宁波市基础地理信息系统的设计

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宁波市基础地理信息系统的设计

戴瑜

宁波市测绘设计研究院

一、 问题的提出

进入21世纪后的中国城市，要实现经济建设和社会的可持续发展，一般都面临着许多亟待解决的矛盾：主要有信息化滞后于工业化进程；能源、土地、水资源供给等有可能成为经济和社会发展新的制约因素；经济产业结构尚不合理，有待进一步调整；经济和社会发展的技术基础有待于进一步提高，还不能充分利用各种信息进行多层次、全方位的分析和研究，不能为政府部门的决策提供有效支持；信息化投入力度不足，经济和社会发展中的管理手段相对落后，难以适应社会经济迅速发展的需要等问题。为此，必须运用现代化的管理方法和手段，大力提高信息化水平，以促进城市经济建设和社会的可持续发展。基础空间数据库是将表示城市基本面貌并作为其他专题数据统一的空间定位载体的地形、道路、建筑物、水系、境界、植被、地名等信息以结构化文件形式组成的集合，在信息化建设中具有基础性、公益性和共享性特征。因此，建立基础空间库，开发城市基础地理信息系统，已引起了全社会的广泛关注和重视。

宁波基础地理信息系统（以下简称NBGIS）的建立将为宁波市提供一个空间信息基础设施，为宁波市其它专业地理信息系统的应用提供基础空间信息，避免城市基础地理数据采集、处理的重复投资，实现基础地理信息资源的共享，同时也为基础地理信息更新提供了保障。系统的建立将促进宁波社会和经济信息化进程，为“数字宁波”的建设奠定基础 二、 NBGIS的需求分析 2.1系统用户

“NBGIS”的主要用户是宁波市规划局、使用许可协议单位（会员单位）和其他网上用户群，其中使用许可协议分为甲、乙、丙三类。各类用户需求见表。

表四： 用户需求情况表 单

部 门 位 规 划 局 机 关

测绘处长 测绘管理人员

信息中心 规划院 测 绘

院领导

实施基础测绘，任务监控；查询各类基础地理信息资料和系统事件日志；

负责基础地理信息系统的建设

工作人员 工作人员 用 户 局领导

使 用 需 求

下达基础测绘项目，使用各类基础地理信息资料，查阅统计结果等

组织基础测绘项目的实施，审核各类基础地理信息资料的使用和发布等 组织、审核、使用各类基础地理信息资料，办理使用审批手续等 使用各类基础地理信息资料 使用各类基础地理信息资料

备 注

负责基础地理信息系统建设组织领导 其他处长可用各类基础地理信息资料 其他管理人员可用各类基础地理信息

需局审批同意

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设 计 研 究 院

地 理 信

数据生产 质量检查 数据分析

数输入、编辑；元数据输入与编辑等；

数据质量检查；

查询显示、统计分析、制图输出、DEM和影像分析、互联网发布信息提取输出；

有一定的应用软件使用经验。

有强的应用软件使用经验和编程能力

较高的应用软件使用经验和编程能力

有较高的应用软件使用经验。

系统的设计、建立及日常维护；用

系统管理 户权限管理、数据备份；网络安全员

管理； 息 室

网站维护

人员

负责网站的资料收集、组编和定时更新，设置相关参数。

资料管理 控制测量成果的入库、更新、输出；有一定的应用软员 其他文档资料的归档、管理和维护；件使用经验。 普通用户 A 类

按权限使用地理信息资料

政府机关等用于宏观决策和社会公

益事业；

非企业单位、个人为教学或者科学研究、规划管理等目的使用基础地理信息资料

企业单位，或者非企业单位用于商业目的、营利或者直接为建设工程项目服务

享受一般性的公众服务

无偿使用基础地理信息数据 优惠有偿使用基础地理信息数据 有偿使用基础地理信息数据

其他部门

协议许可单 位

B 类

C 类

网上用 公 众 户

2.2功能需求

为满足基础地理信息的采集、编辑、更新、存储、查询、分析、输出和各类用户的需求，NBGIS具有图3所示的功能模型。系统的基础和核心是数据库。 2.3系统结构需求

目前国内外许多已投入运行或正在建设的计算机信息系统绝大部分采用的是Client/Server（客户/服务器）结构，这种结构存在诸如跨平台性差、维护升级不便、系统资源冗余度大等问题，随着Internet和Intranet技术的发展，Browser/Server（浏览器/服务器）结构作为 Client/Server结构的扩展而逐渐被提出来解决C/S结构的缺陷。作为NBGIS对基础地理信息的业务处理，一方面要求系统具有很强的交互性和快速、安全的存取模式，从上述表格可以看出采用Client/Server结构能够满足这种要求，另一方面办公自动化则要求简化客户端，简化客户端操作，且能够方便进行信息发布，而采用Browser/Server结构则能更好满足这种要求，综合考虑以上因素，NFGIS可采用C/S+B/S的混合结构，以充分发挥二种结构的长处，互相弥补对方的不足。

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图3 系统的功能模型

2.4数据库需求

当前GIS技术发展的最新趋势是采用关系数据库或对象关系数据库管理空间数据，如ESRI的SDE和ArsSDE、Oracle的Spatial 、Informix的Spatial Datablade、MapInfo的SpatialWare，构成了数据GIS服务器。采用关系数据库管理空间数据库将成为GIS发展潮流，这将增加空间数据的互操作性，并使GIS融入IT技术的主流。系统将采用关系数据库管理空间数据和属性数据，确保空间和非空间数据的一体化集成。

在综合考虑各种可选的方案的基础上，选定将Oracle 8i Enterprise和ArcSDE作为GIS服务器的组合。这样，可以充分利用SDE 空间数据模型较完善和齐全的特点及ArcInfo分析功能较强的优势，建立一个满足基础性和应用广泛性要求的基础地理信息数据库。 三、 NBGIS的总体设计 3.1总体目标和内容

宁波市基础地理信息系统（NFGIS）旨在建立一个以数字化的基础测绘资料为主要内容的、以完善的基础地理空间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的信息系统，为宁波市规划、建设、管理和社会各界提供完善、优质和高效的地理空间数据服务，为宁波市的信息化建设、特别是与地理信息系统相关的综合应用提供良好的基础和支持。是宁波市各职能部门和各行业集成的，在计算机软、硬件支持下，按照空间位置对城市各种信息进行输入、存储、更新、查询、分析、辅助、决策、输出及其他应用，从而有效地解决城市建设和发展中的实际问题的市域性基础信息系统。NFGIS应实现以下功能：

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1、以市域性NFGIS的实现为目标，为城市地理信息系统（UGIS）的其他子系统的建立打好基础；

2、在宁波市地理信息中心形成以计算机硬件和软件为支持工具，建成NFGIS数据库，实现数据的输入、输出、更新、管理；

3、沟通NFGIS与其他信息系统，及时正确地为社会提供多层次、高质量的地理信息服务；

4、利用Internet对外实时发布信息，为社会提供服务。

根据总体目标，系统将在网络化的计算机软硬件基础上，建立和执行规范化的信息分类标准和统一的地理空间关系，对各项基础地理空间数据进行科学的存储与管理，实现快速采集、建库、查询、检索、更新、统计、空间分析以及数据发布和资源共享等。主要的工作内容包括9个子系统的开发和10项数据体系的建设：

1、系统开发的主要内容

①宁波市基础地理信息分类与编码体系 ②多源数据的生产和管理系统 ③基础空间数据的管理与应用系统 ④元数据库管理系统 ⑤控制测量成果信息系统 ⑥地名库管理与应用系统 ⑦综合地下管网信息系统

⑧基础地理数据的分发服务的和互联网发布 ⑨基于GIS的测绘业务和管理的办公自动化系统 2、系统的主要数据体系

数据是系统的核心，也是系统建设中最艰巨的任务。根据需求分析，NFGIS的核心数据是具有基本比例尺精度的地理信息，基本比例尺为1∶500（或1∶1000）、1∶2000和1∶10000。而NFGIS系统的主要数据库则包括：

①城市规划区范围内的1∶500（1∶1000）数字线划图（DLG）数据库 ②城市规划区范围内的1∶2000数字线划图（DLG）数据库(编绘生成)

③城市规划区范围内的1∶2000彩色（或假彩色）数字正射影像和数字高程模型（DEM、DOM）数据库

④全市范围1∶10000基础地理数据库（DLG、DEM、DOM） ⑤全市范围1∶50000基础地理数据库（DLG、DEM、DOM） ⑥全市范围1∶250000基础地理数据库（DLG、DOM） ⑦城市规划建成区范围内的地下综合管网数据库 ⑧宁波市地名数据库 ⑨宁波市控制测量成果数据库

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⑩宁波市部分专题图库 3.2 系统的总体结构

NFGIS是以城市最基本的地理信息为管理对象，按照系统总体目标和内容，其总体结构如图5所示：

3.3 系统的软件结构 3.3.1操作系统平台

服务器操作系统平台——NFGIS的服务器操作系统平台选用Windows NT Server。 客户端的操作系统平台——运行ArcInfo 8 应用程序的客户端操作系统要选用Windows

NT Workstation，而其它客户端则不做限定，采用Windows 98和Windows NT Workstation均可。

3.3.2数据库管理系统

根据数据库需求系统分析，NFGIS采用Oracle 8i作为整个应用系统的数据库平台。Oracle是最为成功的数据库管理系统之一，它采用客户机/服务器体系结构，实现真正开放和分布的数据管理，具有强大的功能，超常的速度和稳定性，特别适合管理大型数据库。Oracle与ArcSDE是构建NFGIS 数据库解决方案的核心。 3.3.3基础地理信息管理平台

GIS平台是整体系统的核心与基础，其成败直接关系到系统的开发与发展。目前地理信息系统可分两大类：企业级地理信息系统，及桌面地理信息系统。依据宁波基础地理信息系统

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要求，应采用大型企业级GIS平台软件。

ESRI公司是全球最优秀的GIS软件厂商和系统集成商之一，一直是地理信息系统平台软件的领导者。特别在2000年推出的以 ArcInfo 8 、ArcSDE 为代表的 ArcGIS系列产品后，代表了新世纪的GIS技术发展方向，能够与具有世界领先水平的影像处理与压缩处理等软件很好地集成。NFGIS基础地理信息管理与应用软件的体系结构图如图6所示：

图6 系统软件体系结构

四、 NBGIS的数据库设计原则

针对基础空间数据的特点，NFGIS将按照“数据库——子库——专题——层——要素及属性”的层次框架来构筑空间数据库。同时，按照统一的地理坐标来存储空间数据，以实现对地理实体要素进行分层叠加分析,这也是本系统组织空间数据的基本思路之一。 4.1 连续无缝的组织架构

在一定区域内实现空间数据的无缝拼接是真正GIS的基本要求之一。NFGIS的空间地理数据是以Oracle 8i + ArcSDE 的方式存储的，可以实现宁波市区域内的空间数据的连续无缝拼接：即在空间地理数据入库时已经将跨图幅要素合并为一个要素，以严格保持地物的完整性、连续性和一致性。 4.2 按分类分层原则聚集数据

遵循分类分层的原则建立NFGIS的空间数据库：即把具有相同实体意义和空间特征的同类图形要素存放在同一个图层，并以图层为基本单位构筑空间数据库。如图7所示：

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图7 空间数据分层分类聚集

具体来说，对于地形图和地名库，将按照不同比例尺分别建立子数据库，在每个子库中又根据要素分类、要素间的拓扑关系而细分为不同的小层；另外，1∶5000的正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、综合地下管线、控制测量成果、专题信息将分别构成单独的子数据库。

4.3 属性数据与空间数据的连接

NFGIS在存储数据时将采用ArcInfo的地理数据库（GeoDatabase）模型，这种模型既能保证空间数据和属性数据的统一存储，也方便将来数据的操作和维护。如图8所示：

图8 空间数据库的GeoDatabase数据组织模式

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五、 NBGIS系统的实施策略 5.1 组织实施

NBGIS由宁波市规划局组织实施，其具体开发建设由宁波市地理信息中心承担。 宁波市规划局成立专门机构对该系统建设过程进行管理和技术服务，该机构的基本组成和职能如下表所示：

名 称 领导小组 宁波市地理信息中心

技术专家组 课题组

5.2工作流程

本系统的开发应在现有项目成就的基础上，按照软件工程的要求实施。在实施项目的过程中，严格遵循“先进性、实用性、开放性、可靠性”的原则，扎扎实实，确保成功。具体的工作阶段和工作流程如图9所示：

职 能

负责并开展各业务系统建设的领导工作。 负责日常工作。

负责方案研究、标准研究和政策法规研究。 负责系统课题的开发工作。

图9 系统的工作流程

5.3 关联行动

1、建立地理信息更新机制：必须保持空间基础数据的现势性，才能够使各信息系统成为可持续发展的系统。必须根据城市的实际情况和实际有效需求来确定更新的周期、更新的办法、管理的办法。必须建立起合理的、健全的、符合市场经济规律的数据更新机制，确保投入和产出良性循环。更新时间周期(0335)：

1∶500比例尺的地图争取达到即时更新的目标 1∶1000比例尺的地图更新周期为3

年 1∶2000比例尺的地图更新周期为3年

1∶10000比例尺的地图更新周期为5年 2、推进共建共享机制的建立

集成、整合现有的地理空间信息，并在更深层次和更广的范围研究、开发、应用，需要政府、产业界、学术界和测绘部门的通力合作。共建共享是实现信息化的基本前提之一，也是避免重复建设、维护国家利益的必要措施，是“数字宁波”地理空间空间基础框架建设中必须坚持的原则。

3、制定人力资源规划：必须制定人力资源规划，合理引进多层次技术和管理人才，才能保证系统的顺利建设，保持系统的先进性、科学性，提高系统的使用效率。

4、开展管线普查：地下管线信息是系统必须具备的信息内容，开展管线普查是解决当前无准确管线资料的重要手段。

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5、开展地名普查：必须拥有全面的地名资料，才能保证信息系统的有效运行；通过开展地名普查，以解决当前地名资料不全、不准的状况。

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