GIS應用系統開發模式探討

高慧卿，樊蘭瑛

（1.山西省農業科學院現代農業研究中心，山西太原030031；2.山西省農業科學院農業資源綜合考察研究所，山西太原030006）

地理信息系統（Geography Information System，GIS）起源于20世紀60年代，它是一門集計算機、測繪、遙感、地理學、空間科學、信息科學和管理科學于一體的新興邊緣學科。作為一門新興的空間信息技術，地理信息系統在國防、交通、城市管理等各個領域都有廣泛的應用，在處理空間信息方面有著無可比擬的優勢[1-2]。隨著技術的進步，地理信息系統也逐步發展完善起來，產生了一批具有代表性的專業地理信息系統，如ESRI的ArcGIS，MapGIS，SuperMap等。盡管GIS發展得很快，但在屬性數據的管理方面仍然沒有達到現在的關系型數據庫的地步。

管理信息系統（Management Information System，MIS）經過長時間的發展，由于數據庫技術、網絡技術等相關技術的發展，管理信息系統已經非常成熟和完善。然而，對于空間信息的管理，管理信息系統卻心有余而力不足，這是由于空間信息的復雜度以及空間信息的拓撲關系是關系型數據庫無法表達而造成的。管理信息系統在海量空間信息的處理以及進行空間信息的操作與分析上也很難得到滿意的專業GIS的效果。在開發應用系統的過程中，如何根據不同的需求特點，將GIS與MIS結合起來就成為系統能夠取得成功的關鍵。

1 開發的技術模式

隨著地理信息系統理論的發展以及計算機技術的發展，地理信息系統在技術上的開發模式也不斷地豐富[3]。目前，地理信息應用系統在技術上的開發模式主要有完全的底層開發；基于現有的商業地理信息系統的二次開發；基于COM標準的組件式開發以及基于網絡的網絡地理信息系統即WebGIS等。

1.1 完全的底層開發

完全的底層開發指的是不基于任何已有的GIS軟件，應用C++等高級語言對所要實現的GIS及MIS功能進行開發，實現圖紙的管理、海量空間數據的管理等GIS功能。這種模式的好處是具有極強的開發靈活性和可操作性，因此幾乎能夠實現所有的功能。而且完全從底層做起，形成的成果具有完全的自主知識產權，能夠避免產權糾紛，在系統開發的成本上可節省購買專業GIS軟件的資金。完全的底層開發有利于使GIS與MIS功能相結合。由于完全的控制，在功能上更容易滿足需求。但是，完全的底層開發也有其劣勢。正是由于其極大的靈活性，不可避免地帶來共開發工作量的增加。所有的GIS功能都必須從零開始，對系統設計人員以及編程人員的素質要求很高，大大增加了工作量，而且在效果上很難與專業的GIS軟件相媲美。

1.2 完全的二次開發

完全的二次開發指的是在已有的商業GIS軟件的基礎上進行二次開發。隨著GIS的不斷完善和發展，出現了一批功能強大的GIS軟件，并且都提供了二次開發功能，如ESRI公司的Arc View提供了Avenue語言，ARC/INFO的AML，Intergraph則有MicroStation Development Language（MDL），MapInfo公司研制的 MapInfo Professional提供了MapBasic語言等。二次開發的技術模式可實現與原有平臺的界面風格一致，結構緊密，并可以充分利用軟件提供的先進GIS空間分析功能。這種開發模式可以大大減小開發的工作量，在擴展空間分析功能方面也比較容易。但是，使用二次開發模式需要學習專門的二次開發語言。由于對屬性數據的處理能力較弱，這種開發模式很難實現MIS的功能。所開發出來的系統嚴重依賴原系統，不能獨立運行，可移植性較差。

1.3 組件式開發

GIS工具軟件生產廠家采用COM等技術，將地理信息功能以組件的形式提供給客戶。開發人員只需要調用相關的函數就能實現專業的地理信息功能。這方面有ESRI公司的MapObjects及ArcObjects，MapInfo公司的MapX等。以Arc Ojects為例，它是ESRI公司ArcGIS家族中應用程序 ArcMap，ArcCatalog和 ArcScene的開發平臺，基于Microsoft COM技術。通過AO可以完成空間數據顯示、查詢檢索、編輯分析，創建各種專題圖和統計報表，高級的制圖和輸出功能等。使用組件開發技術很容易在用可視化編程工具VC，VB等上將GIS與MIS集成起來，實現高效無縫的系統集成。使用組件技術無需專門GIS開發語言就能開發出強大的GIS功能。而且組件小巧靈活、價格便宜，因此受到了廣泛的歡迎。

1.4 WebGIS

WebGIS將GIS與Web及數據庫技術相結合，以新的工作模式和數據共享機制，廣泛應用于各種涉及地理信息的領域，為全球范圍用戶提供數據、通訊和其他信息服務[4]。目前主要產品有：ESRI公司的 MapObjects和 Internet Map Server（IMS），MapInfo 公司的 MapInfo Pro Server，Intergraph公司的 GeoMediaWebMap，Autodesk公司的MapGuide以及韓國仁荷大學開發研制的GeoWeb等。WebGIS實現了數據和應用徹底分離，通過XML或SOAP等傳遞消息來構建應用。WebGIS將GIS與網絡相結合，具有系統的開放性、滿足數據的共享與遠程操作、廣泛的訪問范圍以及平衡高效的計算負載等優點，成為GIS開發的熱點。

2 GIS與MIS二者的集成方式

根據不同的應用，GIS與MIS二者結合的方式基本上分為3類，即：以MIS為主，集成GIS基本功能的信息系統；結合GIS與MIS各自所長的專業應用系統；以實現GIS為中心的專業系統。

2.1 以MIS為主，集成GIS的基本功能的信息系統

這種開發模式是以數據庫管理系統為主，集成GIS的查詢、顯示等基本功能，滿足用戶對數據可視化的基本要求，它適用于那些對GIS功能要求不高，只需要對空間信息進行簡單的顯示、查詢等功能，對空間數據的精度不做過多要求的系統。在這種開發模式下，可采用完全的二次開發方式進行開發。由于只需要實現簡單的GIS圖形顯示、查詢等功能，采用完全的底層開發的方式，在技術上并不難。而且能夠實現MIS系統的功能，使得GIS與MIS系統能夠很好地結合起來，我們研究的旱農決策管理信息系統就是這樣的一種應用。在該系統中，要解決的問題是如何利用先進的信息技術來管理不斷增加的旱農項目管理信息，構建一個基于Internet的多角色、多用戶的統一的旱農信息交換平臺，從而提高旱農項目決策的科學性和日常項目管理的效率。在深入分析ArcSDE和Oracle Spatial的存儲機制的基礎上，全面分析、比較二者的優缺點，結合系統的實際情況，選用ArcSDE＋SQL Server 2000的存儲方案，實現了空間和屬性數據的一體化存儲。

MIS功能由數據庫訪問控件來實現，GIS功能則由GIS基本功能Web Service訪問空間數據服務器來實現。具體過程是：Web服務器收到請求后先分析該請求，如是業務數據請求，使用業務數據訪問控件訪問數據庫服務器，數據庫服務器根據用戶的請求進行相應的處理后，以XML數據流的形式逐級返回結果；如是地圖數據請求，使用GIS基本功能Web Service訪問空間數據服務器，空間數據服務器再訪問數據庫服務器，數據庫服務器根據用戶請求進行相應的處理后，以地圖數據流的形式逐級返回結果；如是模型計算請求，使用模型計算Web Service進行相應的處理，如有必要再通過業務數據訪問控件或GIS基本功能Web Service訪問數據服務器或空間數據服務器，處理結果以XML數據流或地圖數據流的形式逐級返回（圖1）。

在這種開發模式下，也可以采用組件的開發方式。由于大部分GIS功能都由GIS組件來提供，開發人員在開發MIS系統時直接調用這些組件，從而提高開發速度，降低開發難度。

2.2 專業模型應用系統

一些專業模型的應用系統在GIS與MIS功能的基礎上實現某專業模型。這種開發模型需求，可以結合數據庫管理系統與GIS各自的長處分別實現，并集成到一起，這一類應用系統的實現主要依賴于GIS組件的功能。專業模型應用系統的核心在于其專業模型的實現上。針對不同的專業模型，可能對GIS與MIS的功能要求有所不同。比如我們現在正在開發的產業空間分析軟件，對于二者的要求都并不是很高，其核心是空間分析應用模型的實現。因此，在開發中，我們將GIS的顯示功能及MIS的管理功能結合起來，將空間分析模型以Web服務的形式提供給客戶。其過程如圖2所示。用戶將數據以及所要進行分析的請求發送到服務器端，服務器端應用相關的分析模型對用戶所提交的數據進行分析并將結果返回給用戶，用戶通過客戶端GIS瀏覽器查看分析結果。在本系統中處于核心部分的空間分析模型的實現，既涉及到產業的空間屬性，又涉及到產業的屬性信息。因此，在實現模型時，就必須將GIS與MIS二者結合起來。將結果返回到用戶的客戶端時，還需要具有瀏覽GIS功能的瀏覽器瀏覽結果。

當一些專業模型對MIS功能要求不高甚至沒有時，可以考慮在GIS系統上的二次開發，在GIS軟件平臺上實現專業模型。如王若成等[5]在MapBasic開發環境中實現了由二維矢量地圖生成數字高程模型（DEM）和由數字高程模型（DEM）生成坡度圖和坡向圖。專業模型應用系統的開發也可采用組件式的開發方式。魏加華等[6]在MapObjects技術上實現了GIS功能與地下水數值模型的完全整合。

2.3 以實現GIS為中心的專業系統

以GIS為中心，由GIS管理所有的數據，實現空間數據與屬性數據的一體化，利用GIS的各種空間分析與處理能力建立專業的應用模型，滿足用戶的復雜需求。這一模式主要適合于具有超大空間數據（如大數據量的遙感圖像）的環境資源應用領域。李航等[7-8]利用基于COM的GIS組件開發客戶端應用程序，利用ArcSDE開發后臺遙感圖像數據庫，實現了對遙感圖像數據的有效存儲和管理。在這種開發模式下，也可采用基于已有GIS軟件的二次開發。由于所涉及到的MIS功能很少，在已有的專業GIS軟件上進行二次開發，能夠滿足MIS方面的需求。而且由于商業的GIS軟件在GIS功能的實現上有著極大的優勢，進行二次開發，可以極大地提高開發效率。對于一些特殊的功能，選擇開源的開發方式也是一個不錯的選擇，如可以在開放源代碼OpenGL的基礎上實現山區地形地貌的跨平臺的三維瀏覽。

2.4 GIS與其他的專業系統集成

對于一些特殊的專業系統，需要集成GIS功能，如多媒體數據與GIS空間數據集成等。羅平等[9-10]利用VB進行MapGIS和Authorware二次開發，完成了基于GIS和多媒體集成方式的佛山旅游信息系統的設計和開發。

3 結束語

根據GIS應用系統的功能需求的側重點，GIS與MIS在結合的方式上可以分為3種類型：以GIS為主、以MIS為主以及二者都有側重。這3種結合方式在實際的開發過程中都有廣泛的應用，而且都能夠取得不錯的效果。因此，開發GIS應用系統過程中，應根據功能需求確定開發模式。在技術層面上，每種開發模式都有多種技術開發方式供選擇。在技術開發模式中，基于組件式的技術開發模式有著廣泛的應用，因而成為目前開發GIS應用系統的主流。需要指出的是，開源技術也是開發GIS功能的一種不錯的選擇。

［1］ 李翔，楊寶祝，郭天財，等.基于WebGIS和ES集成技術的農作物管理地理信息系統研究 [J].華北農學報，2003，18（2）：106-109.

［2］ 郭常蓮，樊蘭瑛，張愛蓮.山西農業企業及資源配置分析系統研究與開發[J].山西農業科學，2008，36（5）：93-96.

［3］ 俞侃，盧俊波，鄧天平.GIS應用軟件開發模式分析[J].計算機與數字工程，2005，33（3）：24-27.

［4］ 常樂，彰暉，陳宏盛.WebGIS應用系統設計[J].計算機工程，2001，27（4）：51-53.

［5］ 王若成，董吉文.基于MapBasic下MapInfo地形分析功能的擴展[J].信息技術與信息化，2005（1）：37-39.

［6］ 魏加華，李慈君，王光謙，等.地下水數值模型與組件GIS集成研究[J].吉林大學學報，2003，33（4）：532-538.

［7］ 李航，岳麗華.基于COM和ArcSDE的遙感圖像數據庫開發[J].計算機應用，2005，25（5）：12-14.

［8］ 白似雪.GIS與MIS結合的研究[J].南昌大學學報，2002，26（1）：61-63.

［9］ 許海成.GIS應用軟件開發方法探討[J].蒙自師范高等專科學校學報，2001，3（4）：15-20.

［10］ 羅平，黃耀麗，何素芳.基于GIS和多媒體集成的旅游信息系統開發與實踐[J].測繪通報，2001（12）：25-27.