導致了數(shù)據(jù)在表達上的差異性。（3） 由于受到基礎開發(fā)平臺及開發(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基礎平臺的開發(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。這些系統(tǒng)很好地利用了CAD系統(tǒng)靈活的編輯和強大的制圖功能，但由于CAD系統(tǒng)與GIS在數(shù)據(jù)結構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）獨立平臺的數(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技術及其作為數(shù)字化成圖系統(tǒng)開發(fā)平臺的優(yōu)越性2.1 什么是組件式GIS技術組件式軟件技術已經(jīng)成為當今軟件技術的潮流之一?；诮M件開發(fā)(Component-Based Development，簡稱CBD)是軟件開發(fā)的一次革命。與諸如面向對象和客戶/服務器(Client/Server)等新趨勢不同，基于組件開發(fā)不只是一種分布計算的新花樣，而是一種廣泛的體系結構，支持包括設計、開發(fā)和部署在內的整個生命周期計算的理念。由于基于組件開發(fā)具有高度的重用性和互用性，所以它將影響應用程序構成的各個方面，包括所有類型的客戶機，應用程序服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，將對應用程序開發(fā)的各

8、個方面產(chǎn)生深刻影響?；诮M件開發(fā)的兩個重要規(guī)范分別是MicroSoft的COM/DCOM和OMG的CORBA。目前Microsoft的COM/DCOM占市場領導地位，已經(jīng)得到廣泛應用，并逐漸成為業(yè)界事實上的標準?；贑OM/DCOM，MicroSoft推出了ActiveX技術，ActiveX控件是當今可視化程序設計中應用最為廣泛的標準組件。所謂組件式GIS，是指基于組件對象平臺，以一組具有某種標準通信接口的、允許跨語言應用的組件提供的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準的通信接口實現(xiàn)交互，這種交互甚至可以跨計算機實現(xiàn)。目前，國內外GIS廠商對組

9、件式GIS平臺的發(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有限公司推出的全組件式GIS平臺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本身就是一個完整的GIS，其數(shù)據(jù)模型與GIS的數(shù)據(jù)模型完全一致?；诖诉M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算機語言進行開發(fā)（如VB，VC，Delphi,C Builder等），而不必專門學習二次開發(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控件進行開發(fā)；二是直接基于組件式GIS的底層類庫（SDK）進行開發(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)具有良好的可擴充性。組件式GIS可以與包括數(shù)字化成圖系統(tǒng)在內的其他系統(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平臺往往由多個組件組成，開發(fā)人員可以根據(jù)系統(tǒng)的需要，隨時選用新的組件對系統(tǒng)進行升級；在組件平臺功能增強的情況下，開發(fā)人員甚至不用重新編譯整個程序就可直接使用增強的底層功能，這就大大降低了系統(tǒng)維護和升級的難度。表1 使用ComGIS的開發(fā)手段與傳統(tǒng)的開發(fā)手段的比較    比較內容開發(fā)手段 基于ComGIS平臺基于CAD平臺 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 是否是3 以GIS為核心的數(shù)字化成圖系統(tǒng)的設計3.1 系統(tǒng)的設計目標傳統(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體系。但是，GIS技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，對數(shù)字化成圖系統(tǒng)提出了更高的要求，ComGIS技術的出現(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)的轉變提供了一個較為理想的開發(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)在設計上需要達到以下目標：（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對數(shù)據(jù)的要求，解決當前成圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)進入GIS所存在的問題。以GIS為核心是整個系統(tǒng)設計的靈魂和精華所在。（2） 兼顧制圖與GIS的雙重需求。在滿足GIS需要的同時，還必須考慮到制圖對于數(shù)據(jù)表達的要求，其核心是實體的符號化表達。 （3） 開放性設計。不同地區(qū)、不同的GIS對數(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，以不變應萬變?？啥ㄖ菩缘膬热輵▽嶓w代碼、實體屬性、實體分層等。（4） 對空間數(shù)據(jù)庫的支持。近幾年來，基于大型關系型數(shù)據(jù)庫（如Oracle,SQL Sever等）的空間數(shù)據(jù)庫技術在GI

14、S工程建設中得到了廣泛的應用，如何直接基于空間數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲、管理、維護與更新是急需解決的問題之一。（5） 多源數(shù)據(jù)集成。當前，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)如果以對這些數(shù)據(jù)格式有著良好的支持，這會大大降低數(shù)據(jù)入庫的難度，解決GIS工程建設中的數(shù)據(jù)瓶頸問題。（6） 操作簡便，符合作業(yè)人員的作業(yè)習慣。面向GIS進行數(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） 標準化與規(guī)范化。    地形數(shù)據(jù)編碼是在GIS中唯一標識某一地物的關鍵字?；A地

15、形數(shù)據(jù)編碼的設計也是在GIS中進行制圖的需要,也是實現(xiàn)基礎空間信息共享的基礎?；A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，是系統(tǒng)成敗的關鍵之一。在進行基礎地形數(shù)據(jù)編碼設計時，必須遵循幾個原則：（1）遵從國家和行業(yè)標準。（2）方便應用。用戶可根據(jù)不同的需求，分層和按專題要素提取基礎地形要素信息，隨意定制專題顯示及輸出。（3）系統(tǒng)實現(xiàn)便利。在實際進行設計時，可在國家基礎地形要素編碼的基礎上加以擴充，以滿足系統(tǒng)的實際需要。在實際系統(tǒng)的開發(fā)中，我們采用了基于實體特征的城市基礎地理信息分類編碼方案。該方案的特點是在地理要素分類的基礎上，加入構成地理要素的實體的分類與特征屬性，能夠較好地

16、滿足GIS制圖與分析的應用需求。有關該編碼的詳細內容可參考基于實體特征的城市基礎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 （三角點點狀符號的編碼） 3.3 系統(tǒng)的功能設計 在功能設計上，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模塊：（1） 數(shù)據(jù)輸入模塊。在此模塊中，應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實體的創(chuàng)建過程都必須是由系統(tǒng)完全封裝而且是自動完成的。（3） 查詢、統(tǒng)計與分析?；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)計與分析功能。（4） 輸出模塊。包括幾個方面的內容：制圖輸出、報表輸出、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的實現(xiàn) 4.1 組件式GIS平臺的選擇 SuperMap Survey是北京超圖地理信息技術有限公司開發(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平臺的選擇

18、上，我們選擇了全組件式GIS平臺-SuperMap2000作為SuperMap Survey的開發(fā)平臺。SuperMap2000是北京超圖地理信息技術有限公司推出的全組件式GIS平臺，與其他的ComGIS平臺相比較，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)的基礎平臺，這主要是因為：u 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等多個組件，在組件的選擇上具有很大的靈活性，使得整個系統(tǒng)的擴充性大大增強。u 開放的線型和符號制作功能。SuperMap 2000 內置功能強大的線型編輯器和符號編輯器，允許用戶根據(jù)專業(yè)需要設計新的線型和符號。u 強大的制圖、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 獨特的多源空間數(shù)據(jù)無縫集成技術（SIMS）。SuperMap 2000 的數(shù)據(jù)轉換功能可以方便地共享其他GIS軟件平臺的地理數(shù)據(jù)，提供了轉換多種數(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系型數(shù)據(jù)庫（如Oracle,SQL Server等）存儲和管理空間數(shù)據(jù)。 4.2 SuperMap Survey的實現(xiàn) 在開發(fā)SuperMap Survey的時候，我們采用了SuperMap的底層S