基于GIS的数字城市地理空间框架建设.pdf

第 3 5卷 第 5期 2 01 2年 5月 测绘与空 间地理信息 G EO MAT I C S S P AT I AL I NF O R MAT I ON T E CHN OL o GY V o 1 3 5 N o 5 Ma y 2 01 2 基 于 GI S的数 字城 市地理 空 间框架建设 刘 辉 吕有仁 宁和军 1 湖南省地球物理地球化学勘查院 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 2 湖南省水工环地质工程勘察院 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 摘要 从数 字城 市建设 的必要性入手 说明数字城 市地理空 间框架体 系的构成 并重点结合 一 网一库一平 台 建设 阐明海量数据管理与可视化技 术的实现途径 提 出建 立城 市地理 空间框架 需要解决的核心问题 关 键词 数 字城 市 地理 空间框 架 空间数据 G I S C O R S 中图分类号 P 2 0 8 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 2 5 8 6 7 2 0 1 2 0 5 0 0 9 5 0 2 Di g i t a l Ci t y Ge o s p a t i a l Fr a me wo r k Co n s t r u c t i o n Ba s e d o n GI S L I U H u i L V Y o u r e n N I NG H e j u n 1 T h e I n s ti t u t e o f Ge o p h y s i c a l a n d Ge o c h e mi c a l E x p l o r a ti o n o f Hu n an P r o v i n c e C h ang s h a 4 1 0 0 0 4 C h i n a 2 T h e I nst i t u t e o f Hy d r a u l i c Ge o l o g i c a l E n gin e e r i n g S u r v e y o f Hu n a n P r o v i n c e C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4 C h i n a Abs t r a c t B a s e d o n t h e n e c e s s i t y o f d i g i t a l c i t y c o n s t r u c t i o n t h i s p a p e r d e mo n s t r a t e s t h e s t r u c t u r e o f d i st al c i t y f r a me w o r k e l a b o r a t e s o n t h e wa y s o f r e a l i z i n g ma s s d a t a ma n a g e me n t a n d v i s u a l i z a t i o n i n t h e l i g h t o f t h e c o n s t r u c t i o n o f o n e n e t w o r k o n e d a t a b a s e a n d o n e p l a t f o r m a n d p u t s f o r w a r d a s o l u t i o n t o t h e c o r e p r o b l e ms i n t h e c o n s t r u c t i o n o f c i t y g e o s p a t i a l fra me w o r k Ke y wo r d s d i g i t a l c i t y g e o s p a t i al f r a me wo r k s p a t i a l d a t a G I S CO RS O 引 言 数字城市 d i g i t a l c i t y 是将城市地理 资源 环境 人 口 经济 社会服务等复杂系统进行数字化 网络化 虚拟 仿真 可视化 通过宽带多媒体信息 网络 地理信息系统 G I S 虚拟现实等基础技术 整合城市信息资源 构建基 础信息平台 实现 国民经济信息化和社会公众 服务信 息 化 城市地理空间框架建设 是数字城市实现的法宝 1 地理空 间框架建设的必要性 建设数字城市 是信息化背景下城市发展不可 回避 的课题 通过建立数字城市地理空间框架 提供一种新 的管理手段 为经济社会可持续发展和宏观管理提供 辅 助决策支持系统 改善城市信息化基础设施水平 当前 信息化和全球化正 以迅猛的态势席卷全球 信息化浪潮 带来一场从根本上改变人们生产方式 生存方式的革命 正成为全球贸易 投资 资本流动和技术转移 以及社会 经济 文化等一切领域发展的主要动力 数字地理空间框架是空间信息基础设施的重要组成 部分 是经济社会信息化发展的基础平台 利用现代信息 网络构建经济发展平台 促进城市经济的腾飞 建立数字城市地理信息数据库 构建权威 的城市地 理空间框架 集成城市相关 经济社会信息 能为政府 部 门 用户提供统一的 共享的数据平 台 实现与专题数据 的整合 丰富和扩展基础地理信息数据 内容 是实现数字 省区 数字中国的基础 2 地理空间框 架构成 城 市地理空间框架是数字城市建设 的核 心任务之 一 它为城市发展和信息化建设提供统一 的空间定位与 基础地理信息公共平 台 进而实现城市信息资源按照地 理空间位置的整合和共享 参考武汉等数字城市的建设 的成功经验 根据 地理空间框架基本规定 C H T 9 0 0 3 2 0 0 9 等国家标准 地理空间框架从总体上 由基础地理 信息数据体系 目录与交换体系 政 策法规 与标准体系 组织运行体系和公共服务体系等构成 数字城市的地理 空间框架系统构成如图 1所示 地理空间框架建设项 目 可简单地概括为以基础的 数据采集与更新的连续运行参考站系统 C O R S网建设 以 数据管理与开发的数据库系统建设 以数据应用为 目的 的公共服务平台建设 即 一网一库一平台 1 空间数据基准 运用现代大地测量 C O R S 等高新技 术 结合城市厘米级精度的似大地水准面精化 建立城市 统一 的高精度平面坐标系统和高程系统 统一测绘基准 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 一 o 4 作者简介 刘辉 1 9 6 9 一 男 湖南邵阳人 工程师 学士 主要从事数字城市与城市规划工作 9 6 测绘 与空间地理信 息 2 0 1 2聋 政 一 公 共 服 务 体系 1 卜 I 一 策 组 法 一 织 则 运 柄 行 准 i 体 体 系 系 目 录 与 交 换 体 系I 一 图 1 数字城市地理空间框架结构图 Fi g 1 The s t r uc t u r e of d i g i t al c i t y g e os pa t i a l f r ame wor k 实现用 G P S测量获取高精度的 3维坐标 2 基础地理信息数据库 建立数据存储 更新 查询 检索和分发机制 3 管理和服务平台 以满足城市管理 和决策的需求 为出发点 构建空间数据开发与管理平 台 部 门应用服务 平台 专题信息集成平台等 3 数据处理关键技术 采取航空摄影测量技术 高分辨率卫星遥感技术 地 面测绘技术 G P S测量技术 激光扫描技术 可视化和虚拟 现实技术等手断进行城市空 间数据采集与更新 发展 和 完善多元海量数据的挖掘 融合 集成 与管理 开发实用 的真 3维数据管理与表现技术 实现数据自动化处理 3 1 快速获取高分 辨率影像数据 采用航空摄影 数字摄影 卫星遥感 无人机等仪器设 备 利用相应的数据处理软件 可 以获得高分辨率影像数 据 处理城市影像数据主要是识别人工地物 依靠影像的 光谱特征 目标形状 特征基元 空间位置关系进行判读 通 过采用传统基于像元的分析法 结合专家分析系统 计算 机模拟来提取人工建筑物 达到准确解译影像的目的 3 2建立空间数据基础设施 空间数据基 础设施 s p a f i a l D a t a I n f r a s t r u c t u r e简称 S D I 是指用于采集 处理 加工地理空间数据 并进行管 理 维护 分发 服务和组织协调的基本设施体系 数字城 市建设 管理与运 营 需要有软硬件等基础设施做保 障 其中 主要的是 C O R S站网建设 网络设施建设和相关 的 配套 政策 3 3 可视化和虚拟现实技术 通过虚拟现实系统建立信息空间 使人们能够通过 视觉 听觉和运动感觉等形式产生具有身临其境感觉 的 交互式视景仿真 建立虚拟仿真环境 实现动态可视化 虚拟现实技术与地理信息系统 G I S 技术 的完美结合 开 发虚拟地理信息系统 V R G I S 用 于研究 区域的真实 环境再现与规划 可实现城市超越空间的虚拟化运行 分 析和评价 实现对虚拟仿真环境进行空间管理和分析 3 4海量空间数据管理 数字城市建设 中数据多 包括基础矢量数据 信息服 务数据 遥感影像数据 地理编码数据 元数据等 如何将 数据统一并且高效地组织和管理 是系统能否运营的关 键所在 这就要求支持空间数据库的 G I S平台具有提供海 量空间数据管理 的能力 各种 数据的处理都是建立 在 G I S的基础上 地理空间框架建设 的核心是数据的组织管 理与开发应用 图 2是海量数据管理结构图 图2 数据管理结构图 Fi g 2 The s t r u c t ur e o f da t a ma nag e m e nt 4 当前 需要解决的核心 问题 4 1 空间数据格式转换 当前 城市已有的空间数据包括地形数据 土地利用 数据 建筑物现状数据 地籍数据 房地产数据 以及相应 的属性数据等 就数据形式而言 城市空 间数据最主要 的是数字线划图 D L G 数字正射影像数据 D O M 数字 高程模型数据 D E M 和数字栅格 图 D R G 但是 由于 各种数据的基准不统一 数据的现势性不强 建立城市的 大地定位系统空间基准站已势在必行 基准站连续 不问 断地观测 G P S的卫星信号获取该地区和该时间段 的 局 域精密星历 及其他改正参数 按照用户要求把静态数据 打包存储并把基准站 的卫星信息送往服务器 进入数据 处理中心 随着 G P S技术 的飞速进步和应用普及 利用 多基站网络 R T K技术建立的 C O R S站网已成为数字城市 建设 G P S发展的热点 4 2 软件开发平台建设 软件开发平 台包含空间数据集管理平台 专题信息 集成平 台及公众服务平台 支撑环境包括软件环境 硬件 环境和网络环境 硬件环境主要有专业输入设备 输出设 备及大容量存储设备 网络环境主要有网络服务器 数据 库服务器和交换设备 4 3多源数据的融合 数字城市地理空间基础框架建设要充分运用遥感 R S 和大地定位系统 G P S 的有关数据 结合地理信息 下转第 9 9页 第 5期 陈军 A r c G I S环境下地图符号库的实现 强大的高级应用组件 利用 M a p C o n t r o l 和 P a g e L a y o u t C o n t r o l 可以实现 显示图层地图 放大 缩小 漫游 生成图 5 2 A r c O b j e c t s制作 电力线 A r c O b j e c t s 是一种框架 提供了开发 A r c G I S应用程序 的基础 开发人员可以利用 A r c O b j e c t s框架进行 编辑 以 提高 A r c G I S 的性能或扩展其应用 例 如 高速 公路 街 道 铁路 河流 管道 下水道等是现实生活 中线性物体的 例子 这类线性物体往往有一个 自身的测量系统 即用沿 线性物体的相对距离来定义线性物体上每一个离散点的 位置 如铁路里程值 可 以表示铁 路线上各站 点的位置 常规方法是根据线性物体上一些已知点的坐标以及沿线 性物体的相对距离和沿线性物体的走 向来推算未知点的 平面 Y 坐标 这种方法虽然理论上可行 但在实际操作 中存在计算复杂 计算量大且定位不准确的问题 因为 线性物体并不是单纯的直线 而是不规则的曲线 所 以沿 曲线的相对距离只能由曲线上各节点之间的直线距离累 计而成 不仅计算烦琐 而且 当累计到一定程度时 会 出 现较大的误差 如图 1所示 两节点间的直线距离并不完 全等于曲线距离 另外在由相对距离推算 Y 坐标时 还 图 1 两节点间的直线距离取代曲线 距离时会产生一定的误差 n g 1 Th e e r r o r p r o d u c e d wh e n t h e c u r v e d i s t a n c e r e pl a ce d by l i n e d i s t a nc e 要考虑各节点的走向 相 同的距离 不同的走 向 将得 出 两个截然相反的点 这样使 问题变得更加复杂且易出错 5 3 在 V B A中编程实现电力线 打开 V B 6 0企业版 出现新建 工程框架 打开标准 E X E 出现一个 F o r m窗 口 然 后双 击左 面工具栏 里 的 T e x t B o x 将会在 F o rm 窗 口中出现 T e x t 1窗口 双击任何 区域 出现 T e x t l 编程区域 在把程序加入 就会实现电力 线的制作 6 结束语 本文以 1 1 0 0 0 0地 图符号库 为例 主要论述 了基于 A r c G I S的地 图符号库 中不同种类符号 的制作方法 这样 制作的地图符号库不仅符合 国家地图图式 的规定 而且 和 A r c M a p中 自 带 的符号一样使用方便 且可视效果好 统一的编码为检查核对 以及使用带来了很 大的方便 对 同一种地物可 以进行批处理 减少了许多寻找符号所引 起的时间消耗 同时开放式 的设计使用户在制作专题地 图等特殊需要而需添加新 的符号时 可直接加进去 最重 要的是这种方法不需要编程调试 简单易用 参考文献 1 郭达志 地理信息系统原理与应用 M 徐州 中国矿业 大学出版社 2 0 0 2 2 熊卫东 罗年学 R D G I S开放式 地图符号体系设计 J 测绘信 息与工程 2 0 0 3 2 2 7 2 8 3 游涟 周宏伟 地 图代数符号库 的数据结构设计 J 测 绘工程 2 0 0 2 l 1 4 1 4 1 7 4 国家测绘局测绘标准化研究所 G B T 7 9 2 9 1 9 9 5 1 5 0 0 1 1 0 0 0 1 2 0 0 0地形 图图式 S 北京 中国标准 出版 社 1 9 9 6 5 党安荣 A R C G I S 8 D e s k t o p地理信息系统应用指南 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 2