地理信息系統的設計\\實現與發展

摘要:地理信息系統(Geographic Information System ，簡稱GIS )，是在計算機軟硬件系統支持下，融合計算機圖形和數據庫于一體，用來存儲和處理空間信息的高新技術，對現實世界各類空間數據及描述這些空間數據特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。本文介紹了地理信息系統(GIS)的一些概念，結合實際探討了地理信息系統的設計與實現一些重要步驟與方法，并展望了GIS技術進一步的發展方向。

關鍵詞:地理信息系統(GIS);地圖元素;數字攝影測量系統(DPS)

地理信息系統把地理位置和相關屬性有機地結合起來，根據用戶的需要將空間信息及其屬性信息準確真實、圖文并茂地輸出給用戶，借助其獨有的空間分析功能和可視化表達功能，進行各種輔助決策。下文通過具體的地理信息系統的開發實踐來介紹一下GIS的設計、實現與發展。

1 系統結構設計

關鍵是總體結構設計，包括電子地圖的地圖數據管理設計、系統組成設計、系統的界面、系統功能設計、符號設計、數據存儲管理設計、以及數據顯示設計等。系統主要由四大模塊(數據裝載，查詢與分析，系統維護管理，數據輸出)完成各種操作，地理數據和屬性數據保存在數據庫中。數據裝載主要是轉換并加載已有的、繪制部分暫缺的平面電子地圖集;查詢與分析完成對地圖的各種操作如瀏覽、雙向查詢等;系統維護管理實現對各圖層的操作和數據的維護如圖層順序的調整、屬性數據的修改等操作;數據輸出完成地圖窗口的矢量或柵格輸出，還有對查詢結果、工藝流程動畫演示的輸出等。

2 數據的采集與保存

GIS的數據主要包括地圖數據、圖像數據、坐標數據、視頻數據、聲音數據、文本數據等，由各種相關資料抽象加工而成。這些不同類型的數據，其來源和格式各不相同，需要針對不同類型的數據采取恰當的存儲和處理方法。

2.1 地圖數據

以使用Mapinfo開發的GIS系統為例，所采用的原始地圖數據多是矢量型的CAD數據，經轉化成Mapinfo格式的文件后其數據量較大，影響了系統的運行速度。而地圖顯示速度是評價系統的重要因素之一，特別是對于超大數據量的矢量電子地圖，如系統總圖，顯示速度成為系統效率的瓶頸。當前電子地圖較快的顯示方法是首先將數據全部讀入內存， 通過改善數據存儲環境及對數據進行有效的管理來提高顯示速度。經實踐，這種方法對于大小在十兆以內的電子地圖是比較適用的。因此，建議在地圖數據編輯處理過程中，可以將地圖數據分層存儲在不同的.Tab格式的Mapinfo文件，比如將所有的建筑物存儲在\"建筑物\"層中等。此外，減小數據量也是加快系統運行速度的另一途徑，這就需要征詢用戶的意見，是否有不太感興趣的圖層需要剔除;或采用將用戶不關心的建筑不在其所在圖層標出等方法。通過這些編輯修改，大大縮小矢量平面地圖的數據量，再采用上面所說的顯示方法，將數據全部讀入內存，可以從一定程度上提高顯示速度。需要強調的是，正如上面提到的，編輯修改的前提是滿足用戶對地圖精確度的需要，不能一味為了追求速度而使地圖信息量驟降，使用戶不能從系統中獲得需要的數據。

2.2 圖像數據

圖像可提供內容豐富的畫面，形象、直觀的表達大量信息。圖像處理就是把收集到的圖片、照片經過編輯軟件處理、創意及縮放，輸出位圖提供使用。其中，圖例、符號作為一種特殊的圖像數據，可以由用戶來定義、修改，再添加到地圖上去，方便和規范了用戶對一些特定建筑、設施、設備的重點標識;同時，還要求一旦修改并更新后，在地圖上采用該圖例、符號的地方也能夠相應顯示。此外，還有一些靜態的圖片，如組織結構圖、靜態流程圖等等圖像信息，也是系統中較受重視的數據。

2.3 坐標數據

如上面2.2介紹的圖例、符號這一類圖像數據，作為地圖元素(以下簡稱圖元)，可以由用戶自主地在底圖上添加、刪除或移動。為了能與底圖在位置和比例上關聯，需要這一類數據，用戶將此類數據在底圖上進行維護操作后，確認關聯，系統將該對象的位置、比例信息自動保存入數據庫中。當再次調用該地圖時，調取圖上承載的圖例、符號的坐標信息，將其圖像按位置和一定的比例顯示出來。相應地，應在數據庫中設計坐標信息的表及字段。

2.4 視頻和音頻數據

它的主要功能是介紹和演示，所以視頻數據和音頻數據都以相應的視頻或音頻文件格式文件的形式保存在特定目錄下，便于編輯修改。比較特殊的一類視頻是動態流程的演示，以港口設備地理信息系統為例，就設計了油氣輸送管線、散貨連續裝卸設備裝卸貨物的流程的動態演示。油氣輸送管線通過相互連通的管線與閥門、散貨裝卸通過裝卸設施和連接它們的皮帶，可以根據現場配置來設定裝卸流程，并將其分步驟顯示出來，此類視頻不需要保存為固定格式的視頻文件，而是通過開發工具的一些功能實現。

2.5 文本數據

文本是最常用的信息表達方式，內容涉及面廣。文本數據是將介紹資料經過整理、編輯處理后獲得的。這部分數據存儲在數據庫中，建立各表、字段，添加屬性數據。大到系統總圖、分區域圖，小到一個圖例、符號代表的建筑、設施、設備，都有各自的屬性，這就需要在設計初期作好調研工作，哪些對象需要作屬性說明，其各自需要說明的項目又有哪些等等，再經過總結分析，設計數據庫的結構。一般來說，用戶需要系統說明的對象類別越多、說明的項目越多、類別間說明項目差別越大，相對數據庫設計就越復雜。上面2.3 提到的坐標信息從某種意義上說，也是地圖上的圖例、符號的一些屬性數據，但是涉及到空間位置的描述，相對比較特殊，單獨作為一類數據說明。

3 系統功能設計

系統的基本功能主要包括維護、顯示和查閱。維護包括創建一張新地圖， 或者在原地圖上創建新圖元(線條、圖例、符號等)，為這些對象關聯空間坐標信息，添加屬性說明;還可以對這些對象及其相關信息進行修改與刪除。查閱包括地圖空間數據查詢、地圖及圖元屬性非空間數據查詢、通過對地圖空間查詢該對象非空間數據、以及通過地圖或圖元非空間數據查詢其在地圖上的空間分布。顯示包括一般顯示、特別地圖元素顯示、地圖放大和縮小、其它圖像顯示和動態流程演示等。

4 界面設計

電子地圖系統接口的設計也是電子地圖系統的相當重要的環節，要講求實效，著重提高電子地圖的表現力，增強地圖的分析和應用功能。根據用戶意見及開發者多年使用計算機的經驗，設定簡便易用的操作方式，使系統具有適用性、易用性、主動控制、靜態信息與動態演示相結合等特點。

5 GIS的發展

上面介紹所開發的GIS實現的還只是目前比較常見的功能，隨著日益廣泛的應用領域對地理信息系統不斷提高的要求，相關技術的發展，許多計算機領域的新技術，如Internet技術(WebGIS)、面向對象的數據庫技術、三維技術、圖像處理和人工智能技術都可直接應用到GIS中。GIS正朝著一個可運行的、分布式的、開放的、網絡化的全球GIS發展。多媒體技術進入GIS中，改善了GIS的數據采集、數據處理以及成果表達與輸出的效能，發揮聲、像等多媒體的應用。目前，圖形圖像的立體顯示己成功地融入數字攝影測量系統(DPS)中，DPS與GIS的集成和多媒體技術的應用將把我們感興趣的東西變成一個虛擬實體，我們可以通過GIS的輸出系統用多種感官來感知它。

結束語

GIS由其本身的多方面優勢，具有良好的發展前景。相信在不斷的實踐中，其應用將得到不斷的深化，作用也將日趨突出，為多方面的管理和發展起到重要的作用。

參考文獻

[1]李德仁.當前國際GIS的研究和應用現狀.北京:測繪出版社，1995.