測繪地理信息系統的架構與功能

劉慶，楊宇航，陳侃侃

（1.中國海警局東海分局，上海，200333；2.中國航海圖書出版社，天津，300450）

0 引言

地理信息是以地理科學為基礎，結合數據庫和地理信息創建的一個系統，并使用計算機收集、處理和存儲系統的地理信息[1]。目前，GIS的應用已融入城市規劃管理和建設的各個方面，系統本身的性能也在不斷提高，能夠處理復雜的地理信息。

1 測繪地理信息系統結構

測繪地理信息系統的總體框架包括表示層、業務邏輯層和數據情況，如圖1所示。數據層：測繪地理信息系統中獲取的數據來源于互聯網，如相關區域單位官網、測繪單位官網等[2]。業務邏輯層：主要業務包括查詢、顯示、分析、存儲等，信息收集子系統集成了業務功能，如設置、配置、存儲和分析業務邏輯層收集門戶，并使用C/S架構開發，以捕獲互聯網測量和地理信息集成了業務邏輯層信息的業務功能查詢和顯示，采用B/S架構開發，為公眾用戶提供地圖地理信息查詢功能[3]。

圖1 系統總體架構

2 測繪地理信息系統的設計

測繪在數字城市發展過程中發揮著重要作用。GIS在測繪中的應用具有歷史必然性。但是，有必要改進測繪系統，并創建一個新的測繪系統。在創建數字城市的過程中，需要創建測繪的數據處理平臺，使其具有數據存儲和收集功能，并生成成品數據，由此可見數據庫是GIS的核心。它可以收集地理信息，完善基礎數據庫資源，創建數據處理平臺，通過圖形和表格統計顯示城市的空間分布。與地圖模型一樣，模型是系統設計的重要組成部分。地圖信息可通過地圖模型獲取，通過地圖模型采集的圖像數據顯示地理信息。在數據處理過程中，需要挖掘干擾信息，實現信息數字化，分析數據的價值，為數據配備適當的功能，實施數據處理[4]，建立地理信息服務平臺。

2.1 軟件構成

測繪系統主要由GIS平臺、操作平臺、應用軟件和數據庫系統組成。系統的設計主要考慮上述的四個方面。

圖2 系統軟件體系

2.1.1 數據庫系統

測繪系統的數據主要包括屬性數據和空間數據。在早期的GIS系統中，數據存儲是通過文件實現的，非空間數據和屬性數據存儲在數據庫系統中。但數據連接困難，這不僅增加了用戶操作的難度，在新一代商業數據庫的開發過程中，所有數據都可以通過數據庫存儲，實現各系統的無縫連接。此外，還可以實現開放式GIS的跨平臺操作，服務功能優化城市基礎信息系統。在建設新一代城市基礎信息系統時，使用空間商業數據庫是非常必要的。

2.1.2 操作系統

操作系統主要使用的是微軟的Windows系列。不過如今，Linux系統也得到了越來越多的使用。如果實際項目對系統安全性和系統性要求較高，可以使用UNIX操作系統。

2.1.3 GIS平臺

現代商業GIS軟件產品很多。通過相互整合和參照，它們在功能上趨于趨同。每個GIS軟件供應商都提供獨立版本的GIS、網絡GIS和其他產品。不同的GSI平臺作用有所不同，但大量的GIS工程案例表明，GIS平臺并不是測繪系統設計和開發成敗的主要原因[5]。因此，GIS平臺的選擇應充分考慮以下因素：（1）城市規模；（2）技術適用性；（3）開發成本；（4）GIS平臺的技術架構和系統；（5）實用性。

2.1.4 應用軟件開發

應用軟件根據用戶需求開發，通過GIS空間和GIS平臺實現二次開發。開發工具不僅可以使用計算機的標準語言，大部分應用軟件可以直接針對用戶，其主要功能有圖形操作、統計分析、查詢、輸入輸出、可視化顯示等。

2.2 地名地址匹配

從文本或主題中提取本地名稱和地址是無空間坐標的非結構化地理信息的一部分，需要進行空間定位。空間數據收集的地理信息數據包含6*105條以上。存儲的數據包含地名、地址和地理坐標信息。它們被用作參考庫，用于定制位置名稱地址，并連接不同行業的數據屬性信息，以實現空間定位。

地名和地址的對應方法主要有模糊匹配和精確匹配。精確匹配是指網站的空間定位具有詳細的地理信息；模糊匹配可以定位網站中不完整或粗糙的地理信息。分配位置名稱和地址時，網站中位置名稱和地址的描述與標準化描述不同，這增加了定位和調整地址的難度。因此，有必要對網頁中的位置名稱和地址進行標準化。在程序中將位置名稱地址描述為一個可擴展的模型，對網絡位置名稱地址進行分段，根據樹模型從上到下進行調整，然后搜索底部節點進行匹配，直到在地址參考庫中找不到本地地址描述為止。

2.3 數據挖掘

當多變量空間數據集中在一個位置時，它們會顯示不同的數據結構、高維數據、測量設備和投影系統。記錄的網站文本數據內容復雜，部分內容是冗余數據，甚至完全無關，影響了有價值的信息。不同行業的數據特征不同，因此有必要對行業的信息特征進行分析，以找到行業數據的正確性。基于經濟風險和統計學習最小化，可以解決數據識別問題。通過支持向量引擎功能創建區分不同行業的數據，隨機抽取10000多個行業記錄樣本，統計每個行業關鍵詞出現頻率；然后建立訓練測試的詞庫特征；最后，為了對定位文本進行分類。中文分詞詞庫對照如表1所示。

表1 中文分詞詞庫對照（部分）

2.4 數據組織設計

屬性數據和空間數據的組織是系統設計的核心。有意義的數據庫結構和適當的數據組織可以提高系統的運行效率，并促進系統的使用。應用需求分析允許根據土壤特性對系統數據進行分層。因此，空間數據和屬性數據必須以統一的大小存儲在同一關系數據庫中。為了使數據的使用更加舒適，我們應該充分利用城市中的空間數據。

2.4.1 數據分層

地形圖是空間定位最重要的工具，具有多種應用。鑒于目前和未來的潛在應用，需要根據物理分層和邏輯分類創建地形圖。控制點、道路中心、線形特征和地圖；邏輯分層是指根據國家標準分類代碼對地圖進行分層。

2.4.2 庫結構設計

數據庫結構設計必須通過數據庫創建表對象，存儲整型字段，然后添加圖形、屬性、顯示符號等信息。通過當地標準和系統的特殊業務進行補充和改進。

2.4.3 存儲方式

傳統的GIS是指通過文件存儲和快速檢索空間數據。因此，如果數據量很大，就會影響空間數據的檢索、顯示和檢索速度。為了提高系統的運行效率，有必要通過劃分單元和層來存儲數據。

2.5 數據處理

地理信息聚合系統需要計算機軟硬件的支持。數據采集后，面臨著專業數據處理，如果沒有相應軟硬件支持，數據處理就難以實現。地理空間信息傳輸到GIS后不能直接使用。GIS在數據處理方面的主要優勢在于，它可以利用其分析數據來獲得數據的相關性。如果收集的信息復雜且關系明顯，由于不同的城市有不同的測量和繪圖要求，在數據處理之前，應根據不同的數據對模型進行分析[6]，以便測量和繪圖結果能夠滿足不同的實際需要。

2.6 空間分析

地理信息系統功能強大，軟件分析數據可以使用定性和定量的方法來描述空間位置，并將其集成到不同的學科中。除了地理學，它還包括物理學等知識和理論。地理描述還需要利用到統計學等學科。只有全面掌握相關知識，才能保證空間定位和測繪的準確性，為后續測繪工作奠定基礎。

2.7 空間組織設計

地形圖是空間定位最重要的工具，它反映了地物的空間分布，分布廣泛。物理層主要包括平面和線性特征、道路集中度、交叉點等。邏輯層根據國家標準分類代碼進行分類。