基于ArcGIS基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)的構(gòu)建

黃昌勝，姜圓盈

(1.佳木斯市勘察測繪研究院，黑龍江佳木斯 154004； 2.佳木斯市教育研究院，黑龍江佳木斯 154002)

基于ArcGIS基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)的構(gòu)建

黃昌勝1?，姜圓盈2

(1.佳木斯市勘察測繪研究院，黑龍江佳木斯 154004； 2.佳木斯市教育研究院，黑龍江佳木斯 154002)

基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)是數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的核心內(nèi)容和出發(fā)點(diǎn)，也是數(shù)字城市建設(shè)的必然趨勢和要求。通過實(shí)踐，中小城市直接采用成熟的商業(yè)軟件來構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)比較切合實(shí)際，可以在較短的時(shí)間內(nèi)建成投入使用，起點(diǎn)高，成效好；對承擔(dān)建設(shè)和運(yùn)營的部門來說，可以把更多的時(shí)間和精力放在機(jī)制建設(shè)和數(shù)據(jù)生產(chǎn)上，有利于數(shù)字城市的良性健康發(fā)展。本文結(jié)合工作實(shí)際，重點(diǎn)探討ArcGIS構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)的技術(shù)、方法和應(yīng)用。

數(shù)字城市；地理空間框架；基礎(chǔ)地理信息；共享服務(wù)；ArcGIS

1 引 言

“十一五”以來，原國家測繪局組織開展了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)工作，在完成地理空間框架建設(shè)的基礎(chǔ)上，開展了包括規(guī)劃、國土、城管、公安等30多個(gè)領(lǐng)域總計(jì)600多個(gè)應(yīng)用專業(yè)部門示范，成效顯著。“十二五”伊始，國家測繪地理信息局果斷決定，乘勢而上，全面加快數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)，力爭“十二五”末基本建成數(shù)字中國地理空間框架。作者在參與“數(shù)字佳木斯地理空間框架”建設(shè)過程中，深刻體會到數(shù)字城市建設(shè)一定要以需求為導(dǎo)向，要結(jié)合實(shí)際選擇一條適合城市發(fā)展的建設(shè)道路。對于中小城市，作者認(rèn)為直接采用成熟的商業(yè)軟件構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)比較切合實(shí)際，這樣可以用最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，避免少走彎路，投入少，見效快。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)通常包括數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖、數(shù)字線劃圖和城市三維模型。由于來源的不同，這些數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系往往不同，有些數(shù)據(jù)因?yàn)榉秶^大會處于不同的投影帶，所以必須首先進(jìn)行坐標(biāo)系的變換和設(shè)定，這也是基于ArcGIS構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)的關(guān)鍵，在應(yīng)用的過程中，ArcGIS能夠根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)轉(zhuǎn)換到用戶坐標(biāo)系。此外，根據(jù)數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容的不同，還需要做一些發(fā)布前的加工和處理。

ArcGIS支持的數(shù)字高程模型非常多，可以是規(guī)則的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，也可以是不規(guī)則的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)。如果只是用于地勢的簡單顯示，建議采用規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)，如果用于精確的空間分析，建議采用不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)據(jù)。ArcGIS提供了豐富的處理和分析工具，可以滿足三維數(shù)據(jù)處理的各種要求。

數(shù)字正射影像圖數(shù)據(jù)量相對較大，處理、存儲和瀏覽的速度就成了應(yīng)用的關(guān)鍵。為了提高運(yùn)行速度，需要建立多個(gè)尺度的緩存和索引，同時(shí)每個(gè)尺度的數(shù)據(jù)還要建立金字塔。ArcGIS支持柵格數(shù)據(jù)集(Raster Datasets)和柵格目錄表(Raster Catalogs)兩種存取方式，比較而言，柵格目錄表的存儲方式比較靈活，數(shù)據(jù)更新也比較方便。將數(shù)字正射影像圖與數(shù)字高程模型疊加，可以生成新的產(chǎn)品，增加正射影像圖的可視性和立體感，如圖1所示。

圖1 DEM與DOM疊加生成新的產(chǎn)品

數(shù)字線劃圖處理的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和外在表現(xiàn)。內(nèi)在結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系和屬性內(nèi)容，是空間統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)，要進(jìn)行什么樣的分析就需要有什么樣的數(shù)據(jù)。外在表現(xiàn)是空間信息或分析結(jié)果的圖形表達(dá)，通常以專題圖的方式呈現(xiàn)給用戶。數(shù)字線劃圖內(nèi)容豐富，由于比例尺的原因往往不能全部表達(dá)出來，需要做一些取舍和概括。為了減少冗余，也便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和維護(hù)，可以采用分層的方式進(jìn)行動態(tài)取舍和概括。為了提高數(shù)據(jù)瀏覽的速度，可以對制作好的專題地圖進(jìn)行切片處理，以建立多個(gè)尺度的緩存。

三維環(huán)境下的基礎(chǔ)地理信息顯示、管理、分析和應(yīng)用是時(shí)下最熱門的話題，隨著軟、硬件技術(shù)以及三維建模技術(shù)的發(fā)展，城市三維地理信息系統(tǒng)和虛擬城市建設(shè)也得到了快速發(fā)展。三維虛擬城市通常由地面場景、建筑三維模型及其附屬設(shè)施構(gòu)成，建筑三維模型目前研究最多的還是僅具有外觀特征的空心的2.5維模型，內(nèi)外兼?zhèn)涞恼嫒S模型由于模型復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，處理速度慢，建設(shè)周期長，實(shí)際應(yīng)用較少，只在需要進(jìn)行內(nèi)部分析時(shí)使用。2.5維模型的建模方法很多，可利用現(xiàn)有的二維數(shù)據(jù)通過建筑高度拉伸為盒狀白模，再對白模的側(cè)面和頂面進(jìn)行貼圖或設(shè)定材質(zhì)獲得可視性較好的粗模。要想精確表達(dá)建筑表面的輪廓和突出物，需要進(jìn)行深加工以獲得精模，如圖2所示。值得一提的是最近幾年發(fā)展起來的基于LiDAR和數(shù)字?jǐn)z影測量立體模型快速提取模型和紋理的方法得到了廣泛應(yīng)用，大大加快了三維虛擬城市建設(shè)的速度。城市三維模型在生產(chǎn)和制作過程中應(yīng)注意，除非特殊需要，紋理不宜過大，表面不宜過多，一棟建筑最好為一個(gè)實(shí)體。此外，城市三維模型與正射影像圖疊加可以生成真正射影像圖。

圖2 建筑三維模型的分類

3 系統(tǒng)建設(shè)

基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)建設(shè)主要包括相關(guān)軟件的安裝調(diào)試，基礎(chǔ)地理信息的組織發(fā)布，用戶權(quán)限的設(shè)置與分配。

基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)相關(guān)軟件的安裝調(diào)試包括操作系統(tǒng)的安裝、數(shù)據(jù)庫的安裝、Web服務(wù)器的安裝、ArcGIS Server和ArcGIS Desktop等應(yīng)用軟件的安裝。ArcGIS Server 10是一個(gè)原生的64位應(yīng)用程序，支持Windows和Linux兩種操作系統(tǒng)，并嵌入了一個(gè)獨(dú)立的Web服務(wù)器，它允許通過REST或SOAP協(xié)議訪問數(shù)據(jù)服務(wù)，如果想讓ArcGIS Server和已有的Web服務(wù)器一起工作，需要選擇安裝ArcGIS Server Web Adapter。Arc-GIS Server也提供了SQL Server、Oracle等常用數(shù)據(jù)庫的接口(即ArcSDE)，并通過Geodatabase數(shù)據(jù)模型對各種基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理。

基礎(chǔ)地理信息發(fā)布之前要進(jìn)行有效的組織和配置，可以利用ArcMap、ArcGlobe等工具進(jìn)行編輯，保存為相應(yīng)的二維地圖文檔?.mxd或三維地圖文檔?.3dd文件。?.skp、?.3ds、?.wrl等格式的三維模型數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)成Arc-GIS的multipatch要素才能使用。ArcGIS Server不僅提供了矢量、影像、三維模型以及基于KML、WCS、WFS、WMS的要素發(fā)布服務(wù)，而且提供了搜索、地址匹配、幾何處理、地理分析、網(wǎng)絡(luò)分析、移動服務(wù)等GIS應(yīng)用工具的發(fā)布服務(wù)，并且同時(shí)支持B/S和C/S兩種類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

用戶權(quán)限的設(shè)置與分配非常重要，它是確保服務(wù)和數(shù)據(jù)安全的重要措施。ArcGIS Server提供了一個(gè)賬戶管理工具，只有被GIS服務(wù)器管理員認(rèn)證的用戶才被授權(quán)連接到GIS服務(wù)器上。運(yùn)行在web服務(wù)器上的web應(yīng)用必須以一個(gè)有效的用戶連接到GIS服務(wù)器。在應(yīng)用級別，Web應(yīng)用和services定義了基于標(biāo)準(zhǔn)的ASP.NET和J2EE的安全模型。基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的安全模型，開發(fā)人員可以構(gòu)建匿名的應(yīng)用和服務(wù)，也可以構(gòu)建需要認(rèn)證和授權(quán)的安全應(yīng)用。

4 共享服務(wù)

ArcGIS Server搭建的基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)可以被多個(gè)客戶端訪問使用，最簡單的使用方式是利用瀏覽器直接訪問，如圖3所示。基于瀏覽器的應(yīng)用方式，不需要安裝任何客戶端程序，方便快捷，特別適合于電子商務(wù)和為公眾服務(wù)，如地名地址匹配，搜索興趣點(diǎn)，選擇一條最佳的乘車路線等。

圖3 基于瀏覽器的客戶端應(yīng)用

為了整合本地和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，Esri發(fā)布了免費(fèi)的ArcGIS Explorer軟件，可以自由、快速的訪問、瀏覽和使用ArcGIS Server發(fā)布的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如圖4所示。ArcGIS Explorer通過繼承ArcGIS Server完整的GIS性能(包括空間處理和3D服務(wù))，達(dá)到整合豐富的GIS數(shù)據(jù)集和服務(wù)器空間處理應(yīng)用的目的，可以滿足大多數(shù)行業(yè)的應(yīng)用需求，如可以通過整合各個(gè)行業(yè)的專業(yè)數(shù)據(jù)，為城市部件和事件的綜合管理、突發(fā)事件的應(yīng)急指揮提供支持和保障，提高城市管理的科學(xué)水平和智能化程度。

圖4 基于ArcGIS Explorer的客戶端應(yīng)用

圖5 基于AutoCAD的數(shù)據(jù)共享服務(wù)

為了實(shí)現(xiàn)GIS與CAD的互操作，Esri推出了一個(gè)免費(fèi)的ArcGIS for AutoCAD插件，可以在AutoCAD環(huán)境中直接訪問ArcGIS Server發(fā)布的數(shù)據(jù)和服務(wù)，并且能夠?qū)utoCAD的DWG和DXF數(shù)據(jù)進(jìn)行信息編碼，使其具有屬性及坐標(biāo)系信息，從而實(shí)現(xiàn)操作CAD的數(shù)據(jù)猶如GIS數(shù)據(jù)，尤其適合測繪、國土、規(guī)劃等行業(yè)，因?yàn)檫@些部門大多采用AutoCAD作為自己的工作平臺，如圖5所示。

當(dāng)然，ArcGIS的桌面端產(chǎn)品(如 ArcMap、Arc-Globe)也可以直接操作和訪問ArcGIS Server發(fā)布的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，以滿足復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用服務(wù)。

5 結(jié) 語

ArcGIS具有功能強(qiáng)大、產(chǎn)品全、互操作性強(qiáng)、通用性好、解決方案成熟等優(yōu)勢，用其構(gòu)建數(shù)字城市地理空間框架，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)，可以有效整合和充分利用現(xiàn)有的資源和系統(tǒng)，縮短工期，減少投入，提高地理空間框架的建設(shè)水平和效率。

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的核心是數(shù)據(jù)，只有當(dāng)這些數(shù)據(jù)能夠被各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)所直接訪問或操作時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的共建共享。因此，基礎(chǔ)地理信息共享服務(wù)是地理空間框架建設(shè)的關(guān)鍵。

[1] 肖建華，譚仁春.建設(shè)數(shù)字城市地理空間框架促進(jìn)地理信息資源共建共享[J].城市勘測，2011(6):5～8

[2] 黃昌勝，趙銳，姜圓盈.基于ArcGIS Explorer建立DOM應(yīng)用系統(tǒng)的研究[J].測繪與空間地理信息，2011(4):50～52

[3] ArcGIS Server 10.1新特性.http；//bbs.esrichina－bj.cn/esri/thread－93668－1－1.html，2011

[4] ArcGIS for AutoCAD輕松實(shí)現(xiàn)GIS和CAD的互操作[J].城市勘測，2009(2):42

[5] 李大超.“數(shù)字合肥”地理空間信息共享服務(wù)平臺的設(shè)計(jì)[J].測繪通報(bào)，2011(6):65～68

The Constructing of Fundamental Geographic Information Shared Services Based on ArcGIS

Huang Changsheng1，Jiang Yuanying2
(1.Jiamusi Institute of Surveying and Mapping，Jiamusi 154004，China；2.Jiamusi Education Academe，Jiamusi 154002，China)

Fundamental geographic information shared services are the central contents and starting point，as well as the inevitable trend and requirement for digital city geospatial framework constructing.By practice，the author feels that it is appropriate for mid－sized cities to use existing mature commercial software to construct geospatial framework，because it is able to put to use and play effect in a short time，and maintain its advanced nature.For construction and operation departments，they will have more time and experience to establish mechanisms and product datum，this will be benefit for the harmonious development of digital city.This paper mainly discusses the technology，method and application of constructing fundamental geographic information shared services with ArcGIS.

digital city；geospatial framework；Fundamental Geographic Information；shared services；ArcGIS

2011—12—29

黃昌勝(1975—)，男，高級工程師，注冊測繪師，主要從事城市測繪和數(shù)字城市的建設(shè)與研究工作。

國家測繪局?jǐn)?shù)字城市建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目(JC2007050818)

1672－8262(2012)02－28－03

P208.2

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