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1、. . 基于ArcGIS的数字地形图信息管理系统的研究与实现结构设计1 绪 论1.1 引 言因为经济的迅速发展,国内计算机辅助设计CAD23与地理信息系统GIS45技术在近二十年的时间里发展非常迅速。社会各行业对空间信息的采集、动态更新的速度要求越来越高,特别是在现阶段,国内城市化进程加快,城市建设和管理的任务十分繁重,需要快速有效的获取基础地理空间数据,特别是大比例尺空间数据。1.2 建立数字地形图信息管理系统的背景和意义随着城市建设规模不断扩大和城市化进程的加快,城市政府管理部门面临很多城市问题和发展的压力,如人口膨胀、环境污染、交通拥挤、住房紧张等问题,如需要在激烈的城市竞争中抓住各类发
2、展机遇,改善投资环境和服务质量,使城市建设保持高速增长的势头,使城市规划、建设和管理与社会政治、经济、文化、科技的发展相适应,保证城市的可持续发展等,为有效解决这些问题,城市管理部门需要采用先进的管理方法和技术手段,进行网络化管理和动态调控,以快速提供信息服务,帮助投资者和企业控制成本、减少风险,提高管理和决策水平,减少失误和盲目性。构成数字城市最重要的基础是数据。一个城市或者行政区的房产、规划、国土、水利、电力、地质等管理部门往往掌握着城市的重要基础信息资源,而这些信息资源的最基础的背景信息就是数字地形图信息。数字地形图信息管理系统的建立和有效运转,能够达到信息共享,避免重复测绘,为专业应用
3、系统提供坚实、可靠的数据平台,进而促进整个城市信息化的进程。1.3 数字地形图信息管理系统发展状况及需解决的问题1.3.1 数字地形图信息管理系统发展状况数字地形图信息管理系统是基于GIS技术的,是地理信息系统的基础,它的发展状况与GIS的发展状况是一脉相成的67。a、国际上发展状况地理信息系统的存在与发展已历经30余年。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提高,以及有关组织机构的建立等因素,深深地影响着地理信息系统的发展。纵观GIS的发展,尤其是北美地区的实际情况,可以将地理信息系统的发展分为以下几个阶段： 地理信息系统的早期雏形出现于20世纪50年代末和60年代初,当时计算机被广泛应用于空
4、间数据的存储和处理。1963年,加拿大建立了世界上第一个实用的地理信息系统加拿大地理信息系统CGIS,用于自然资源的管理和规划。这一时期,许多与地理信息系统有关的组织和机构纷纷建立。 70年代是地理信息系统的巩固发展时期。随着计算机技术的迅速发展,数据处理速度加快,内存容量增大,输入输出设备比较齐全,为地理数据的输入、存储、检索、输出提供了强有力的手段,从而促进了地理信息系统的迅速发展。 80年代是地理信息系统技术大发展时期。主要是由于微型计算机和远程通讯传输设备的出现,为计算机的广泛应用创造了条件,再加上计算机网络的建立,使地理信息的传输时效得到很大的提高,数据处理开始和数学模型、模拟等工具
5、结合,地理信息系统的应用领域迅速扩大,涉及到了许多的学科和领域,地理信息系统不再受国家界线的限制,开始用于解决全球性的问题。 90年代是地理信息系统的应用普及时代。由于计算机的软硬件都得到了飞速发展,网络也开始进入千家万户,地理信息系统己成为许多机构必备的工作系统,尤其是政府决策部门。另外,社会对地理信息系统的认识也普遍有所提高。需求增加,从而使地理信息系统的应用不断扩大与深化,国家级乃至全球性的地理信息系统己成为世界关注的问题。美国副总统戈尔于 1998年1月提出了数字地球Digital Earth的概念,他指出数字地球是一个可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示。实际上,数字
6、地球就是一个全球性的、三维的地理信息系统,是站在知识经济的高度,从更高层次,用系统的观点来组合与运用己有的和正在发展的理论和技术建立起来的一个信息化的地球,它是对地理信息系统的进一步发展和完善。毫无疑问,地理信息系统将发展成为现代社会最基本的服务系统之一。b、国内发展状况我国地理信息系统方面的工作开始于20世纪80年代初,虽然起步较晚,但是发展迅速。在起步发展阶段中,我国主要是介绍、吸收外国经验,在理论探索、软件研制、规范制定、初步应用试验和技术人员培养等方面都取得了进步,为以后在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。从第七个五年计划开始,地理信息系统进入了发展阶段。在这个时期,地
7、理信息系统的研究作为政府行为,正式列入国家科技攻关计划,开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用试验和工程建设工作,许多部门同时开展了地理信息系统的研究与开发工作。经过近五年的努力,在地理信息系统技术的应用上开创了新的局面,并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际效益。从90年代起,地理信息系统进入快速发展阶段。这个时期强调了地理信息系统的实用化、集成化和工程化,使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部应用走向实用化和生产化,为国民经济重大问题提供分析和决策依据,努力实现基础环境数据库的建设,推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术的一体化。我国政府十分重视地球信息技术
8、的发展,近几年己在地球信息技术及其应用领域的法规建设、基础建设、信息资源建设及国家计算机软件开发等方面做了大量的卓有成效的工作。经过长期的积累,特别是经过近几年的迅速发展,我国在地球科学的信息化方面已具有相当的基础,地理信息系统、卫星遥感、航空遥感的普及率高,自主开发的地理信息系统占领了相当份额的国内市场。近年来,数字地球的提出,引起我国政府及科技界的高度关注,各研究机构作了大量的工作,从不同角度探讨了数字地球的一些问题提出了许多真知灼见。 1998年 10月 29日,中国863计划信息获取和处理技术主题专家组和国家遥感应用工程技术研究中心在联合举办了数字地球研讨会。专家一致认为,数字地球和国
9、民经济建设紧密相关,它在我国目前的经济建设和未来的知识经济社会中将起重大作用,数字地球是实施国家可持续发展战略的重要手段,它所提供的数据和信息将在农业、全球变化、环境、资源、人口、灾害、城市建设以及军事领域产生广阔的社会和经济效益,将推动各种科学事业的发展。数宇地球的实施必将促进地理信息系统的迅速发展和进一步完善。1.3.2 数字地形图信息管理系统需要解决的问题a、国内基础地理数据存在问题,主要有如下几点：1数据形式多样、标准不一各测绘、国土、规划局拥有不同年代、不同方式获取的部分基础数据。这些数据格式不同、来源各异,有CAD格式的数据也有其他格式的数据,有经过编码的也有还没有编码的数据等等。
10、这些信息难以满足系统对数据的要求,必须对现有的数据进行相应的转换、编辑、整理等预处理工作。数据存储的方式也各不相同,有的采用传统的图纸保存,有的采用文件方式保持,有的以数据库表的方式保存等。这些杂乱的数据不仅占用大量的空间,还需要大量的人力和财力去管理,且管理效率低,容易损坏丢失。图形数据采用的坐标也不一致,有地方独立坐标系,有54坐标系,也有80国家坐标系,需要解决这几种坐标系的相互转换问题。2数据更新不力、现势性差数据的现势性是数据的生命力所在,为了保证数据的现势性必须要有有效的更新机制。以前所采用的数据更新方式比较零散,更新速度慢,难以保证数据的现势性。3管理手段落后、数据安全性难保由于
11、多采用传统的文件、图纸的方式管理空间图形数据,数据容易丢失、损坏和泄密,数据的安全得不到保证。随着图纸年久损坏,这些宝贵的历史资料将难恢复。4分析手段单一、信息利用率低大量的基础数据的分析目前所采用的方法与手段较为单一。而随着数据库技术的发展,以及数据仓库和数据挖掘等新技术的应用,给空间分析带来了新的方法；特别是在地理信息的支撑下,实现多种信息的结合,通过各种专题图进行表达和分析。5难以深层次利用、难以社会化服务信息的利用仅停留在原始信息的提供阶段,没有进一步的深层次的挖掘,这就难以满足社会、企业和个人对城市信息的需求。随着科技的发展,应能通过多信息的综合分析,为制定21世纪初期经济社会发展规
12、划和发展战略,为城市制定社会、经济、科教等各项发展政策提供决策支持。b、数字地形图信息的管理存在如下问题：地形图数据采用文件管理方式,导致数据不安全、查找难、不便于应用、不便于与其它数据的接口等方面的问题。从以上现状分析可以看出,本系统建设的提出是及时的,也是必要的,且已具备良好的基础。上述问题正是本系统建设需要解决的基本问题,城市地理信息系统的建设首先要弥补目前基础地理数据平台的不足。1.4 数字地形图的概念凡是图上既表示出道路、河流、居民地等一系列固定物体的平面位置,又表示出地面各种高低起伏形态,并经过综合取舍,按比例缩小后用规定的符号和一定的表示方法描绘在图纸上的正形投影图,都可称为地形
13、图8。地形图的内容：1、图框：图框的方向,通常上面表示北方,下面表示南方,左边是西方,右边是东方。图上还应有比例尺、坐标系、高程系及施测日期。 2、地物：凡地面各种固定性的物体,除上述各种物体外,还有江河、湖泊、森林、草地及其他各种人工建筑物等,均称之为地物。3、地貌：有时为了表示地面高低起伏,在若干点位上注明点的高程,还有用一些规定符号来表示。这种起伏主要是自然形成的,如高山、深谷、陡坎、悬崖峭壁及雨裂冲沟等,都称之为地貌。地形图的比例尺：地面上各种地物不可能按真实的大小描绘在图纸上,通常总是将实地尺寸缩小为若干分之一来描绘的。图上某直线的长度与地面上相应线段实际的水平长度之比,称为图的比例
14、尺。实有的比例尺有：1/500、1/1000、1/2000、1/5000、1/10000、1/25000等等。数字地形图是指矢量数据形式的地形图,是空间实体的符号化模型,它遵循一定的数学法则,将现实世界所传递的地理信息通过概括总结,并运用特定的符号表示在计算机显示器上,用以传递地理空间中地物实体集合的质量、数量和时空特征及其发展变化的规律7。1.5本文的主要研究工作本文的研究工作是在开发招商局XX开发区规划局规划管理信息系统的基础上进行的。通过计算机辅助设计CAD、数据库技术、计算机网络技术,借助ArcGIS功能强大的地理信息平台达到CAD&数据库的整合运用,数字地形图数据无缝进入空间数据库管
15、理与应用。具体研究工作如下：1通过大量阅读国内外的参考文献,了解GIS的发展现状来研究系统开发需要解决的问题,明确研究方向；2本文对数字地形图信息主要是DWG图形入库技术进行研究；3数字地形图信息包含空间信息与属性信息,数字地形图信息要进入数据库管理,本文对地形图的空间数据结构与属性数据结构进行研究；4数字地形图信息管理系统是面向用户的,本文对系统的需求进行了分析研究；5作为管理系统,本文对系统的体系结构与运行环境进行了研究；6数据的管理必须保证数据的安全,本文对数据的安全管理进行了研究；1.6 本论文的章节安排本论文总共分为六章,各章节内容安排如下：第一章：绪论,阐述了数字地形图信息管理系统的应用背景、研究意义、以及国内外的发展状况,详细分析了系统建设需要解决的主要问题,同时介绍了数字地形图的概念。第二章：数字地形图信息入库技术的研究,针对数字地形图信息入库要求,提出并研究了实现以GIS为核心的数据采集、面向要素模型的数据转换技术、数据质量监理体系的建立三方面成果。第三章：数字地形图信息管理系统功能分析与结构设计,本章对系统建设的功能需求进行了详细的分析,根据系统的功能需求对系统的体系结构设计实现进行了阐述。第四章：系统数据结构设计,本章根据系统建设的特点及功能需求,对系统基础空间
