（人文地理学专业论文）鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计.pdf

摘要 信息是一种重要资源，共享是发挥其重大作用的一条极其有效的途径。鄱阳 湖空间信息共享平台的建设既优化和整合了分散的空间数据，避免了信息化的重 复建设，也促进了鄱阳湖生态环境与资源的研究和开发，推动了鄱阳湖研究的国 际交流与合作，对鄱阳湖地区的资源利用和环境保护具有重要意义。本论文着重 研究了以下内容： 1 ) 鄱阳湖空间信息共享平台的框架分析。首先是用户分析，它是实现共享的 最终目的。其次是数据分析、共享分析和网络安全分析。其中，数据的标准化和 规范化是实现共享的前提，政策和法规建设对实现共享起着规范和支持作用；网 络安全是实现共享的保障。最后是访问模式分析。 2 ) 利用统一建模语言( u m l ) 和计算机辅助软件工程( c a s e ) 工具构建地理数据 库。通过对三代数据组织模型的分析以及四种数据管理模式的比较，本论文采用 面向对象的数据模型来组织数据，它是建立在数据库管理系统( d b m s ) 之上的统 一、智能化的空间数据库，实现了鄱阳湖空间数据和属性数据的一体化存储和管 理。在构建地理数据库的三种方法中，采用u m l 和c a s e 工具构建。 3 ) 鄱阳湖空间信息共享平台的逻辑设计。本论文选择了“客户端一服务器一 数据库”的三级模式，作为客户端对共享平台的空间信息查询和访问，并设计出 了共享平台的逻辑结构图。 关键词：空间信息：共享平台；数据模型；地理数据库；统一建模语言； 逻辑设计 a b s t r a c t i n f o r m a t i o ni sa i li m p o r t a n tr e s o u r c e ，s h a r i n gi sav e r ye f f e c t i v ew a yt op l a yi t s i m p o r t a n tr o l e s h a r e dp l a t f o r mo fp o y a n gl a k es p a t i a li n f o r m a t i o nc a nn o to n l y o p t i m i z ea n di n t e g r a t et h ed i s p e r s e ds p a t i a ld a t aa n da v o i dd u p l i c a t ec o n s t r u c t i o no f i n f o r m a t i o n , b u ta l s o p r o m o t et h er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to f e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n do fr e s o u r c e so fp o y a n gl a k ea n dp u s hi n t e r n a t i o n a le x c h a n g e sa n d c o o p e r a t i o no np o y a n gl a k es t u d i e s i th a sag r e a ts i g n i f i c a n c eo nt h eu s eo fr e s o u r c e s a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni np o y a n gl a k er e g i o n t h et h e s i sh a sf o c u s e do nt h e c o n t e n ta sf o l l o w s 1 ) a n a l y z i n gt h ef r a m eo fs h a r e dp l a t f o r mo fp o y a n gl a k e f i r s t l y , w es h o u l d a n a l y z et h ec l i e n t s n e e d s ，w h i c hi sa na i mo fr e a l i z i n gs h a r i n g s e c o n d l y , w es h o u l d a n a l y z ed a t a ，s h a r i n ga n dn e t w o r ks a f e t y a m o n gt h e m ，t h ed a t an o r m a l i z a t i o ni st h e p r e r e q u i s i t e ，t h eb u i l d i n go fs h a r e dp o l i c yl a w a n dr e g u l a t i o np l a y sas u p p o r t i n gr o l e n e t w o r ks e c u r i t yc a ne n s u r es h a r i n g f i n a l l y , t h e r ei st h ea c c e s sp a t t e r na n a l y s i s 2 ) u s i n gu m l a n dc a s et os t r u c t u r eg e o d a t a b a s e b yt h ea n a l y s i so ft h r e e g e n e r a t i o n sd a t ao r g a n i z a t i o nm o d e la n dt h ec o m p a r i s o no ff o u rd a t am a n a g e m e n t p a t t e r n ，t h et h e s i sa d o p t so r i e n t e do b j e c td a t am o d e lg e o d a t a b a s et oo r g a n i z ed a t a ，i t i sau n i f i e da n di n t e l l i g e n ts p a t i a ld a t a b a s eb u i l d i n go nt h ed b m sa n dr e a l i z ea i n t e g r a t e ds t o r a g ea n dm a n a g e m e n to fp o y a n gl a k es p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t a a m o n gt h et h r e ew a y so fc o n s t r u c t i n gt h eg e o d a t a b a s e ，w eu s eu m la n dc a s et o o l t oc o n s t r u c t 3 ) t h el o g i c a ld e s i g n so fs h a r e dp l a t f o r mo fp o y a n gl a k e t h et h e s i sh a sc h o s e n t h r e e l e v e lp a t t e r no f “c l i e n t s - s e r v e r s - d a t a b a s e w h i c hc l i e n t su s e da si n q u i r i n ga n d a c c e s s i n gs h a r i n gp l a t f o r mo fs p a t i a li n f o r m a t i o n ，a n di td e s i g n e dt h el o g i c a ls t r u c t u r e o ft h es h a r e dp l a t f o r m k e yw o r d s ：s p a t i a li n f o r m a t i o n ；s h a r e dp l a t f o r m ；d a t am o d e l ；g e o d a t a b a s e ； u m l ；l o g i c a ld e s i g n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 ， 作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了织确的说明并表 示谢意 学位论文作者签名：壹f 寸唆签字日期：护孑年月尼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用 学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：0 t 冷次 签字画期：d 多年月肋日 导师签名：才乞才冬最 导师签名：才乙专氓 签字日期：d 孑年莎月 - o 日 鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 1 1 研究背景 1 绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，人类社会正在从工业经济迈向知识经济时代，信息将 成为知识经济社会的重要资源。专家估计，人类社会8 0 以上的信息资源与空 间位置有关，因此空间信息必将成为国家或全球未来信息资源的主体核心，正倍 受重视并得到日趋广泛的应用。 据统计，一项科学研究从立项到课题完成，花在查找最新文献上的时间至少 占全部科研时间的1 0 9 6 到2 0 ，有的甚至更长。因此，在如今信息越来越重要的 知识经济时代，如何获取信息资源、如何使有限的信息资源发挥更大的作用，已 经成了当务之急，资源共享是一条重要并且极其有效的途径。 为了实现信息资源的共享，使科研工作者更方便、更快捷地查询到研究所需 要的信息，就需要构建一个空间数据的基础平台，实现对空间数据的实时访问和 操作共享。鉴于计算机网络技术、w e bg i s 技术和数据库技术的发展，从而为建 立鄱阳湖空间信息共享平台提供了可行性。 1 2 国内外研究现状 随着网络技术的迅速发展，基于w e b 方式的数据共享是当前发展的一个主要 趋势。数据共享是一个复杂的系统，它所产生的问题和有关研究领域早已超越国 界，成为全世界共同关注的大事。国际上，早在2 0 世纪5 0 年代，数据共享思想 即被提出。1 9 5 7 年，国际科联成立了世界数据中心( w d l ) ，使数据采集、存储交 换和使用国际化。进入6 0 年代，伴随着地理信息系统技术的发展和应用，空间 数据的采集和处理开始被提上日程。近年来，科学数据管理和应用的发展趋势表 现为充分发挥计算机和通信网络的功能，在共同遵守的数据共享原则下建立全球 性和区域性的数据网络和数据中心结点。 在国外，进入2 0 世纪9 0 年代以来，作为专门用于采集、存储、管理、分析 和表达空间数据的地理信息系统( g i s ) 已经深入到各行各业乃至各家各户，成为 人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手幢】。其中一个最突出的的 标志就是在1 9 9 8 年被美国副总统戈尔提出的“数字地球 口1 这个概念，它勾绘 硕+ 学位论文 出了信息时代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。其核心思想是 用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利 用资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的 信息，其特点是嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维对地球的描述，即“虚 拟地球”。“数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体 系中最基础和基本的技术核心是“3 s ”技术及其集成。“数字地球”的学科交叉 与知识融合模式可概括为：3 s ( g i s r s g p s ) + n e t + v rh 1 。其中：g i s 为地理信 息系统；r s 为遥感技术，g p s 为全球定位系统；n e t 为网络：v r 为虚拟现实。 为了满足各行各业、各级用户的对空间信息的需求，许多国家和机构都充分 利用了现今较为发达的计算机网络技术、数据库技术以及软件技术进行了空间数 据平台的建设，利用该平台各级用户可以对空间数据进行浏览、查询、下载，甚 至得到统计结果，这大大提高了数据的利用率、避免了空间数据库的重复建设， 节省了大量的人力、物力、财力，实现了空间信息资源的共享。目前，已经形成 了一套比较完善的空间信息共享平台。 我国由于长期以来人们对科学数据重要性的认识不足，数据共享和管理问题 没有得到足够的重视，不少科研项目立项时，没有明确的科学数据管理考核目标， 项目结束后无法形成统一管理和共享的数据系统，这样以来，始终未形成一个可 供全社会共享的信息平台，尤其是空间信息平台，导致数据共享无法实现，造成 数据管理、积累和应用的落后状态。这样以来产生了以下几个问题： 1 ) 信息化的重复建设。 随着信息技术的快速发展，很多单位和部门已经意识到了对数据进行科学管 理和更新的重要性，并着手进行信息化的建设。但是，这种建设往往没有一个整 体的解决方案，各个相关部门各自为政，自己建设自己的系统，结果就是各个信 息系统的功能重复，不同程度上造成了系统的重复建设，浪费了大量的人力和物 力。 2 ) 数据不能够共享。 由于各个系统没有统一的技术标准以及统一的空间参考，数据结构和数据格 式不尽相同，各系统之间不能够实现顺畅的信息数据共享。 3 ) 数据得不到及时更新。 数据的价值在于对现实的反映，没有更新的数据，其价值将会随着时间的推 移快速降低。数据的更新机制往往涉及到多个部门多个层面的人员，没有统一规 划的系统将会很难建立数据更新机制并保证其实施，从而在很大的程度上降低数 据的使用效率并影响工作。 针对以上的局面，多年来江西省有关政府部门和学术研究机构尽管结合鄱阳 湖的研究和综合治理积累了大量的数据资料，一方面采用传统的方法对鄱阳湖的 都阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 海量数据进行管理已经显得力不从心；另方面，由于体制壁垒和技术障碍，始 终未能形成一个可供全社会的共享信息平台，尤其是空间信息平台，直接影响到 鄱阳湖的综合研究、地方科技进步和区域社会经济的发展。 1 3 构建空间信息共享平台的意义 鄱阳湖地区范围广大，空间信息资源种类繁多、格式多样，如何实现对其进 行统一管理的空间信息资源共享，为政府决策的科学性、基层业务的高效性和社 会服务的便捷性提供了强有力的支持一直是人们追求的目标，实现鄱阳湖空间信 息共享平台具有以下重要意义嵋1 ： 1 ) 突破部门间的行政壁垒和技术障碍，优化和整合分散的数据信息资源，在 互操作规范下，为集成统一可持续发展的数据信息共享平台提供理论基础、可操 作规范和系统运行环境； 2 ) 为鄱阳湖相关的研究数据收集、整理、存储、开发应用提供通道： 3 ) 有助于空间信息共享平台建设的理论、方法、和实践的完善与丰富； 4 ) 促进鄱阳湖生态环境与资源的研究和开发，推动鄱阳湖研究的国际交流与 合作。 1 4 论文研究内容 1 ) 首先对鄱阳湖空间信息共享平台的框架进行分析。用户需求分析是第一 步，它是设计共享平台的目的：根据用户需求选择所需要的数据，并进行数据分 析；数据的标准化和规范化是实现共享的前提，政策和法规建设对实现共享起着 规范和支持作用；网络安全是实现共享的保障，在安全性分析中，身份认证和权 限管理是必须的，但也需要系统内部的安全设置以防范数据泄密、丢失或者被破 坏的情况。在框架性分析中，也比较了不同空间数据访问模式的优缺点。 2 ) 其次利用u m l 和c a s e 工具构建g e o d a t a b a s e 。通过对三代数据组织模型 的分析以及四种数据管理模式的比较，本论文采用面向对象的数据模型 g e o d a t a b a s e 来组织数据，这种数据模型在r d b m s 的基础上借助空间数据引擎 ( s d e ) 实现了图形数据空间特征和属性特征一体化存储，在g e o d a t a b a s e 的三种 构建方法中，采用了通过u m l 和c a s e 工具来构建的方法。 3 ) 最后是鄱阳湖空间信息共享平台的逻辑设计。本论文采用了“客户端一 服务器一数据库”的三级模式，支持用户和共享平台之间的请求和响应，并设计 出了共享平台的逻辑结构图。 硕士学位论文 1 5 论文研究目的 本论文的研究目的是利用a r c s d e 和关系数据库系统相结合的方式来建立一 个空间数据库系统，实现鄱阳湖空间数据和属性数据的一体化存储和管理；通过 对鄱阳湖空间信息共享平台的框架性分析，以构建能供各级用户浏览、查询、分 析和下载空间数据的共享平台，因而对数字鄱阳湖的建设和发展有很重要的意 义。， 1 6 论文技术路线 图1 - 1 研究技术路线 4 都日i 湖空间信息北享平台的框架性研究与逻辑设计 2 鄱阳湖空间信息共享平台的框架分析 21 研究区概况 21 1 地理位置 郝阳湖位于江西省北部，长江中下游交界处的南岸：地珂1 坐标为1 15 。4 9 i 】6 。4 7 e ，2 8 。4 77 2 9 。4 6 n ( 见图2i ) ，湖体南北长1 7 3k m ，东西平均 宽度1 69 公里，堆宽处约7 1k m ；湖岸线总k1 2 0 0k m 。湖面以松门山为界，分 为南北两部份，南部宽广，为主湖区，北部狭k ，为湖水入k 江水道区。北部， 长江相连其余三面环山。赣、抚、信、饶、修h 河入湖冲积r 原，形成起伏较 小的湖盆地。湖盆自东向西，由南向北倾斜。 腾镂l i ；麟筹 图2 - 1 鄱阳湖位罱图 鄱阳湖区是指包括鄱阳湖及周围湖濉洲地的区域，地理坐标为1 15 。3 1 1 7 。0 6 e ，2 8 。1 1 2 9 。5 l n ，总面积1 9 7 6 15 k m 2 ，占鄱阳湖流域面积的 22 ，江西省总面积的1 18 。行政上隶属于沿湖的南昌、新建、进贤、余干、 硕 学位论文 鄱刚、鄙吕、湖【i 、足子、德安、水修以及九江h 区等1 0 旦_ l | 适( 图2 2 ) 。 pj 圈2 2 着l f 阳湖区蚊区图 鄱阳湖流域包括鄱阳湖区以及流入鄱阳湖的赣订：、扰河、信汀、饶河、修河 等五条河流所覆盖的区域，整个鄱阳湖流域面积为1 62 万k m 。，占江西国土面 积的972 。如图2 3 。 倒2 一： 鄙湖流域斟 都刚湖空n 】信息享平台的框絮性研究与逻斟 改l f 212 水文气候 鄱阳湖流域地处中纬度，季风气候明缸，属业热带滞泳障风气候。多年平均 降水量为14 7 0 r a m ，春夏多雨，4 月9 月雨量1 0 2 0e n , ，占全年雨量的6 94 ，1 0 月至翌年： 月降水相对较少，年内分配极不均匀。受鄱阳潮流域降水的季节性分 配不均，鄱阳湖是一个吞吐型、季节性的浅水湖泊，高水湖柏，低水w 相，洪、 帖水期湖i i ) f f j 水面、容积相差极大。湖口站实测最高水位2 25 9 m 时，湖水面积 为40 7 0 k m 2 ，当最低水位为j9 0 m 时，湖水面积仅1 4 6 k m 2 ，邪阳湖水位涨落因此 形成了“洪水茫茫片不见天，枯水沉沉一线滩无边”的独特自然地理景观。 如图24 。 t i ?i 警。一。 图2 4 鄱阳湖洪水、枯水图 213 地形及土壤植被 鄱阳湖区地势低平，四周低丘环绕，北部九江、湖口间开敞，开口的地形低 丘、平原、水面相问，由边及驵、由高及低，构成环形、层状地貌，为北部开口 的簸箕地形。平原区上地肥沃，面积最大，占湖区面积的6 38 ( l2 6nk 胡， 标高一般在1 5 3 0 m 。 鄱阳湖区的土壤类型主要有草甸土、黄棕壤、红壤和水稻七。草甸土，土层 深厚，上体疏松多孔，通透性能良好，主要分布在沿江滨湖草地：黄棕壤一般土 层潍厚，但十质粘重，主要分布在海拔为2 0 6 0 米左右的阶地；红壤是区内分 布最大广泛的土壤，从海拔二三十米的低丘岗地到三四百米的高丘、山麓，均有 分布；水稻土卿i 是区i q 面积最大的人粪耕作上壤，是人为长期水耕熟化的产物， 遍及湖区大d 、 【| l 流沿岸和湖盆周围。植被为热带常绿阔叶林。 硕十学位论文 2 2 空间数据共享平台的构成 信息是一种重要资源，共享是发挥其重大作用的一条极其有效的途径。鄱阳 湖空间信息共享平台的建设既优化和整合了分散的空间数据，避免了信息化的重 复建设，也促进了鄱阳湖生态环境与资源的研究和开发，推动了鄱阳湖研究的国 际交流与合作，对鄱阳湖地区的资源利用和环境保护具有重要意义，因此构建鄱 阳湖空间信息共享平具有十分的必要性。 空间数据共享平台由空间信息资源、通信网络、空间信息处理服务和用户操 作界面构成，实现各专业部门对基础信息和处理功能的共享，以及各专业部门信 息和处理功能间的集成和融合的框架。 空间信息资源包括各种类型的数字地理空间信息和空间参考信息，具体有电 子地图、数字遥感图像、三维空间图形和多媒体信息等，另外还有具备空间参考 属性的属性信息和各种统计信息。空间信息资源存储在鄱阳湖空间实验室的数据 库、数字资料馆和数据仓库中。 空间信息处理服务器主要是以鄱阳湖实验室为基础的连接在计算机网络上 的各种类型的计算机以及各种工作站和服务器，他们完成对数据库的操作和各种 空间信息处理和查询要求，提供各种计算模型和决策支持系统。 通信网络是一个在w w w 网络上发布、搜索和使用共享地理信息的用户站点的 集合。w e b 的节点被称作g i s 目录的门户，可以实现用户注册、数据发现、地理 信息的获取和使用等功能，这样产生的结果是使g i s 系统连接在万维网上以实现 信息的共享和使用。 用户终端计算机提供对用户友好的操作界面，使用户不仅能通过键盘，还能 够通过语音和虚拟现实工具来同数字世界交互，提供对空间信息的查询和访问， 为用户提供决策支持，为公众提供信息查询。为此，构建的鄱阳湖空间信息共享 平台将实现一下功能，如图2 5 。 1 ) 存储和管理所需的地理对象的空间数据库。 2 ) 数据编辑。 3 ) 信息查询。 4 ) 空间分析和空间处理。 5 ) 制图作业。 6 ) 图像可视化和管理。 7 ) 可以在其他应用和开发用户定制的系统中嵌入6 i s 逻辑的组件( 引擎) ， 为多用户提供基于w e b 网络的地理信息服务。 8 酃目1 湖j ；问信息共享平台的框架性研究与逻辑设| r 燕蠢 23 用户分析 图2 - 5 共享平台构建图“ 卫 鄢阳湖空叫信息共享平台是。个区域性的信息平台，其作用发挥的好坏在很 大程度卜取决十使用部门的t 作性质、丁作领域及该领域内的应用范围和应用期 限。对小同用户进行需求分析是共享平台设计的第步，也是十分重要的一步。 用户分析，包括用户类型分析和用户需求分析。 231 用户类型分析 作为鄱阳湖空间信息共享平台，鄱阳湖信息库应当具有数据管理、数据发布 的功能，它以电子地幽为载体多要素、多层次、多时念、综合地反映鄱阳湖区 的经济、资源、社会与环境等综合情况，提供一个队高新技术为支撑的、具有宏 观管理和辅助决策功能的平台。 根捌用户对共享平台的需求情况，是以信息浏览查询为主还是以空【盲】分析为 主，可把用户分为以下b 类： 1 ) 政府办公网用广 2 ) 互联网用户 3 ) 专业用户 4 ) 鄱刚湖空问信息维护者 5 ) 数据库系统管理员 硕士学位论文 政府办公网用户和互联网用户都是基于互联网通过b s 的访问方式进行对 鄱阳湖空间信息的浏览查询，主要是针对鄱阳湖空间信息的基础数据或专业基数 据，二者不同的是互联网用户所浏览的信息详细程度和范围相对政府办公用户要 小，主要通过权限来实现。 专业用户主要是各部门用户，如农业、林业、水利、国土、环保等各部门， 也是鄱阳湖空间信息共享平台中十分重要的一类用户，其所需的数据是基础数 据、专业基础数据以及专业数据，为此需要共享系统提供全面、准确、标准化的 空间信息服务。 鄱阳湖空间信息维护者主要是对空间数据的采集、编辑以及更新，及时有效 的将最新的数据成果提交给系统用户。 数据库系统管理员负责整个数据库的维护工作，分配所有用户的权限，使用 数据库核心管理平台设计数据库版本和工作流。 2 3 2 用户需求分析 需求分析是共享平台设计的基础，进行共享平台设计就首先必须准确了解与 分析用户需求，这是最困难、最耗费时间的一步。作为地基的需求分析是否做得 充分与准确，决定了在其上构建共享平台大厦的速度与质量。需求分析做得不好， 甚至会导致整个共享平台设计返工重做。用户需求分析如下： 1 ) 功能需求：共享平台所服务的用户有哪些功能需求，是以信息查询为主， 还是以空间分析结合模型应用为主。 、 2 ) 性能需求：共享平台所服务的用户对共享平台的技术性能指标需求，包 括存贮容量限制、数据访问速度、空间数据精度、运行速度、稳定性、安全保密 性。 3 ) 环境需求：共享平台所服务的用户下载共享数据时所处环境需求，包括 硬件、软件、和使用三个方面。 4 ) 可靠性分析：共享平台的是否能稳定的、可靠的满足各类用户的需求。 5 ) 用户界面需求：系统同时支持浏览器服务器模式和客户机b b 务器模式， 用户界面是否友好，简洁活泼，美观实用，提示准确，非g i s 专业也能快速掌握 并使用系统提供的功能。 2 4 数据分析 地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特 征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称，具有空间特征、属性特征 1 0 鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 和时间特征，由空问特征数据、专题属性数据和时态数据组成。 空间特征数据记录的是空间实体的位置、拓扑关系和几何特征，这是地理信 息系统区别其他数据库管理系统的标志。空间特征指空间物体的位置、形状和大 小等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系。位黄和拓扑特征是空间信息所独有 的，空间位置可以由不同的坐标系统来描述，如经纬度坐标、一些标准的地图投 影坐标或是任意的直角坐标。人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空间坐 标，而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系。如鄱阳湖位于南 昌、新建、进贤、余干、鄱阳、都昌、湖口、星子、德安、永修以及九江市区等 1 0 县1 区之间。 。 专题属性数据是地理实体所具有的各种性质，如地形的坡度、坡向、某地的 年降雨量。土地酸碱类型、人口密度、交通流量。空气污染程度等。专题属性特 征数据通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示。 时间特征数据是指地理实体的时间变化或数据采集时间等。严格的讲，空间 数据总是在某一特定时间或时间段采集得到的或计算产生的。由于有些空间数据 随时间变化相对较慢，因而有时被忽略；有些时候，时间可以被看成一个专题特 征。 鄱阳湖区的数据具有以下特征： 1 ) 区域性：是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识。鄱阳 湖区是指南昌、新建、进贤、余干、鄱阳、都昌、湖口、星子、德安、永修以及 九江市区等1 0 县1 区，地理坐标为1 1 5 。3 1 11 7 。0 6 7 e ，2 8 。1 17 - - 2 9 。 5 1 7 n ： 2 ) 多维性：是指在一个坐标位置上具有多个专题和属性信息，例如在同一 个地面点上，可取得高程、土壤、植被等多种信息； 3 ) 动态性：是指空间信息的动态变化特征，通过及时更新空间信息从而建 立数据和信息的时间分布规律，进而对未来做出预测和预报。如土地利用变化、 鄱阳湖水位季节及年际变化等； 在6 i s 中，对于空间数据的表达主要是利用三种基本的数据模型来表达和模 拟：矢量数据模型、栅格数据模型和不规则三角网数据模型。 矢量数据模型是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体，特点： 定位明显，属性隐含。栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数 据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征，特点：属性明显， 定位隐含。具体在实际应用中采取和何种数据结构来表示二维空间实体，应依据 不同用户的实际需求。 用矢量结构、栅格结构表示的点、线和面三种类型的地理实体如图2 - 6 ： 硕士学位论文 物 鬣一 h 籀 翱 拗 锄 嘲钳翻蠊 鳓事蟑 锚 l ，铀。 8 矢毁袭零形式 c 栩格袭豕形凌 图2 - 6 矢量结构和栅格结构嘲 矢量结构与栅格结构比较，如表2 - i 。 表2 1 矢量结构和栅格结构对比表乜儿力 不规则三角网模型( t i n ，t r i a n g u l a t e di r r e g u l a rn e t w o r k ) 是一种表面模 型。它根据所研究区域的有限个点集将区域划分为相连的三角网网络，区域中的 任意点都可以落在三角面的顶点、边上或者三角形内部，从而减少了规则格网方 法带来的数据冗余。如果点不在顶点上，该点的高程值可以通过线性插值的方法 得到( 如果点在边上用边的两个顶点的高程插值求得，在三角形内部则用三个 顶点的高程插值求得) 。t i n 能够进行表面分析，通视分析，以及对表面要素的 界定和地形起伏的描述。 空间数据的三种表现形式，矢量、栅格和不规则三角网各有其优缺点，相互 1 2 鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 补充、不排斥，它们适用于不同的地理图形数据分析、地理数据制图等方面。 g e o d a t a b a s e 数据模型以其独有的功能特性，将三种数据表现形式有机地集成到 一起，实现了在同一个数据模型框架下的统一化存储，从而利用多种数据格式之 间功能互补的特性来综合表达地理对象。鄱阳湖区数据类型见表2 2 表2 2 鄱阳湖区数据类型表 2 5 共享平台的共享分析 信息共享是建设鄱阳湖空间信息共享平台的最终目的。信息可共享性是指 信息在输出的过程中，只能使输入一方的信息量增加，不会使输出一方的信息量 减少，从而实现“信息共享 。信息的共享性主要表现在不同领域的各级用户都 可共同使用同一信息，从而达到“一套数据，多种用途 的效果。：。 鉴于空间信息共享平台的建设，不是基于单机版的，而是基于c s 结构的系 统，如果没有有效的共享机制是很难实现的。毫无疑问的是，信息标准是实现共 享的前提，信息立法是实现共享的保障，信息共享政策则起着指导和调控的作用。 目前鄱阳湖信息共享平台建设，最困难的不是技术和资金，而是高效，有力的 g i s 建设保障体系，即数据的标准化规范、共享机制与政策法规的建设等。 2 5 1 数据共享的规范化、标准化分析 2 5 1 1 标准化的意义 1 3 硕士学位论文 标准是实现数据共享的必备条件。g i s 标准化是g i s 技术开发、系统建立 与运行的一种重要机制。g i s 标准化建立在计算机和信息处理等多种技术的标准 之上，离开了这些标准，就无法开发最基本的系统。g i s 标准化是数据共享和系 统集成的重要前提。它可以增强g i s 的内在综合能力，从而通过协调数据、软件 和硬件之间的关系，使应用效率更高、更经济。也可以通过数据管理、数据库管 理、图形、硬件和软件的兼容性促进与其它g i s 系统或信息系统的综合哺1 。 2 5 1 2 标准化的必要性 标准化的必要性主要是产生于空间数据的多源性性阳1 ，空间数据多源性的表 现主要可以概括为以下几个层次： 1 ) 多语义性 地理信息指的是地理系统中各种信息，由于地理系统的研究对象的多种类特 点决定了地理信息的多语义性。对于同一个地理信息单元，在现实世界中其几何 特征是一致的，但是却对应着多种语义，如地理位置、海拔高度、气候、地貌、 土壤等自然地理特征；同时也包括经济社会信息，如行政区界限、人口、产量等。 一个g i s 研究的决不会是一个孤立的地理语义，但不同系统解决问题的侧重点也 有所不同，因而会存在语义分异问题。 2 ) 多时空性和多尺度 g i s 数据具有很强的时空特性。一个g i s 系统中的数据源既有同一时间不同 空间的数据系列：也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此，g i s 会根据系 统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达，不同的观察尺度具有不同的比例尺 和不同的精度。g i s 数据集成包括不同时空和不同尺度数据源的集成。 3 ) 获取手段多源性 获取地理空间的数据的方法有多种多样，包括来自现有系统、图表、遥感手 段、g p s 手段、统计调查、实地勘测等。这些不同手段获得的数据其存储格式及 提取和处理手段都各不相同。 4 ) 存储格式多源性 g i s 数据不仅表达空间实体( 真实体或者虚拟实体) 的位置和几何形状，同时 也记录空间实体对应的属性，这就决定了g i s 数据源包含有图形数据( 又称空间 数据) 和属性数据两部分。图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。传统 的g i s 一般将属性数据放在关系数据库中，而将图形数据存放在专门的图形文件 中。不同的g i s 软件采取不同的文件存储格式。 2 5 1 3 标准化的分类 早期的g i s 系统的数据都是针对专门的软件，各个g i s 软件厂商都有自己的 文件格式，数据是适应特定系统的，无法实现数据共享，随着g i s 的应用，出现 了一些数据格式化标准组织，提出了统一空间数据编码的思想，以便在不同的 鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 g i s 系统之间的数据进行交换，但这种文件格式的之间的数据转换依然费时费力， 导致开发负担大大加重，这就要求数据的存储有统一的标准。因此数据的标准可 分为两类： 1 ) 数据格式化标准 在空间数据库中，有各种各样的地物要素，如何区分、识别是一个必须解决， 的首要问题，因此地物编码的设计是区别地物的唯一关键字，是查询和检索的基 础，也是g i s 中实现空间信息共享的基础。在进行地物编码设计时，必须遵循国 家行业标准，也要考虑操作的方便性与可扩充性、以及用户可根据不同的要求制 定专题显示、输出的原则。 2 ) 数据存储标准 鄱阳湖区共享系统目前是采取集中式存储方式，几乎所有的数据都有江西师 范大学鄱阳湖生态环境与资源研究教育部重点实验室提供。随着数据的增多以及 其他研究机构对鄱阳湖的研究，必然会产生各机构之间的数据共享问题以及互操 作问题。为了便于以后授权用户对鄱阳湖系统数据的操作，所以现在构建的鄱阳 湖系统必须是开放式的地理信息系统，数据存储也必须采用标准化，这样的g i s 才是真正的o p e n g i s 。o p e n g i s 的特点u 们是： 互操作性：不同的信息系统之间连接和交换没有障碍； 开放性：接口规范公开，其它系统可方便地进行调用； 可移植性：平台无关性，跨越多种硬件、操作系统、软件环境； 兼容性：兼容其它广泛应用的工业标准； o p e n g i s 是一个高度抽象的、独立于平台的规范，它采用面向对象的设计方 法，并引入了开放式数据库互连( ( o d b c ) 和分布式对象技术( ( d i s t r i b u t e d o b j e c t t e c h n o l o g y ) 作为实现技术。o d b c 是一个数据库访问的统一界面，应用程 序利用o d b c 可以实现对数据的存取，而接口不随数据库的改变而改变。采用o d b c ， 可以使地理信息系统与数据库系统分离，有利于进行透明的数据交换。分布式对 象技术是将面向对象思想应用到分布式环境中，实现应用软件可重用性和可扩展 性的方法。o p e n g i s 是一个抽象规范，在具体实现中，可以采用c o m 等分布式对 象技术构造空间数据处理组件，提供符合o p e n g i s 标准的功能接口，其它系统就 可以调用这些功能，实现数据处理的互操作性。 2 5 1 4 标准化的实现方案 由于地理信息系统的数据格式各异，给信息共享带来了极大的不便，目前实 现多源数据共享的方式大致有三种，即数据格式转换模式、直接数据访问模式、 数据互操作模式。 1 ) 数据格式转换模式 格式转换模式是传统g i s 数据集成方法。在这种模式下，其他数据格式经专 硕士学位论文 门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统中的数据库或文件中。这是 目前g i s 系统数据集成的主要办法。目前得到公认的几种重要的空间数据格式 有：e s r i 公司的a r c l n f oc o v e r a g e ，a r c s h a p ef i l e s ，e 0 0 格式； a u t o d e s k 的 d x f 格式和d w g 格式；m a p l n f o 的m i f 格式；i n t e r g r a p h 的d g n 格式等等。 2 ) 直接数据访问模式 直接数据访问指在个g i s 软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用 户可以使用单个g i s 软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁琐的数 据转换，而且在二个g i s 软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数 据格式的宿主软件，更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实 用的多源数据集成模式。e s r i 公司在a r c g i s 9 中提供了数据互操作模块，可以 直接读取m a p i n f o 、a u t o d e s t 、m i c r o s t a t i o n 、i n t e r g r a p h 等6 5 种主流g i s 平 台数据，同时支持5 0 种g i s 格式数据的输出。 3 ) 数据互操作模式 。 数据互操作模式是o p e n g i sc o n s o r ti u m ( o g c ) 制定的规范。o g c 是为了发 展开放式地理数据系统、研究地学空间信息标准化以及处理方法的一个非盈利组 织。g i s 互操作是指在异构数据库和分布计算机的情况下，g i s 用户在相互理解 的基础上，能透明地获取所需的信息。o g c 为数据互操作制定了统一的规范，从 而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能n 。 2 5 2 数据共享的级别分析 鄱阳湖数据种类繁多，可划分为基础地理数据、专题基础地理数据和专题 地理数据三类，从数据管理的角度以及数据安全性的考虑，可以把三类数据划分 为共享地理数据、授权共享地理数据( 有偿共享) 、不共享地理数据三级。 1 ) 基础地理数据 基础地理数据一般共享，主要是行政区划数据、地形数据、土地利用类型数 据以及河流数据等，其中各种比例尺的地形图是空间数据共享的基础。 2 ) 专题基础地理数据 主要包括鄱阳湖地区的各县区的农业部门、林业部门、水利部门、国土部门、 环保部门等的基础地理数据，体现为地理信息分类中的大类地理数据。这种数据 在各部门之间实现有偿或授权共享。 3 ) 专题地理数据 主要包括鄱阳湖地区的各县区的农业部门、林业部门、水利部门、国土部门、 环保部门等的基础地理数据，体现为地理信息分类中的小类地理数据。这类数据 不共享或授权共享。 1 6 鄱阳湖空间信息共享平台的框架性研究与逻辑设计 2 5 3 数据共享的政策与法规研究 共享是平台建设所要追求的目标，而共享政策、法规的制定和实施对鄱阳湖 共享平台的建设起到很重要的推动作用，是共享平台建设的关键环节，是实现共 享的重要保障。 随着g i s 领域的不断扩大，政府、企业和公众对6 i s 应用深度提出了更高要 求。但目前g i s 共享困难重重，g i s 应用仍然处于低水平、低效率状况。为了改 变目前这种局面，共享政策、共享法规的制定和实施是实现共享的重要保障。政 策和法规是保障地理信息共享政策实施的关键环节，地理信息共享政策和法规对 于共享起着调控和指导作用。通过政策和法规，调节g i s 建设中的有偿与无偿、 权利与义务、投资与收益、公开与保密的关系，有利于数据市场形成，从而为 g i s 建设做好数据保障。 2 6 共享平台的安全性分析 保证共享系统安全可靠是一项必需要考虑的任务，同时也是一项十分艰难 的任务。由于共享目的是为了使一般互联网用户和专业用户浏览、查询和使用数 据，因而具有开放性，从这一点上可以说，共享的目的在很多方面都违背了共享 系统的安全性要求。由于共享，任何一个地方的用户都可以以匿名方式连接到网 站上，尽管很多i n t e r n e t 服务和操作系统中都包括了用于跟踪用户的审查机制， 然而，有经验的攻击者还是知道怎样才能欺骗或者避开这些审查机制，为此基于 w e b 服务的鄱阳湖共享系统也需要安全的考虑，在开放的i n t e r n e t 上进行数据 传输时以防止出现数据泄密、丢失或者被破坏的情况。因此应考虑以下安全问题： 2 6 1 身份认证 数据库系统不允许一个未经授权的用户对数据库进行操作。用户标识和鉴 别是系统提供的最外层的安全保护措施。数据库用户在数据库管理系统注册时， 每个用户都有一个用户标识符。用户管理主要是加强系统的安全性，对系统的登 陆用户进行用户名和密码的确认。 2 6 2 权限管理 用户存取权限指的是不同的用户对于不同数据对象所允许执行的操作权限， 硕士学位论文 每个用户只能访问他有权存取的数据并执行有权进行的操作。存取权限由两个要 素组成：数据对象和操作类型。对一个用户进行授权就是定义这个用户可以在哪 些数据对象上进行哪些类型的操作n 引。 权限管理主要有以下功能：添加、删除、修改系统权限项目、对不同的部门 和个人用户进行权限分配等。系统权限判断处理流程如图4 1 所示。 图2 - 7 系统权限判断处理流程图 2 6 3 系统内部安全设置 除了系统本身对用户权限的设定以确保安全以外，还应该考虑网络安全、反 病毒、系统安全检测、入侵检测、审计分析、网络运行安全、备份与恢复、子网 安全访问控制等方面考虑应用系统的安全性。主要采取以下措施n 3 。： 1 ) 在内部网与外部网之间，设置防火墙( 包括分组过滤与应用代理) 实现内 外网的隔离与访问控制。 2 ) 对网络进行安全检测，及时发现网络系统中最薄弱的环节，最大限度地 保证网络系统的安全，定期对网络系统进行安全性分析，及时发现并修正存在的 弱点和漏洞。 3 ) 审计与监控 使用