铁三院基础地理信息管理系统建设研究

1 系统建设技术路线

1.1 总体框架

铁三院基础地理信息管理系统采用标准的三层体系结构，如图1所示。

图1 铁三院基础地理信息系统体系结构

(1)数据层:采用Oracle关系型数据库系统实现对基础地理数据的高效存取和管理。

(2)逻辑层(中间层):通过ArcSDE空间数据引擎实现对空间数据的访问，基于ArcGISEngine和ArcGIS Server技术构建空间信息综合应用开发平台，实现空间数据应用的业务逻辑。

(3)应用层:在空间信息综合应用开发平台基础上，实现基础地理信息管理系统的具体应用，如元数据制定、基础地理数据入库与更新、数据查询与下载、空间数据显示与分析、基础空间数据管理、系统维护与管理、WebGIS空间信息发布等。

1.2 系统数据库设计

系统数据库由空间数据库和属性数据库组成。空间数据库主用用于存储DLG、控制点成果资料等类型的数据，由空间数据库引擎ArcSDE建立，可以实现对空间数据快速、便捷地提取分发及应用。属性数据库包括元数据管理数据库、坐标系参数管理数据库、符号库管理数据库、系统管理数据库等。元数据管理数据库主要用于存储基础地理数据的元数据信息，坐标系参数管理数据库主要用于存储坐标系参数信息，符号库管理数据库主要用于存储矢量数据的符号化信息，系统管理数据库主要用于存储和管理用户信息和用户权限信息。数据库的总体结构如图2所示。

图2 数据库的总体结构

1.3 数据存储方案

铁三院基础地理数据主要包括DLG、DEM、DOM、DRG以及其他测绘成果资料等类型的数据，其数据量可以用“海量”一词来形容，一个铁路项目的地形图、影像和雷达数据都可以达到TB级，面对如此庞大的数据，必须建立科学的存储、索引机制，完成数据的存储与管理。

对于海量数据主要有两种管理方式:一是基于文件系统的管理方式，二是基于数据库系统的管理方式。铁三院基础地理信息管理系统数据库，采取文件和数据库并行的存储与管理方式，即对于数据量非常大、使用频率不高、不需要进行空间查询分析的数据，采用文件方式进行存储，在数据库中只保存数据的元数据信息，通过元数据来实现对数据的管理;对于使用频率较高、数据量不大、需要进行空间查询分析的数据，通过ArcSDE存储在空间数据库中。

DEM、DOM、DRG等类型的栅格数据，数据量非常大，不需要进行空间查询分析，相对来说使用频率较低，如果通过ArcSDE存入数据库中，存取时间非常长，因此采用文件的方式进行存储，只是将数据的元数据信息保存在属性数据库中，通过元数据来实现对数据的管理。

对于DLG、控制点成果资料等类型的数据，数据量相对较小，使用频率较高，而且需要进行空间查询和分析，因此利用ArcSDE将数据存入空间数据库中，ArcSDE将自动建立维护数据间的索引关系，实现数据的高效查询与提取。对于DLG类型数据，主要是基础地形图等CAD矢量数据，通过ArcSDE录入空间数据库时，CAD中的线型等信息将丢失，并且难以恢复，为了不损失源文件信息，系统对DLG类型的数据采用文件和数据库两种方式并行存储与管理。当用户下载该文件时，只需要从服务器上直接下载源文件;当用户需要加载该数据进行空间分析时，系统通过ArcSDE从空间数据库中读取该文件的Feature Class要素加载到地图上，从而实现了矢量数据的高效存取、浏览和分析。

2 系统组成与实现

铁三院基础地理信息管理系统采用Visual Basic.Net和ArcEngine进行开发，利用ArcGIS Engine提供的功能强大的COM组件，构建满足业务功能需求的集成化数据库管理系统。通过ArcSDE和Oracle共同实现空间数据和属性数据的管理。同时利用ArcGIS Server和Flex技术开发和构建铁三院基础地理信息发布系统，采用Windows IIS7.0实现基础地理信息的快速发布。系统组成如图3所示。

图3 系统组成与功能

数据质量检查子系统基于ObjectARX技术，在AutoCAD2010平台下开发，针对需要进入空间数据库的DLG、DEM等数据进行质量检查修改工作。元数据管理子系统主要负责基础地理数据元数据的制定、录入、修改，以及查询与下载等工作。基础数据管理子系统是基础地理信息管理系统的核心，主要负责数据入库管理、空间数据的浏览显示、空间查询分析、数据查询下载等工作;该子系统采用Client/Server(客户端/服务器)结构，采用Visual Basic.Net和ArcGISEngine开发。数据共享发布与WebGIS服务子系统采用Browser/Server(浏览器/服务器)结构，利用 ArcGIS Server、Flex、IIS等技术，实现基础地理数据的快速发布，为用户提供高效的空间数据在线浏览、综合查询分析、辅助决策等功能。系统管理维护子系统主要负责数据库管理与维护、用户权限配置与管理、系统安全日志管理等，保障系统基础地理数据的安全。图4所示为系统的主界面。

图4 系统主界面

3 系统试运行

系统开发工作于2011年底基本结束，服务器部署依托工程实验室的高效能小型机，以及200TB级的数据存储服务器，保证了系统后台服务的稳定可靠;系统的应用服务基于铁三院内部的局域网来分发和部署，既保证了数据访问的安全性，又保证了系统的响应速度和访问效率。

系统开发后期，有目的地安排了对生产安排、组织管理能起到现实帮助作用的一些基础地理信息成果的质量检查、整理入库等工作，主要包括目前广泛应用的中小比例卫星影像、数字地面模型、矢量成果等;其中一部分是能够从网络上免费获取的资料，包括:全球30m分辨率的TM影像、全球90m分辨率的DEM数据、30m分辨率的DTM数据、中国1：400万的矢量数据等，另一部分是利用网络资料及应用服务加工制作的成果，包括:小比例分省区矢量数据、高分辨率城市卫星影像等。同时，对近几年收集购买的高分辨率卫星影像数据也进行了重新整理，分门别类地进行了入库管理。这类成果的入库管理，对目前广泛开展的中小比例影像图制作、专题图制作等任务起到了很好的辅助作用，一方面大大提高了既有基础资料的查找效率，能够快速准确的了解既有资料情况，及时对后续生产安排进行决策;另一方面也提高了成果资料的共享使用效率，避免了不必要的重复采购、生产制作等浪费。

针对铁路勘察设计不同阶段对基础测绘资料的应用需求，分别对正在进行的一个铁路初测项目和一个精密测量项目进行了数据整理和入库管理工作。通过在该项目上的成功应用，铁三院在基础测绘资料应用、档案管理，以及成果使用方面的应用水平有了显著提高。

4 应用展望

铁三院基础地理信息管理系统是管理，维护，分发和应用多尺度、多源以及多时态基础地理信息数据的技术平台，实现了基础地理数据分布式存储和集中化管理，解决了数据的多用户存取和数据安全控制，可以快速地进行数据的查询分析，快速提取及分发管理。通过本项目的开展，为更加合理地利用地理空间数据奠定了基础平台，推动了铁三院基础地理信息应用向科学化、规范化的方向发展，为“数字铁路”空间基础建设提供了数据基础，积累了宝贵经验。

在总结系统初步应用的基础上，下一步计划在以下几个方面继续开展工作，以不断提高基础地理信息的应用水平:

①调研分析各设计专业的应用需求，设计开发相应功能，扩大系统的应用范围。

②调研现有资料管理的业务流程，设计基于系统的成果流转审批流程，解决目前在资料移交管理中出现的手续繁琐、手段单一等问题，从而既保证资料管理的可控，又能提高资料流转的效率。

③在基础地理信息系统应用渐趋成熟后，在统一框架基础上，适时开展各设计专业的地理信息数据库系统设计开发，目的是实现基于专业的设计应用，同时实现专业间成果资料的同步共享。

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