哈尔滨市群力新区地理信息系统的设计与实现

郭梦炽，李浩

(1.哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010； 2.哈尔滨数字城市科技有限公司，黑龙江哈尔滨 150010)

哈尔滨市群力新区地理信息系统的设计与实现

郭梦炽1，2∗，李浩1，2

(1.哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010； 2.哈尔滨数字城市科技有限公司，黑龙江哈尔滨 150010)

阐述了哈尔滨市群力新区地理信息系统建设的重要性。重点介绍了系统的总体设计、数据库设计和功能设计。详细分析了系统的关键技术。

群力新区；地理信息系统；数据库

1 引 言

哈尔滨市群力新区是哈尔滨城市西扩战略第一步，是哈尔滨市近几年的城市发展重点，新区建设犹如在一张白纸上绘制蓝图，所以与城市建设同步建立地理信息系统有着十分重要的意义，能够为以后群力新区的智能化、信息化管理奠定坚实基础。群力新区地理信息系统以提供决策支持为目标；以新区管理的集成化、智能化、网络化、多媒体化为途径；为新区规划、基础设施建设、国土资源管理、房产管理等工作提供良好的数据平台和决策信息服务，实现群力新区与哈尔滨市地理信息资源的共建共享，避免出现新的“数据孤岛”。

2 系统框架

2.1 总体目标

根据对群力新区业务职能以及管理方面的分析调研，提出系统建设的目标主要包括:

(1)在数字城市地理空间数据的基础框架之下，构建群力区地理空间数据框架，建立区域范围内动态共享型的空间数据库。

(2)着重于建设工程的从设计审批、施工管理、竣工验收、日常维护的每一个环节，真正体现系统在工程管理中的应用。

(3)开发数据规范化管理系统、工程数据管理系统、行业应用系统、网络电子地图系统、三维数字城市系统。

(4)建立地理数据的分发服务和互联网发布系统，实现群力区基础地理信息数据与其他专业部门数据之间的数据共享服务系统。

2.2 总体框架

群力新区地理信息系统，主要运用地理信息系统技术、遥感技术、全球定位系统技术、互联网技术、虚拟现实技术，对信息资源进行综合处理，服务于政府，企业，公众三个行为主体，最终促进社会经济的发展，改善人民生活质量，创建具有地方特色的数字文化，为群力新区建设建立一个数字化的管理模式。总体框架如图1所示。

系统的应用层是建立在GIS通用平台之上的业务应用系统。根据业务的需要，采用B/S，C/S结构。所有的业务系统都基于同一个GIS平台，共享GIS平台提供的统一的数据接口和GIS接口，实现数据共享和数据融合。系统的服务层处于应用层之下，是支撑各业务系统正常运行和系统之间数据共享融合的重要桥梁，起着“承上启下”的作用。服务层主要由三个平台构成:业务平台、基础地理信息共享平台和三维地理信息平台，是整个系统的核心。系统数据层是系统的数据支撑层，包括了系统的数据资源和数据资源管理功能。系统的数据包括:城市基础地理信息数据，行业应用数据，元数据等，涉及群力新区地理、交通、人文、景观、生态等多方面的信息。

3 数据库设计

3.1 数据分类

群力新区地理信息系统数据库的建设，既要满足当前系统业务功能的需求，又要充分考虑数据库的扩展性，满足群力新区各种类别空间数据、电子图档的入库归档。因此，在数据库内容方面，不仅包含了基础空间数据，行业空间数据，而且包含新区工程建设过程中涉及的结构化的业务数据，以及各种文本、图片、视频等工程建设数据。主要设计了如下几个专题数据库。

(1)基础空间数据库

图1 系统总体框架图

基础空间数据包括群力新区范围内的水系、居民地、交通、地貌、植被、境界等自然人文要素。这部分的数据既有从现有哈尔滨市全要素地形图中提取的与群力新区相关的数据，也有从现场采集入库的新数据，既有矢量地形数据，也有栅格影像数据。基础空间数据是群力新区数据中最基础的部分，既是各种专题和行业数据的背景数据，又为各种业务应用提供了定位基准。

(2)行业专题数据库

群力新区的建设和管理涉及了传统政府职能划分中的各个部门。为了能够适应群力新区集中式管理的新模式，突破各个部门之间的信息壁垒，实现新区数据库共建共享，在数据库建设方面，按照行业专题划分，设计了包含群力新区各个行业的专题数据库。这些数据包括:规划专题数据、土地利用数据、市容环境数据、建构筑物数据、公用设施数据、景观绿化数据、道路交通数据、管线及附属数据。每一类数据都包含了几何特征和属性特征两方面的内容，能够满足群力新区的综合管理以及专业部门应用的需求。

(3)工程档案数据库

群力新区的建设，是一个从无到有的过程，随着工程建设的开展，产生了大量的工程图纸、技术合同、设计资料等工程资料。这些数据既是空间数据提取的数据源，又是日后新区设施管理的重要参考依据。将这些宝贵的工程档案入库管理，意义重大。工程档案数据包括设计、施工、竣工阶段的各种图纸、合同、照片、视频等多媒体资料，以及工程涉及的行业规范、标准等法律法规文档。

(4)元数据库

元数据是对群力新区数据库中各种数据的描述，包含了采集来源、入库时间、更新时间、版本等各种信息，是群力新区数据库应用的依据。

3.2 数据组织

系统数据库设计到两方面的数据:以基础空间数据、行业专题数据为主的空间数据，和以工程档案数据为主的非空间数据。对于空间数据，以Geodatabase空间数据模型作为基本存储逻辑，根据空间数据分类规则进行分类存储，形成数据集(FeatureDataset)——要素类(FeatureClass)的树型结构。对于非空间数据库，以关系数据模型作为基本存储逻辑，将非结构化的文字、图档等资料转变为结构化的二维表记录集存储在关系型数据库中。

由于系统数据库涉及的数据种类丰富、类型繁多，必须以某种规则将其进行融合，形成具有内在逻辑关系的整体，才能为系统功能实现提供数据支撑。通过对数据库数据的特点以及应用的需求的分析，本文以行业专题对应的空间数据为核心，以工程项目名称、编号和空间位置作为关联因子，将行业专题的空间数据与工程图档资料进行关联，具体表现在:按照空间数据所属的行业专题进行空间数据集的划分和组织，以每个工程项目为基本单元组织工程档案关系数据。以此同时，在每个空间对象上扩展“工程编号”字段，将空间对象与所属工程信息建立一一对应的映射关系。整个数据库的逻辑关系如图2所示。

图2 数据库ER图

4 系统功能设计

群力新区地理信息系统在功能上的建设，既能满足工程建设中的过程管理，又能满足城市部件的日常维护。同时，能够为新区规划建设管理者提供辅助分析功能。

4.1 多源数据管理

系统对多源数据的管理，实际上是对新区内工程项目建设过程中产生的各种空间信息、图档资料的维护管理。由于系统涉及的数据量大、数据种类多、更新频率高，在数据管理方面，提出了面向工程生命周期的数据管理机制。即以建设工程项目为数据基本维护单元，以建设工程项目的四个阶段(设计、施工、竣工、维护)为时间维，提供对工程空间数据、工程信息数据、工程多媒体资源数据的自动化入库、编辑、导出等功能。

4.2 工程项目管理

工程项目管理针对新区工程项目建设的业务流程以及业务数据，提供了群力办的日常工程审批、工程管理的数字化解决方案，实现全程无纸化办公，加快新建项目的审批过程以及批后管理，提高群力新区的建设速度和数字化程度。工程项目以建设工程项目为管理对象，提供对建设工程项目的智能查询、工程位置定位、工程实景展示、工程图档上传下载、工程进度分析、工程质量统计等，为新区建设管理者提供丰富的工程项目管理辅助信息。

4.3 行业专题管理

当前，高职院校护理专业的信息化教学资源与医院实际护理信息系统存在脱节的情况，即护理专业学生在院校学习过程中很难接触到实际工作中需要用到的信息系统，这也就使得护理专业学生在进入医院进行护理实习时，需要进行二次培训，无形中增加了培训成本。为了避免这一问题的出现，增强护理专业学生的护理专业能力，在教育信息化背景下，要求护理专业教学加强与医院的合作，积极开设第二课堂，改变以往护理专业校内教学与医院护理岗位实习相脱离的教学现状。

按照群力新区各部门的职能，将数据划分为城市规划、土地利用、市容环境、建构筑物、公用设施、景观绿化、道路交通、管线及附属八大行业专题。根据行业专题特点，开发了针对各个专题数据的查询、检索、编辑、制作统计图表、专题地图等功能，同时，依照行业标准规范，为使用这些数据的行业用户提供数据共享接口服务。

4.4 基础设施管理

基础设施管理的对象不仅包括各类管、线、网、沟等市政设施，还包括了道路、建筑、绿化等城市部件。建立了一套群力新区基础设施分类编码标准和数据交换体系。在此基础上，设计了涉及基础设施维护管理的各种功能，能够对各种基础设施进行地图定位、查询、增删、专题统计。通过与工程档案数据库的连接，能够迅速调阅基础设施在设计、施工阶段的各种图档资料，为基础设施的维护提供准确的信息。

4.5 专家辅助分析

采用精确的数学模型和GIS空间分析辅助系统应用人员进行定性定量的专业分析，为决策层提供更加科学精确的决策依据。对建设工程项目设计和竣工指标参数的对比，自动输出设计和竣工指标对比表，评估工程质量，为工程项目验收提供科学依据；根据道路管线的空间位置分布特征以及相关属性信息，对道路管线进行横纵断面分析，生成任意部分的横纵断面图；通过GIS空间分析，提供市政公益设施的最优布设空间位置以及服务范围等。

4.6 电子地图发布

群力新区网络电子地图的发布采用大比例尺地图为空间定位基础，通过电子地图把公共服务信息及其地理空间位置的联接，以空间数据为索引，以声音、图像、动画等多媒体手段为依托，把群力新区经济、文化、教育、企业、旅游等信息进行集成和融合，为政府部门、企事业单位、社会公众对各类信息查询和分析提供一套可视化的空间信息服务。

5 系统实现

5.1 开发环境

5.2 关键技术

(1)面向工程项目生命周期的数据库建库机制

传统的城市空间数据库建库模式往往采用“既有资料数字化＋外业补测”的模式，这种模式适用于城市建成区的空间数据库建库。对于群力新区来说，由于不是城市建成区，没有详尽的地图资料，且新区建设项目刚刚开始，无法通过外业测量获取空间信息。在本系统的数据库建设过程中，提出了面向工程项目生命周期的数据库建库机制。以建设工程项目为基本建库单元，以工程项目的四个阶段(设计、施工、竣工、维护)为时间维，数据库的数据源直接来源于工程项目四个阶段的电子图档，数据真实可靠，精度高，成本低，保证了系统建设与新区建设同步进行。

(2)海量多媒体资料的集成管理

对于多媒体资料的存储和管理，一般都是基于数据库的二进制大对象(Blob)，将多媒体资料转为二进制格式直接存储在这个字段中。这种方法只适用于单个文件较小，且整个多媒体资料较少的情况。对于本文涉及的海量多媒体资料，采用在服务器端创建FTP服务的方式进行存储和管理，设计和实现了一个基于Socket的多线程FTP服务器。所有的多媒体资料以文件形式存储在FTP服务器上，数据库表中只记录多媒体资料在FTP服务器上的地址，通过这个地址字段，客户端能够迅速索引到对应的多媒体实体文件。

(3)基于地理实体数据的工程项目表达

系统中涉及的工程项目具有空间位置信息和专题属性信息，属于空间数据的范畴。但用某一特定图元无法准确表达工程项目空间数据，因为一个工程项目常常涉及多个分布在不同空间位置的地理对象。本文采用地理实体数据模型表达这种由复合图元构成的空间对象。地理实体数据采用面向实体的建模方法，以图元为数据的构成单元，其数据模型如图3所示。该数据模型由两个层次构成，分别为图元层与实体层。图元层为地理实体数据的构成层，用几何单形(点、线、面)表达；实体层有一个或多个图元构成，可挂接各类专题信息，一般用几何复形表达，也可用几何单形表达。本文中涉及的工程项目为地理实体，由构成某个工程项目的地理对象图元构成，工程项目实体同时可以挂接项目名称、建设单位等属性信息。工程项目实体和构成它的图元通过工程项目的唯一编号形成一对多的关系。

图3 地理实体数据

6 结 语

随着群力新区建设步伐的加快，群力新区地理信息系统的建设也日趋完善。目前，已经完成了群力新区东区启动区的60多个工程项目的空间数据建库以及电子图档入库工作，涉及八大类行业专题116种数据。在这些数据之上，基于.NET Framework和ArcGIS完成了满足需求的应用系统的开发工作。群力新区地理信息系统的构建，提供了良好的数据平台和决策信息服务，为新区的智能化、信息化管理奠定了坚实基础。

[1] 曾文，张德津.基于GIS的市政设施信息集成方案及关键技术[J].地球科学——中国地质大学学报，2006，31 (5)；688～691

[2] 赵东晖，袁永博.基于GIS的建筑施工管理信息系统的研究与应用[J].地理空间信息，2007，5(4)；79～80

[3] 杨品福，杜清运，李跃等.长沙市基础空间数据库的设计与实现[J].测绘科学，2006，31(6)；89～90

[4] ESRI中国(北京)有限公司.2009第八届ESRI中国用户大会论文集[C].北京:测绘出版社，2009

Design and Implementation of Haerbin QunLi New District Geomatic Information System

Guo MengChi1，2，Li Hao1，2
(1.Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying.，Harbin 150010，China；2.Harbin Digital City Technology Co.，Ltd.Harbin 150010，China)

This paper discusses the importance of constructing QunLi New District Geomatic Information System，.It also intruduces the general design of the system，database design and functions，analyzes the key technology.

QunLi new district；GIS；Database

1672－8262(2011)01－59－05

P208

B

2010—04—19

郭梦炽(1983—)，女，工程师，主要从事地理信息系统相关技术工作。