城市地理信息系统架构设计与实现研究

潘传姣

（河南城建学院测绘工程学院，河南 平顶山 467036）

前言

地理信息系统因其强大的数据可视化和空间分析功能，为城市信息的管理提供了强有力的支持，构建新的地理信息系统是我国城市化发展的必然趋势。了解城市地理信息系统，首先要了解地理信息系统的要求和总体结构，下文将具体阐述其各个方面的设计要求。

一、地理信息系统作用

城市地理信息系统可以对城市地形、建筑物等数据进行综合管理，记录建筑物的整个工程，同时对于建好的建筑可以提高管理效率，为城市提供数据查询和技术分析等功能。同时为了方便城市治安管理，城市地理信息系统可以提供三维立体图像，更好的用于保存资料、维护管理[1]。

地理信息系统是一种很好的管理和分析城市空间数据的应该技术，跨学科的特点保证了其应用于城市管理的多个领域。该系统综合使用计算机软件和硬件技术、程序开发技术，是目前比较流行和实用地可以为城市信息管理提供巨大支撑的系统，方便城市管理者解决复杂的城市规划和城市管理问题。

二、地理信息系统设计

1、系统总体结构

地理信息系统采用了客户机和服务器的结构。其中服务器负责存储数据，为客户提供数据查询业务，数据库的维护和日常管理由系统维修人员负责。ArcGIS Engine Runtime是客户端需要安装的程序，保证系统的正常运行。ArcGIS Engine Runtime 是目前在世界上比较流行的软件，它是地理信息系统的基础。为了进一步确保空间和非空间数据的一体化存储，地理信息系统采用关系数据库，实现数据从最基本的存储到管理、查询等功能的正常运行。为前段服务器提高有力地支持[2]。

2、地理信息系统功能

根据笔者多年从事地理信息工作的经验，地理信息系统的功能模板主要包括数据编辑和加载模块、地图打印和浏览模块、三维显示和分析模块、空间量算模块、系统管理模块和地图打印模块，同时有些地理信息系统还包括影像播放模块、查询检索模块。GIS具有数据采集与输入功能、数据编辑与管理功能、数据存储与更新功能等，GIS 主要会应用到城乡规划、土地调查、城市管网、城市公共服务等领域。

三、地理信息系统数据库设计

1、数据库构成

地理信息系统数据库的建立比较复杂和持久，数据库是地理信息系统的基础性工作。地理信息系统的数据库主要包括工程勘察数据和城市规划数据等，是一种存储丰富、资源较多的数据库。

2、数据库的空间数据组织模式

通常地理信息系统都要对城市多种地理因素进行管理，数据种类很多，数据量很大，但是数据并不是孤立存在的，而是相互之间有着某种联系[3]。因此需要对这些数据进行统一管理，才能更好地发挥地理信息系统的功能，Geodatabase模型就是一种专门用来管理和设计这种数据的系统。相对于其他系统，系统Geodatabase中的矢量数据通常有要素数据集和要素类两种数据结构，后者主要是指那些具有相同参考系统的要素。同时，要素类可以存储属性相同的要素和几何类型相同的要素。要素类是一种几何地理实体，各个要素数据中都包含一定的点、线、面，有时还是它们的集合。栅格数据集可以呈现一副影像图、一个以格网采样的环境属性、一个有关特征的对象图片，是一种表达连续地理对象的数据集。栅格数据集管理也是目前比较流行的数据库管理形式，主要因为它可以提供影像图、环境属性等信息。其中数据库中还包含表文件，主要用来作为记录的集合，项目设计方案信息表是比较流行的一种记录集合。

四、系统开发与实现

1、系统开发条件

地理信息系统开发需要一定的开放条件，通常Visual studio 2005+ArcGIS En-gine 9.2是常用的系统开发平台，它可以提供程序设计，调用ArcGIS Engine组件库的组件，进一步充分利用Visual C#开发语言，发挥系统的函数开发功能。实现上文提到的地理信息系统功能：数据编辑和加载模块、地图打印和浏览模块、三维显示和分析模块、空间量算模块、系统管理模块和地图打印模块等。

2、主要功能实现

地理信息系统的最大优势就在于它的功能展现，比传统的系统更清晰、更全面、更生动，更有利于城市信息管理。本文主要通过地图浏览、三维显示和三维分析三个方面进行讨论说明。

①地图浏览

地图浏览主要借助于计算机完成，包括地图显示区、图层控制区。作为辅助操作系统，菜单栏和工具栏在地图浏览中也有很大的应用。

地图浏览功能主要通过上文提到的ArcGIS Engine系统，依靠ArcGIS Engine中的工具条控件和目录树控件完成，由视图控制和图层控制操作。工具栏可以对地图进行放大和缩小的设置，还可以为了客户的要求进行移动和定位，方便客户迅速找到目标。图层控制窗口可以直接控制图层的显隐和图层与文字的上下设置，这样可以方便客户选择浏览方式，增加了地图浏览的多元化，提高了查询信息的效率。

②三维显示

三维显示是城市地理信息系统比较突出的功能，也是我国科技发展的主要标志。通过提供查询结果的三维影像，可以增加客户对目标的把握和分析，也方便了投资者对地形的投资考虑，为我国城市土地开发提供了便利、有效的条件。 进行三维显示，首先要创建不规则三角网，选择一定的比例尺对目标进行从提取出测量点，根据测量点数据创建不规则三角网，即TIN[4]。利用不规则三角网来表示出地形表面，从而呈现出三维的地形表面模型。然后在不规则三角网上叠加建筑物的高度，主要是为了得到不同建筑物的地形表面模型，然后根据不同高度的建筑物表上不同的颜色，这样就会很形象化地展示出城市地理信息。这种三维显示是对计算机技术的又一步发展，将地形表面模型更加形象化地呈现给客户，以供客户查询目标建筑。

③三维分析

三维显示是三维分析的基础性工作，三维分析是三维显示的延伸。三维分析主要依赖于函数二次开发实现。三维分析在建筑工作中的作用很大，可以为投资方提供土地信息，不仅关于用地选址，还包括土地的剖面分析和视域分析，本文主要通过剖面分析和视域分析来阐述三维分析的优势。

剖面分析主要是指地理信息系统可以依靠相关数据绘制地形剖面图，这种剖面图主要是表示土地表明的高低变化。首先利用不规则三角网在剖面图上选择两点，连接两点创建剖面线，通过计算不规则三角网和剖面线相交后的三维线，得出三维线应该在不规则三角网上绘制的图形要素，最后测量每个点的长度和高度制作地形剖面图。

而视域分析功能主要是通过建立视线瞄准线，来判断这一点是否相对于其他点是可以看见的，实现两点通视分析。如果没有看到这一点，则应该分析遮挡目标点的障碍物。同时在瞄准线上，可以看见的部分和不可以看见的部分要用不同颜色来表示。

地图浏览、三维显示和三维分析三个功能并不是孤立存在的，而是共同构成了城市地理信息系统的功能，三者相互配合，使地理信息系统提供的信息更加形象化、更大清晰化、更有利用价值。

结论：通过以上分析可以看出，地理信息系统为城市信息管理提供了强大支持，地理信息系统的普及是未来城市化发展的必然趋势。地理信息系统的构建主要通过数据库的建立，功能主要依靠地图浏览、三维显示和三维分析三个方面来得以实现。推动城市地理信息系统的构建和普及，将会有利于城市安全，社会和谐稳定。

[1]顾留碗，郑平建，张海荣.基于GIS技术的滁州学院管理系统[J].滁州学院学报，2009,09(01):19-20.

[2]赵俊兰，冯仲科.基于组件式的数字园区信息管理系统的建立[J].测绘通报，2007，09(06):98-99.

[3]李守平，潘雨青，陈天滋.三维GIS建模方法的研究与实现[J].计算机应用与软件，2006，12(11):90-91.

[4]黄建彰，韦伟鸿，黄勇，田才煌.基于组件式的数字园区信息管理系统的建立[J].建筑施工.2008，08(05):89.