序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇地理信息科學定義范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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[關鍵詞] 地理信息系統；集成二次開發；基礎開發

1、地理信息系統內涵

地理信息系統，是20世紀60年代創立并發展起來的新興技術，英文全稱為為Geographical Information System，簡稱GIS，地理信息系統融合多種學科，包括地圖學、遙感學、測繪學、空間科學、環境學、信息科學、管理科學、計算機科學等，是現代用來分析和處理海量地理數據的重要技術手段，不同的應用領域對地理信息系統有不同的定義，有的側重GIS的技術內涵進行定義，有的偏重GIS的應用功能進行定位。比如有的把它定義為對空間數據進行采集、存貯、提取、分析以及顯示的工具，有的定義為協助發展和規劃，進而做出決定的工具，無論側重哪個方面，GIS都是利用現代科技手段獲取地球信息，利用數學方法完成信息之間的轉換、預測、驗證。這一過程的核心是計算機技術，數據庫、地圖可視化和空間分析是基本技術，地球系統內的信息流組成其主要研究內容，主要研究和服務對象是資源環境。地理信息系統與其他信息系統相比，它的顯著優勢是具有處理空間分布數據的能力。通過有效結合屬性數據和空間數據，再利用計算機技術進行分析、處理，最后用圖表或曲線形式反映出來，為社會服務。

2、地理信息系統應用開發的方式

地理信息系統的開發方式包括基礎開發、借助GIS工具進行二次開發和集成二次開發，在基礎開發過程中，開發者不依賴GIS軟件，而是利用程序設計語言采集、處理、分析空間數據信息，采用相關算法進行獨立設計。這種開發方式可以大大節省成本，但是設計復雜需要大量人力物力，并且功能無法與商業化GIS軟件相比。借助GIS工具進行二次開發，當前大多數軟件商都向開發者推薦利用GIS軟件開發宏語言，用戶利用宏語言能夠非常方便地進行二次應用，但是這種開發方法的宏語言非常有限。集成二次開發是利用專業的GIS工具軟件，實現GIS的基本功能，利用可視化開發工具作為開發平臺，進行二者的集成開發。目前主要有OLE/DOE技術和GIS組件技術。

3、地理信息系統應用現狀

3.1應用于礦產資源調查、預測。近年來，隨著地理信息系統的不斷發展，越來越多地被應用到礦產資源的調查、評價與預測中，這種應用在地理信息系統產生初期就受到國內外找礦工作者的關注。在礦產勘查階段使用該技術，能夠幫助找礦工作者準確快速判斷地形，了解地貌露頭巖組合特性，以及地下構造形態、斷層走向等信息，工作者可以通過掌握這些信息，繪制出常規測繪無法達到地區的地形圖，如沙漠、高原、戈壁等，對找礦工作者有很大幫助。

3.2應用在城市規劃和管理領域。城市規劃和管理涉及的要素非常廣泛，包括人口、交通、環境、資源、金融、經濟等等，GIS數據庫管理可以把這些信息全部納入城市系統，然后進行城市多目標的開發規劃。近年來，GIS技術在我國取得了非常顯著的成果。北京、上海、天津，深圳等發達城市已將建立了相當完善的GIS管理系統，還有一批城市如海口、洛陽等地正在積極籌備建設城市GIS系統，GIS系統的建設大大提高了城市的管理水平，促進了城市飛速向前發展。

3.3應用在水文和水利領域。GIS技術可以用來研究河流治理、水污染以及洪水安全保障等方面的問題。GIS技術有著傳統方法無法企及的優越性，不僅速度快而且信息量龐大，并可實現思維的可視化，通過對水情、水庫、雨量信息的掌握，可以高效解決水文模型研究中一直存在的數量不足、信息量單一的問題，大大豐富了水文地質的研究領域，提高了水文模型研究的精度。我國的黃土高原小流域動態監測系統研究、黃河三角洲洪水災情分析系統研究、黃土高原三川河流區域治理與開發信息系統研究等在這方面的應用研究比較突出。

3.4在人們生活中的應用。近年來，GSM移動通信技術取得了飛速發展，使得GIS的應用范圍擴展到人們的生活中，集成GIS、GPS、GSM技術已經在車輛安全防范系統和調度系統內得到應用。有效地幫助人們反劫防盜，為醫療救護提供有效引導，舉個醫療救護方面的實例，當患者向急救中心尋求救助時，監控中心可以通過GIS電子地圖查找患者的具置，同時搜索最近的急救車進行救援，大大提高了救援效率，為患者爭取了寶貴的時間，當患者進入救護車后，監控中心利用雙向通話功能，對救護車上的施救醫生進行指導，通過GIS的最優路徑功能，指引救護車用最快速度到達醫院。患者、家屬、醫生之間也可以通過GIS，并有效結合GPS、GSM無線通信和網絡，可以建立全方位的溝通體系，幫助患者進行及時、有效的治療。如果在車輛移動目標、重點保護單位、家居等安裝GPS、GSM無線通信設備，那么無論我們在哪里在干什么事情，都可以通過由GIS、GPS、互聯網等無線通信技術組成的綜合服務系統中獲得幫助和商務服務，使我們真正處于全方位、立體的數字化生活中。

本文主要介紹了地理信息系統在不同領域的應用現狀，地理信息系統的發展速度非常快，應用范圍越來越廣泛，并且隨著第三產業的發展，地理信息系統的發展空間將進一步擴展，不僅為人們提供功能更加豐富的服務平臺，并且極大地促進我國的經濟發展。

參考文獻：

[1]張金區.輕量級網絡地理信息系統研究與應用[D].北京：中國科學院博士后研究報告，2012.

[2]陳述彭.地球信息科學[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]黃杏元.地理信息系統概論[M].北京：高等教育出版社，2001.

篇(2)

關鍵詞：移動地理信息系統；嵌入式系統；GIS；GPS

中圖分類號：C922 文獻標識碼：A 文章編號：

地理信息系統學科是一門結合地理信息科學和計算機科學的交叉型學科。近年來隨著社會需求的不斷增加，該學科發展迅速，在我們生產生活的各個方面都發揮了巨大的作用。地理信息系統(GIS Geographic Information System)結合計算機、信息科學和地理科學的最新成就，在計算機軟件和硬件快速發展的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理、綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供規劃、管理、決策和研究所需的信息。本文主要研究移動地理信息系統中的硬件系統和開發環境，內容包括：嵌入式硬件終端、嵌入式操作系統、系統構架和移動GIS開發平臺。

1嵌入式系統

1.1嵌入式系統的定義

根據IEEE(國際電機工程師協會)的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”。該定義主要是從應用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。

目前國內一個被普遍認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

這個定義上，可從幾方面來理解嵌入式系統：

(1)嵌入式系統是和具體的應用緊密結合的，根據具體的應用選擇不同的嵌入式系統組合，以達到最佳的應用效果，把系統各個部分的作用發揮到最大限度。這一點正是嵌入式系統的意義所在。

(2)嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。所以，一個嵌入式系統如果要在激烈的競爭中立于不敗之地，必須有一個正確的定位。比如著重發展圖形界面和多任務管理或是高實時性和高可靠性等獨有的特征。

(3)嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進行裁剪，提供滿足應用系統的所需要的獨特的應用環境。如果能建立相對通用的軟硬件基礎平臺，然后在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。但是由于需求的多樣性，滿足所有應用的平臺是不存在的，目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有很小的微內核，大部分功能需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。這就大大的提高了平臺的適應性和開發的效率。

嵌入式系統應具有的特點是：高可靠性；在惡劣的環境或突然斷電的情況下，系統仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實時性，這就要求嵌入式操作系統具有實時處理能力；嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的更新換代也是與具體產品同步進行的；嵌入式系統中的軟件代碼要求高質量、高可靠性，比較核心的代碼一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

1.2嵌入式操作系統

嵌入式操作系統EOS(Embedded Operating System)是一種用途廣泛的系統軟件，負責嵌入系統的全部軟、硬件資源的分配、調度操作，控制、協調并發活動；它必須體現其所在系統的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統所要求的功能。隨著Internet技術的發展、信息家電的普及應用及EOS的微型化和專業化，EOS開始從單一的弱功能向高專業化的強功能方向發展。嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。

目前市場上最常見的嵌入式操作系統有Microsoft公司的 WindowSCE、3Com公司下屬子公司的 PalmOS、開放源代碼的Linux嵌入式系統三種。

2分布式地理信息系統

到目前為止比較常用的GIS解決方案是將所需的各部分集中在一起，例如用戶的桌面系統，仍然是利用GIS解決實際問題的主要有效方法。但是隨著人們需求的變化，用戶要求更靈活的使用GIS處理遇到的多種問題，隨著網絡和硬件設備的快速發展，分布式GIS應運而生，可以很好的滿足用戶的需求。

2.1分布式GIS的特點

分布式GIS有四個重要位置：

(1)用戶位置和界面，在這個界面上，用戶可以得到并使用由GIS產生的信息用U表示。

(2)用戶訪問的數據的位置，用D表示。按傳統的方法，數據先要傳到用戶的計算機上，然后才能被使用，但是，通過分布式GIS，用戶可以直接從遠端數據庫和存儲設備中訪問數據。

(3)存儲數據的位置，用P表示。

(4)GIS項目關注區域位置或者目標的位置，用S表示。所有的GIS項目都要對區域進行研究，需要獲取研究區域的數據，并利用GIS處理這些數據。

在傳統的GIS中，U、D、P三個位置是相同的，因為數據及其處理過程都是在用戶桌面上完成的。對象可能位于世界上的任何位置，這主要取決于具體的項目。但是分布式GIS中D和P并不需要和U相同，并且用戶可能位于對象區域S內，能夠現場觀測目標對象。

分布式GIS的關鍵是互操作標準和規范，它包括：對GIS數據庫中各原型要素(點、線、面等)的相關術語標準化；用于處理地理要素，并使地理數據具有開放式交互格式的地理標識語言，它是XML的一種；并使用戶從遠程自動獲取數據的網絡服務規范。

2.2分布式GIS的體系結構

分布式GIS客戶端通過TCP/IP連接可將數據從服務器下載到客戶端，完成地圖的編輯、導航、查詢等處理。客戶端具體實現這種體系結構時可以采用不同的實現策略。客戶端主要有胖客戶和瘦客戶兩種類型。

3 GPS定位

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統)的簡稱。全球定位系統是一種結合衛星及通訊發展的技術，利用導航衛星進行測時和測距。全球衛星定位系統(簡稱GPS)是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20余年，耗資200億美元，于1994年全面建成。具有海陸空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球衛星定位系統以全天候、高精度、自動化、高效益等特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科，取得了好的經濟效益和社會效益。

3.1GPS系統組成

GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；地面控制部分—地面監控系統；用戶設備部分—GPS信號接收機。

(1)GPS工作衛星及其星座

由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面間相距60度。每個軌道平面內各顆衛星間的升交角距相差90度，一個軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。在用GPS信號導航定位時，為了了解觀測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛星，稱為定位星座。這4顆衛星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標，這種時間段稱為“間隙段”。但這種時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數地方的全天候、高精度、連續實時的導航定位測量。

GPS衛星的核心部件是高精度的時鐘、導航電文存儲器、雙頻發射和接收機以及微處理器。而對于GPS定位成功的關鍵在于高穩定的頻率標準。這種高頻率標準由高精度的時鐘提供。時鐘由地面站校驗，其鐘差、鐘速連同其它信息由地面站注入衛星后，再轉發給用戶設備。

(2)地面監控系統

對于導航定位來說，GPS衛星是一動態己知點。衛星的位置是依據衛星發射的星歷—描述衛星運動及其軌道的參數算得的。每顆GPS衛星所播發的星歷，是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否工作正常，以及衛星是否一直沿著預定的軌道運行，都要由地面設備進行檢測和控制。地面系統的另一個重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標準—GPS系統時間。

(3)GPS信號接收機

GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛星高度截至角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行交換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機的傳播時間，解譯出GPS衛星所發出的導航電文，實時的計算出測量站的三維位置。

3.2坐標系統

在衛星定位中，需要研究建立衛星在其軌道上運動的坐標系，并尋求衛星運動的坐標系與地面點所在的坐標系間的轉換。衛星定位中常采用空間直角坐標系及其相應的大地坐標系，一般取地球質心為坐標系的原點。根據坐標軸指向的不同，有兩類坐標系，天球坐標系和地球坐標系。地球坐標系隨同地球自轉，可看作是固定在地球上的坐標系，便于描述地面觀測站的空間位置；天球坐標系與地球自轉無關，便于描述人造地球衛星的位置。

4 MapXMobile

MapXMobile是專門為開發移動地理信息系統而設計的一種工具，它提供了簡單高效的方法，將地圖繪制功能嵌入到手持設備中。 MapXMobile是一組動態鏈接庫(DLL)，通過使用嵌入式VB或VC一開發環境，它能夠迅速地與用戶程序相結合。例如，MapPXMobile向應用程序添加強大的地圖繪制功能，可以將數據顯示為點、餅狀圖或柱狀圖；通過使用特定的半徑、矩形或特定點的屬性來組織數據、執行搜索或選擇地圖圖元，以充分發揮其空間分析功能。

4.1 MapXMobile的主要功能

MapXMobile的主要功能包括：

(l)使用MapXMobile控件。

地理數據將以直觀的形式表達給用戶，通過創建或編輯地圖圖元，在地圖上顯示分析結果。

(2)繪制專題地圖。

專題地圖是用來分析和表現數據的很有用的方法，它將數據與地圖上的每個圖元相關聯，然后使用顏色編碼(或其它樣式)來展示數據。通過專題地圖的繪制，可以使用顏色編碼、點的密度、單獨值、分級符號、餅狀圖或柱狀圖來表現地理信息數據。

(3)逐層細化地圖制作。

通過簡單的點擊即可查看詳細數據。

(4)數據綁定。

地圖和屬性數據可以來自在其中嵌入了MapXMobile的容器，MapXMobile還提供了來自各種ODBC數據源或DAO數據源(例如 MS Access)的數據，以及若干不同類型的數據源的綁定。

(5)注釋。

提供標注，以突出顯示特定數據，并通過添加文本、符號和標簽來使地圖便于查詢和理解。

(6)圖層化繪制地圖。

通過顯示和控制地圖圖層，用戶可以自由地設置圖層的顯示范圍，使其只在地圖的預設級別內顯示，還可以使用和創建無縫的地圖圖層以及動態圖層、用戶圖層等。

4.2數據組織形式

MapXMobile將其所有基礎信息都以MapInfo表(Table)的形式組織起來。每張表都是一組MapInfo文件，用來在地圖上創建一個圖層。

所有的MapInfo表都包含一下文件：

.tab：描述MapInfo表的結構，是主要體現數據文件格式的文本文件。

.dat：(.mdb、.aid或.dbf)描述表格數據。

.map：描述圖形對象(如果該表沒有任何地圖對象，則該文件將不存在)。

.id：將數據與對象相鏈接，交叉引用(如果該表沒有任何地圖對象，則該文件將不存在)。

.ind：索引文件。通過索引文件，可以使用Find對象搜索地圖元素。

GeoSet是由同一地理區域標準MapInfo格式地圖文件 (.tab)組成的數據集，因襲命名為GeoSet。GeoSet可以避免在每次使用地圖處理多個圖層時，分別打開和顯示這些圖層所造成的時間消耗。GeoSet的擴展名為.gst，.gst是包含有若干元數據關鍵字的文本文件，決定 MapXMobile顯示哪些表以及如何顯示。

在打開一個GeoSet時，將自動以默認方式顯示并打開在該GeoSet中包含的所有文件，并返回所有的地圖圖層和設置。開發人員可以更改該默認顯示設置以滿足自身的要求。GeoSet的設置包括投影方式、自動標注、縮放圖層以及在打開表時的可見性。

參考文獻：

[1]余明，艾廷華.地理信息系統導論[M].北京:清華人學出版社，2009

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【 關鍵詞 】 地理信息科學；數字地球；云計算；空間計算；時空；高性能計算；地理信息網絡基礎設施

1 引言

“唯一不變的是變化本身”——肯尼迪。在全球化和人類活動地域擴張的21世紀，理解變化變得越來越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。這些變化在一定的空間范圍內發生，這個范圍可以小到個人或周圍的小空間，也可以大到整個地球（Brenner 1999）。我們用時空維度來更好地記錄空間的相關變化（Goodchild 1992）。為了理解、保護和改善我們的生活環境，人類已經積累了約十萬年或更長時間發生的變化的寶貴記錄。這些記錄通過各種傳感技術獲得，這些傳感技術包括我們人類的視覺、觸覺和感覺，以及最近發展的衛星、天文望遠鏡、原位傳感器和傳感器網（Montgomery and Mundt， 2010）。傳感技術的進步極大地提高了記錄的精度和時空范圍。總的來說，我們已經積累了EB級的記錄數據，而且這些數據集每天以PB級的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。

云計算的出現為解決地理科學的挑戰，即能夠靈活訪問廣泛集中的、實體化的以及負擔得起的計算機資源，帶來了可能的解決方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世紀的地理空間科學與所描述的密集問題可以受益于最新的云計算框架，并充分利用時空原理以優化云計算。要抓住云計算和地理空間科學之間的內在關系，我們引入了空間云計算：a）解決地理空間科學中的4個密集問題；b）促進實施和優化云計算匯集、彈性、按需以及其他特點。

2 空間云計算（Spatial Cloud Computing （SCC））

云計算正在成為下一代的計算平臺，政府機構正在促進它的使用以降低啟動、維護和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。結合地理空間科學，幾個試驗性的云計算項目正在諸如FGDC、 NOAA和 NASA等聯邦機構內實施。商業機構，如微軟、亞馬遜和ESRI正在調研如何在云計算環境中操作地理空間應用，了解如何最好地適應這個新的計算模式。早期的調研發現云計算不僅能夠幫助地理空間科學，而且能夠采用時空原理進行優化以最好地使用分布式計算資源（Yang et al.， 2011）。地理空間科學問題具有強時空約束和原則，能夠通過系統地考慮通用時空規則來獲得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理現象是連續的，數據表示在時空上是離散的；2）物理現象在空間、時間和時空關系上是異構的；3）物理現象在局部地理域上是半自治的，并且能夠被分割和合并；4）地理空間科學和應用問題包括數據存儲、計算/處理資源、物理現象和用戶的時空位置；上述四種位置的相互作用隨空間分布強度愈發復雜；5）時空現象越接近越相關（Tobler' first law of geography）。

一個支持地理空間科學的云計算平臺應該利用上述時空原則和限制，以便以一種時空形式更好地優化與使用云計算，而不是設置限制條件和重新設計應用架構（Calstroka and Waston 2010）。

時空云計算涉及地理空間科學驅動的計算規范，通過將分布式計算環境應用于地理空間和其他科學發現，其能夠被時空原則所優化。

空間云計算框架包括物理計算基礎設施、分布在多個區域的計算資源，和用來管理為終端用戶提供服務的資源的空間云計算虛擬服務器。

空間云計算可以用一個架構來表示，這個架構包含物理計算基礎設施、分布在多個區域的計算資源，以及一個管理為終端用戶提供服務的資源的空間云計算虛擬服務器。

空間云計算環境的核心組件主要通過結合時空原則的SCCM來支持地理空間科學，以尋求計算資源的優化。基于傳統空間云計算平臺和核心GIS功能是能夠實現的，例如動態重投影和空間分析。本地用戶和系統管理員通過SCCM管理接口，能夠直接訪問私有云服務器，云用戶能夠通過空間云門戶訪問云服務。還需要進一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS環境在云計算與地理信息科學兩方面可用的一致性。在下一節中，我們使用四種有代表性的應用來說明四種密集的問題。

3 空間云計算應用

為說明云計算如何能潛在解決四個密集問題，我們選擇了四個科學和應用場景來分析這些問題、時空原則和潛在空間云計算解決方案間的內在聯系。

3.1 數據密集型

地理空間科學中的數據密集型問題至少可以總結為三個方面：1）利用專門的投影和地理坐標系統，多維地理空間數據在二維以上空間表示；2）諸如衛星觀測、照相獲取、或者模型模擬，會收集或產生海量多維數據；3）數據的全球分布。許多數據密集型的應用訪問和數據整合，因此，大數據可能在快速計算機網絡中傳輸，或者通過組合技術實現最小傳輸。

為解決這些數據密集型問題，我們開發了一種DaaS——分布式的目錄和基于空間云計算的門戶，來發現、訪問、使用地理空間數據。這個DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空間社區的云服務上正在進行開發與測試。

空間云計算可考慮擁有和使用數據、服務、計算和終端用戶的位置、能力、容量和質量等信息并予以優化，當然是在計算、地理空間科學和應用使用時空原則的情況下。

3.2 計算密集型

計算機密集型是地理空間科學需要解決的另外一個問題。在地理科學元素中，在信息/知識的數據挖掘、參數提取和現象模擬應用中計算密集型問題愈發突出。這些問題包括：1）地理空間科學在建模和分析方面天然是耗費計算資源的；2）參數提出需要運行復雜的地球物理算法，以從海量觀測數據中獲取現象值（Phenomena Values），這個復雜的算法運算使得參數提取更具有計算密集型特征；3）當考慮到地球系統的所有動態參數時，模擬地理空間現象是非常復雜的。周期性的現象模擬密集計算的不斷循環，高性能計算機常用來提升此類計算速度。更重要的是，現象處理的時空原則可用來優化分布式計算單元的組織，以實現時空科學模擬和預測（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。這些原則對于實現數據挖掘、參數提取、現象模擬的云計算來優化計算資源也是很關鍵的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通過：1）利用動態需求和能力，為計算工作選擇最匹配的計算單元；2）并行化操作單元以降低這個處理時間或提高整個系統的可操作性，3）利用更加匹配的工作、計算應用以及存儲與網絡狀態，優化整個云操作性。由于科學算法的多樣性和動態性，最好的實現平臺是PaaS和IaaS。

3.3 并發訪問密集

互聯網的發展和“在任何地點、任何時間將正確信息提供給任何人”的理念，使得基于位置的地理空間服務流行開來（Jensen 2009），并允許數以千萬計的用戶并發訪問系統（Blower 2010）。例如，Google Earth通過其SaaS支持數百萬互聯網用戶并發訪問。這些并發密集型訪問在某一時間（例如2011年3月日本海嘯和地震期間）非常密集，而在另外時間則很少。為更好地滿足這些并發訪問，空間云計算需要彈性調用更多的來自不同區域的服務進程來應對訪問峰值。

實驗證明計算進程越多，性能越高。彈性自動提供和釋放計算資源允許我們共享其他無并發訪問峰值的應用的計算資源，以應對當前的并發訪問峰值。

3.4 時空密集型

為更好地理解過去和預測未來，一些被收集的地理空間數據是基于時間序列的，將已有的觀測數據進行時間序列的重建工作也已實施。時空密集型的重要性體現在時空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、時空數據建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科學現象關聯分析（Kumar 2007）、颶風模擬（Theodoridis et al.， 1999）以及計算機網絡技術（在傳輸負載與拓撲復雜性上飛速發展）（Donner et al.， 2009）之上，面臨著的挑戰也來自于這些。

針對數據采集，不同的路徑傳感器、照相機以及公眾探測技術用來獲取實時的交通狀態信息（Goodchild 2007）。已存在的路徑連接和節點也被添加進來作為基礎數據。模型模擬在高性能計算環境中進行。不像靜態路徑規劃可利用Dijkstra算法實現，近實時的路徑規劃則不能如此（Cao 2007），我們不得不針對每一個路徑規劃請求進行準實時的計算。此復雜性給計算和地理科學帶來很大的挑戰。由于路徑規劃請求的動態特點，我們不能為應對最大量的用戶而去維持最大的計算能力，通常我們不需要全部的計算能力。云計算提供的彈性與按需特征能夠用來解決這個問題，PaaS最適合這種應用。

4 機遇與挑戰

這篇論文羅列了21世紀地理空間科學面臨的諸多巨大挑戰：數據、計算、并發和時空分析密集特征。我們論證采用空間特征的云計算的最新進展能夠為解決這些巨大挑戰提供潛在的解決方案。

時空云計算的成功依賴許多因素，例如時空云計算在能夠采納云解決方案的地理空間科學家中的推廣，在能夠采納時空原則進行設計、建設和部署云平臺的計算科學家與工程師中推廣。我們列舉了幾個方面，包括：

4.1 時空原則挖掘和提取

地理空間現象在時間和空間上不斷變化，利用四維或更多維去表示或描述其演變是可能的。我們已建立了歐幾里德和其他空間去描述這些現象。由于現象的復雜性和多維的龐大，我們力圖簡化維度，引入現象的特征或模板去幫助更好地在理論和計算環境中表示，使得其具有可計算性。

在地理空間科學中，由于人類活動的擴展和全球化，一些表示方法需要重新定義。例如，我們需要整合陸地區域、海洋和大氣進程以更好地理解氣候變化。另一方面，我們需要更好地描述地理空間現象如何影響我們的生活。這些時空關系幫助我們形成更好的時空原則，開發多維狀態下的時空案例。橫向應用需要多領域的不同背景的科學家進行合作。社會上，跨領域和地域的處于分散狀態的科學家合作是一個巨大挑戰。

4.2 重要的數字地球與復雜的時空科學及應用

Digital Earth要求將我們星球的數字信息進行整合，并開發出地理空間問題的解決方案。理解可預知的模式并提供特定環境下的解決方案，這是非常必要的。解決這些問題不僅為人們提供需求便利，而且從長遠看能夠改善人們的生活質量。

為此，需要研究：a）辨明具有較大影響的基礎性的應用，以及需要的計算支持；b）結合可獲取的分布式計算能力，分析應用中的四個密集型問題；c）通過考慮云計算能力和時空需求，擴展或指定數學和概念模型到計算機模型，以實現應用的可計算性；d）為決策者和其他最終用戶解決或提出問題；e）通過改進傳感器技術、數據處理算法、數據結構和模型模擬以改善應用；f）總結經驗教訓，優化通用云計算技術。

4.3 支持空間云計算（SCC）特征

空間云計算嚴重依賴計算基礎設施的狀態，除了工程研究和計算基礎設施特征的可用外，網絡、CPU、RAM、硬盤、軟件許可和其他資源的使用/狀態，對于優化使用時空原則的云計算環境也是重要的。

在調研面向解決四種密集型地理空間問題的云計算特征工作中，需要進行擴展研究以更好地理解計算基礎設施和應用的時空特性，應用和計算資源的優化調度也是關鍵的（Mustafa Rafique et al. 2011）。

4.4 安全

云計算公司通常會使用授權和認證技術來保護用戶隱私，云服務提供商確保其基礎設施安全并擁有可行的保護用戶數據與應用的解決方案是必須的。美國聯邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全訪問與授權成為統一功能，這計劃為三個步驟（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底線；b）持續監控；c）潛在訪問與授權。

（注：本文譯自《國際數字地球學報》International Journal on Digital Earth）

譯者簡介：

翟永（1969-），男，碩士，高級工程師；研究方向：計算機網絡、服務器和空間數據庫系統集成以及安全保密技術。

劉津（1989-），女，學士，助理工程師；研究方向：空間數據庫管理和地理信息管理系統集成。

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關鍵詞：地理信息系統技術； 城市規劃；應用

Abstract: With the rapid development of the modern society, the geographic information system technology has been enhanced in all aspects application, this paper focuses on the geographic information system main functions and discusses the application of the geographic information system in the city planning.

Keywords: geographic information system; city planning; application

中圖分類號：C931.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

城市規劃是指導城市建設，是城市建設和管理的依據，在城市發展建設過程中起到十分重要的作用。地理信息系統結合了地理空間分析技術和計算機信息技術并引起各行業廣泛關注。

1. 地理信息系統概念

GIS即地理信息系統（Geographic Information System），地理信息系統是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。簡單的說，GIS是綜合處理和分析地理空間數據的一種技術系統，是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。地理信息系統成為了獲取、存儲、分析和管理地理空間數據的重要工具和手段，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展。

2．地理信息系統的主要功能

數據采集與編輯功能是指各實體要素對應代碼坐標輸入計算機當中。

屬性數據比較規范，所以許多地理信息系統都采用關系數據庫管理系統管理。除文件管理功能外，屬性數據庫管理模塊的主要功能之一是用戶定義各類地物的屬性數據結構。

2.3制圖功能

GIS的核心是一個地理數據庫。建立GIS首先是將地面上的實體圖形數據和描述它的屬性數據輸出到數據庫中并能編制用戶所需要的各種圖件。

2.4空間數據庫的管理

有效數據采集和編輯后，形成了地理數據集。對此可以利用數據庫管理系統來進行管理。

2.5空間分析功能

通過空間查詢與空間分析得出決策結論，是GIS的出發點和歸宿。典型的空間分析有：

2.5.1拓撲和疊加

通過特征疊加實現檢索、圖形剪裁、模型分析等功能。將存在共同特點的多邊形要素的數據文件進行疊置，根據多邊形邊界的交點來建立具有多重屬性特征的統計分析。

2.5.2緩沖區分析

緩沖區分析是根據點、線、面的實體，自動創建其周圍一定寬度范圍的緩沖區多邊形，它是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。

2.5.3 空間集合分析

是按照兩個邏輯子集給定的條件來進行邏輯運算。

2.5.4地學分析

地理信息系統還提供一些專業性較強的應用分析模塊可以應用于不同領域，根據每一模塊的特點來進行分析。

2.6數字高程模型的建立

數字高程模型有三種主要的形式，包括格網DEM、不規則三角網（TIN），以及由兩者混合組成的DEM。

3地理信息系統在城市規劃中的主要應用

3.1資源管理及配置 (Resource Management Configuration)

主要應用的領域包括農業、林業、礦藏等領域，解決各種資源分布、分級、統計、制圖等問題。 解決更重能源及資源上的配置，保證資源合理和發揮最大效益。

3.2城市規劃和管理 (Urban Planning and Management)

空間規劃是地理信息系統重要應用領域之一，利用地理信息系統來對城市規劃和管理具有深遠意義。主要是解決城市資源配置等諸多問題。

3.3應急響應 (Emergency Response)

在發生重大災害時，可以解決例如如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應的運輸和保障設施等問題。

3.4地學研究與應用 (Application in GeoScience)

對地形地貌分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間數據統計分析、制圖顯示等都可以借助地理信息系統工具完成。

3.4商業與市場 (Business and Marketing)

商業設施的建立充分考慮其市場潛力及諸多商業問題，地理信息系統的空間分析和數據庫功能可以有效解決這些問題。

3.5分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)

機遇網絡時代的地理信息系統可以通過網絡來實現地理信息的分布式存儲和真正意義上的信息資源共享。

3.6城市規劃管理(Urban Planning and Management)

利用地理信息系統技術進行城市規劃建設的輔助設計、進行城市管理的輔助決策、規劃控制等工作。

3.7國土及地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)

GIS利用現有的遙感數據，可以有效的對土地利用動態變化進行分析評估研究，包括土地和地籍管理涉及土地使用性質的改變、地籍權屬關系變化、地塊輪廓的變化、等許多內容，都可以通過GIS來高效、高質量地完成這些工作。

3.8生態、環境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)

實現對區域生態規劃、環境現狀評價、環境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環境與區域可持續發展的決策支持、環境保護等設施的管理、環境規劃等。

3.9基礎設施管理 (Facilities Management)

城市的地上地下基礎設施（電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等）廣泛分布于城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特征，無論是進行管理、統計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以很大程度的提高工作效率。

3.10選址分析 (Site Selecting Analysis)

不同的區域地理環境有所不同，可以根據不同的特點，綜合考慮資源配置、市場的發展潛力、交通是否便利的條件、地貌地形特征、環境影響等因素，在一定的區域范圍內選擇最佳位置，這也是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的對空間的分析功能。

3.11網絡分析 (Network System Analysis)

通過建立交通網絡、地下管線網絡等的計算機模型，使用GIS來研究交通流量、進行交通規則、處理地下管線突發事件的應急處理。

3.12可視化應用 (Visualization Application)

以數字地形模型為基礎，可以建立一定區域區域等三維可視化模型，實現多角度瀏覽。

結束語

GIS系統以處理和分析空間數據功能，為城市的規劃提供了準確的依據，并演繹出豐富多彩的系統應用冠能，滿足用戶的廣泛需求。

參考文獻：

[1]宋小冬.葉嘉安.地理信息系統及其在城市規劃與管理中的應用.北京：科學出版社.1995

[2]龔健雅.地理信息系統基礎.北京：科學出版社.2001

[3]黃杏元.馬勁松.地理信息系統概論(修訂版) .北京：高等教育出版社.2001

篇(5)

關鍵詞：國土資源；GIS系統；服務平臺

空間地理類信息是國土資源信息社會化服務的重要組成部分，GIS信息服務具有超強的空間數據的管理能力，因此，備受業界重視。長期積累的大量空間數據資料和數字化成果，急需要通過國土資源門戶提供服務。然而，傳統的GIS應用系統建設投入大，適應性小，所以各個應用系統獨立建設，分散開發，沒有統一標準。為了實現對GIS類應用快速搭建、簡單維護、高度可擴展的“一站式”GIS信息托管和信息，必須構建標準規范、集中統一的國土資源GIS服務云平臺，進而實現信息服務和信息共享。

1 GIS系統簡介

地理信息系統是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發展而發展起來的一個學科。地理信息系統是將計算機硬件、軟件、地理數據以及系統管理人員組織而成的對任一形式的地理信息進行高效獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示的集成。

2 總體架構

2.1 平臺架構

2.1.1 服務支撐層

本層實體為MapGISIGSS平臺提供的各種基礎服務。服務主要分為符合OGC標準的Web服務、遵循MapGIS產品標準的Web服務、聚合第三方的服務。

2.1.2 訂制服務層

本層服務基于服務支撐層上各類細粒度的服務接口，面向應用，提供目錄服務、元數據服務、地圖服務、要素等服務，并根據不同的客戶端技術提供包括Flex，Silverlight，Ajax三種前端SDK，向用戶提供一套更為簡易的開發方案。

2.1.3 應用層

本層在再訂制服務層提供的粗粒度服務接口的基礎上，利用三類二次開發包：Flex，Silverlight，Ajax提供覆蓋絕大部分GIS服務需求的應用示例模塊。經過簡單的配置即可在線生成自定義的應用，快速集成到業務系統中，也可供用戶下載借鑒，通過定制修改后使用。

2.2 應用模式

GIS統一服務平臺是國土資源部門戶信息服務平臺總體框架的一個組成部分，支持門戶GIS應用的快速搭建和數據支撐，不僅大大降低了開發門檻，同時也能有效保證原有系統和數據的安全性。

3 系統功能設計

3.1 空間信息服務系統

該系統是整個GIS統一服務平臺的核心部分，負責管理一組服務和應用示例供開發人員查閱和下載示例源碼。包括OGC標準的地理服務、MapGIS提供的擴展服務，以及地圖顯示、定位、專題圖等相關示例。

3.1.1 基礎服務

基礎服務是平臺可向外界提供的最基本的功能單元。平臺所提供的基礎服務除了有符合OGC規范的標準服務外，同時還提供MapGIS自行擴展的元數據、空間分析等系列服務。基礎服務提供給用戶最大的開發自由度。

3.1.2 SDK開發方式

在基礎服務之上，平臺針對不同的客戶端技術，提供了包括Flex，Silverlight，Ajax三種SDK涵蓋了主流的客戶端開發技術。

3.1.3 可配置的在線應用模塊

可配置的在線應用模塊的突出特點是用戶通過在線的支配界面就能生成自定義的底圖，無需開發。具體的工作過程是該模塊在所提供的應用示例基礎上，抽象出業務應用的基礎需求，然后定義底圖、業務圖層列表和各種功能選件的配置接口。

3.2 運維管理系統

運維管理系統監控并通過訪問控制所托管的服務，系統監控和管理工作通過一套支持無狀態的授權認證和加密機制，不用通過身份識別的會話機制，避免了假冒身份的現象出現。

3.2.1 應用注冊管理

應用注冊管理模塊的注冊內容有每個應用的名稱、所在服務器的IP地址等基本信息，注冊完成后管理模塊分配給每個注冊者一個獨立無二的應用標識（AppID）以及密鑰（AppKey）。

3.2.2 服務運行管理

對自有服務、第三方服務的運行狀態進行監控和測試，服務管理可以啟動和停止服務。對于第三方服務，系統利用服務訪問的方式進行處理。

3.3 數據管理系統

數據管理系統主要包括數據處理和數據目錄管理兩項功能。所謂數據處理是指對多元異構的空間數據進行規范和轉化，目的是使其數據規格符合共享平臺要求。后的數據，經由內部接口，傳遞到空間信息服務系統，系統對數據目錄和數據元數據進行管理。

4 接口設計

空間信息服務系統中提供的外部接口主要包括WebService空間服務以及拓展的高級接口應用等。系統內部間通過數據管理系統將空間數據處理并到IGServer服務器中，應用示例調用服務接口獲取IGServer服務器中的數據。

5 技術要點

5.1 倉庫式服務共享技術

通過統一的規范和權限規定來實現服務的共享，實現一平臺多應用，可拓展易維護的搭建系統。開發時采用統一的規范與接口更容易進行管理。用戶在使用拓展開發的應用系統時系統能保證對服務的訪問進行粒子級的監控。

5.2 GISServer技術

基于WebGIS技術，實現坐標標注、圖層疊加、通用等功能；提供多源異構數據無縫訪問機制；支持空間數據、多種數據庫管理系統和GML標準；提供空間信息服務共享環境；實現空間數據的分布式計算和協同服務。

5.3 WebService技術

采用WebService技術實現SOA。使用SOAP，WSDL，UDDI等標準協議，實現地理服務功能封裝、統一數據接口。并通過標準XML/SOAP，REST協議實現服務間的相互調用和消息傳遞。服務間的訪問滿足松耦合要求；基于XML，JSON的消息傳遞滿足異構系統通訊要求；規范和定義符合OGC標準的Web服務接口，滿足異構平臺空間數據集成的需求。

6 應用實踐

全球地質礦產信息系統圖庫應用基于統一的GIS服務平臺提供的標準WebService及API接口實現了快速搭建和開發。底圖采用天地圖，可切換天地圖服務的基礎地圖與遙感影像圖。應用系統并疊加了矢量圖，切片數據。

結束語

綜上所述，國土資源統一GIS服務平臺能夠屏蔽不同計算機、網絡和存儲設備的異構性，提供統一高效的運行環境。通過與云計算機技術和地理信息的結合，建立了關于地理信息數據、資源服務和資源管理的體系框架。為了防止分散獨立和重復建立的現象，國土資源GIS統一服務平臺面向終端用戶提供了訪問標準結構，支持各類國土資源GIS類應用系統的開發，有利于國土資源信息化建設。

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[關鍵詞]地理信息系統；城市規劃；應用

中圖分類號：TU984；P208 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0325-01

一、地理信息系統概念

GIS即地理信息系統（Geographic Information System），地理信息系統簡稱GIS，又被稱為資源與環境信息系統或地學信息系統，是一種在計算機軟硬件系統的支持下，對部分或整個地球表層（包括大氣層）空間中有關地理分布的數據進行采集、分析、顯示、運算、管理、儲存和描述的技術系統。地理信息系統是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。簡單的說，GIS是綜合處理和分析地理空間數據的一種技術系統，是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。地理信息系統成為了獲取、存儲、分析和管理地理空間數據的重要工具和手段，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展。

城市地理信息系統是地理信息技術及其他相關信息技術在城市的管理與決策及市民社會生活中的應用系統，是隨著信息社會發展的客觀需要興起的。城市地理信息系統由五大要素構成：數據、軟硬件和網絡、規范標準、技術隊伍以及組織管理，其中數據是最重要的，它是建立城市地理信息系統的基礎，數據可概括為基礎數據和專題數據兩類。地理信息系統發展到現在地理信息系統已經具備了數據輸入、數據的存儲與管理、數據傳輸與表達、圖文編輯、空間分析與查詢、構建空間模型等多種功能。

二、地理信息系統的基本特征

不同學科和不同的應用領域對GIS的理解和定義不盡相同。美國聯邦數字地圖協調委員會（FICCDS）對GIS的定義是：“GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統，該系統具有支持空間數據的獲取、管理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復雜的規劃和管理問題。”不難看出，GIS具有以下特征：？

（1）GIS是計算機化的技術系統，它由良好的硬件環境、多功能的軟件模塊、描述地理實體的空間數據和良好的用戶界面所組成，具有結構、功能和應用效益高度統一的特征。

（2）GIS的處理對象主要是附有地理坐標的空間數據，也就是指點、線、面或三維要素等地理實體的地理坐標及相關的屬性數據和拓撲數據。這正是地理信息系統與其它統計信息系統的根本區別。

（3）GIS的核心在于它的數據綜合、地理模型和空間分析能力，在于它集空間數據的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示于一體的數據流程。根據數據的來源不同，城市地理信息系統的數據分為空間數據和非空間數據，空間數據主要描述事物的空間位置，以及它和其它要素在幾何上的關系（即拓撲關系），主要有矢量和柵格兩種數據形式。非空間數據主要是描述事物屬性的屬性數據，主要以數據庫或文本形式存在。空間數據和屬性數據是不可分割的，用來描述復雜的空間關系和地理關聯。GIS通過地理編碼驅動技術解決空間數據與屬性數據的連接問題。GIS中的各種數據主要以“層”來分別存貯和組織，根據使用方便來組成“層”或者根據數據代表的專題性質來組成“層”。按“層”組織的數據，有利于信息查詢檢索和分析疊加。

三、地理信息系統（GIS）在城市規劃中的功能

數據庫管理可視化，空間分析和空間建模是GIS在規劃中應用的主要功能。城市規劃的功能可以劃分成一般管理階段、發展控制、規劃制定和戰略規劃等幾類。前兩者是相關的日常的規劃活動，后兩者則是規劃發展的趨勢所在。規劃目標的確定；規劃方案的提出；規劃方案的選擇；規劃方案的實現；規劃方案的評價，城市規劃的不同功能和階段，分別使用不同的GIS功能。

數據管理可視化和空間分析常用于城市規劃的常規工作中。空間建模用于戰略規劃中。一般管理多用于數據管理和可視化功能。最后，發展控制規劃更多地使用GIS的可視化和空間分析功能。

3.1 數據管理和可視化。

對空間屬性數據進行管理，并以不同載體表達是GIS最常用的功能。近年來，建德市規劃部門以建德市統計部門提供的社會、經濟數據，結合郊區的經濟發展空間狀態進行分析，對近年來的人口、土地、產業特征進行歸納總結，得出以下結論：

1）建德郊區大部分勞動力不從事農業，城市化進程不斷擴大，郊區逐步向城區過渡。。

2）鄉鎮工業水平不斷提高，但地均產出率低，土地消耗大。

3）耕地面積不斷減少，企業不斷發展同土地供應不足形成瓶頸。

4）城區規模不斷擴大，人口逐步增加，但建德城區城市化程度不夠高。

3.2 空間分析和空間建模。

近年來，隨著土地制度的改革、土地的級差效益成為房地產開發的主要動力，更加有效地開發好、管理好各種用地，特別是商業用地成為規劃管理部門一個重要工作，所以，可以通過紙上的規劃方案，建立空間建模、空間疊合和屬性數據庫集成，（如計算機電子沙盤等形式或者是三維動態演示）對各個規劃方案進行空間分析和評價，從而得到最優效果。

四、地理信息系統在城市規劃中的應用

4.1 GIS為城市規劃提供直觀和理性的工具

在地理信息系統的結構中，我們可以看出它包含有基本比例尺的地形圖、各種正射影像圖和航空照片、衛星照片，以及各種文本資料、圖片資料、聲頻信息、統計數據等社會信息。通過各種資料的分層疊加，城市規劃設計人員對各種客觀實際信息，以及對各模型模擬產生的預測數據一目了然，能較好的做到科學高效的規劃設計。常用的CAD軟件往往是圖形能力強而相對屬性數據的管理能力較弱，所以CAD一般只能作為繪圖軟件。而GIS由于其對空間數據和屬性數據的分析能力，彌補了原來城市規劃純圖形或純文字的缺陷，使得空間數據的圖形表現和屬性數據的空間分析有了很大的提高，為城市規劃提供了一個直觀和理性的工具。

4.2 GIS對規劃數據的存儲與管理

GIS不同于一般的數據庫，它具有數據量特別大，空間數據與屬性數據之間不可分割的聯系，數據應用面廣等特點。GIS的數據庫能做到數據集中管理，數據冗余度小，數據與應用程序相互獨立，使得規劃數據得到很好的存儲及管理。隨著計算機技術和地理信息技術的發展，我們可以利用計算機具有高速運算和極強的邏輯判斷功能以及較為詳實的數據資料，應用GIS技術在較短時間內提供多方案比選，增加了規劃設計方案的合理性和科學性；自動生成各種規劃用圖、表格和報告，利用數據庫易于更新、修改等優點，還可以實現對城市規劃的動態監控和動態設計管理。

4.3 GIS在規劃決策中的作用

篇(7)

關鍵詞:WebGIS;ArcIMS;HTML;Viewer;JavaScript

中圖分類號:F592文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2009)23-0066-03

1引言

地理信息系統(Geographic Information System,即GIS)是介于信息科學、計算機科學、現代地理、測繪學、遙感學、空間科學、環境科學和管理科學之間的一門新興的邊緣科學。WebGIS是基于Internet平臺,客戶端應用軟件采用WWW協議運行在萬維網上的地理信息系統,是GIS與國際互聯網的有機結合,是GIS在廣域網環境下的一種應用,最終目標是實現空間信息的網絡化[1]。

隨著人們生活水平的提高,旅游業相應地得到迅速的發展,已成為世界上最大的產業,旅游業在我國也已成為第三產業的支柱。而與旅游產業相關的交通信息也在旅游產業火爆發展的過程中扮演著及其重要的角色,普通的交通旅游地圖已遠不能滿足游客多層次的信息服務需要,所以,建立交通旅游WEB信息系統的必要性日趨明顯。本系統采用了ArcIMS作為WebGIS系統的開發平臺,用戶只需使用瀏覽器即可瀏覽安陽市電子地圖、查看各旅游景點的詳細介紹、對旅游電子地圖進行商場、酒店、旅游景點、銀行網點等實用信息的查詢等。

2WebGIS實現原理

WebGIS的實現要靠服務器端和客戶端的共同協助來完成,目前服務器端和客戶端都有多種實現模式,如圖1,每種實現模式都有或多或少某些問題,在實際應用中要根據實際需要選擇相應的實現模式。

1.實現地理信息在網上瀏覽的主要問題在于,目前瀏覽器本身不支持矢量圖形,而GIS離不開圖形,故要實現WebGIS 就需要提供一種方法,使瀏覽器能支持矢量圖形。WebGIS的實現策略包括服務器端策略、客戶端策略兩個方面[2]。

服務器端策略,網絡用戶端只是發出請求和瀏覽結果,所有的GIS 操作都交由GIS服務器一端處理,并由服務器一端將計算結果以 WWW 可以識別的格式傳送到客戶端。實現技術包括CGI、Server API、 Servlet等,當前瘦客戶模式的WebGIS應用主要就是采用這些技術。客戶端策略,部分簡單的 GIS 操作也在網絡用戶端完成。實現技術主要有Java Applet、ActiveX和Plug-in,當前這些技術主要用于實現客戶模式的WebGIS應用。

本次系統使用的ArcIMS平臺軟件,實現模式可以使用服務器端和客戶端兩種策略,服務器端屬于Servler實現技術,客戶端屬于Java Applet實現技術。安陽市交通旅游系統使用的是基于服務器端策略的Servlet技術。

3開發軟件ArcIMS

ArcIMS是美國ESRI 公司推出的基于互聯網進行空間信息展示、分析處理、分發共享的支持跨平臺應用的GIS 產品。它被廣泛地用于向大量的網絡用戶網絡GIS地圖、數據和元數據。ArcIMS支持多種模式開發,客戶端策略需要自動下載Java Applet控件,網絡傳輸的是矢量數據流。服務器端策略網絡傳輸的圖形格式為JPEG/GIF(柵格圖)、png等。

ArcIMS是一個多層的體系結構,它是運行在一個分布式的環境中,由許多軟硬件組合而成的復雜體系。各個不同層之間通過ArcXML進行通信[3]。ESRI公司把它按照MVC模型劃分為3層,如圖2:

表現層主要是指ArcIMS瀏覽器。事務邏輯層由Web服務器、ArcIMS應用服務器和ArcIMS應用服務器連接器組成。數據存儲層是指ArcIMS空間服務器和數據源。

ArcIMS 支持HTML Viewer 和Java Viewer。在ArcIMS 軟件包中包含三種Viewers:HTML Viewer、可定制的Java Viewer和標準的Java Viewer。其中HTML Viewer主要用于瘦客戶模式,是本次開發使用的客戶端方式。

HTML Viewer 由HTML、DHTML 和javascript 實現。在HTMLViewer 里同時只能支持一個影像服務地圖。當客戶端使用圖形工具后,HTML Viewer 生成一個請求并通過Servlet Connector將請求發送到ArcIMS 的空間服務器端。當響應返回時,客戶端解析響應結果并完成顯示操作。與HTML Viewer 相比,Java Viewer 屬于胖客戶端,可以同時支Image 和Feature MapService。它支持矢量數據流和更豐富的客戶端的功能,并且多個地圖服務的數據可以與本地數據一起顯示在一個Java Viewer 里。

4ArcIMS內部通訊語言ArcXML簡介

ArcXML是ArcIMS 版本的擴展標記語言(XML)。ArcXML 文件的結構與HTML頁面類似,但HTML 主要用于描述頁面整體布局和顯示結構,而ArcXML 更注重結構化的描述內容。它的主要功能是設置地圖服務內容,并且在客戶、中間層和服務器之間處理請求和應答。實際上,ArcIMS 站點各部分之間的通訊都是通過ArcXML 格式進行的[4]。

ArcXML的標記和屬性用于描述下列結構:

(1)地圖服務(MapService)的配置文件。這些文件描述地圖如何顯示,包括圖層清單及圖層的顯示符號等內容。

(2)請求。請求可以在一個已經存在的地圖服務配置文件上設置一個過濾器,指定地圖上的哪一部分及相關的數據將會被處理。

(3)應答。應答向客戶端返回信息。

(4)ArcXML 設置地圖服務內容,并且在客戶、中間層和服務器之間處理請求和應答。

5安陽市交通旅游WebGIS系統實現

5.1系統功能

安陽市交通旅游WebGIS系統的主要功能如圖3:

普通地圖工具主要提供了放大、縮小、全圖、上一視圖、漫游、距離量算、清除等工具。普通查詢工具主要包括點圖查詢、矩形查詢、多邊形查詢、SQL查詢和屬性查詢。空間分析工具主要是緩沖區分析和周邊查詢。旅游交通專題查詢主要涉及安陽市旅游等方面的相關信息的查詢顯示,包括市區餐飲店、賓館、商場、銀行、醫院、旅游景點、市政機關、加油站、以及市區的招聘信息、房產信息等。系統的界面如圖4所示,緩沖區分析如圖5所示,專題信息顯示如下頁圖6所示。

5.2創建WebGIS站點及開發

ArcIMS 管理器包括三個獨立的功能部件:Author、Administrator和Designer[5]。Author允許用戶定義地圖應用的內容,包括添加數據、設置地圖屬性,產生一個在線地圖作為地圖服務。地圖服務允許地圖配置文件的內容在Internet 上,并且設置Web 站點的功能框架。Author 輸出一個地圖配置文件,選擇安陽市各個圖層創建AXL文件。Administrator 根據Author創建的AXL文件建立地圖服務,同時控制臺控制Web 地圖站點的操作。管理工具允許用戶管理地圖服務、服務器和文件夾。在ArcIMS中,站點管理的目的是管理IMS 系統的所有部件,支持在Internet 上進行地圖和實現GIS 功能。根據Author 定義的數據和Administrator創建的地圖服務,Designer 生成用戶可以瀏覽的Web 服務,最后創建一個自己命名的WebGIS站點。

上述只是建立了系統的雛形,還需要對界面和功能進行定制和開發,主要使用JavaScript腳本語言進行開發,修改網站文件中的ArcIMSparam.js文件中的JavaScript函數和一系列html網頁文件是主要方法,而要想添加功能需要編寫相應的JavaScript函數。

六、結語

本文講述了WebGIS的實現方式和ArcIMS的體系結構,說明了安陽市交通旅游WEBGIS系統功能和實現工作,該系統將為安陽市的市民和廣大的游客帶來一定的方便,為相關部門的數字化、信息化管理和建設提供了支持。

參考文獻:

[1]張正蘭,劉耀東,張明.基ArcIMS的WebGIS系統開發[J].河海大學學報:自然科學版,2004,(1):113-116.

[2]馬林兵,張新長,伍少坤.WebGIS原理與方法教程[M].北京:科學出版社,2006.

[3]劉南,劉仁義.Web GIS原理及其應用地理信息系統教學叢書[M].北京:科學出版社,2002.