城市信息资源整合中的相关GIS技术
发布时间：2015-07-09 11:01
摘要：本文分析了城市信息资源整合的难点，概述了ComGIS、TGIS、WebGIS等GIS技术的三个重点发展领域与对系统集成的影响。
关键词：GIS，系统集成
RelevantGIStechnologyofResourceIntegrationofUrbanInformation
Abstract:Thispaperanalysesthedifficultpointsofresourceintegrationofurbaninformation,introducesthethreedevelopingfieldsandtheireffectsonsystemintegration:ComGIS、TGIS、WebGIS。
Keywords:GeographicInformationSyetem，SystemIntegration
GIS是在计算机软件和硬件支持下，以一定格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统，具有数据输入、存储、编辑、操作运算、数据查询检索、应用分析、数据显示及结果输出、数据更新等基本功能，具有标准化、数字化和多维结构等基本特点，是综合处理与分析多源时空数据的理想平台，是空间信息的“大管家”，是系统集成与信息整合的关键。
一、城市信息资源整合的难点
建立数字地球、数字城市、数字行业，遇到的第一个难题就是数据建库面宽量大，成为信息建设的门槛。更由于软件平台和相关技术没有形成行业认同和推广的标准，造成行业间甚至行业内平台各异、数据集成困难，形成许多信息的孤岛，造成大量重复性劳动，降低了信息化建设的整体效益。
GIS信息整合技术上突出表现在跨平台异构数据的集成与转换。目前数据集成方式主要采用数据格式转换模式、数据互操作模式和直接数据访问模式，多数据格式的无缝集成技术还在不断发展之中，矛盾集中在以下三个方面。 属性数据与空间数据的集成
目前GIS数据管理的流行做法是将由GIS管理的数据转移到关系数据库管理系统，但由于关系数据模型的局限性，往往将属性数据放入关系数据库，图形空间数据仍以文件形式管理。ARC/INFO等大型GIS软件已经开始向集成化管理方向发展，通过空间数据引擎（SDE），将空间数据也纳入数据库管理之中。
2、矢量数据与栅格数据的集成
GIS中大量使用的是矢量数据，其数据结构由点、线、面及其拓扑连接关系组成。遥感影像则属于栅格数据，其数据结构为象元陈列，每个象元由行列号位置及其属性值定义。传统上二者在软件平台、数据管理上完全分离，目前做到了平台统一、但数据管理分离，今后的发展趋势是平台、数据的完全统一，将为在GIS中矢量、栅格数据的综合管理和分析处理提供最大的方便。
3、CAD到GIS的数据转换
由于大量基础数据是以CAD格式存储的，CAD—GIS完整的数据识别和转换，关系到能否充分利用和保护已有的大量数据资源。目前部分GIS软件支持直接读取CAD数据格式，大部分提供了转换接口，但因二者数据结构的差异，都还存在着一定的信息损失，给数据转换和加工整理带来一定难度。
关键词：GIS，系统集成
RelevantGIStechnologyofResourceIntegrationofUrbanInformation
Abstract:Thispaperanalysesthedifficultpointsofresourceintegrationofurbaninformation,introducesthethreedevelopingfieldsandtheireffectsonsystemintegration:ComGIS、TGIS、WebGIS。
Keywords:GeographicInformationSyetem，SystemIntegration
GIS是在计算机软件和硬件支持下，以一定格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统，具有数据输入、存储、编辑、操作运算、数据查询检索、应用分析、数据显示及结果输出、数据更新等基本功能，具有标准化、数字化和多维结构等基本特点，是综合处理与分析多源时空数据的理想平台，是空间信息的“大管家”，是系统集成与信息整合的关键。
一、城市信息资源整合的难点
建立数字地球、数字城市、数字行业，遇到的第一个难题就是数据建库面宽量大，成为信息建设的门槛。更由于软件平台和相关技术没有形成行业认同和推广的标准，造成行业间甚至行业内平台各异、数据集成困难，形成许多信息的孤岛，造成大量重复性劳动，降低了信息化建设的整体效益。
GIS信息整合技术上突出表现在跨平台异构数据的集成与转换。目前数据集成方式主要采用数据格式转换模式、数据互操作模式和直接数据访问模式，多数据格式的无缝集成技术还在不断发展之中，矛盾集中在以下三个方面。 属性数据与空间数据的集成
目前GIS数据管理的流行做法是将由GIS管理的数据转移到关系数据库管理系统，但由于关系数据模型的局限性，往往将属性数据放入关系数据库，图形空间数据仍以文件形式管理。ARC/INFO等大型GIS软件已经开始向集成化管理方向发展，通过空间数据引擎（SDE），将空间数据也纳入数据库管理之中。
2、矢量数据与栅格数据的集成
GIS中大量使用的是矢量数据，其数据结构由点、线、面及其拓扑连接关系组成。遥感影像则属于栅格数据，其数据结构为象元陈列，每个象元由行列号位置及其属性值定义。传统上二者在软件平台、数据管理上完全分离，目前做到了平台统一、但数据管理分离，今后的发展趋势是平台、数据的完全统一，将为在GIS中矢量、栅格数据的综合管理和分析处理提供最大的方便。
3、CAD到GIS的数据转换
由于大量基础数据是以CAD格式存储的，CAD—GIS完整的数据识别和转换，关系到能否充分利用和保护已有的大量数据资源。目前部分GIS软件支持直接读取CAD数据格式，大部分提供了转换接口，但因二者数据结构的差异，都还存在着一定的信息损失，给数据转换和加工整理带来一定难度。
二、GIS技术的发展趋势
GIS是3S技术中开发最早、应用最普遍的技术，随着数据库技术的发展、计算机性能的提高、网络应用的普及，GIS技术在迅速的发展之中，在横向的应用系统集成、纵向的历史数据管理和广域的信息资源传播三个方面不断取得新的突破，将不断改进信息资源整合的方式，提高信息化建设的水平和效益。 组件式GIS的发展与横向的应用系统集成
GIS系统与专业应用软件的集成方式有几种：通过存取中间文件的方式建立数据交换通道；直接使用GIS软件提供的二次开发语言编制应用分析模型；利用专业程序设计语言开发应用模型，并直接访问GIS软件的内部数据结构；通过动态数据交换（DDE）建立GIS与应用模型之间的快速通信。传统的GIS软件技术体系（GIS模块、集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS），都无法做到与应用系统的高效集成。
组件式GIS（ComGIS）正是适应这种需要发展起来的新的技术体系，通过提供通用的组件对象平台（Microsoft的COM/DCOM）和标准的组件接口（ActiveX控件），实现了跨平台、跨语言的无缝集成，将最大限度地保护、利用和整合已有信息资源，促进在数字城市的平台上构建更高层次的城市规划信息系统。
2、时态GIS的发展与纵向的历史数据管理
传统的GIS只涉及地理信息的两个方面——空间位置和属性定义，对数据进行静态或准动态的数据库管理，是二维或三维的信息表现；在数据库更新时，过时的数据将从数据库中删除。时态GIS（TGIS）则强调数据的时态，即三维标识加时间概念，既要求保证数据库的现势性，又强调历史资料的重要性，可以提供任何时刻和时间段的数据，是四维的信息表现，将为开展纵向的城市用地变迁分析提供更有利的平台。
TGIS技术还在发展之中，目前流行的做法是在现有数据模型基础上加以扩充，在关系模型（RDBMS）的元组中加入时间，在对象模型（OODB）中引入时间属性。
3、因特网GIS的发展与广域的信息资源传播
网络技术应用主要有几种模式：主机—终端式、工作组方式、客户/服务器(Client/Server)方式、浏览器/服务器(Browse/Server)方式。网络数据库的访问模式由文件共享方式发展到数据库服务器管理方式，包括文件共享、目录映射、目录服务、文件服务、数据服务和分布式计算等多种网络服务。因特网GIS（WebGIS）是传统GIS适应网络化应用需要的又一最新发展，是Internet技术与GIS技术相结合的产物，使GIS进入了千家万户，将为开展城市规划公共参与、成果展示和政务公开提供一个便民、互动的技术平台。
目前WebGIS还处于成熟的初级阶段，已经推出的WebGIS大多是利用现有GIS软件通过CGI/ServerAPI构造的过渡型产品，发展方向是基于DCOM/ActiveX或COBRA/Java开发的分布式对象GIS。
三、GIS技术与相关技术的融合
GIS技术不是孤立的，必须融合到数字地球、数字城市的整体技术系统中，与信息获取、信息标准、数据管理与加工等技术同步发展，才能不断提高城市信息资源整合的质量。 3S技术的集成与4D产品
3S技术的发展，从不同方面改变了人类获取信息、处理信息的手段。3S的集成，就是有效利用各种技术的优势（GPS的空间定位技术、RS的实时遥感信息、GIS的数据库管理功能），改变过去完全依靠人工野外勘测、数据采集、图件清绘、数据加工的历史，提高信息采集、整理和再加工的自动化程度，逐步实现空间信息获取—矫正—建库管理的一体化。
3S技术的集成还将彻底改变GIS使用的背景地图。传统的线划地图不仅建立周期长、更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。基于航空影象图基础的4D产品（数字线划地图DLG、数字高程模型DEM、数字栅格地图DRG、数字正射影像图DOM）有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点，将实现多源空间信息的汇集。
2、元数据标准与广义的信息标准
元数据（Metadata）是关于数据的数据，即关于数据的内容、质量、状况和其他特性的信息。元数据库是描述跨地域、跨行业的各类数据库来源、权属、精度、范围等信息的数据库，将整个集成系统的各个数据库纳于统一的管理之下，形成跨系统的数据仓库，并维持整个系统数据的完整性。
元数据标准的建立，将形成城市及区域物理上分布而逻辑上集中的整体数据视图和空间数据索引，构成广义上的信息整合体系。
3、数据仓库与高质量的数据整合
数据仓库（DataWarehouse）是针对决策分析处理的、面向主题的、集成的、持久的、随时间不断变化的数据集合,通过数据的抽取、转换、分布、存储、呈现、管理和维护，从大量的事务型数据中按照需要抽取数据，并将其清理转换为新的格式，即为决策目标把数据聚合在一种特殊的格式中，作为决策分析的数据基础。数据挖掘（DataMining）是数据库技术与人工智能技术的结合，通过分类、回归、概括、依赖模式、变化和偏离检测等一系列方法，从大量数据中自动、快速、有效地提取模式和发现知识，它是一种决策过程，从大量数据库中发现并提取隐藏在内的合理的、有效的信息，是在当前信息爆炸时代充分利用信息的有效手段。
4、空间信息栅格与空间信息资源汇集
空间信息栅格（SIG）是建立在国家空间数据基础设施（NSDI）基础上的空间数据协调、管理与分发体系，其核心由空间数据标准与协议、空间信息资源汇集、一体化管理与处理平台和集成应用环境组成。
SIG框架由空间信息栅格主体、空间信息获取系统、空间信息栅格支撑环境及空间信息技术下的应用系统组成。其中空间信息获取系统包括GIS、GPS、RS和DCS等，是SIG的数据来源；支撑环境包括计算服务、宽带传输和授权安全服务等，是SIG进行数据存储、管理、计算、传播、应用的国家信息基础设施（NII）；应用系统包括资源/环境空间信息应用、城市空间信息应用、空间信息移动服务等，是SIG的应用领域。
GIS及相关技术的发展，在数据采集、建库、管理、集成和处理技术等方面推陈出新，为城市信息资源整合不断提供新的可能，将为信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理提供有力的技术支持，确保来自任何空间信息源的信息（anyevent）经过处理能在任何时候（anytime）发送并服务于在任何地点（anywhere）任何有需求而且有相应权限的空间信息用户（anyone），即实现所谓的"4A"目标。
参考文献：
1李德仁.论RS、GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术.遥感学报，1997，1（1）
2李德仁.信息高速公路、空间数据基础设施与数字地球.测绘学报，1999，28（1）
GIS是3S技术中开发最早、应用最普遍的技术，随着数据库技术的发展、计算机性能的提高、网络应用的普及，GIS技术在迅速的发展之中，在横向的应用系统集成、纵向的历史数据管理和广域的信息资源传播三个方面不断取得新的突破，将不断改进信息资源整合的方式，提高信息化建设的水平和效益。 组件式GIS的发展与横向的应用系统集成
GIS系统与专业应用软件的集成方式有几种：通过存取中间文件的方式建立数据交换通道；直接使用GIS软件提供的二次开发语言编制应用分析模型；利用专业程序设计语言开发应用模型，并直接访问GIS软件的内部数据结构；通过动态数据交换（DDE）建立GIS与应用模型之间的快速通信。传统的GIS软件技术体系（GIS模块、集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS），都无法做到与应用系统的高效集成。
组件式GIS（ComGIS）正是适应这种需要发展起来的新的技术体系，通过提供通用的组件对象平台（Microsoft的COM/DCOM）和标准的组件接口（ActiveX控件），实现了跨平台、跨语言的无缝集成，将最大限度地保护、利用和整合已有信息资源，促进在数字城市的平台上构建更高层次的城市规划信息系统。
2、时态GIS的发展与纵向的历史数据管理
传统的GIS只涉及地理信息的两个方面——空间位置和属性定义，对数据进行静态或准动态的数据库管理，是二维或三维的信息表现；在数据库更新时，过时的数据将从数据库中删除。时态GIS（TGIS）则强调数据的时态，即三维标识加时间概念，既要求保证数据库的现势性，又强调历史资料的重要性，可以提供任何时刻和时间段的数据，是四维的信息表现，将为开展纵向的城市用地变迁分析提供更有利的平台。
TGIS技术还在发展之中，目前流行的做法是在现有数据模型基础上加以扩充，在关系模型（RDBMS）的元组中加入时间，在对象模型（OODB）中引入时间属性。
3、因特网GIS的发展与广域的信息资源传播
网络技术应用主要有几种模式：主机—终端式、工作组方式、客户/服务器(Client/Server)方式、浏览器/服务器(Browse/Server)方式。网络数据库的访问模式由文件共享方式发展到数据库服务器管理方式，包括文件共享、目录映射、目录服务、文件服务、数据服务和分布式计算等多种网络服务。因特网GIS（WebGIS）是传统GIS适应网络化应用需要的又一最新发展，是Internet技术与GIS技术相结合的产物，使GIS进入了千家万户，将为开展城市规划公共参与、成果展示和政务公开提供一个便民、互动的技术平台。
目前WebGIS还处于成熟的初级阶段，已经推出的WebGIS大多是利用现有GIS软件通过CGI/ServerAPI构造的过渡型产品，发展方向是基于DCOM/ActiveX或COBRA/Java开发的分布式对象GIS。
三、GIS技术与相关技术的融合
GIS技术不是孤立的，必须融合到数字地球、数字城市的整体技术系统中，与信息获取、信息标准、数据管理与加工等技术同步发展，才能不断提高城市信息资源整合的质量。 3S技术的集成与4D产品
3S技术的发展，从不同方面改变了人类获取信息、处理信息的手段。3S的集成，就是有效利用各种技术的优势（GPS的空间定位技术、RS的实时遥感信息、GIS的数据库管理功能），改变过去完全依靠人工野外勘测、数据采集、图件清绘、数据加工的历史，提高信息采集、整理和再加工的自动化程度，逐步实现空间信息获取—矫正—建库管理的一体化。
3S技术的集成还将彻底改变GIS使用的背景地图。传统的线划地图不仅建立周期长、更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。基于航空影象图基础的4D产品（数字线划地图DLG、数字高程模型DEM、数字栅格地图DRG、数字正射影像图DOM）有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点，将实现多源空间信息的汇集。
2、元数据标准与广义的信息标准
元数据（Metadata）是关于数据的数据，即关于数据的内容、质量、状况和其他特性的信息。元数据库是描述跨地域、跨行业的各类数据库来源、权属、精度、范围等信息的数据库，将整个集成系统的各个数据库纳于统一的管理之下，形成跨系统的数据仓库，并维持整个系统数据的完整性。
元数据标准的建立，将形成城市及区域物理上分布而逻辑上集中的整体数据视图和空间数据索引，构成广义上的信息整合体系。
3、数据仓库与高质量的数据整合
数据仓库（DataWarehouse）是针对决策分析处理的、面向主题的、集成的、持久的、随时间不断变化的数据集合,通过数据的抽取、转换、分布、存储、呈现、管理和维护，从大量的事务型数据中按照需要抽取数据，并将其清理转换为新的格式，即为决策目标把数据聚合在一种特殊的格式中，作为决策分析的数据基础。数据挖掘（DataMining）是数据库技术与人工智能技术的结合，通过分类、回归、概括、依赖模式、变化和偏离检测等一系列方法，从大量数据中自动、快速、有效地提取模式和发现知识，它是一种决策过程，从大量数据库中发现并提取隐藏在内的合理的、有效的信息，是在当前信息爆炸时代充分利用信息的有效手段。
4、空间信息栅格与空间信息资源汇集
空间信息栅格（SIG）是建立在国家空间数据基础设施（NSDI）基础上的空间数据协调、管理与分发体系，其核心由空间数据标准与协议、空间信息资源汇集、一体化管理与处理平台和集成应用环境组成。
SIG框架由空间信息栅格主体、空间信息获取系统、空间信息栅格支撑环境及空间信息技术下的应用系统组成。其中空间信息获取系统包括GIS、GPS、RS和DCS等，是SIG的数据来源；支撑环境包括计算服务、宽带传输和授权安全服务等，是SIG进行数据存储、管理、计算、传播、应用的国家信息基础设施（NII）；应用系统包括资源/环境空间信息应用、城市空间信息应用、空间信息移动服务等，是SIG的应用领域。
GIS及相关技术的发展，在数据采集、建库、管理、集成和处理技术等方面推陈出新，为城市信息资源整合不断提供新的可能，将为信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理提供有力的技术支持，确保来自任何空间信息源的信息（anyevent）经过处理能在任何时候（anytime）发送并服务于在任何地点（anywhere）任何有需求而且有相应权限的空间信息用户（anyone），即实现所谓的"4A"目标。
参考文献：
1李德仁.论RS、GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术.遥感学报，1997，1（1）
2李德仁.信息高速公路、空间数据基础设施与数字地球.测绘学报，1999，28（1）