基于数字城市地理空间框架的GIS应用系统建设

雷林辉

（惠州市国土资源信息中心，广东 惠州 516003）

数字城市地理空间框架建设的总体目标是利用计算机技术、地理信息技术、全球定位系统、遥感技术等多种高新技术手段，建立多尺度、多分辨率、多种类的城市地理空间信息数据库，形成统一的、权威的、扩展性好、集成性强的开放式城市地理空间信息公共平台，实现地理空间信息的资源共享，为政府部门、企业、公众提供个性化、多样化的综合信息服务应用，为“数字城市”的发展打下坚实的基础，为城市社会经济发展提供强有力的地理空间信息保障［1］。

服务于政府公共管理是数字城市地理空间框架应用的主要方面，为更好地体现数字惠州地理空间框架的建设成效，充分发挥其应用价值，节约系统建设成本，新的GIS应用系统都应基于地理空间框架进行构建。

1 地理空间框架介绍

数字城市地理空间框架建设涉及到城市信息化的各个方面，其主要目的之一是促进基础地理信息的标准化。标准化是实现地理信息共享，实现各信息系统之间互联互通的前提和基础［2－3］。通过提供标准化的地理空间信息产品服务，拓宽地理空间信息的应用领域，鼓励各部门在传统产业的改造和各类管理信息系统建设中，大力应用地理空间信息［4］。

1.1 地理空间框架内容

已建成的惠州市地理空间框架的主要内容包括基础地理信息数据库和地理信息公共平台：

1）基础地理信息数据库：基础地理信息数据库根据内部办公网、电子政务网及互联网3类应用需求，建设了3套地理信息数据内容，形成了一个覆盖全市各类用户的数据体系，包括：①基础地理信息数据集，面向测绘、勘查、规划、交通等强GIS应用；②公共管理基础地理信息数据集，面向政府公共管理，如旅游、环保等弱GIS应用；③公众服务地理信息数据集，数据经过保密处理，面向公众应用。

2）地理信息公共平台：地理信息公共平台建设主要包含“地理空间框架数据管理平台”、“地理空间框架运维管理平台”和“地理空间框架公共服务平台”。数据管理平台，实现对基础地理信息数据的管理及3套数据的联动更新；运维管理平台，实现对框架资源的管理、分发控制，对用户权限进行管理；公共服务平台，实现集成框架资源，提供地理信息服务与应用。

1.2 地理空间框架的利用

地理空间框架实现对各类基础地理信息资源的集成，并通过公共服务平台对外发布，以公共服务体系的形式［5］，实现资源的共享与利用，体现为：

1）实现资源的共享：实现数据集成，各用户可以利用平台建立各自专题数据，非空间数据通过地名地址匹配实现空间化；发布服务，用户可以利用平台将各自的数据发布成数据服务，以供其他应用系统调用；实现功能集成，平台提供常见的、必备的GIS功能，用户能够将各自定制的个性化GIS功能发布到公共服务平台，共享使用。

2）实现资源的利用：在线式应用，利用平台资源，建立完整的应用系统，供用户直接应用；嵌入式应用，利用平台资源，配置成相应的功能模块，嵌入已有的系统中以获取地理信息应用功能；搭建式应用，利用平台资源进行应用系统搭建，形成一个完整应用系统，可部署到标准的J2EE服务器环境中；接口式应用，通过平台提供的GIS功能资源（其中的脚本接口和服务接口），利用二次开发的方式获取平台数据和服务资源，组织地理信息专业应用。

2 基于框架的GIS应用系统建设分析

地理空间框架是GIS应用系统建设的基础，对城市建设、环境保护、土地管理、交通运输、市政管理、线路管理、地名地址等各类GIS应用系统建设具有支撑作用。各部门基于地理空间框架构建其专业领域的GIS应用系统，相对传统方式构建GIS应用系统，成本更少、时间更短，并实现资源共享，体现为系统建设流程更为简化，建设内容更为简单。

2.1 系统建设流程分析

基于地理空间框架构建GIS应用系统，不同于采用传统构建方式时需要建设各类数据与编程开发，其主要是对框架已有资源的利用，系统建设过程更为简化。系统建设流程见图1。

图1 系统建设流程

1）专题数据库建设：根据GIS应用系统管理需求，应建立与其相应的专题数据，主要指空间数据。通过位置匹配、数字化等方式，将各类专题数据建设为符合GIS分层、编码要求的空间数据。

2）专题服务发布：利用地理空间框架的公共服务平台，将专题数据集成到地理空间框架，建立专题数据目录；然后发布专题数据服务，提供数据的调用。

3）构建GIS应用：利用地理空间框架提供的搭建式、嵌入式、接口式等应用构建方式，调用基础地理信息服务、各类GIS功能接口、已发布的专题数据服务，构建GIS应用，形成GIS系统雏形、GIS功能模块或专题GIS应用等。

4）集成与部署：集成整合已构建的GIS应用，并对系统界面美化、布局调整，部署形成完整的GIS应用系统；或将GIS应用嵌入到已有的应用系统中，作为一个功能模块。

通过对GIS应用系统构建流程及每个环节分析，可以发现，基于地理空间框架流程更为简化，可以实现快速构建GIS应用系统，同时减少基础地理信息数据库的建设及底层应用开发的工作量。

2.2 系统建设内容分析

建设内容分析从数据建库、系统开发、运行环境、系统集成、数据共享等5个方面来分析基于地理空间框架构建GIS应用系统建设内容及特点。

2.2.1 建立轻量级数据库

构建GIS应用系统，首先要建立数据库。基于地理空间框架构建GIS应用系统，将建库主要内容从基础地理信息数据建设转移到专题数据建设上来，建立轻量级的专题数据库。

传统方式构建GIS应用系统时，首先要建立基础地理信息数据库，需要收集整理各类基础地理信息资料，数字化建库，并对数据进行符号化、美化，配置形成电子地图；然后在基础地理信息数据库基础上建立专题数据库。而基于地理空间框架构建GIS应用系统，可直接调用地理空间框架发布的地图服务，获取基础地理信息数据，数据建库的主要内容是建立专题数据库，从而减少数据库建设工作，节约数据建设成本。

2.2.2 可视化应用构建

构建GIS应用系统，另一项主要工作是系统开发，将系统开发的主要工作内容从代码编写转移到可视化的应用构建上来。

传统方式构建GIS应用系统时，多采用独立开发或二次开发的方式，全程开发工作都需要通过编写代码的方式来实现。首先需要利用相关编码工具、GIS工具软件、GIS组件通过编程的方式，构建GIS应用系统的基本框架；然后开发相应GIS功能、菜单，设计GIS工具条，形成完整GIS应用系统。

而基于地理空间框架构建GIS应用系统，首先可通过地理空间框架，搭建GIS应用系统基本框架，并在此基础上通过调用框架GIS功能服务的方式，集成所需的GIS功能，实现基本的GIS应用与分析功能，此时构建的应用可以满足大多数的GIS应用系统构建需求，并且构建过程中，具有可视化特点，所见即所得；而更专业性的GIS功能，可在此基础上利用框架提供的API接口，编程开发实现。通过应用构建的方式可以减少系统的底层开发，减少编程开发的工作量，缩短系统开发建设周期。

2.2.3 运行环境共享

构建GIS应用系统，需要建立支撑其运行的软硬件环境。基于地理空间框架构建GIS应用系统，可直接共享使用地理空间框架的软硬件环境。

传统方式构建GIS应用系统时，需要匹配大型空间数据库软件，用于管理TB级的地理信息数据库；需要匹配地理信息数据处理软件，用于对数据进行加工处理建库；需要购买GIS组件，用于软件系统的开发；需要匹配数据库服务器，用于基础地理信息数据的应用；需要匹配存储柜或硬盘空间，用于存储基础地理信息数据。

而基于地理空间框架构建GIS应用系统，只需构建一个轻量级的运行环境，用于部署GIS应用系统。通过调用地理空间框架发布的数据服务，数据可以直接使用，无需考虑数据的处理、发布与存储；通过框架构建应用，无需部署其他GIS组件，从而可以减少应用系统的软硬件环境建设成本。

2.2.4 系统集成

构建GIS应用系统，需要与已有系统集成，在已有系统中实现GIS应用。基于地理空间框架构建GIS应用系统，可直接在已有系统中嵌入完整的GIS应用。

在传统模式下，在已有系统中集成GIS应用，需要基于已有系统的开发环境、系统架构，通过编写代码来实现GIS应用。而基于地理空间框架构建GIS应用时，先构建嵌入式GIS应用模块，构建完成后框架系统提供一段HTML脚本，将脚本嵌入到已有的系统中，即可实现嵌入式GIS应用模块的功能，从而避免对已有系统的改动。

2.2.5 实现数据资源共享

构建GIS应用系统，最重要的是数据资源。基于地理空间框架构建GIS应用系统，可实现各部门的专题数据通过地理空间框架发布、共享。

传统模式下构建的GIS应用系统没有基于统一的平台进行建设，系统相互独立，数据结构、格式不统一，数据只局限于在各自的应用系统中使用。

而基于地理空间框架构建GIS应用系统，要求各部门的专题数据结构都需要在公共服务平台上进行定义，并将数据以服务的形式发布出来，因而不同的应用系统都能理解、调用其他部门所发布的数据，从而实现部门之间的数据共享。

3 系统建设案例

惠州市公交线路管理系统是完全基于数字惠州地理空间框架来构建的，其主要从专题数据建设、构建搭建式系统、开发接口式功能、系统调整部署等4个方面来实施。

1）公交专题数据建设：主要实现公交站点、线路信息空间化，落实到图上，建立属性信息，并制作站点、线路专题图，发布数据服务。该项工作共76条线路，约850个站点，由6名人员完成，耗时5个工作日。

2）构建搭建式系统：采用“搭建式应用”构建系统基本框架，集成基础地理信息数据和公交专题数据，具有GIS操作、查询定位、路径分析等功能。该项工作由1名人员完成，耗时0.5个工作日。

3）开发接口式功能：在搭建式系统基础上，设计开发线路规划管理、站点规划管理、公交线路的对比、线路站点管理等专用功能。该项工作由3名人员完成，耗时4个工作日。

4）系统调整与部署：合理调整布局，对界面进行美化，对操作模式进行调整，并部署到惠州市交通局的办公网络中，完成公交线路管理系统的构建（见图2）。该项工作由1名工作人员完成，耗时2个工作日。

图2 公交线路管理系统

本次公交线路管理系统建设共耗时44.5个工作日，项目团队匹配6名人员，约1周即可完成，相对于传统方式构建公交线路管理系统，建设周期大大缩短；系统建设成本主要是公交专题数据建设和专用功能的开发，大大减少了基础地理信息数据建设和系统从零开发的成本；通过公共服务平台发布的公交站点、线路信息，可以授权共享给公用事业局使用，便于其设置公交站牌，调度公交车辆。

4 结 论

通过上述分析及系统实施，说明基于数字惠州地理空间框架构建GIS应用系统具有如下优越性：

1）缩短建设周期：利用框架可以利用已发布的基础地理信息数据，应用服务快速构建应用系统的雏形，从而节约系统从底层开发、数据重新建设时间，大大缩短系统建设周期。

2）节约建设成本：利用框架的应用服务、数据服务，快速构建应用系统，可以减少系统的底层开发成本、通用GIS功能的开发成本，节约基础数据采集建库成本、采购数据服务器的成本、采购基础支撑软件的成本，从而大大节约系统建设成本。

3）资源共享利用：通过框架建立的基础地理信息数据已实现全市共享利用；各部门通过框架发布专题数据，可实现在各部门之间的共享利用；实现通用的GIS功能模块共享利用。

随着数字惠州地理空间框架的推广应用，使得各部门用户构建GIS系统（尤其是弱GIS系统）更为简便。

［1］曹红杰.基于数字城市地理空间框架的省运会电子地图网站建设［J］.建材与装饰，2011（9）：441－442.

［2］余旭，张兴福，王国辉，等.我国地理信息标准化综述［J］.测绘工程，2011，20（6）：1－3.

［4］李景文，赵福君，董星星，等.数字城市地理空间框架模式设计［J］.桂林工学院学报，2008（2）：240－243

［4］邓力.数字城市地理空间框架整体建设模式探讨［J］.北京测绘，2010（4）：8－10.

［5］邓力.数字城市地理空间框架旅游公共服务体系设计［J］.测绘工程，2010，19（5）：53－56.