城市地理信息系統架構設計與實現研究

潘傳姣

（河南城建學院測繪工程學院，河南 平頂山 467036）

前言

地理信息系統因其強大的數據可視化和空間分析功能，為城市信息的管理提供了強有力的支持，構建新的地理信息系統是我國城市化發展的必然趨勢。了解城市地理信息系統，首先要了解地理信息系統的要求和總體結構，下文將具體闡述其各個方面的設計要求。

一、地理信息系統作用

城市地理信息系統可以對城市地形、建筑物等數據進行綜合管理，記錄建筑物的整個工程，同時對于建好的建筑可以提高管理效率，為城市提供數據查詢和技術分析等功能。同時為了方便城市治安管理，城市地理信息系統可以提供三維立體圖像，更好的用于保存資料、維護管理[1]。

地理信息系統是一種很好的管理和分析城市空間數據的應該技術，跨學科的特點保證了其應用于城市管理的多個領域。該系統綜合使用計算機軟件和硬件技術、程序開發技術，是目前比較流行和實用地可以為城市信息管理提供巨大支撐的系統，方便城市管理者解決復雜的城市規劃和城市管理問題。

二、地理信息系統設計

1、系統總體結構

地理信息系統采用了客戶機和服務器的結構。其中服務器負責存儲數據，為客戶提供數據查詢業務，數據庫的維護和日常管理由系統維修人員負責。ArcGIS Engine Runtime是客戶端需要安裝的程序，保證系統的正常運行。ArcGIS Engine Runtime 是目前在世界上比較流行的軟件，它是地理信息系統的基礎。為了進一步確?？臻g和非空間數據的一體化存儲，地理信息系統采用關系數據庫，實現數據從最基本的存儲到管理、查詢等功能的正常運行。為前段服務器提高有力地支持[2]。

2、地理信息系統功能

根據筆者多年從事地理信息工作的經驗，地理信息系統的功能模板主要包括數據編輯和加載模塊、地圖打印和瀏覽模塊、三維顯示和分析模塊、空間量算模塊、系統管理模塊和地圖打印模塊，同時有些地理信息系統還包括影像播放模塊、查詢檢索模塊。GIS具有數據采集與輸入功能、數據編輯與管理功能、數據存儲與更新功能等，GIS 主要會應用到城鄉規劃、土地調查、城市管網、城市公共服務等領域。

三、地理信息系統數據庫設計

1、數據庫構成

地理信息系統數據庫的建立比較復雜和持久，數據庫是地理信息系統的基礎性工作。地理信息系統的數據庫主要包括工程勘察數據和城市規劃數據等，是一種存儲豐富、資源較多的數據庫。

2、數據庫的空間數據組織模式

通常地理信息系統都要對城市多種地理因素進行管理，數據種類很多，數據量很大，但是數據并不是孤立存在的，而是相互之間有著某種聯系[3]。因此需要對這些數據進行統一管理，才能更好地發揮地理信息系統的功能，Geodatabase模型就是一種專門用來管理和設計這種數據的系統。相對于其他系統，系統Geodatabase中的矢量數據通常有要素數據集和要素類兩種數據結構，后者主要是指那些具有相同參考系統的要素。同時，要素類可以存儲屬性相同的要素和幾何類型相同的要素。要素類是一種幾何地理實體，各個要素數據中都包含一定的點、線、面，有時還是它們的集合。柵格數據集可以呈現一副影像圖、一個以格網采樣的環境屬性、一個有關特征的對象圖片，是一種表達連續地理對象的數據集。柵格數據集管理也是目前比較流行的數據庫管理形式，主要因為它可以提供影像圖、環境屬性等信息。其中數據庫中還包含表文件，主要用來作為記錄的集合，項目設計方案信息表是比較流行的一種記錄集合。

四、系統開發與實現

1、系統開發條件

地理信息系統開發需要一定的開放條件，通常Visual studio 2005+ArcGIS En-gine 9.2是常用的系統開發平臺，它可以提供程序設計，調用ArcGIS Engine組件庫的組件，進一步充分利用Visual C#開發語言，發揮系統的函數開發功能。實現上文提到的地理信息系統功能：數據編輯和加載模塊、地圖打印和瀏覽模塊、三維顯示和分析模塊、空間量算模塊、系統管理模塊和地圖打印模塊等。

2、主要功能實現

地理信息系統的最大優勢就在于它的功能展現，比傳統的系統更清晰、更全面、更生動，更有利于城市信息管理。本文主要通過地圖瀏覽、三維顯示和三維分析三個方面進行討論說明。

①地圖瀏覽

地圖瀏覽主要借助于計算機完成，包括地圖顯示區、圖層控制區。作為輔助操作系統，菜單欄和工具欄在地圖瀏覽中也有很大的應用。

地圖瀏覽功能主要通過上文提到的ArcGIS Engine系統，依靠ArcGIS Engine中的工具條控件和目錄樹控件完成，由視圖控制和圖層控制操作。工具欄可以對地圖進行放大和縮小的設置，還可以為了客戶的要求進行移動和定位，方便客戶迅速找到目標。圖層控制窗口可以直接控制圖層的顯隱和圖層與文字的上下設置，這樣可以方便客戶選擇瀏覽方式，增加了地圖瀏覽的多元化，提高了查詢信息的效率。

②三維顯示

三維顯示是城市地理信息系統比較突出的功能，也是我國科技發展的主要標志。通過提供查詢結果的三維影像，可以增加客戶對目標的把握和分析，也方便了投資者對地形的投資考慮，為我國城市土地開發提供了便利、有效的條件。 進行三維顯示，首先要創建不規則三角網，選擇一定的比例尺對目標進行從提取出測量點，根據測量點數據創建不規則三角網，即TIN[4]。利用不規則三角網來表示出地形表面，從而呈現出三維的地形表面模型。然后在不規則三角網上疊加建筑物的高度，主要是為了得到不同建筑物的地形表面模型，然后根據不同高度的建筑物表上不同的顏色，這樣就會很形象化地展示出城市地理信息。這種三維顯示是對計算機技術的又一步發展，將地形表面模型更加形象化地呈現給客戶，以供客戶查詢目標建筑。

③三維分析

三維顯示是三維分析的基礎性工作，三維分析是三維顯示的延伸。三維分析主要依賴于函數二次開發實現。三維分析在建筑工作中的作用很大，可以為投資方提供土地信息，不僅關于用地選址，還包括土地的剖面分析和視域分析，本文主要通過剖面分析和視域分析來闡述三維分析的優勢。

剖面分析主要是指地理信息系統可以依靠相關數據繪制地形剖面圖，這種剖面圖主要是表示土地表明的高低變化。首先利用不規則三角網在剖面圖上選擇兩點，連接兩點創建剖面線，通過計算不規則三角網和剖面線相交后的三維線，得出三維線應該在不規則三角網上繪制的圖形要素，最后測量每個點的長度和高度制作地形剖面圖。

而視域分析功能主要是通過建立視線瞄準線，來判斷這一點是否相對于其他點是可以看見的，實現兩點通視分析。如果沒有看到這一點，則應該分析遮擋目標點的障礙物。同時在瞄準線上，可以看見的部分和不可以看見的部分要用不同顏色來表示。

地圖瀏覽、三維顯示和三維分析三個功能并不是孤立存在的，而是共同構成了城市地理信息系統的功能，三者相互配合，使地理信息系統提供的信息更加形象化、更大清晰化、更有利用價值。

結論：通過以上分析可以看出，地理信息系統為城市信息管理提供了強大支持，地理信息系統的普及是未來城市化發展的必然趨勢。地理信息系統的構建主要通過數據庫的建立，功能主要依靠地圖瀏覽、三維顯示和三維分析三個方面來得以實現。推動城市地理信息系統的構建和普及，將會有利于城市安全，社會和諧穩定。

[1]顧留碗，鄭平建，張海榮.基于GIS技術的滁州學院管理系統[J].滁州學院學報，2009,09(01):19-20.

[2]趙俊蘭，馮仲科.基于組件式的數字園區信息管理系統的建立[J].測繪通報，2007，09(06):98-99.

[3]李守平，潘雨青，陳天滋.三維GIS建模方法的研究與實現[J].計算機應用與軟件，2006，12(11):90-91.

[4]黃建彰，韋偉鴻，黃勇，田才煌.基于組件式的數字園區信息管理系統的建立[J].建筑施工.2008，08(05):89.