（地球探测与信息技术专业论文）基于arcgis的地质科学数据整合与发布.pdf

摘要 本文研究内容，是正在实施的国家科学数据共享工程国土资源科学数 据中心建设项目的关键技术专题之一。地质科学数据整合是对多源地质科学数 据集进行整合，包括数据格式、投影交换等多参数的规范化处理，以便于图层叠 加分析，并探索建立与地理空间信息相关的地质科学数据整合加工与发布的工作 技术流程，该专题研究对科学数据共享工程建设具有重要的现实意义。本文从以 下两个方面介绍了基于a r c g i s 平台的地质科学数据整合与网络发布工作的主要 流程、处理的关键技术及成果： 一、基于a r c g i s 的数据标准化整合 g i s 空间数据的多样化、复杂性给数据的共享带来了诸多困难。本文介绍了 工作流程，主要包括：制定数据整合标准( 包括：统一的数据格式及空间参考信 息) ；制定数据整合改造流程，分析当前数据状态，对数据的生产平台版本不一 致问题，进行格式转换改造；对原数据集进行校对，修正存在的错误数据；对丢 失投影等空间参考信息的数据集，进行重投影处理：对叠加集成多源数据层遇到 的问题，进行了重投影与空间校正：同时补充采集部分数据资料、g i s 化属性关 系数据库、建立新的空间数据库、集成已有的空间数据库组成新的数据集。 二、基于a r c i m s 的网络共享开发 首先阐述开发w e b g i s 系统的基本步骤流程和a r c i m s 运行平台的软硬件环 境的搭建、地图配置文件的制作、地图服务的建立、客户端组件的选择与开发方 法。介绍了提高客户端访问速度、空间要素查询与超级链接功能实现等方法；数 据发布系统的主要功能及技术实现。 关键词：地质、数据共享、地理信息系统、a r c g i s 、w e b g i s a b s t r a c t 1 1 l er e s e a r c hc o n t e n to ft h i st h e s i si sa b o u tt h eo n g o i n gn a t i o n a ls c i e n t i f i cd a t a s h a r e o n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h ep r o j e c t 。b u i l d i n go ft e r r i t o r yr e s o u r c e s c i e n t i f i cd a t ac e n t e r ”g e o l o g ys c i e n t i f i cd a t ai n t e g r a t i o n , i st on o r m a l i z et h ed a t a f o r m a ta n dp r o j e c t i o nt r a n s f o r m a t i o no fm u l t i - s o u r c eg e o l o g ys c i e n t i f i cd a t a ，s oa st o h e l pt h es u p e r p o s i n ga n da n a l y z i n g o fd i f f e r e n tp i c t u r e sl a y e r , t h e nt oh e l pt h e p r o c e s s i n go ft h et e c h n o l o g yf o ro n l i n ep u b l i s h i n g ，a n dt oh e l pt h es e t u po ft e c h n i c a l p r o c e d u r ef o rt h ep r o c e s s i n ga n dp u b l i s h i n g o fg e o l o g ys c i e n t i f i cd a t a i th a s i m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n g sf o re n g i n e e rc o n s t r u c t i o no fs c i e n t i f i cd a t as h a r e f i r s t ，a r c g i sb a s e dn o r m a l i z e di n t e g r a t i o n t h ed i v e r s i t ya n dc o m p l e x i t yo fs p a c ed a t ao fg i sp o s e sac h a l l e n g ef o r g e o l o g i c a ld a t as h a r e i nt h i sw o r k ，w ef i r s t s e tu ps t a n d a r d sf o rn o r m a l i z e d i n t e g r a t i o n , i n c l u d i n gu n i f i e dd a t af o r m a ta n ds p a c er e f e r e n c ei n f o r m a t i o n t h e nw e g i v et h ep r o c e s so fi n t e g r a t i o n c o n c r e t e l ys p e a k i n g ，w ea n a l y s i st h es t a t u so fc u r r e n t d a t a , a n dm o d i f yt h ef o r m a to fd a t ap r o d u c e di no l dp l a t f o r ms ot h a tt h e i n c o m p a t i b i l i t yb e t w e e nt h ed a t aa n dc u r r e n ts o f t w a r ec a r lb ee l i m i n a t e dt oag r e a t d e g r e e ；f o rd a t ac o n t a i m n gs o m es m a l lm i s t a k e s ，w ea d j u s ti tb yh a n d ；w i t hr e s p e c tt o m i s s e ds p a c ei n f o r m a t i o n , w eu s er e - p r o j e c t i o nt or e s t o r ei t ；i nt e r m so fp r o b l e m s c o n f r o n t e dw h e ni n t e g r a t i n gm u l t i s o u r c ed a t a ，r e p r o j e c t i o na n ds p a c e a d j u s t m e n ti s e m p l o y e dt od e a lw i t hi t ；c o l l e c td o c u m e n t sa n dg i sb a s e dr e l a t i o nd a t a b a s e s ；b u i i t n e w s p a c ed a t a b a s e s ；i n t e g r a t i n ge x i s t i n gs p a c ed a t a b a s e s s e c o n d l y , d e v e l o p m e n tw 曲g i ss y s t e mb a s e do na r c i m sf o ri n t e r a c ts h a r e f i r s tw ep r e s e n tt h ef l o wo f d e v e l o p m e n to fw e b g i ss y s t e m ，e n v i r o n m e n t sf o r a r e l m s t h em e t h o df o rp r o d u c t i o no fm a p - c o n f i g u r a t i o n ，t h eb u i l do fm a p s e r v i c e ， t h es e l e c t i o na n dd e v e l o p m e n to f c l i e n tm o d u l e i nt e r m so f a c c e s ss p e e do f c l i e n t , w e a d o p tf i g u r ec o m p r e s s i o na n d s c a l el i m i t a t i o n ；i nt e r m so ff a c t o rs e a r c ha n d h y p e r - l i n ks e r v i c e ，w es e tu pa p p r o p r i a t ef a c t o rd i m e n s i o n ；i nt e r m so fm u l t i p a r e m s e a r c h , w ei m p l e m e n td o u b l es e a r c h ( i e ，“f i g u r et oa t t r i b u t e ”a n d “a t t r i b u t et o f i g u r e ”) e m b o d y i n gt h ep o w e r f u ls e a r c hf u n c t i o no fg i ss y s t e m ；i nt e r m so f r e l a t e d i n f o r m a t i o no fs o m ed a t ac o l l e c t i o n s ，w ei n t e g r a t et h e s em a t e r i a l ，t r a n s f o r mt h e mt o p d f , o rd e v e l o ph y p e r - l i n ks e r v i c eo fs p a c e f a c t o r s t h es e t u po fw e b g i si m p l e m e n tb a s i cb r o w s ef u n c t i o n ，s u c ha sz o o m u p ， z o o m i 玑r a m b l ea n dm o v e ，a n dp r o v i d em u l t i - p a r e ms e a r c h , s i m p l es p a c ea n a l y s i s ， d a t ad o w n l o a da n ds oo n t h es y s t e mi ss a f ea n ds t a b l e k e y w o r d s ：g e o l o g y ，s c i e n t i f i cd a t as h a r i n g ，g i s ，a r c g i s ，w e b g i s i i 图索引 图3 1 数据整合流程图1 2 图3 2 系统的体系结构1 3 图3 3w e b g i s 发布流程1 4 图4 1 对早期版本的数据进行改造整合的数据流程图1 6 图4 2 未经整合的l ：5 0 0 万全国矿产数据库1 6 图4 - 3 基于a r c l m s 的全国1 ：5 0 0 万矿产数据库发布系统主界面1 7 图4 - 4 原来的中国岩溶洞穴数据库1 7 图4 5 经过校正后的中国岩溶洞穴数据库，1 8 图4 - 6 丢失投影信息文件的1 ：1 0 0 万全国金属矿产分布图1 9 图4 7 经过重新定义投影信息的l ：1 0 0 万全国金属矿产分布图1 9 图事8改造前的1 ：1 0 0 万全国土地适宜类型图2 0 图4 - 9 专题图层与相同投影的地理底图叠加2 1 图4 - 1 0 经过空间校正过的专题图层与相同投影的地理底图叠加。2 l 图乒1 1 集成多源数据处理流程图2 2 图4 - 1 2 土地利用类型专题图层2 3 图4 - 1 3 分层处理流程图一2 4 图5 1 中国特殊地质景观数据库的体系结构。2 5 图5 2中国岩溶洞穴关系数据库坐标字段2 8 图5 3 编辑软件u t r a e d i t o r 分离出经纬度坐标字符串2 9 图5 - 4e x c e l 软件批处理转化经纬度坐标格式2 9 图5 5 由关系数据库组建新g i s 空间数据库的基本流程图3 1 图6 - 1 全国金属矿分布图数据发布系统的初始界面3 6 图6 - 2 放大后的图层显示。3 6 图6 _ 3 图层控制功能3 7 图“由空间要素杏相关属性信息3 8 图6 5 规则框选k 瓣f 具选择空间要素3 8 图6 6 自定义区域选择空间要素查询属性3 9 图6 - 7s o l 查询条件功能3 9 图6 - 8 中国特殊地质景观w e b g i s 系统界面4 0 图1 1a r c l m s 的体系结构图4 8 图1 2a r c l m s 的t 作原理5 3 图2 1a r c s d e 的体系结构5 5 v 表索引 表2 - 1w e b g i s 多种实现技术的优缺点对比【8 l 7 表2 - 2 几个典型w e b g i s 软件平台的重要特征【9 1 一8 表5 - l 岩溶洞穴专题i 璺| 层主要属性字段2 6 表5 2 国家地质公园专题图层主要属性字段2 7 v i 原创性声明 本人声明，我呈交的学位论文是我个人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内 容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明并表示 谢意。 作者签名：圭基验 日期：坦：丝：2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解中国地质科学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：中国地质科学院有权保留、送交学位论文的电子版和纸质版，允 许论文被查阅或借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本 篡一繇至燃 名：殛 学位论文作者签名：至强凇 导师签名：到鑫型 日期： 趁“! 1 2 、2 厶日期：趔：丝：! ! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 我国进入信息时代的主要标志之一是大量科学数据的产生。科学数据是国家 科技进步、社会发展、经济建设和全民教育所需要的重要基础信息，是国家宝贵 的资源和财富。实施科学数据共享工程，对于增强我国科技创新能力，提高科技 整体水平，促进社会和经济发展具有十分重要的意义。2 0 0 3 年以来，我国启动 实施了科学数据共享工程，地质科学数据共享作为一项长期雨艰巨的任务先期启 动。地质科学数据，涉及基础地质、矿产地质、水文地质、环境地质、灾害地 质和能源地质等诸多专业数据；数据种类包括数值、文本、图像等多种类型。地 质科学数据是国家建立资源安全供应保障体系，地质环境保护体系、地质灾害防 御系统，制定可持续发展战略的重要基础信息。地质科学数据是关系到社会各行 各业生产活动、公众生活和国家安全的重要信息。地质科学数据的共享及有效利 用对于社会可持续发展、促进地学科技创新、建设和谐社会具有重要的意义0 1 。 对于基于g i s 平台的地质科学数据当前存在着这样几种典型问题：l 、经过 多年的发展，目前国家已经获得了大量的地质方面的数据，需要开展共享工作， 方便人们使用，充分体现这些数据的价值。2 、由于生产g i s 数据的软件平台种 类繁多，导致g i s 数据不能集成使用，进一步造成浪费人力物力进行数据的重复 生产。3 、生产数据的软件平台版本过早，导致大量g i s 数据与目前的g i s 平台 不兼容问题。4 、目前现有的g i s 数据还存在着一些错误等，需要进行编辑，对 其进行校正。5 、还有一些数据不满足国家颁布的测绘标准。6 、另有一些数据 是以数据表或文档的格式存在着，需要将其g i s 化，以2 维的、更直观的形式以 给人们更多使用便利。 因此，基于a r c g i s 的地质科学数据整合与网络发布的工作技术流程是目前 亟待解决的问题之一。本文受到国家科技基础条件平台工作项目“国土资源科学 数据中心建设”( 项目编号：2 0 0 4 d k a 2 0 2 8 0 ) 项目的资助。开展本课题研究主要 目的是，在地质科学数据整合改造实际工作中，总结遇到的各种情况和处置经验， 探索出一套从数据整合到网络发布的优化技术流程，用以指导以后的工作开展。 中地质科学院硕士论文 开发w e b g i s 系统实现空间数据共享亦是中国地质科学数据网 ( h t t p ：w w w g e o s c i e n c e c n ) 。的重要组成部分。 随着i n t e r n e t 技术的不断发展和人们对地理信息系统( g i s ) 日益增长的需 求，传统封闭式g i s 系统的服务功能、应用功能已不能满足人们的需求。利用 i n t e r n e t 在w e b 上发布和显示空间数据，为用户提供空问数据浏览、查询和分 析的功能，已经成为现今g i s 发展的趋势之一。由于g i s 的地质空间科学数据的 多样化与复杂性，给科学数据共享带来了诸多困难，这正是进行科学数据整合处 理的主要原因之一。在实旄基于a r c g i s 的数据共享过程中会遇到多种情况，需 要针对各种情况探讨出最佳解决办法，以达到最优效果。例如： 不同条件下的数据整合预处理流程； 如何配置软硬件环境，才能既保证系统安全、可靠、快速运行，又保证 经济投入低； 通过网络发布数据时，不同条件下的地图配置方案： 建立地图服务时的最优方案选择； 数据集的属性数据既包括较多地理要素，又包括大量的图片、文字材料 等，如何规划数据库以确保查询速度； 综上所述，对地质科学数据的标准化整合是实现共享的前提，网络发布是实 现数据共享的技术手段。地质科学数据的标准化整合与网络发布都是以科学数据 共享为目的而开展的研究工作，具有重要的现实意义。 1 2 研究现状 无论在国际还是在国内，科学数据共享工作正进行的如火如荼。 在国外，科学数据共享工作开展的比较早，形成了较成熟的技术方案。许多 发达国家的地质调查机构在g i s 数据共享方面，采用了w e b g i s 技术，做到空间 信息与属性信息在网络上的交互共享。例如美国地质调查局的门户网站 h t t p ：，w w u s g s 。g o v 在g i s 数据的网上发布方面，采用a r c l m s 软件开发 w e b g i s 系统实现的。爱尔兰地调机构( t h eg e o l o g i c a ls u r v e yo fi r e l a n d ) 、 加拿大地调机构( g e o l o g i c a ls u r v e yo fc a n a d a ) 等都采用了这种方式。 在国内，自2 0 0 2 年起，科技部会同1 6 个部门开始国家科技基础条件平台建 设，已经先期启动了1 5 个数据中心试点的建设，但是还处于初级阶段，数据的 2 第一章绪论 共享实施不够完善，需要进一步探索更优的技术方法和手段来推动科学数据共享 工程的建设。在g i s 数据共享方面，大部分6 i s 空间数据仅以栅格图片的形式供 用户在网络上浏览。少部分g i s 空间数据以栅格图片形式，属性数据以数据表格 的形式，分开来进行共享或把g i s 数据打包，放到网络上供用户直接下载。极少 采用w e b g i s 技术实现空间信息与属性信息的互动共享。 经过大量的调查研究，总结出当前6 i s 空间数据的共享方式大致有四种策 略： 1 、6 i s 空间数据仅以栅格图片形式供用户在网络上浏览。 2 、g i s 空间数据以栅格图片形式，属性数据以数据表格的形式，分开来进 行共享。 3 、把g i s 数据打包，放到网络上供用户直接下载。 4 、采用基于i n t e r n e t 的w e b g i s 系统对空间数据与属性数据形成的整体进 行发布，实现空间信息与属性信息的互动共享。 经实践证明，得出以下结论： 第一种策略的优点是方便用户直观的浏览地理要素，如g o o g l ee a r t h 集成 了全球的卫星图片，提供了强大的空间数据共享功能，缺点是无法实现空间数据 对应的属性数据的网络共享，不能很好的满足用户查询，空间分析等功能。 第二种策略能够同时实现空间数据与属性数据的网络共享，但是两者是分开 的，无法在网上体现地理信息系统的价值，不能满足人们的需求。 第三种策略优点能充分实现共享目的，缺点是这种策略要求用户必须拥有支 持该g i s 数据的g i s 软件平台，现实情况是科学数据共享的对象是整个社会，无 法满足这个条件。 第四种策略具有更广泛的访问范围、较低的开发和应用管理成本、平台独立 性、更简单的操作等诸多的优势，实现了真正意义上的空间信息共享。w e b g i s 策略正逐渐兴起，即w e b g i s 技术在国内外成了当前人们研究的热点。 在国内w e b g i s 技术虽然起步较晚，应用方面亦比较少，但是其发展势头迅 猛，已成为地理信息行业发展的趋势和热点。为实现地质空间数据共享，加强国 际交流，我们应顺应国际潮流，大力推进w e b g i s 技术在各学科领域的应用“1 。作 为关系到国家发展、人民生活的地质科学领域，更应该加强推进这种技术的应用。 中地质科学院顽上论文 第二章w e b g i s 理论及相关技术 2 1 概念 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 的任务是采集、存 储、管理、分析和显示地球空间信息。它是以数字化的形式反映人类社会赖以生 存的地球空间的现势和变迁的各种空间数据以及描述这些空间数据特征的属性， 以模型化的方法来模拟地球空间对象的行为，在计算机软、硬件的支持下，以特 定的格式支持输入输出、存贮、显示以及进行地理空间信息查询、综合分析、 辅助决策的有效工具嘲。 随着i n t e r n e t 技术的不断发展和人们对地理信息系统( g i s ) 需求的日益增 加，利用i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分 析的功能，己经成为g i s 发展的必然趋势。在这样的环境中，基于i n t e r n e t 技术 的地理信息系统w e b g i s 应运而生了。w e b g i s 是基于i n t e r n e t 的地理信息系 统，是w e b 技术与g i s 技术相结合的产物，是当前地理信息系统发展的一个趋势和 人们研究热点。 2 2 主要实现技术及优缺点 2 2 1w e b g i s 优点 与传统的基于桌面或局域网的g i s 相比，w e b g i s 具有以下优点刚： l 、更广泛的访问范围 全球范围内任意一个w e b 站点的g i s 用户都能获得w e b g i s 服务器提供的服务， 并且w e b g i s 实现了客户可同时访问不同服务器上的最新数据，从而真正的实现了 g i s 的大众化。 2 、平台独立性 传统的g i s 软件都是针对不同操作系统的，对不同的操作系统，分别要使用 相应的g i s 应用软件。而利用j a v a 技术的w e b g i s 则能真正发挥跨平台的技术优势。 3 、较低的开发和应用管理成本 w e b g i s 是利用通用的浏览器进行地理信息的发布，并使用通常是免费的插件 4 第二章w e b g i s 连记肚柏关技术 a c t i v e x 或j a v a a p p l e t ，从而大大地降低了终端客户的培训成本和技术负担。利 用组件式技术，用户可以根据实际需要选择需要的控件，这也最大限度地降低了 用户的经济负担。普通6 i s 在每个客户端都要配备昂贵的专业g i s 软件，而用户经 常使用的只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。w e b g i s 在客户端 通常只需使用w e b 浏览器( 有时还要加一些插件) 。其软件成本与全套专业g i s 相比 不仅明显要节省得多，而且由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。 4 、更简便的操作 w e b g i s 利用浏览器进行地理信息发布，从而使客户不必进行专业培训，更不 需要购买昂贵的专业g i s 软件，不用关心空间数据库的维护就可以直接通过w e b 浏览器获取所需的数据，进行各种地理信息的分析。 5 、平衡高效的计算负载 而当今一些高级的w e b g i s 能充分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交 由服务器执行，而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。这种计算模式 能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是 一种较理想的优化模式。 2 2 2w e b g i s 体系模型及优缺点 按照客户端和服务器端的功能多少，可以划分为瘦客户端胖服务器体系模 型和胖客户端瘦服务器体系模型哪： 1 、瘦客户端胖服务器 这种模型依赖于服务器完成g i s 的分析和输出工作，互联网的用户通过浏览 器进行的每一个g i s 操作都需要将请求通过互联网提交给服务器，服务器处理这 些请求并将结果返回用户，即客户端的任务就是提交请求和对服务器返回的结果 进行显示。 这种基于服务器的w e b g i s 的优点在于： 1 、通过高性能的服务器，用户可以访问大型复杂的数据库，而不需将大量 的数据通过i n t e r n e t 传给用户进行处理； 2 、用户可以直接利用高性能的服务器进行复杂的g i s 分析； 3 、通过控制用户对数据的操作可以保证数据使用的正确性，数据的安全性； 缺点在于： 中地质科学院硕士论文 1 、用户的任何请求，必须提交给服务器进行处理，处理结果必须通过 i n t e r n e t 返回给用户； 2 、服务器和客户端的执行结果受i n t e r n e t 的带宽和网络传输速度的影响， 特别是当传输的文件很大时，响应速度慢； 3 、用户的客户端仅用于递交请求和结果显示，其处理能力得不到应用而浪 费。 因此瘦客户端胖服务器模式主要适用于不需要很强的g i s 分析能力的场合。 z 、胖客户端瘦服务器 这种模型一般采用配套的服务器端和客户端软件，把需要的地理空间数据从 服务器下载到客户机，由客户端软件完成g i s 的分析输出工作，减轻了服务器的 负担。 胖客户端瘦服务器模式的优越性在于： 1 、可以充分利用用户计算机的处理能力； 2 、用户可以对数据的分析和操作进行控制； 3 、服务器响应了用户的请求以后，用户即可进行数据的分析操作，而无须 再通过i n t e r n e t 传送信息。 它的缺点在于： 1 、客户机通常缺乏处理大型和复杂的数据集的能力： 2 、由于客户机上运行复杂的g i s 分析操作。对于没有培训过的用户来说，可 能难以正确的操作数据和使用6 i s 分析功能； 3 、由于要将数据下载到客户端，数据在传输过程中或是被下载到本机后都 很容易将这些数据泄露，数据的安全性是一个问题。 2 2 3w e b g i s 实现技术 1 、基于服务器端的w e b 地图发布技术主要有：c g i ( c o l r n o ng a t e w a y i n t e r f a c e ，通用网关接口) 、s e r v e ra p i ( 服务器应用程序接口) 等f s j 。 2 、基于客户机的w e b 地图发布技术主要有：j a v aa p p l e t 法、p l u g i n 方法、 a c t i v e x 方法。 下表列出了这几种w e b g i s 实现技术的优缺点： 6 第二章w c b g i s 理论及相关技术 表2 - 1w e b g i s 多种实现技术的优缺点对比1 1 1 技术类型 实例优点缺点 c g i 方法 a t c l m s 客户端小；处理大型必须把矢量数据栅格化 g i s 操作分析的功能 ( g i f 、j p e g 、p n g ) ，增大 强；充分利用服务器了数据的传输量，加重网 现有瓷源。络的负载。 s e r v e r g e o b e a n s ，i r s 不像c g i 那样每次都 需要依附于特定的w e b 服 a p i 方法 要重新启，速度较c g i务器和计算机平台。 快得多。 p l u g i n m 印g u i d e 服务器和网络传输的需要先下载安装到客户机 方法负担轻：可直接操作 上：与平台和操作系统相 g i s 数据，速度快。关：对于不同的g i s 数据类 型，需要有相应的g i s 插 件，占用大星的磁盘空间。 a c t i v e x 执行速度快；具有动与操作系统相关；需要下 g e o m e d i a w e b m a p c o n t r o l 态可重用代码模块。载、安装，占用存储空间； 方法 安全性较差；对于不同的 g i s 数据类型，需要有相应 的g i sa c t i v e x 控件来支 持。 j a v a a c t i v e m a p ，g e o b e a n s 与平台和操作系统无g i s 数据的保存、分析结果 a p p l e t 方关：实时下载运行，的存储和网络资源的使用 法 无需预先安装；服务能力有限。 器和网络传输的负担 轻；g i s 操作速度快。 2 2 4 主流w e b g i s 软件对比 随着w e b g i s 技术的出现及流行，各g i s 公司纷纷推出了相应的w e b g i s 7 中地质科学院硕士论文 解决方案，例如e s r i 公司的a r e i m s 、i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e bm a p 、 著名的c a d 厂商a u t o d e s k 公司的a u t o d e s km a p o u i d e 、m a p l n f o 公司的 m a p x t r e m e 、国家遥感应用工程技术研究中心的g e o b e a n s 、武汉吉奥的g e o s u r f 北京超图的s u p e r m a p g i s 等。现就其中前四个w e b g i s 软件平台的技术特征进 行比较。 表2 - 2 几个典型w e b g i s 软件平台的重要特征9 1 i n t e m e t m a ps e r v e r w e b g l s 平台 m a p x t r e m e4m a p g u i d e 6 0 ( i m s ) 9 0 公司e s 刚i n c m a p l n f o c o r p a u t o d e s kl n c 。 服务器操作系 w i n d o w s 系列、u n i x w i n d o w s 系 w i n d o w s 系列 统列 l i s 或者n e t s c a p e 支持c g i 的 w e b 服务器支持c g i 的w e b s e r v e r s e r v e rw e bs e r v e r 支持h t m l 的任意浏 支持h t m l 客户端浏览器的任意浏览i e 、n e t s c a p e n a v i g a t o r 览器 器 客户端是否需 要插件( p l u g - i n ) 自动下载j a v aa p p l e t 不需要 需要安m a p g u i d 插件 或者a c t i v e x 控件 ( 1 m 左右) 控件( c o n t r 0 1 ) a r c v i e ws h a p e 文件、 可发布的数据 a r c i n f oc o v e r a g e 、 m a p l n f o 地图 s d e 地图文件、d w g 格式文件 a u t o d e s kd w g 文件、 图像文件等 第二章w c b g i s 理论及相关技术 2 3 空间数据管理技术 g i s 的数据一般分为空间数据和属性数据两类，在通常的g i s 系统中对于空 间数据的管理可以分为以下几种类型“。 1 、文件与关系数据库混合管理系统 这种方式基于传统的关系数据库系统来存储地理空间对象的属性数据，而以 文件方式来存储空间数据。这种方法对于特定文件格式g i s 数据的处理效率较 高，但它在数据的一致性维护、并发控制以及海量空间数据的存储管理等方面能 力较弱。 2 、关系型空间数据库管理系统 关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管 理系统管理。关系数据库管理系统的软件厂商不做任何扩展，由g i s 软件商在此 基础上进行开发，使之不仅能管理结构化的属性数据，而且能管理非结构化的图 形数据。用关系数据库管理系统管理图形数据的一种通用的方式是将图形数据的 变长部分处理成二进制块b l o c k 字段。g i s 利用这种功能，通常把图形的坐标数 据，当作一个二进制块，交由关系数据库管理系统进行存储和管理。 采用这种管理方式，二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多，特别 是涉及对象的嵌套，速度更慢。 3 、对象一关系数据库管理系统 这种方式将空间数据和属性数据都存储于关系型数据库中，通过在关系型数 据库之上建立一层空间数据库功能扩展模块来实现对空间数据的组织管理。有两 种实现方式：一是直接对关系型数据库管理系统进行功能扩展加x - - 定数量的 空间数据存储与管理功能。运用这一种方法比较有代表性的是o r a c l e 等系统， 定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的a p i 函数。这些函数，将各种 空间对象的数据结构进行了预先的定义，用户使用时必须满足它的数据结构要 求，用户不能根据g i s 要求再定义；另一种方法是在常规数据库管理系统之上添 加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和 管理的能力。代表性的是美国e s r i 公司的a r c s d e 等。目前大多数g i s 系统采用 这种方式管理空间数据。 中地质科学院硕士论文 4 、面向对象空间数据库管理系统 面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且 支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。面向对象的空间数据库管理系统允许用户 定义对象和对象的数据结构以及它的操作。这样，就可以将空间对象根据g i s 的 需要，定义出合适的数据结构和一组操作。 当前己经推出了若干个面向对象数据库管理系统，但由于面向对象数据库管 理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在g i s 领域还不太通用。目前，基于对象 一关系的空间数据库管理系统为g i s 空间数据管理的主流。 l o 第三章数据托享技术方案 第三章数据共享技术方案 3 1 整合与发布的g i s 软件平台 目前，e s r i 公司的具有国际先进水平的a r c g l s 产品家族软件已成为中国用 户群体最大，应用领域最广的g i s 技术平台。其中a r c i n t o 是目前国际上功能最 为完善、性能最为稳定的专业地理信息系统软件平台之一。w e b g i s 软件各有千 秋，相较而言，a r c i m s 具有较强的空间查询分析功能、支持多种数据格式、功 能较为强大、系统稳定的优点。经过对比分析与软硬件条件的限制，决定采用 e s r i 公司推出的功能强大、稳定的a r c g i s 9 1 系列软件来完成数据的整合与共 享工作，更利于推进数据的国际交流与合作。 3 2 技术方案 开展本课题研究的目标有三个： l 、对现有的十几个g i s 空间数据集进行整合改造，获得一批统一数据格式、 投影等空间参考信息、可以直接叠加进行空间分析的g i s 数据库群。 2 、建立基于a r c l m s 的w e b g i s 数据发布系统，实现十几个待共享的数据 集的在线共享。 3 、总结在整合与发布过程中遇到的难点与解决方案，形成较为优化的技术 流程。 数据整合是开展数据共享的数据预处理阶段，以数据共享为目的开展的，亦 是重中之重，因为数据预处理质量的好坏直接关系到数据的共享效果。技术方案 主要分为两大部分：数据的标准化整合与网络发布。 3 2 1 数据的标准化整合 第一步制定统一的数据格式与投影参数标准 统一采用e s r i 推出的s h p 数据格式。由于目前的数据集为全国范围的空间 数据，经专家探讨决定选用，西安8 0 地理坐标系g s c x i a n l 9 8 0 。兰勃特等角圆 锥投影( l a m b e r t _ c o n f o r m a l _ c o n i c ) ，基本参数：中央经度( o r i g i n l o n g i t u d e ) 1 1 5 度，原点纬度( o r i g i n l a t i t u d e ) 0 度；标准纬度】( s t a n d a r d p a r a l l e l o n e ) 值为4 7 度； 标准纬度2 ( s t a n d a r d p a r a l l e l t w o ) 值为2 5 度：东偏移( f a l s e e a s t i n g ) 3 0 0 0 0 0 0 米；北 中地质科学院硕士论文 纬偏移( f a l s e n o r t h i n g ) 0 米；线性单位是米。 第二步、分析当前数据的状态。根据具体情况对数据集制定整合技术方案。 对数据的整合主要包括四部分内容： 1 、对现有数据进行校验、修正、补充和完善。 2 、g i s 化些数据表，建立新的空间数据库。 3 、根据制定的投影等空间参考信息标准。进行转换，产生获得一批统一数 据格式、投影等空间参考信息，可以直接叠加进行空间分析的g i s 数据库群。 4 、建立多用户g e o d a t a b a s e 数据库，把获得的数据导入到g e o d a t a b a s e 数据 库中，使用空间数据引擎进行统一管理与维护 图3 - 1 数据整合流程图 1 2 习多圈穹 压；i一廖宴富室廖塑压；i一廖宴富室廖蜜 7 一f00 一三璧 第三二章数据共享技丰方寮 3 2 2w e b g i s 系统体系架构设计 3 2 2 1 、发布系统体系结构 发布系统的体系结构为b r o w s e s e r v e r 模式，运用a r c s d e 空间数据引擎实 现对空问相关信息的集成管理，严格遵循数据层逻辑层壤现层的三层体系构架 ( 如图3 2 所示) ，分别是： l 、空间数据服务器：采用了a r e s d e 空间数据引擎+ s q l s e r v e r 2 0 0 0 的多用 户g e o d a t a b a s e 空间数据管理模式。 2 、空间信息服务器：是整个信息发布系统的核心。主要包括空间服务器 ( s p a t i a ls e r v g t ) 、应用服务器( a p p l i c a t i o n s e r v e r ) 、应用服务器的连接器( a r c l m s c o n n e c t o r ) 、a r c l m s 管理工具( m a n a g et o o l s ) 以及网络信息发布服务器( w e b s i t e s e r v e r ) 。 3 、最上层是客户端利用浏览器浏览和查询信息。 采取三层架构的体系结构，使空问数据与发布信息分开布置，可提高数据的 安全性与系统的稳定性。 图3 - 2 系统的体系结构 中地质科学院硕士论文 3 2 2 2 、w e b g i s 发布流程 l 、根据需求设计规划w e b g i s 系统的体系结构模型及主要功能。 2 、搭建a r c i m s 平台的软硬件运行环境。 3 、配置地图文件。 4 、建立地图服务。 5 、初步建立w e b g i s 站点。 6 、对已发布的w e b g i s 站点