地理信息系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究

賈佳

（河南測(cè)繪職業(yè)學(xué)院，鄭州 451464）

1 引言

地理信息系統(tǒng)開發(fā)屬于軟件工程的開發(fā)范疇。地理信息系統(tǒng)的空間信息管理屬性及其應(yīng)用模式，增加了地理信息系統(tǒng)的開發(fā)難度和復(fù)雜程度。在我國(guó)科學(xué)信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，地理信息系統(tǒng)得到了優(yōu)化與升級(jí)，形成了高效的空間信息系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的信息處理能力和數(shù)據(jù)分析能力，應(yīng)用水平也得到了不斷提高。

2 地理信息系統(tǒng)的概念和優(yōu)勢(shì)

2.1 地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）作為一種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它可以有效滿足設(shè)計(jì)需要，是一門包括地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的綜合性技術(shù)[1]。針對(duì)地理研究和社會(huì)服務(wù)，GIS 可以基于相關(guān)數(shù)據(jù)建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，確保各項(xiàng)工作任務(wù)能夠順利進(jìn)行。另外，GIS是一種技術(shù)手段，通過此技術(shù)能夠綜合性分析空間數(shù)據(jù)信息。利用GIS 技術(shù)處理空間數(shù)據(jù)，能夠獲取更加準(zhǔn)確、實(shí)效性的信息數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)作為GIS 的應(yīng)用基礎(chǔ)，在GIS 具體運(yùn)行時(shí)，能夠通過高效的計(jì)算機(jī)技術(shù)采集、整合空間系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析與處理等，滿足地理信息的獲取標(biāo)準(zhǔn)與要求，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理。在此基礎(chǔ)上，可以不斷提升地理信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性以及有效性[2]。與以往傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)地圖相比，利用GIS 技術(shù)繪制的地圖具有較強(qiáng)的實(shí)效性與科學(xué)性，能夠有效符合我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展需求。

2.2 地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

地理信息系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）可以有效提升測(cè)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)的直接性。在開展測(cè)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只有設(shè)計(jì)工作更加直觀明了，才能有效提升測(cè)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性，同時(shí)還可以在很大程度上避免異常情況的發(fā)生，影響工作的完整性和時(shí)效性。（2）有助于保障數(shù)據(jù)的高效性和準(zhǔn)確性。在開展測(cè)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的過程中，最為顯著的一個(gè)特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)具有依賴性，所以，在測(cè)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，要確保數(shù)據(jù)管理的可靠性。GIS 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以確保測(cè)繪工作的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)自身的真正價(jià)值[3]。

3 地理信息系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圖文一體化技術(shù)

圖文一體化系統(tǒng)在具體設(shè)計(jì)過程中所包含的內(nèi)容較為廣泛，如實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)、聲音、視頻、數(shù)據(jù)以及圖形數(shù)據(jù)等不同多媒體數(shù)據(jù)。此技術(shù)主要是為了對(duì)多種數(shù)據(jù)集成管理中存在的問題進(jìn)行有效的解決。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的角度進(jìn)行分析，可對(duì)GIS 數(shù)據(jù)管理模型進(jìn)行劃分，呈現(xiàn)出4 種不同關(guān)系，分別為：對(duì)象關(guān)系型、純對(duì)象型、權(quán)關(guān)系型以及文件關(guān)系性。該技術(shù)著重分析基于文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理、對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理[4]。

3.1.1 基于文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理

文件關(guān)系型管理模式中，利用文件系統(tǒng)管理對(duì)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)屬性數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方式的重要核心為屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)用多媒體數(shù)據(jù)通過二進(jìn)制的方法在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)將與關(guān)鍵字段相關(guān)的數(shù)據(jù)增加至屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中，將屬性數(shù)據(jù)作為連接點(diǎn)對(duì)兩者進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可促進(jìn)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接。

文件關(guān)系型的管理方式是通過采用更關(guān)鍵字段所呈現(xiàn)出的特點(diǎn)有效整合不同數(shù)據(jù)后進(jìn)行集成管理，利用公共標(biāo)識(shí)項(xiàng)的作用有效聯(lián)系與其相關(guān)的圖片與文字記錄，能夠在動(dòng)態(tài)化的狀態(tài)下使圖文數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)連接。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致維護(hù)的過程中，應(yīng)以圖元優(yōu)先的原則為基礎(chǔ)，優(yōu)先考慮圖形對(duì)象，然后考慮其他信息數(shù)據(jù)。修改時(shí)，首先，需要對(duì)地圖對(duì)象進(jìn)行修改，之后再將設(shè)定好的屬性信息提交到指定位置；刪除時(shí)，需要先將其他附屬性信息數(shù)據(jù)刪除，最后將圖形信息進(jìn)行刪除。這種管理模式在實(shí)際操作過程中雖然能使系統(tǒng)運(yùn)行速度得到一定程度的提高，但是在地理信息數(shù)據(jù)安全性、開放性和互操性特征的提高上存在很大的局限性，在這一方面需要加大研究力度和深度。

3.1.2 基于對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理

在面向?qū)ο箨P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的快速發(fā)展下，各個(gè)商用數(shù)據(jù)庫(kù)都能對(duì)大二進(jìn)制對(duì)象類型提供有力的支持，例如，Oracle、SQLSever，能更好地符合空間數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的非結(jié)構(gòu)化特征進(jìn)行有效的記錄，從而提高空間數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的可能性。當(dāng)前，空間數(shù)據(jù)通過將對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)載體，在后臺(tái)大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中融入地理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行混合同時(shí)進(jìn)行管理，并輔以具備特殊結(jié)構(gòu)的空間信息數(shù)據(jù)文件，作為主流形式存在于管理GIS 數(shù)據(jù)中。對(duì)象關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)管理為不同數(shù)據(jù)提供了一致的訪問接口，不僅能共享數(shù)據(jù)信息，還能將空間信息與多種信息進(jìn)行連接，包括屬性、多媒體信息，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與維護(hù)，形成圖文并茂的良好效果。

3.2 三維可視化技術(shù)

空間體數(shù)據(jù)的可視化才是真正意義上的三維，能夠透視空間坐標(biāo)的各個(gè)數(shù)值及空間屬性，可以直接利用空間三維體取代數(shù)據(jù)的作用，完成相應(yīng)的表達(dá)。例如，工作人員在建立某地區(qū)的地震波數(shù)據(jù)三維模型的過程中，通過對(duì)圖中內(nèi)容進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)分層的原因，存在不同類型的波速層，借助三維可視化技術(shù)可以直接將空間數(shù)據(jù)清晰地展示出來，還可以直接用具體的灰度值表示?？臻g數(shù)據(jù)具有規(guī)律性的特征，技術(shù)人員可以直接利用不同的數(shù)值繪出等值面或者等值線，利用二者可以仔細(xì)觀察空間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化情況[5]。技術(shù)人員利用三維可視化技術(shù)建立符合具體空間數(shù)值的空間體模型，模型建立后，利用模型切片獲取實(shí)際應(yīng)用過程中需要的不同類型的數(shù)據(jù)，切片主要是指根據(jù)某個(gè)空間方向的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行投影，這樣能夠充分表達(dá)出同一空間內(nèi)不同的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高空間內(nèi)部可視化的效果[6]。另外，切片數(shù)據(jù)還可以采用直方圖的方式體現(xiàn)數(shù)據(jù)的具體分布情況。三維可視化技術(shù)是多種技術(shù)整合的過程，在地理信息深度調(diào)查中提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持，在應(yīng)用過程中，如何保證三維可視化技術(shù)與當(dāng)前技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化的處理，建立保真度高的三維模型，是實(shí)現(xiàn)今后三維可視化技術(shù)深入應(yīng)用的重要方向，需要相關(guān)工作人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.3 ArcGIS 技術(shù)

采用Microsoft Visual Studio.NET 系列開發(fā)工具，選用具有高效、容易維護(hù)和管理的SQL Server2000 作為基礎(chǔ)信息及電子地圖數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)。GIS 平臺(tái)主要選擇目前應(yīng)用較為廣泛的一種主流平臺(tái)軟件ArcGIS，Arc GIS 技術(shù)是全世界唯一可以對(duì)全系列操作系統(tǒng)的GIS 廠商ESRI 公司產(chǎn)品的產(chǎn)品起到高效支撐效果的技術(shù)[7]。通過采用先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，還可以實(shí)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)信息的檢索。ArcView 桌面地理信息系統(tǒng)、MapObject 嵌入式地理信息系統(tǒng)、ArcSDE 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎則是ESRI 公司ArcGIS 系統(tǒng)平臺(tái)主要使用的產(chǎn)品。

3.4 組件技術(shù)

組件技術(shù)主要是面向?qū)ο蠹夹g(shù)后續(xù)發(fā)展起來的一種新型軟件工程技術(shù)，也可以說是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的一種延伸和創(chuàng)新，基于組件技術(shù)系統(tǒng)仍然是面向?qū)ο蟮闹饕Y(jié)構(gòu)。但是，系統(tǒng)中所包括的對(duì)象均是按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)計(jì)的模塊類型，這些軟件在模塊系統(tǒng)中能夠共存，可以相互應(yīng)用。組件化思想觀念主要是指將復(fù)雜化的GIS 功能按照不同層次進(jìn)行分解，分解成可以相互操作、自我管理的不同組件。組件具有面向?qū)ο?、語言中立、位置透明等特性，這些優(yōu)秀的特性成為GIS 基本功能模塊可以獨(dú)立存在于各種開發(fā)語言中，對(duì)于加快開發(fā)速度，提高開發(fā)效率及降低開發(fā)過程中的難度系數(shù)和成本具有極大的促進(jìn)作用[8]。組件式開發(fā)降低了開發(fā)難度和成本，組件式GIS可以把GIS 的各大功能模塊劃分成多功能需求的多個(gè)控件，每個(gè)GIS 控件之間、GIS 控件與其他非GIS 空間之間都可以利用可視化軟件開發(fā)技術(shù)進(jìn)行集成處理，從而形成最終高效化的GIS 應(yīng)用[9,10]?？丶愃朴谕欢讯喾N多樣的積木，可以分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，包括GIS 功能和非GIS 功能，根據(jù)實(shí)際需求可以將實(shí)現(xiàn)各種功能的積木有效地搭建在一起，便于構(gòu)成具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)[11]。組件式系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)功能的開放性和系統(tǒng)的擴(kuò)充性，在地理信息系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并且取得了顯著成績(jī)，組件技術(shù)不僅可以為具有開放功能、能縮短系統(tǒng)生命周期的應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)提供良好的依據(jù)，還可以對(duì)應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)頻繁性的更新奠定良好的基礎(chǔ)。

3.5 OLE 技術(shù)

采用可視化開發(fā)語言作為開發(fā)工具，通OLE Automation啟動(dòng)MapInfo 后臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖對(duì)象與系統(tǒng)的集成。這種方法能夠采用可視化技術(shù)制作具有商業(yè)化的界面，能夠真正地實(shí)現(xiàn)MapBasic 所不擅長(zhǎng)的功能，達(dá)到優(yōu)化功能的目的?；贠LE 自動(dòng)化技術(shù)在二次開發(fā)的過程中的操作是非常煩瑣的，需要反復(fù)向后臺(tái)MapInfo 發(fā)送Map Basic 命令，所以，對(duì)于開發(fā)的應(yīng)用程序，運(yùn)行速度比較慢，而且對(duì)硬件的需求也提出了更高的要求。OLE 自身存在的不足導(dǎo)致所開發(fā)的GIS 系統(tǒng)只適用于本地，無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。但這種方法開發(fā)出的軟件具有非常好的用戶界面、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能和數(shù)據(jù)處理功能，具有較強(qiáng)的可靠性，而且容易移植，便于后期工作人員進(jìn)行維護(hù)，可以真正實(shí)現(xiàn)100%的MapInfo 功能。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，地理信息系統(tǒng)也在逐漸完善與升級(jí)，有效提高了數(shù)據(jù)處理的效率，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性。本文通過對(duì)地理信息系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，突出地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相信隨著未來信息技術(shù)的迅速發(fā)展，會(huì)有很多的理信息系統(tǒng)技術(shù)被不斷挖掘和使用，可以在很大程度上提高相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值，帶動(dòng)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。