长江流域基础地理信息平台构想（王喜春）

时间：2021-01-10 08:09:06　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 长江流域基础地理信息平台是位于长江流域底层空间信息数据库和长江水利委员会各部门（企业）上层应用信息系统之间的一种中间件（Middleware），它一方面通过空间数据引擎（SDE）对城市基础地理信息数据进行统一采集、建库和维护更新，以便为所有部门提供统一标准、统一内容的地理信息参考框架;另一方面又为长江水利委员会各部门和企业的上层应用系统提供统一的运行和开发环境，包括统一的访问平台基础地理信息数据的接口。简述长江流域基础地理信息平台的概念及其提出的背景，提出当前建设长江流域基础地理信息平台的主要关键技术、主要作用，结合目前的实际情况，提出合理化的构想。

关键词: 基础地理信息平台;3S技术;水资源管理;信息化;长江流域

中图分类号: P208 文献标识码: A

1 背景

随着地理信息系统应用的不断发展和流域信息化的日新月异，长江水利委员会各部门都根据自己的业务需求开发了地理信息应用系统，在实际工作中发挥了很大的作用。但是由于存在着信息应用参差不齐、标准不统一、缺乏信息共享、缺乏统一规划等问题，部门之间各自为政，分别安排相应的经费，组织有关技术队伍进行地理信息数据的生产和信息系统的建设。很多工作是低水平上的重复，这不仅造成了宝贵资金的大量浪费，还导致了数据的相互矛盾，使得不同部门的系统之间不能进行互连和共享，严重阻碍着流域信息化的进一步发展。

解决上述问题也是我们构建长江流域基础地理信息平台的目的。整个平台要为整个长江流域管理部门提供统一的数据参考和数据访问服务，从而既避免数据生产的重复投资，又可解决数据之间的相互矛盾问题，而且还使得应用系统的构建有了共同的基础，为长江流域的防洪规划、防洪调度、灾害评估、工程建设、水利信息化提供服务，为长江委的各种决策支持系统提供数字化、高质量、标准化的基础地理信息;使实现长江流域空间信息数据共享成为可能。

2 概述

长江流域基础地理信息平台是位于长江流域底层空间信息数据库和长江水利委员会各部门（企业）上层应用信息系统之间的一种中间件（Middleware），它一方面通过空间数据引擎（SDE）对城市基础地理信息数据进行统一采集、建库和维护更新，以便为所有部门提供统一标准、统一内容的地理信息参考框架;另一方面又为长江水利委员会各部门和企业的上层应用系统提供统一的运行和开发环境，包括统一的访问平台基础地理信息数据的接口。长江基础地理信息数据是指长江水利委员会各部门都需要的数据。在基础地理信息平台数据的框架体系结构之下，各部门的专业数据可以找到自己的准确地理定位，从而在基础地理信息数据的基础上对专业数据进行管理、维护和应用。

长江流域基础地理信息平台体现了第四代地理信息系统的“由以系统为中心向以数据为中心，实现空间数据共享与服务的转变”的特点，是流域地理信息系统应用的最新发展方向，也是数字流域的核心。长江流域基础地理信息平台包括海量地理信息数据库、数据管理服务功能和应用服务接口等。在构建长江基础地理信息平台过程中，要解决长江流域基础地理信息分类标准、数据库建库标准、元数据标准与元数据平台、数据管理、数据发布、数据更新、数据服务、安全防护、应用服务接口等一系列问题。

3 关键技术

3.1 长江流域基础地理信息平台的总体架构设计

由于长江流域基础地理信息平台涉及到了长江流域应用的方方面面，而这些应用，包括长江流域管理部门、企业和公众个人用户，其空间位置是分布式的，这也决定了平台要采用分布式的物理架构。

3.2 基础空间数据库建库方案

长江流域基础地理信息平台的核心是海量地理空间数据的集成，即要通过各种类型空间数据和属性数据的有机组合来真实地描述长江流域，如高分辨率正射影像数据、数字高程模型数据、城市基本要素矢量数据库、地名数据库、社会经济数据库等，并且通过空间元数据库技术来实现对这些数据库的组织和索引，从而形成统一的数据库系统。整个空间数据库的建库方案涉及到了众多长江流域基础地理信息分层分类编码等标准，以及空间数据引擎一体化存储管理空间和属性数据、分布式空间数据库技术，是整个长江流域基础地理信息平台的关键技术之一。

3.3 元数据平台方案

为了提高数据共享和交换的效率，还需要采集上述基础地理信息数据（特别是空间数据）的元数据。元数据是对数据的描述，空间元数据用于描述空间数据的内容、质量、表示方法、空间定位、管理方式及其他特征，它用来组织和管理空间信息，挖掘空间信息资源，帮助数据使用者查询所需的空间信息，用来建立空间信息的数据目录，提供数据转换方面的信息。为了科学地抽取基础空间数据的元数据组织成元数据库，并建立相应的元数据平台来实现对该元数据库进行集中管理和操作，元数据标准、分布式的元数据平台的结构和功能也就成为整个长江流域基础地理信息平台的关键技术之一。

3.4 平台权限和安全管理机制

长江流域基础地理信息平台为长江流域各部门提供一个资源共享的框架。这个框架结构在方便了部门间空间信息交换的同时，也带来了跨部门的用户管理和跨部门的空间数据资源的管理的问题。原则上，各部门用户在未授权的情况下只能访问本部门的数据，不同比例尺的图形数据的安全级别也不一样，等等。这一系列安全机制都需要构建。此外，平台空间数据在万维网上的发布还涉及到了公共数据在Internet网络环境下的安全问题。跨部门的数据安全和权限的整体解决方案的制定也是整个流域基础地理信息平台的关键技术之一。

4 基础信息地理平台的构想

4.1 基础地理信息平台总体架构

长江流域基础地理信息平台用于存储各个部门公用的数据，并通过互联网与各个职能部门的数据节点进行连接，形成一种分布式的空间数据共享应用环境。由于基础地理信息平台中的数据是各部门都需要的数据，因此又称其所在的服务器为数据中心节点，相应的其它专业部门的数据节点称为分节点。

整个基础地理信息平台的体系结构如图1所示。

平台数据的核心是中心节点数据库，它存储数字正射影像数据、数字高程模型数据、基本要素矢量数据、地名数据和相应的属性数据等基础地理信息数据，并通过元数据库和元数据平台进行集成。这些数据是描述流域空间结构的框架数据，具有多尺度、多比例尺、多源和多时相的特征。这些差异性通过平台的服务器软件的整合，中心节点的管理员可以在相应的安全权限下对基础地理信息库进行统一管理和更新。而分节点则存储着相应部门的专业数据，并通过中心节点提供的应用系统接口建立自身的上层部门应用系统来完成对中心节点的数据访问。在管理基础地理信息数据库的功能之上，基础地理信息平台又是网络环境下的地理信息系统，应当具有基本的数据管理与分析的功能，如数据查询与检索、数据叠加、空间数据分析、专题制图、数据更新等。另外，由于基础地理信息平台的主要作用就是要为所有的应用系统提供数据服务，因此必须具备在网络环境下提供数据服务的有关功能，如数据服务标准接口程序、数据访问权限认证、数据压缩传输、数据安全防护等。

基础地理信息平台除了要为各种应用系统提供数据接口外，还要为长江委的电子政务系统提供标准接口，以便在电子政务系统中也能随意调用地理信息数据，拓宽电子政务系统的功能。

基础地理信息平台的用户包括公众用户和长江委用户两种类型，长江委用户可以通过超文本界面和图形界面两种方式调用平台。而公众用户则通过超文本界面来调用。

在各个分节点上都按统一的标准进行专题数据的集成，建立相应的元数据库，并按与中心节点相似的方式进行数据管理和数据服务。任何一个分节点在建立好之后，均可通过向中心节点注册而成为整个数据共享范围内的数据节点，从而在向所有用户提供不同级别数据服务的同时，获得其它节点提供的数据服务。

采用这种方式的优点:

（1）适合分布式的管理与控制。这种分布式的空间数据共享应用环境的结构更适合具有地理分布特性的组织或机构使用，允许长江委内分布在不同区域、不同级别的各个部门对其自身的数据实行局部控制。例如:实现全局数据在本地录入、查询、维护，这时由于计算机资源靠近用户，可以降低通信代价，提高响应速度，而涉及其他场地数据库中的数据只是少量的，从而可以大大减少网络上的信息传输量;同时，局部数据的安全性也可以做得更好。

（2）具有灵活的体系结构。分布式数据库系统的场地局部DBMS的自治性，使得大部分的局部事务管理和控制都能就地解决，只有在涉及其他场地的数据时才需要通过网络作为全局事务来管理。分布式DBMS可以设计成具有不同程度的自治性，从具有充分的场地自治到几乎是完全集中式的控制。

（3）系统健壮性好，可用性好。分布式系统比集中式系统具有更高的可靠性和更好的可用性。如由于数据分布在多个场地并有许多复制数据，在个别场地或个别通信链路发生故障时，不致于导致整个系统的崩溃，而且系统的局部故障不会引起全局失控。

（4）在一定条件下响应速度加快。如果存取的数据在本地数据库中，那么就可以由用户所在的计算机来执行，速度就快。

（5）可扩展性好，易于集成现有系统，也易于扩充。

4.2 平台基本功能

平台提供的基本服务应该包括数据访问服务、数据修改和更新服务以及一部分像路径分析、专题制图之类的GIS功能服务。另外，平台服务还包括元数据服务和安全验证服务，在这些服务之上，平台还要为上层的应用信息系统提供统一的运行和开发环境，对这些系统提供访问平台数据访问服务的接口。系统主要有以下功能。

4.2.1 数据访问

包括各种用户对系统空间（属性）数据资源的使用的基本操作:

（1）浏览数据。指用户对本系统空间数据的浏览（包括放大、缩小、漫游等基本图形操作）和属性数据的浏览。

（2）查询数据。包括属性数据查询、通过属性数据查询空间信息、通过空间数据查询属性信息以及空间查询。

（3）读取数据。指操作员读取数据库或文件中数据，包括外部系统通过本平台读取数据的过程。

（4）打印地图。将电子格式的地图打印输出的操作。

（5）下载地图。指浏览器端用户将所选择区域的地图按其选定格式下载。

4.2.2 扩展GIS功能

（1）专题制图。根据数据集中1个或多个字段进行统计分析制作不同用途的专题地图的过程，包括地图的打开和保存。

（2）地图量算。指用户在地图上进行距离或面积量算的操作。

（3）缓冲区分析。指对基本几何对象如点、线、面、圆提供创建缓冲区多边形来进行空间分析的方法。

（4）土石方计算。在某一指定区域，在某一高程面上的挖方、填方量计算。

4.2.3 数据修改和更新

主要指数据进行添加更改删除等维护更新的操作，包括数据存储入库和格式转换和基本的数据集操作。

（1）数据存储入库。由于本系统空间数据和属性数据都统一存储在数据库中，因此，所有对数据的操作必须存储入库来保存修改。

（2）格式转换。由于各部门的GIS和CAD数据格式不尽相同，因此系统需要完成不同格式数据之间的互相转换工作。

（3）添加数据对象。数据集的基本操作，包括增加数据源、增加数据集以及向相应格式的数据集所对应图层中增加相应空间对象和文字注记的操作;在数据集中对应增加记录。

（4）删除数据对象。上述各种数据对象的删除，对应数据集中的记录删除。

（5）设置风格。包括设置图层或图层中选中对象的颜色、大小、线形纹理等风格及其风格保存。

（6）设置图层状态。包括设置图层的显隐状态、可编辑状态、可捕捉状态和可选择状态等属性。

（7）修改数据集结构。修改记录的数据结构，包括添加定义数据集字段和删除数据集字段。

4.2.4 元数据管理

主要指元数据的操作。

（1）增加元数据。人工或自动从数据集中提取数据的元数据信息并添加持久性的元数据表中。

（2）查询元数据。即返回符合指定条件的元数据信息，包括浏览元数据。

（3）删除元数据。将元数据信息从元数据的存储介质中删除。

（4）修改元数据。根据关键字修改元数据的信息。

4.2.5 资源权限管理

资源权限是数据集所对应的可操作信息的集合，例如可读部门属性，读取级别等，该信息作为记录存储在数据库中的数据表里。

资源权限管理指的是操作员对资源权限表进行维护的用例，包括对资源权限的增、删、改和查询浏览。具体如下:

（1）添加资源权限。在数据库中为某一数据集合添加相应的操作权限。

（2）删除资源权限。在数据库中将某一数据集合相应的操作权限删除。

（3）修改资源权限。同上，修改上述权限。

（4）查询资源权限。在数据库中查询上述权限。

4.2.6 对操作员管理

对操作员基本的管理操作如下:

（1）添加操作员。用于操作员在数据库中添加用户及其信息。

（2）删除操作员。把操作员信息从用户数据库中删除。

（3）查询操作员信息。查询操作员的等级级别及其它属性信息。

（4）设置操作员属性。修改操作员权限和其它信息，如操作员所在组和密码等。

参考文献:

［1］陈述彭.城市化与城市地理信息系统.北京:科学出版社，1999.

［2］龚健雅.数字城市的基本概念及实现策略.地理信息系统论坛，2001.

［3］国家空间信息交换中心.国家空间信息基础设施空间元数据内容标准草案（V1.0，V2.0）.北京:国家空间信息交换中心.

［4］杜维.对WebGIS的.NET实现方式的研究.测绘通报，2006，（6）.

作者简介: 王喜春，男，长江勘测规划设计研究院空间公司遥感数字工程院，工程师。

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