摘要:地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System ，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS )，是在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支持下，融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，用來(lái)存儲(chǔ)和處理空間信息的高新技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界各類(lèi)空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。本文介紹了地理信息系統(tǒng)(GIS)的一些概念，結(jié)合實(shí)際探討了地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一些重要步驟與方法，并展望了GIS技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:地理信息系統(tǒng)(GIS);地圖元素;數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)(DPS)

地理信息系統(tǒng)把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，根據(jù)用戶(hù)的需要將空間信息及其屬性信息準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶(hù)，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策。下文通過(guò)具體的地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)踐來(lái)介紹一下GIS的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與發(fā)展。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵是總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括電子地圖的地圖數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的界面、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、符號(hào)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理設(shè)計(jì)、以及數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)主要由四大模塊(數(shù)據(jù)裝載，查詢(xún)與分析，系統(tǒng)維護(hù)管理，數(shù)據(jù)輸出)完成各種操作，地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)裝載主要是轉(zhuǎn)換并加載已有的、繪制部分暫缺的平面電子地圖集;查詢(xún)與分析完成對(duì)地圖的各種操作如瀏覽、雙向查詢(xún)等;系統(tǒng)維護(hù)管理實(shí)現(xiàn)對(duì)各圖層的操作和數(shù)據(jù)的維護(hù)如圖層順序的調(diào)整、屬性數(shù)據(jù)的修改等操作;數(shù)據(jù)輸出完成地圖窗口的矢量或柵格輸出，還有對(duì)查詢(xún)結(jié)果、工藝流程動(dòng)畫(huà)演示的輸出等。

2 數(shù)據(jù)的采集與保存

GIS的數(shù)據(jù)主要包括地圖數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等，由各種相關(guān)資料抽象加工而成。這些不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，其來(lái)源和格式各不相同，需要針對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)采取恰當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)和處理方法。

2.1 地圖數(shù)據(jù)

以使用Mapinfo開(kāi)發(fā)的GIS系統(tǒng)為例，所采用的原始地圖數(shù)據(jù)多是矢量型的CAD數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)化成Mapinfo格式的文件后其數(shù)據(jù)量較大，影響了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。而地圖顯示速度是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的重要因素之一，特別是對(duì)于超大數(shù)據(jù)量的矢量電子地圖，如系統(tǒng)總圖，顯示速度成為系統(tǒng)效率的瓶頸。當(dāng)前電子地圖較快的顯示方法是首先將數(shù)據(jù)全部讀入內(nèi)存， 通過(guò)改善數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理來(lái)提高顯示速度。經(jīng)實(shí)踐，這種方法對(duì)于大小在十兆以?xún)?nèi)的電子地圖是比較適用的。因此，建議在地圖數(shù)據(jù)編輯處理過(guò)程中，可以將地圖數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)在不同的.Tab格式的Mapinfo文件，比如將所有的建筑物存儲(chǔ)在\"建筑物\"層中等。此外，減小數(shù)據(jù)量也是加快系統(tǒng)運(yùn)行速度的另一途徑，這就需要征詢(xún)用戶(hù)的意見(jiàn)，是否有不太感興趣的圖層需要剔除;或采用將用戶(hù)不關(guān)心的建筑不在其所在圖層標(biāo)出等方法。通過(guò)這些編輯修改，大大縮小矢量平面地圖的數(shù)據(jù)量，再采用上面所說(shuō)的顯示方法，將數(shù)據(jù)全部讀入內(nèi)存，可以從一定程度上提高顯示速度。需要強(qiáng)調(diào)的是，正如上面提到的，編輯修改的前提是滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)地圖精確度的需要，不能一味為了追求速度而使地圖信息量驟降，使用戶(hù)不能從系統(tǒng)中獲得需要的數(shù)據(jù)。

2.2 圖像數(shù)據(jù)

圖像可提供內(nèi)容豐富的畫(huà)面，形象、直觀的表達(dá)大量信息。圖像處理就是把收集到的圖片、照片經(jīng)過(guò)編輯軟件處理、創(chuàng)意及縮放，輸出位圖提供使用。其中，圖例、符號(hào)作為一種特殊的圖像數(shù)據(jù)，可以由用戶(hù)來(lái)定義、修改，再添加到地圖上去，方便和規(guī)范了用戶(hù)對(duì)一些特定建筑、設(shè)施、設(shè)備的重點(diǎn)標(biāo)識(shí);同時(shí)，還要求一旦修改并更新后，在地圖上采用該圖例、符號(hào)的地方也能夠相應(yīng)顯示。此外，還有一些靜態(tài)的圖片，如組織結(jié)構(gòu)圖、靜態(tài)流程圖等等圖像信息，也是系統(tǒng)中較受重視的數(shù)據(jù)。

2.3 坐標(biāo)數(shù)據(jù)

如上面2.2介紹的圖例、符號(hào)這一類(lèi)圖像數(shù)據(jù)，作為地圖元素(以下簡(jiǎn)稱(chēng)圖元)，可以由用戶(hù)自主地在底圖上添加、刪除或移動(dòng)。為了能與底圖在位置和比例上關(guān)聯(lián)，需要這一類(lèi)數(shù)據(jù)，用戶(hù)將此類(lèi)數(shù)據(jù)在底圖上進(jìn)行維護(hù)操作后，確認(rèn)關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)將該對(duì)象的位置、比例信息自動(dòng)保存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)再次調(diào)用該地圖時(shí)，調(diào)取圖上承載的圖例、符號(hào)的坐標(biāo)信息，將其圖像按位置和一定的比例顯示出來(lái)。相應(yīng)地，應(yīng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)計(jì)坐標(biāo)信息的表及字段。

2.4 視頻和音頻數(shù)據(jù)

它的主要功能是介紹和演示，所以視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)都以相應(yīng)的視頻或音頻文件格式文件的形式保存在特定目錄下，便于編輯修改。比較特殊的一類(lèi)視頻是動(dòng)態(tài)流程的演示，以港口設(shè)備地理信息系統(tǒng)為例，就設(shè)計(jì)了油氣輸送管線(xiàn)、散貨連續(xù)裝卸設(shè)備裝卸貨物的流程的動(dòng)態(tài)演示。油氣輸送管線(xiàn)通過(guò)相互連通的管線(xiàn)與閥門(mén)、散貨裝卸通過(guò)裝卸設(shè)施和連接它們的皮帶，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置來(lái)設(shè)定裝卸流程，并將其分步驟顯示出來(lái)，此類(lèi)視頻不需要保存為固定格式的視頻文件，而是通過(guò)開(kāi)發(fā)工具的一些功能實(shí)現(xiàn)。

2.5 文本數(shù)據(jù)

文本是最常用的信息表達(dá)方式，內(nèi)容涉及面廣。文本數(shù)據(jù)是將介紹資料經(jīng)過(guò)整理、編輯處理后獲得的。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立各表、字段，添加屬性數(shù)據(jù)。大到系統(tǒng)總圖、分區(qū)域圖，小到一個(gè)圖例、符號(hào)代表的建筑、設(shè)施、設(shè)備，都有各自的屬性，這就需要在設(shè)計(jì)初期作好調(diào)研工作，哪些對(duì)象需要作屬性說(shuō)明，其各自需要說(shuō)明的項(xiàng)目又有哪些等等，再經(jīng)過(guò)總結(jié)分析，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，用戶(hù)需要系統(tǒng)說(shuō)明的對(duì)象類(lèi)別越多、說(shuō)明的項(xiàng)目越多、類(lèi)別間說(shuō)明項(xiàng)目差別越大，相對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)就越復(fù)雜。上面2.3 提到的坐標(biāo)信息從某種意義上說(shuō)，也是地圖上的圖例、符號(hào)的一些屬性數(shù)據(jù)，但是涉及到空間位置的描述，相對(duì)比較特殊，單獨(dú)作為一類(lèi)數(shù)據(jù)說(shuō)明。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的基本功能主要包括維護(hù)、顯示和查閱。維護(hù)包括創(chuàng)建一張新地圖， 或者在原地圖上創(chuàng)建新圖元(線(xiàn)條、圖例、符號(hào)等)，為這些對(duì)象關(guān)聯(lián)空間坐標(biāo)信息，添加屬性說(shuō)明;還可以對(duì)這些對(duì)象及其相關(guān)信息進(jìn)行修改與刪除。查閱包括地圖空間數(shù)據(jù)查詢(xún)、地圖及圖元屬性非空間數(shù)據(jù)查詢(xún)、通過(guò)對(duì)地圖空間查詢(xún)?cè)搶?duì)象非空間數(shù)據(jù)、以及通過(guò)地圖或圖元非空間數(shù)據(jù)查詢(xún)其在地圖上的空間分布。顯示包括一般顯示、特別地圖元素顯示、地圖放大和縮小、其它圖像顯示和動(dòng)態(tài)流程演示等。

4 界面設(shè)計(jì)

電子地圖系統(tǒng)接口的設(shè)計(jì)也是電子地圖系統(tǒng)的相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)，要講求實(shí)效，著重提高電子地圖的表現(xiàn)力，增強(qiáng)地圖的分析和應(yīng)用功能。根據(jù)用戶(hù)意見(jiàn)及開(kāi)發(fā)者多年使用計(jì)算機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定簡(jiǎn)便易用的操作方式，使系統(tǒng)具有適用性、易用性、主動(dòng)控制、靜態(tài)信息與動(dòng)態(tài)演示相結(jié)合等特點(diǎn)。

5 GIS的發(fā)展

上面介紹所開(kāi)發(fā)的GIS實(shí)現(xiàn)的還只是目前比較常見(jiàn)的功能，隨著日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑾到y(tǒng)不斷提高的要求，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，許多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，如Internet技術(shù)(WebGIS)、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、三維技術(shù)、圖像處理和人工智能技術(shù)都可直接應(yīng)用到GIS中。GIS正朝著一個(gè)可運(yùn)行的、分布式的、開(kāi)放的、網(wǎng)絡(luò)化的全球GIS發(fā)展。多媒體技術(shù)進(jìn)入GIS中，改善了GIS的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及成果表達(dá)與輸出的效能，發(fā)揮聲、像等多媒體的應(yīng)用。目前，圖形圖像的立體顯示己成功地融入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)(DPS)中，DPS與GIS的集成和多媒體技術(shù)的應(yīng)用將把我們感興趣的東西變成一個(gè)虛擬實(shí)體，我們可以通過(guò)GIS的輸出系統(tǒng)用多種感官來(lái)感知它。

結(jié)束語(yǔ)

GIS由其本身的多方面優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。相信在不斷的實(shí)踐中，其應(yīng)用將得到不斷的深化，作用也將日趨突出，為多方面的管理和發(fā)展起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李德仁.當(dāng)前國(guó)際GIS的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀.北京:測(cè)繪出版社，1995.