浅谈GIS系统总体设计思路与技术路线

浅谈GIS系统总体设计思路与技术路线
郑剑林
（江门市城市地理信息中心）
摘要：本文阐述了城市地理信息系统的基本概念及其构成、发展和实现方法，并对基于GIS建立城市地理信息系统做了深入的研究。

在分析了基于ArcGIS 软件建立城市地理信息系统的可行性基础上，提出了设计思路、数据组织模式和功能模块划分方法等。

本系统主要使用ArcGIS软件和其二次开发功能：首先，构建城市地理信息数据库；其次，实现城市地理信息系统的查询、统计、缓冲区分析等功能模块，并解决了最短路径查询问题；最终建立了基于ArcGIS的城市地理信息系统。

关键词：GIS；ArcGIS;空间数据库；Geodatabase；SDE
1.引言
21世纪的城市必将有很大的发展，这对城市规划、建设管理与服务提出了新的“四高”要求，即高起点的规划、高标准的建设、高效率的管理和高质量的服务。

同时也会面临着严峻的挑战，在城市规划管理、规划设计、市政建设、住宅产业、土地监测管理、环境监测评价、地质灾难防治、小城镇规划与建设以及城市化与城市可持续发展战略研究制定的众多方面，都将会出现许多亟待解决的问题。

而这些问题的解决就需要建立完整的城市地理信息系统。

2.系统目标
在首要考虑系统稳定性、适用性和易用性的基础上，强调速度和扩充性。

我认为现阶段的江门市城市地理信息系统可以理解为建立在GIS平台基础上的、以基础地理数据管理和规划管理为核心的专业应用系统。

3.设计思路
江门市城市地理信息系统的建设，采用主流GIS平台(ESRI系列产品)、大型数据库(Oracle11g)等基础技术平台，充分考虑本系统与其它信息系统衔接、多源数据接口以及网络环境的开放性。

对各种数据赋以属性，实现数据的统一管理，从而达到数据集成的目的[1]。

4.技术路线
本系统的技术路线可以简单地归纳为：采用面向对象的分析和设计方法来规划整个系统的应用，采用标准的三层结构体系，应用服务和数据存放在服务器端，应用服务逻辑采用中间件技术实现。

4.1系统开发模式
本系统是参照微软Windows DNA三层结构来设计和实现的，系统可以分为表现层、业务层和数据层。

数据层为后台数据库，它既可以位于专用的数据服务器，也可以与业务层在同一台服务器上。

MTS主要位于中间层，为业务组件提供了一个运行和管理的统一环境，如图1系统的三层结构所示。

图1系统的三层结构
在Forms层，随着Fm20、DHTML的出现，已基本解决了前端界面表现的管理，而对于Storage+，也由于ADO以及OLE DB的出现而变成了现实[2]。

在中间业务层，COM+技术已经成熟，它以系统服务的形式把原先散落的众多技术综合起来，并提供简单的编程模型，以直接应用层的编程接口为应用程序提供服务。

COM+是DNA结构的核心，它将成为企业应用或者分布式应用的基本工具。

这种开发模式和应用结构保证了系统在微软Windows操作系统下的良好应用，系统在微软提供的应用框架基础之上搭建本系统，在总体结构中，我们提到的应用定制，同时系统将数据访问与Forms绑定，通过ADO和OLE DB与数据库关联，从而完成由Forms+到Storage+的数据交互，系统通过HTML和XML 的设计，形成系统在Internet上的前端应用。

4.2系统的逻辑结构
系统采用Oracle11g+SDE的技术组合基于Geodatabase的概念组织和管理数据，通过各种方式将空间数据、属性数据存储在数据库中。

客户应用定制和客户应用，利用Application Frame搭建整个程序的应用框架，通过ArcEditor或Map Objects对空间数据进行维护更新和调用。

5数据层设计
数据层主要讨论空间数据库中存储数据的内容、组织方式和存储机制。

(1)数据的内容
(2)数据的组织
(3)数据的存储机制
图2总体结构
根据数据格式的不同采用不同的存储机制。

对于矢量数据采用SDE提供的GEODATABASE模型对数据建模，通过面向对象的技术将数据库对数据的操作细化到具体的某一个空间实体。

对于栅格数据本着“务实、可行”的原则采用先行的压缩软件和文件管理的方式实现数据的存储[3]。

6数据库设计
6.1数据库的设计思想
利用ESRI SDE提供的全新的空间数据存储模型Multiuser GeoDatabase对空间数据进行存储管理，利用VB结合ArcGIS提供的COM接口ArcObjects作为开发平台。

6.2数据库逻辑设计
数据库的逻辑设计主要是根据数据的不同应用对数据进行分类组织。

(1)数据库的构成
(2)元数据组织
数据库元数据层次结构如图3.8数据库元数据层次结构所示。

(3)属性数据和空间数据的连接
基础地形数据是基本地理数据，只有内部码、分类码、名称等基本属性。

(4)时态GIS
由于环境的不断改变，地理数据库也需要不断更新。

6.3数据库物理设计
数据库的物理设计主要说明空间数据库的存储机制，根据数据格式的不同，具体分为矢量数据的存储和栅格数据的存储。

(1)矢量数据
①矢量数据的存储
图3数据库子库划分
对于矢量数据从逻辑的角度来看，数据库的逻辑层次是：数据库、子库、图层、空间实体，而最终反映在ArcSDE中是GEODATABASE、FEATUREDATASET、FEATURECLASS、FEATURE。

②实体连续无缝
(2)栅格数据
栅格数据主要包括DOM、DRG这两种数据。

对于栅格数据的存储有以下两种方式：
①利用文件管理结合压缩软件
文件管理是传统的栅格数据管理方式，其优点在于不需要额外的软件支持，并且可以充分利用各种压缩技术，节约存储空间，不过其缺点也很明显，如影像的安全机制不完备，不利于影像数据共享等等。

②SDE管理
将影像数据存储在数据库中，通过SDE(Spatial Database Engneer空间数据库引擎)进行管理的方式是近年发展起来的方法，ESRI的ArcSDE支持影像管理模块，但在影像压缩、显示速度方面还有许多不够完善的地方，影像数据需要占用大量的存储空间，并且浏览速度比较慢。

因此，建议影像用文件方式管理。

7结论
本系统设计的特点，可以大致归纳为五个方面：以数据为设计核心；先进的数据管理模式；灵活的应用体系；开放的应用结构；定制的思想；主流的软硬件平台。

下面进行简要地小结。

系统设计以城市规划数据的管理和应用为主，以城市空间数据为框架来组织和管理城市综合数据。

系统定制的思想始终贯彻在整个系统的设计过程中，系统以提高易用性、扩充性和维护性为系统的根本出发点，采用组件式开发技术实现相对自由的定制思想。

参考文献
[1]郑斌,唐旭.基于开源GIS的城市基准地价信息发布平台的设计与实现[J].国土资源
科技管理,2006,23(5):69-74.
[2]刘梅彦,袁梅冷.基于J2EE平台的网络辅助教学系统的设计与实现[J].计算机工程
与科学,2007,29(1):41-44.
[3]梁瑞才,郑彦鹏.渤海油田示范区地理信息系统(GIS)的规划设计[J].海洋科学进
展,2006,24(2):238-243.
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浅谈GIS系统总体设计思路与技术路线
作者：郑剑林
作者单位：江门市城市地理信息中心
刊名：
城市建设理论研究（电子版）
英文刊名：ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu
年，卷(期)：2011(19)
本文链接：/Periodical_csjsllyj201119728.aspx。