（水利水电工程专业论文）基于mapx的校园地理信息系统集成.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 f 近年来，随着g i s 的广泛和深入应用建立了一大批地理信息系统。随着网络技术 的发展和实际的需要，这些分散的系统要求集成运行，以实现信息共享，提高运行效 率，f 本文首先对地理信息系统的发展以及地理信息系统集成的重要性做了初步的追溯 和分析。同时对系统集成的发展背景、基本原理以及系统集成方法学的描述框架做出 了比较详尽的阐述。然后从实用的角度探讨了地理信息系统集成平台实现中的若干技 术问题。提出了基于i m p o r t e x p o r t 方式、基于地理信息系统工具软件提供的开发 语言、基于应用程序接口技术、基于o l e 自动化技术、基于o c x 控件技术等多种地 理信息系统集成在技术上的实现方式，并分析了各种实现方式的优劣及存在的问题。 最后，对于目日口地理信息系统数据集成的三种主要实现方法：基于元数据及其管理系 统的数据集成模式、基于应用程序接口的数据集成模式以及基于o l e 和j a 、，a 的面 向对象的数据集成模式进行了比较分析。 本文结合对地理信息系统集成理论的相关研究与校园的实际情况，提出了基于 o c x 控件技术与基于元数据及其管理系统的数据集成模式的校园地理信息系统的初 步架构方案，同时对如何构建数据集成平台提供了详细的实现步骤，以及对基于m a p x 控件的地理信息载体系统的功能实现进行了技术层面的剖析。 f 总的来说，本文仅仅 垦，出了校园地理信息系统集成平台的概念模式，在许多方面 还有待进一步深入。，y 关键词：系统集成、数据集成、g i s 、m a p x 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t f o l l o w i n gt h ew i d e s p r e a da n dp r o f o u n di n f l u e n c eo f a p p l i c a t i o no f g i s ，m a n yp r a c t i c a l g i ss y s t e m sh a v e b e e nb u i l tr e c e n t l y i no r d e rt om e e tt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k t e c h n o l o g ya n dt h er e q u i r e m e n to fr e a l i t y ，i ti si m p o r t a n tt oi n t e g r a t es u c hs y s t e m si n t oa m o r e , p r o d u c t i v ea n do p e ns y s t e m i no u rs t u d y ，w ef i r s t l yp r e s e n tt h ed e v e l o p m e n to fg i st e c h n o l o g ya n dd i s c u s s e si t s i m p o r t a n c e ，a n dw ed e s c r i b et h eb a c k g r o u n d ，b a s i cl a wa n dm e t h o d o l o g yo fs y s t e m i n t e g r a t i o ni ng r e a td e m i l s e c o n d l y ，w ed i s c u s ss o m et e c h n o l o g yp r o b l e m sa b o u th o w t o i n t e g r a t eag i si n t e g r a t i o np l a t f o r ms u c c e s s f u l l y w ep o i n to u tt h es e v e r a lm e t h o d so f o i s i n t e g r a t i o ns u c h a sm e t h o db a s e do n i m p o r t e x p o r t ，m e t h o db a s e do ns e c o n d a r y p r o g r a m m i n g ，m e t h o db a s e do na p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，m e t h o db a s e do n o b j e c tl i n ke m b e d d e da u t o m a t i o n ，m e t h o db a s e do no b j e c tc u s t o mc o n t r 0 1 a n dt h e ni t a n a l y z e s t h e a d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e s a n de x i s 血gp r o b l e m sa b o u tt h e s e m e t h o d s f i n a l l y ，i t c o m p a r e s t h e t h i n e m e t h o d o f g i s d a t a i n t e g r a t i o n ：m e t h o d b a s e d o n m e t a d a t aa n dm e t a d a t am a n a g e m e n t ，m e t h o db a s e do ns q la n dd l la n dm e t h o db a s e do n o b j e c tl i n ke m b e d d e da u t o m a t i o na n d j a v a w h i l ec o m b i n i n gp r e v i o u sr e s e a r c h e so ng i ss y s t e mi n t e g r a t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t o f s c h o o l ，w es u b m i tan o v e lp r o j e c to f s c h o o lg i si n t e g r a t i o ns y s t e m w ea p p l ym e t h o d s t h a ta r eb a s e do no c xa sw e l la st h o s eb a s e do nm e t a d a t aa n dm e t a d a t a m a n a g e m e n t f u r t h e r m o r ew ep r o v i d ead e t a i l e dp r o j e c to f c r e a t i n gag i sd a t ai n t e g r a t i o n p l a t t b r ma n da n a l y z et h ed e t a i l e df u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o nu n d e rt h et e c h n o l o g yl e v e l f i n a l l y ，w es h o u l dl i k et om e n t i o nt h a to u rs t u d yo n l ys u b m i tac o n c e p tm o d e lo f s c h o o lg i si n t e g r a t i o n f u r t h e rs t u d ym u s tb ep r o c e e d e do nt h i sf i e l d k e yw o r d s ：s y s t e mi n t e g r a t i o n ，d a t a i n t e g r a t i o n ，g i s ，m a p x 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题来源 随着现代信息技术的飞速发展，地理信息系统( g i s ) 技术的出现使传统的信息 管理方式受到了挑战，面临新的图形数据的观察方式，其真实感和充分的互动操作方 式使得与地理有关的数据信息的显示和观察更加方便和直接。我们知道，g i s 最典型 的功能是能实现图形实体与其相应属性信息的关联，从而实现图形信息与属性信息的 互查、维护与更新，以及统计分析、拓扑分析、空间位黄计算等空间分析功能，因 此可以被用来实现校园信息管理、辅助校园规划设计、辅助决策分析等功能。另外 g i s 技术己应用到各个领域，是目前信息管理的一种发展趋势。校园信息采用g i s 技 术管理不仅可以高效地管理校园信息，而且可为最终并入城市地理信息系统( u g i s ) 作好准备。校园g i s 集成实际上是以数据为中心，把g i s 与校园管理信息系统以及通 信技术等协调统一的系统集成工程。它不仅是实现多种数据集的融合与集中管理，也 不仅是多目标统一数据库的建立，还应当是体现在统一的用户界面、异构数据库无缝 连接、可扩展的集成模式、面向专业领域应用等方面的综合应用集成系统。本文正是 基于对校园g i s 中所面临的若干集成问题进行研究，并对集成系统的功能及其实现进 行一定的阐述。同时需要说明的是地理信息系统集成可以分为两个层次，一个是地理 信息之间相互关系的概念层次集成，侧重于地理信息的空间分析：另一个是不同数据 和模型之间组织和管理的技术层次集成。本文所指的地理信息系统集成主要指后者意 义上的集成。 1 2 地理信息系统集成的必要性 任何事物的发生、发展在一定的时阳j 和空问范围内部具有一定的属性。勒什指出 “如果每件事同时发生，就不会有发展。若每件事存在于同一个地方，就不会有特殊 性。只有空f j a 。使特殊成为可能，然后在时间中展开。”1 2 1 在现实世界中，分子结构、 华中科技大学硕士学位论文 人体结构、地理环境、宇宙结构等都与空间位置有关。以人类社会的生产和生活为中 心，空间尺度为城域、区域，国家和全球尺度上的空间信息都可以称为地理信息。地 理信息具有宏观性、综合性、区域性、层次性、分布性和动态性等方面的特点，在科 学研究、经济建设、社会发展和日常生活等方面具有广泛的应用。 地理信息首先是宏观定位的依据，这是地理信息最基本的功能。在科研方面，地 球科学的许多分支学科进行科研所需要的数据和信息都具有地理空间特点，利用地理 信息系统所提供的空间数据管理和空间分析功能并结合专业知识可以大大提高工作 效率，提高科研水平。同时传统非空阳j 信息的空间化，恢复客观事务以本来面目，可 以加深对客观事物的认识，揭示其发展变化的空间规律。 g i s 的不断发展，它既依赖于地理学、测绘学、统计学等这样一些基础学科，又 取决于计算机硬件、软件技术、通信技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进 步与成就。这就是说它是位于地学与技术科学的边缘，但本质是信息科学的一个组成 部分，因此，可以将它命名为地学信息工程学而独立形成自己的学科。目前全世界正 在为它取名。例如，在荷兰，称之为“g e o i n f o r m a t i c s ”，在加拿大这更简单的称之为 “g e o m a t i c se n g i n e a r i n g ”l 3 i o g i s 是- - 1 7 综合性技术，它在发展过程中不断与其它技术相互融合，目前国内和 国外现有系统的发展主要体现在g i s 与其它信息技术的结合上，即3 s 技术( g i s 、 r s 、g p s ) 的一体化，是技术综合的体现，然而，在最近的几年，g i s 的发展已经远 远超出了这些，它逐渐开始与管理信息系统( m i s ) 、多媒体、通信、办公自动化( o a ) 、 虚拟现实等多种技术结合，形成- 1 7 综合的信息技术。例如：g i s 可以将普通管理信 息系统与矢量图形系统结合在一起，克服了m i s 系统的局限性，大大提高了系统的直 观性和可操作性，同时提供了m i s 系统所不能实现的功能，如空间信息统计、计算等。 目前全世界以g i s 为经销产品的厂家已超过3 0 0 个，已经形成了有相当规模的市 场。g i s 的应用可以深入到各行各业、千家万户、形成诸如交通管理和规划g i s 、城 市管理、运行和规划g i s 、资源与环境g i s 、灾害监测和防治g i s 、农林牧副渔g i s 、 以及工商业经营管理g i s 、工矿生产管理g i s 及各级部门的办公室g i s 等等p i 在政府部门中，据统计8 0 8 5 以上的政府职能部门所涉及的信息都具有地理空 华中科技大学硕士学位论文 间属性，地理信息的采集、存储、分析和利用将直接提高政府部门的办公效率，降低 劳动强度，使政府职能部门摆脱繁重的事务处理工作而将重点放在决策制订和长远规 划上束，更好地为社会服务。此外，人类社会的发展进入信息时代，物质生活的改善， 教育水平的提高，环境意识也随之增强，个人和社会对地理环境信息要求也会大大增 强。另一方面，通讯条件的提高引起生产和生活方式由集中走向分散，个人和社会都 对提供空e i j 信息服务的政府部门和公司企业提出了更高的要求。当前，国内各地在信 息化建设中，特别是在电子政务建设中，纷纷建立自己的办公自动化系统和管理信息 系统，也有的建立了g i s ，但各系统往往都是孤立的。为了实现最大程度的资源共享， 政府需要将散落在各方的信息资源集合在自己手中，为政府决策和老百姓服务 4 】。因 此实现互连、互通、互动和共享的m i s 、o a 、v r 等系统的g i s 集成平台是当前数字 城市建设中需要解决的一大瓶颈p j 。 近年来，随着g i s 应用的广泛和深入建立了一大批地理信息系统。随着网络技 术的发展和实际的需要，这些分散的系统要求集成运行，以实现信息共享，提高运行 效率。在国家“八五”攻关中就开展了这方面的研究【6 】。在“九五”攻关中对系统实 用化和运行业务化提出了更高的要求【7 】。地理信息系统集成的重要性得到普遍的认识。 1 3 本章小结 本章着重于课题的来源以及校园g i s 要实现的目标的描述，同时分析了g i s 集成 的必要性。 华中科技大学硕士学位论文 2 系统集成分析 2 1 系统集成的发展背景 集成的思想不是什么新概念，传统制造业如汽车工业，发展到大规模自动化生产 方式后，为追求大批量低成本，采用标准化生产线及加工工艺、零部件厂商专业化、 标准化，总装厂与协作厂之间的关系o e m 化，都体现着集成的思想 9 1 。 集成的思想可能最早来源于j o s e p hh a r r i n g t o n 的c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g ) 这一概念。h a r r i n g t o n 认为虽然企业生产活动中的各个环节已逐步实 现了计算机化和数控化，但各环节之间缺乏良好的联系，成为各自独立的“自动化孤 岛”，影响到整体的效率。另一方面，在系统工程理论研究领域，实践的需要和理论 的发展，特别是解决复杂巨系统问题的需要，一些学者也把集成的思想应用于系统理 论研究。8 0 年代初，著名科学家钱学森提出了将科学理论、经验和专家判断相结合的 半理论、半经验的方法。1 9 8 9 年，钱学森又提出了开放的复杂巨系统及其方法论，即 从定性到定量的综合集成法( m e t as y n t h e s i s ) 后来又发展成为从定性到定量综合集成 研讨厅( h a l lf o rw o r k s h o po f m e t as y n t h e t i ce n g i n e e r i n g ，h w m s e ) ，其实质是将专 家经验、统计数据和信息资料、计算机技术这三者结合起来，。构成高度智能化的人机 结合集成系统，以解决复杂的实际问题i l 。 计算机工业最早体现和采用集成思想可能要数集成电路技术。到9 0 年代，随着开 放系统新时代的到来，系统集成才被计算机工业广泛地议论和采用，并引起了计算机 业界人们的极大关注，可以说，系统集成是开放系统驱动的、顺应了计算机工业发展 的潮流。当今，系统集成已从硬件、软件和服务行业分离出来，形成一个独立的十分 诱人的新行业1 。 谈到系统集成就应当首先从系统说起。系统就是为了某一特定目标、具有特定功 能的、相互间具有有机联系的诸多元素的一个整体。所以说，系统本身就是许多元素 所构成的个整体。集成，也有人称“整合”，就是为了实现系统的功能而进行的 4 华中科技大学硕士学位论文 再创造的过程。只有将系统中各个成分都进行有机的连接，完成系统的特定功能，达 到系统的目标，才能称为“集成”。所以，集成本身就是一个系统的概念。系统集成 不是简单部件的组合，不是堆积，而将一些系统放在一起，形不成整体的效果，达不 到统一的目标，也不是系统集成。 综合以上分析可以看出，集成的核心思想在于组成系统各部分之间的有机结合， 将分散的子系统形成一个统一的整体，以取得系统的协同效益。系统集成从以硬件为 主的集成电路，到软硬并重的计算机集成制造，再到偏重信息的综合集成研讨厅，集 成思想在各个科研和生产领域发挥了重要的作用。现代科学从分散走向综合，这既是 社会生产实践的要求，也对科研和生产起着指导作用。新的信息系统不断建立，已有 系统信息逐渐扩充，系统之间资源与信息共事的需要，都要求用集成的思想指导信息 系统的分析、设计和建设。 在计算机集成制造系统( c i m s ) 领域，集成平台被认为是为实现企业信息集成、 功能集成所需的基本信息处理和通信公共服务的集合。i b m 公司基于系统使能器的集 成平台在企业应用中获得极大成功，我国在c i m s 应用中也广泛使用集成平台技术， 收到巨大的经济和社会效益i l 。 2 2 系统集成方法学的描述框架 所谓系统集成的方法学，是关于系统集成的技术构成、实施方法及其支撑理论的 一整套方法体系学说。其目的在于揭示系统集成的研究对象、研究内容和学科关联a 这种方法体系的概念结构见图2 1 。 华中科技大学硕士学位论文 实施方法层 相关支持方法 建模方法实现方法评价方法 形式化描述方法 集成技术层 相关支持技术 应用集成企业集成环境集成 系统集成平台 系统理论层 相关支持理论 集成概念 集成原理 集成机制 现代系统科学与系统士程 集成对象系统 图2 - 1 系统集成方法学的描述框架 ( 来源：万麟瑞，李绪蓉系统集成方法学研究) 2 2 1 框架模型的构成思想 框架模型的基本结构体现背景衬托、层次描述和主体展开的设计思想。背景环境 包含了系统集成方法学的研究范畴及其研究对象，即集成对象系统。概括地说，系统 集成方法学的基本任务是：在c i m 乃至c i 领域内，研究如何利用各种相关的技术标 准与规范、机制与规则和技术与产品，使得先进的管理思想、设计方法和制造技术与 计算机信息技术和自动化技术紧密结合，实现管理信息系统( m i s ) 、工程信息系统 ( e i s ：c a d c a p p c a m ) 、制造自动化系统( m a s ) 、质量保证系统( q a s ) 和 中央应用源( r e p o s i t o r yr p s ) 等单元信息系统与自动化系统的一体化应用及整体优 化组合f 。4 j 。这罩给出了系统集成的基本研究对象：一是由各单元系统组成的c i m s 应 用系统：二是作为c i m s 工程背景的实施企业；三是为c i m s 应用企业提供集成运 行环境的平台产品。 c i m s 应用企业是应用系统与实施企业有机集成的产物。 框架模型把系统集成的学科内容划分为3 个描述层次，即系统理论层、集成技术 6 华中科技大学硕士学位论文 层和实施方法层【仔l 。系统集成理论与相关理论构成系统集成技术与方法的指导依据。 理论层中，现代系统科学与系统工程是整个系统集成理论、技术与方法的前沿。其作 用在于，解决边缘性学科互渗与方法交互问题，解决集成目标规划与实施过程整体化、 分析与设计模型化以及技术实现方案最优化问题。系统集成理论是理论层展开的主 题，包括集成概念、集成原理和集成机制相关支持理论如数学、认知科学、计量经济 学和知识经济学，构成参考理论群，可用于辅助建模和经济效益分析等方面【i 6 1 。 技术是对理论的基本实践【”】。技术层中，系统集成平台是由网络硬件系统、操作 系统、数据库管理系统、应用开发工具和公共集成服务接口等软硬件构成的集成化应 用开发环境，作为集成变换技术和相关支持技术的物理支撑技术。集成变换技术是技 术层展开的主题，包括应用系统集成、企业结构集成和支持环境集成三大主体技术及 其关键措施，技术标准的制订与采用，实施参考指南与技术文档规范的制订工作等， 这是整个集成技术驱动的核心内容。相关支持技术构成辅助技术群，例如，采用多媒 体技术可实现文本、图像、视频和音频等多种媒体信息资源的传输模式集成，提供超 文本、超媒体和可视化信息服务；采用仿真技术可实现产品设计与制造过程的虚拟环 境集成，提供静态模拟和动态模拟控制手段；采用c a s e 工具技术可实现软件开发过 程的工具集成，提供原型驱动和软件产业化支持途径。整个集成技术层的主要内容可 引伸为系统集成体系结构。 方法是对技术的具体实现【1 3 】。方法层中，首先应给出一套系统集成的形式化描述 方法，这也是方法学形成的基本前提。拟引入集合论来定义集成目标模型，定义集成 对象、集成状态和集成行为之间的变换操作关系，提供基于集合描述、视图描述和类 语言描述等多种方法相结合的实用化模型推理机制。实施方法展开的关键过程是，为 基于集成的系统分析与设计提供集成化的建模方法，从工程措施和程序算法方面提供 具体有效的实现方法，从集成应用开发的运行效果和经济效益方面提供可操作的评价 方法。与此同时，可以引入相关支持方法进行整体集成优化，形成多层次多方位的优 化方法群。例如，采用人工智能方法，解决经营决策过程中的知识推理与人机协同的 有效性问题：引入离散事件动态系统( d e d s ) 理论，解决离散系统与连续系统集成 建模过程中的算法互换与接口规范问题。整个实施方法层所涉及的内容十分复杂，可 华中科技大学硕士学位论文 以构成一个系统集成方法集。 2 2 2 框架模型的基本特点 系统集成方法学是一门知识综合性强和技术实践性强的边缘应用学科。与这一新 型学科特点相适应，框架模型首先是多层次多视域与渐近展开的。可以把系统集成研 究方式及问题域分为3 个层次：一是宏观层，包括系统集成体系结构、问题一求解框 架、技术标准与规范、建模方法集、辅助工具集、实施参考指南；二是中观层，涉及 特定的集成对象，如以人为核心的企业系统，以机器为核心的应用系统，与应用无关 的集成平台系统；三是微观层，具体涉及可集成的单元系统、可操作的关键技术、可 引用的集成机制与规则、可实现的工程措施与编程算法。根据需要，在相关层次中还 应考虑集成阶段定义、集成深度级定义、集成路线描述和技术实现策略等问题【1 3 一钔。 ， 框架模型贯穿了系统集成思想，即每个描述层次都体现主体内容与相关支持的同 时性原则，使得系统集成具有广泛的学科联系和技术支持。 框架模型不仅定义了系统集成的研究范畴及其对象，而且提出了系统集成方法学 的发展方向，即由c i m 领域向c i 领域发展。“c ”表征计算机科学与现代信息技术是 整个集成方法学的总前提，“i ”表征集成这一主题和核心目的，“m ”表征特定的管理 与制造领域【】。值得注意的是，“c ”己经演化为c o m p u t e r 和c o n t e m p o r a r y 两重含 义旧，这表明c i m 哲理己从强调“计算机”这个现代化工具的作用，发展到进一步 强调现代管理与制造这一“现代工程环境”整体优化的新阶段；因而“m ”也被赋 予m a n a g e m e n t 和m a n u f a c t u r i n g 双重意义旧。由“c i m ”向“c t ”方向发展，揭示 了计算机集成应用的一般规律，即系统集成可以与管理和制造等特定应用领域无关， 例如集成平台产品的开发与特定应用系统无关。【1 7 1 2 3 系统集成基本原理 集成一一词易被滥用和误解，需要搞清一组关联概念。一般而言，系统集成是适应 某种目的的相关对象类的有机集合与完备操作。这里，目的性体现系统目标与功能的 统要求，相关性体现集成对象的相容与互斥属性，集合性体现单元与整体的作用关 华中科技大学硕士学位论文 系，完备性体现集成事件的完整与统一程度，适应性体现系统不断适应环境变化的开 放程度。从宏观分析，c i m s 中的集成对象类cc i m s 和对象属性集ac i m s 可描 述为l 1 ： c c i m s = ( m i s ，e i s ，m a s ，q a s ，r p s ) ac i m s = ( ( 同构，异构) ，( 集中，分布) ，( 同步，异步) ) 在一般情况下，同构对象或集中对象之间的组合是一种直接的类规模扩展关系， 只需采用同构接口( 扩展接口) ，无需引入互操作机制，这种方法称同构整体化。异 构对象或分布对象由于结构或位置差异，组成整体的单元之间需要借助于异构接口 ( 互操作接口) 才能实现一体化，这种方法称异构同化。同步与异步对象及接口方式 是在前两种模式的基础上再增加时间参数的组合与实时处理要求，包括同步( 同时同 地) 、分布式同步( 同时异地) 、异步( 异时同地) 和分布式异步( 异时异地) 等接口 定义方式。通常，集成的本意是指异构或分布对象之问的互操作。但实际应用环境往 往十分复杂，不仅是异构一分布和同构一集中两种情况交织在一起，而且异构同化与 整体化两种功效并非完全等价。因此，广义的集成概念应包括异构同化( 狭义的集成) 和整体优化两大变换操作模式；以及接口( i n t e r f a c e ) 、集成( i n t e g r a t i o n ) 和整体化 ( i n t e g r a l i t y ) 3 类操作方法，即系统集成的3 i 方法驯。 综上所述，可以把集成实现的概念与方法，以及相关技术标准、产品支持、操作 机制和变换规则等要素的综合作用机理，称为系统集成原理： 1 9 t 首先是定义集成接口关系。即按物理对象确定硬件接口和软件接口，按应用对象 确定分系统级、子系统级和模块级递阶控制接口，按交互方式确定机一机接口、人一 机接口和人一人接口( 多媒体接口) 。这些接口对关系全部可以归结为同构异构、 集中分布以及同步异步三大关系的组合描述，且最本质的关系是异构接口和分布 接口。 然后是进行集成变换操作。包括对可采用的技术标准与规范作出正确选择，选用 成熟的集成支持产品，引用与集成需求相关的操作机制，制订与操作条件和控制约束 相适应的变换处理规则：建立起符合实际的技术解决方案和软件生成算法，完成各种 接口要求所给定的异构同化变换及分布处理任务，实现应用系统的基本集成。 华中科技大学硕士学位论文 最后是进行整体优化处理。通过建立各种操作规范，采取有效的工程措施和人机 办调措施，生成可重用的优化算法，验证集成应用开发的完备性和集成运行环境的适 应性，从而实现集成系统的整体优化。 2 4 本章小结 本章介绍了集成的概念和核心思想，同时提出了系统集成方法学的总体描述框架， 并对其中的系统理论层内容进行了展开，为下一步将系统集成理论运用到具体的g i s 集成中提供铺垫。 o 华中科技大学硕士学位论文 3g i s 集成中的若千问题 g i s 集成与计算机集成制造系统有较大程度上的相似性，后者处理产品信息而前 者主要对空削信息进行加工，因此可以借鉴较为成熟的c i m s 集成平台的方法和技术 来建立g i s 集成平台，实现g i s 的集成。 构建一个完整的g i s 集成平台是一个巨大的系统工程，根据系统集成的基本思想 与原理，可以将g i s 集成分为数据集成和平台集成两个阶段性的工作，他们既相互独 立，又相辅相成，可以分阶段、有步骤地实施和完成。下面将分别详细描述。 3 。1 g l s 数据集成 g i s 数据集成的目的在于形成一个物理上分布而逻辑上集中的分布式空间数据 库，为集成系统提供一个统一的地理视图，实现空间数据与分析模型的交互，提供模 型管理和支持新模型的建立。 地理信息是空间、时间和属性的统一体，因此地理信息系统数据集成包括不同层 次结构上的空问地域信息集成；不同时刻和时段内动态空间信息在时间上的集成；以 及同一空间和时间范围内同一地理对象不同表现形式的信息集成三种类型的地理信 息集成 2 0 l 。地理信息集成系统的数据库类型主要包括r s 影像数据库、g i s 空间数据 库和社会经济统计数据库。这三种数据分别代表空间栅格数据、空间矢量数据和统计 关系数据三种不同的数据类型。 关系数据库的集成相对发展得最为成熟，主要商业数据库产品都支持常用的机器 类型，操作系统和网络协议，开放数据库连接( o d b c ) 协调己为主要数据库产品所 采纳，并提供支持对该数据库进行s q l 操作的动态连接库( d l l ) ，因此实现了数据 库( d b ) 与具体的数据库管理系统( d b m s ) 的分离，使用户可以根据具体需要把 不同类型、不同内容的数据库组合成数据仓库( d w ) ，并可以支持未知的数据库格式 ( 只要提供该系统对s q l 支持的d l l ) ，数据集成在技术上较容易实现【2 “。一些数据 库软件也通过提供数据库o l e 控件作为中间件来与其它应用系统集成。数据仓库技 华中科技大学硕士学位论文 术的进一步发展为关系数据库的数据集成提供了便利。 目前主要遥感图像处理软件和空间数据库软件都是专用系统【2 2 1 ，尽管这些软件都 提供了格式转换的工具或直接读取特定类型的r s 和g i s 数据的功能，但d b 和d b m s 都不是相互独立的，采用某种r s 或g i s 软件管理空间数据，则一切的应用都无法脱 离该软件，在系统升级、扩充和维护等方面产生许多困难。近年来地理信息的标准化、 地理信息系统向开放式系统的转变( o p e n - - g i s ) 有了很大进展，但目前尚无成熟的 商品化产品。传统的系统数据交换目前大都采用 i m p o r t e x p o r t 的形式进行数据交 换，尚不支持a p i 调用的内存交换形式，基于这些支撑平台的地理信息系统集成也只 能建立在数据文件交换的基础上。在软件系统丌放潮流的影响下，遥感图像处理软件 和空间数据库软件也会像关系数据库那样走向标准化和开放性，为地理信息系统集成 提供条件。 数据是g i s 集成的主要对象，数据的品质决定了集成系统的应用范围。在g i s 数 据集成时，数据的集成至少考虑以下几方面的内容【2 3 】： ( 1 ) 数据来源的多样化，例如空间数据库、属性数据库、影像数据库、模型数据 库等。 ( 2 ) 能及时、正确、可靠、一致的存储和管理集成数据。 ( 3 ) 集成数据应具有良好的开发性、可扩展性，以适应g i s 未来发展的需求。 ( 4 ) 集成数据应具有良好的可维护性、安全性，用户界面友好。保证g i s 的运行 和维护。 ( 5 ) 减少地理信息的多格式化对系统本身的影响，即提高对其他地理信息数据格 式的包容性，则已经成为了衡量一个g i s 是否成功的重要标准之一。 目前地理信息系统数据集成主要有三种实现方法，一是基于元数据及其管理系统 的g i s 数据集成模式，可以达到文件级的数据集成，适合建立在目前商业软件平台技 术基础上的空阍数据库集成；二是基于应用程序接口a p i 的g i s 数据集成模式，可以 达到对象级的数据集成，代表地理信息系统数据集成的发展方向：三是基于o l e 和 j a v a 的面向对象的g i s 数据集成模式，将会为系统带来丌放性的好处，更符合客观 实际，更便于用户使用，数据的集成同样可以达到对象级。l l 列 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = ；= 自；目_ i l _ _ l 目；_ 目l _ 目_ l t j ；自目_ 口l _ l = - = j _ l = = = ；目= = = e = ；l t = 目t _ 目目l i ( 1 ) 基于元数据库的g i s 数据集成模式 元数据库是关于数据库描述信息的数据库。用元数据库来进行地理信息系统集成 的基本思路是将整个集成系统的各个数据库信息纳入系统的统一管理之下，形成地理 信息系统的数据仓库，并维持整个系统数据的完整性，在此基础上实现数据库的集成。 基于元数据的地理信息系统数据集成模式如图所示。 数据 请求 分布 式数 据库 管理 元数 据库 图3 - 1 基于元数据的g i s 数据集成模式 ( 来源：张健挺地理信患系统集成平台框架结构研究) ( 2 ) 基于s q l 和d l l 的面向过程的g i s 数据集成模式 关系数据库的结构化查询语言己比较成熟，而空间数据查询的s q l 目前还没有统 一的规范。如果新一代的商业g i s 和r s 软件提供其对空间结构查询语言支持的d l l ， 实现d b 和d b m s 的分离，就可以在此基础上实现各种类型的r s 、g i s 数据的集成， 形成空间数据仓库，并在统一的s q l 规范的基础上实现与统计数据库的集成，做到 华中科技大学硕士学位论文 时自j 、空间、属性数据的一体化。另外一种技术发展方向是对象一关系数据库机制。 o r a c l e 8 和i b m 的d b 2 都宣布支持对象一关系数据库，在这种新的d b m s 中，用户 可以扩充自己的数据类型及其s q l 操作，因此可以利用这种功能定义遥感影像类型 和空间数据类型，将以前分离的r s 、g i s 、属性数据纳入关系数据库的统一管理之下， 实现三种数据类型的紧密结合。空间数据的关系复杂，具有较多的语义联系，其集成 需要综合利用s q l 查询和d l l 调用【3 0 3 ”。这种数据集成模式类似于传统的结构化系 统分析和软件发计。其基本概念模式如图所示。 信息查询制图输出模型请求 。 s q l 请求 d l l 调用 、 1 0 空间数据o d b c 驱动程序管理器 f 。 a r ci n f 0i n t e r g r a p h 自行开发的数据库 o d b c 驱动程序0 d b c 驱动程序o d b c 驱动程序 a r c i n f 0i n t e r g r a p h 非标准空间数据库 空间数据库空间数据库 圈3 - 2 基于s o l 和d l l 的g i s 数据集成模式 ( 来源：张健挺地理信息系统集成平台框架结构研究) 空间数据 o d b cj 立 用 空间数据 o d b c 驱 动程序与 驱动程序 管理器 分 布 式 芝i 例 数 据 源 ( 3 ) 基于o l e 和j a v a 的面向对象的g i s 数据集成模式 以上这两种数据集成模式的共同特点是数据和作用在这些数据上的操作紧密结 合，空阳：j 数据的几何信息和属性信息被封装在一个地理对象之中，对象之间可以继承 和组合构成复杂的对象，在物理数据库中存储的是统一的时空对象。基于o l e 的模 华中科技大学硕士学位论文 = i i e = = ；= = = = = = 目l e _ _ _ _ j _ i t ；_ i 目 ；_ _ = = = e 自i 式是在客户端安装对象控件，对其它系统传输过来的对象数据进行操作，而基于j a v a 的方案则是在传输数据的同时将操纵这些数据的小程序同时传输到客户端，程序与数 据有相同的生命周期。在面向对象的模式下，地理信息系统的数据集成变得极为简单， 所要做的工作仅仅是消息的接受、转发、组合和分配。这种面向对象的数据集成模式 要求对传统的基于文件和基于扩展关系数据库的r s 和g i s 软件系统体系结构进行较 大程度的改变，但将会带来开放性的好处，更符合客观实际，更便于用户使用，数据 的集成可以达到对象级，故基于元数据库的集成方案有较大的进步。由于分布式的对 象模型对( d c o m ) 和j a 、，a 都支持网络，因此这种集成模式为地理信息系统集成从 局部区域和部门集成到互连网络集成( w e b g i s ) 奠定了基础【3 3 】。面向对象数据集成 的基本概念模式如图所示。 应用模型1应用模型2应用模型n o l ei j a v a其他 | 对象对象对象 ： g i s 数据集成平台( 对象管理器) i：。： 0 0 d b l o a d b 2 o o d b n 图3 - 3 基于0 l e 和j a v a 的面向对象的g i s 数据集成模式 ( 来源：张健挺地理信息系统集成平台框架结构研究) 3 2 g l s 集成技术 回顾地理信息系统的发展过程，可以看出地理信息系统平台的集成在技术上可以 分为如下几种形式： 5 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 基于i m p o r t e x p o r t 方式 同一g i s 软件系统不同模块之间或不同系统之间采用i m p o r t e x p o r t 的文本文 件交换形式。这是最简单也是效率最低的一种方式。其特点是利用或建立两个独立系 统的i m p o r t e x p o r t 功能以完成数据的交换。它并不对独立系统的内部或外部结构进行 任何改变，因此集成系统所需付出的代价是很低的，当然系统的效率也是很低的，用 户必须在两个独立的软件系统之间来回切换，人为的设定数据的流向。这种方式的集 成只需要少量的编程就可实现，通常是终端用户的集成策略，其优点是以较低的代价 换取一个可运行的集成系统，并且适用于任意系统之间的数据和模型集成。 f 2 ) 基于g i s 工具软件提供的开发语言 g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次丌发的宏语言进行二次应用系统开， 如e s r i 的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司研制的m a p i n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平 台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开 发的宏语言，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不 尽如人意。在这种模式下用户除了在操作系统的基础上开发应用模型被宿主系统调用 外，其它所有的操作只能建立在这个商业软件平台基础上，不同的商业软件平台一般 无法直接进行数据共享和功能互补。 ( 3 1 基于应用程序接口( a p i ) 技术 利用g i s 的开放的a p i ( 应用程序接口) 编写事件驱动程序，在运行期激活客户 系统的操作，从而提供了一个无缝的操作环境。如a r c i n f o 提供r p c 接口实现客 户端与服务器端的通讯，提供a r c i n f o 与a r c v i e w 的集成。1 9 9 2 年，d i n g 和 f o t h e r i n g h a m 利用a r c i n f o 为宿主系统，用a m l 成功了开发集成系统的运行环境 以及事件驱动程序拉哪。i m p o r t e x p o r t 功能被包括在事件驱动程序之中。对用户而言， 这种功能是透明的，不需要发指令去转换数据。这种方式的最大好处是可以获得统一 的运行环境和较高的运行性能，可以充分利用g i s 的空间分析和统计功能进行数据的 生成和模型的构造。但是，它要求作为宿主系统的g i s 必须有强大的开放的a p l 支持。 f 4 ) 基于o l e 自动化( a u t o m a t i o n ) 技术 华中科技大学硕士学位论文 对象连接与嵌入( o l e ) 的自动化功能( a u t o m a t i o n ) 提供了对象之间的互操作 功能，现有开发的商业g i s 软件如m a p l n f o 公司的m a p l n f o p r o f e s s i o n a l 和a r c i n f o 公司丌发的a r c v i e w ，都提供o l e 自动化，用户可以将该软件作为一个对象嵌入 自已的系统，用软件开发工具开发前台可执行应用程序，以o l e 自动化方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信 息处理功能。 ( 5 ) 基于o c x 控件技术 将g i s 作为对象嵌入到系统软件。这其中，既可以将g i s 动态定义为系统的应用 的对象；又可将g i s 提供的面向对象的o c x 控件嵌入到系统中使用，极大提高了系 统的开发效率。在这方面m a p l n f o 就是一个典型，其系列产品m a p x 提供了上述强大 的功能。这种开发方式给予开发者极大的灵活性租自主性，使所开发的系统更具有独 立版权和商业化软件的特征，当然其开发过程具有一定的难度，不仅取决于g i s 平台 本身，还要取决于系统开发平台的选择和开发者本身的程序设计能力。 ( 6 ) 基于对象一蓑系数据库技术( o r d b m s ) 最近发展起来的对象一关系数据库技术( o r d b m s ) 将空间数据作为一种数据类 型直接集成进入数据库系统，用户可以在这种平台上直接管理矢量空间数据、遥感图 像数据和普通关系数据，可以利用这种数据库平台的a p i 开发g i s 应用系统。 ( 7 ) 基于地理信息标准格式 例如o p e n g i s 组织采用c o b r a 标准，发布了其简单特征规范( s i m p l ef e a t u r e s s p e c i f i c a t i o n ) 1 0 版本作为开放地理信息系统的基础【2 ”，这无疑是地理信息系统软 件向开放和互操作发展的重要方向之一，但这种方式需要从底层重新开发g