地理信息系統(tǒng)研制與開發(fā)實踐

　　在我國地理信息技術(shù)(GIS)已經(jīng)在多個行業(yè)中應(yīng)用,在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用,并且逐步成為一門新興的信息產(chǎn)業(yè)。如何進一步推動地理信息技術(shù)的發(fā)展和促進地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成,對于從事這一技術(shù)研究的科技工作者來說,責無旁貸。

　　我們正處在世紀之交,一個新紀元即將展現(xiàn)在人類面前。從我們職業(yè)的角度去認識,21世紀將是一個新型的信息社會和空間時代,地理信息技術(shù)將會發(fā)揮更加重要、更加積極的作用。無疑,這給我們帶來了新的機會,同時,也給我們帶來了挑戰(zhàn)。特別是隨著全球經(jīng)濟的一體化進程,我國GIS市場面臨著外國公司的不斷擴展,只有發(fā)展自己的技術(shù),盡快形成自己的地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè),我們才能立足于世界信息技術(shù)發(fā)展的潮流之中。

1GIS技術(shù)發(fā)展與開發(fā)對策

　　GIS技術(shù)已經(jīng)進入一個新的發(fā)展時期,在技術(shù)上和應(yīng)用上,已經(jīng)達到了一個新的階段,它的社會作用和影響,以及所涉及的法律范疇不斷擴大。正確認識GIS的作用和掌握這一技術(shù)的發(fā)展動向,是我們制定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)政策,以及組織技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品化的重要前提。

　　1.1 GIS是信息技術(shù)(IT)的重要組成部分

　　過去,GIS往往被認為是一項專門技術(shù),主要應(yīng)用于測繪、制圖、資源和環(huán)境管理等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展和社會需求的增大,GIS應(yīng)用日趨廣泛,它不但成功地應(yīng)用于以上領(lǐng)域,而且已經(jīng)成為城市規(guī)劃、設(shè)施管理和工程建設(shè)的重要工具,同時,還進入了軍事戰(zhàn)略分析、商業(yè)策劃和文化教育,乃至人們的日常生活。GIS的社會地位也發(fā)生了明顯的變化,它和數(shù)據(jù)庫、信息處理、通信等技術(shù)一樣,已經(jīng)成為信息技術(shù)(IT)的重要組成部分。

　　GIS是一門綜合性技術(shù),它已經(jīng)與其它技術(shù)融合一體。即GIS的應(yīng)用需要利用和集成其它技術(shù),同時,其它信息技術(shù)的應(yīng)用也需要GIS。

　　在北美和西歐一些國家,GIS已經(jīng)被納入IT之中,在政府的統(tǒng)計和法律文件中,已給予GIS明確的地位。甚至一項地理信息標準,需要由國家首腦頒布法令加以實施。在聯(lián)合國,也設(shè)立了專門機構(gòu)和召開了專門會議討論GIS的應(yīng)用。

　　所以,我們在探討GIS產(chǎn)品化途徑和制定產(chǎn)業(yè)政策時,必須把GIS與IT結(jié)合起來加以考慮,把發(fā)展GIS視為與數(shù)據(jù)庫等技術(shù)一樣重要。在技術(shù)上,發(fā)展GIS也必須符合信息技術(shù)潮流。

　　1.2GIS技術(shù)正在走向綜合

　　近年來,計算機技術(shù)飛速發(fā)展,特別是軟件技術(shù)的發(fā)展,促使GIS技術(shù)發(fā)生了很大的變化。如組件式GIS、Web GIS以及類似于超文本語言(html)和虛擬現(xiàn)實造型語言(VRM L)的GIS語言,已經(jīng)成為國際GIS技術(shù)的重要發(fā)展方向。然而,GIS技術(shù)正在走向綜合,綜合是目前GIS應(yīng)用上最為重要的方面。

　　GIS技術(shù)的綜合,主要體現(xiàn)在GIS與其它信息技術(shù)的結(jié)合之上,我們常常所說的“3S”,或GIS、遙感和GIS的一體化,就是技術(shù)綜合的體現(xiàn)。然而,現(xiàn)在的GIS已經(jīng)遠遠超出了這些,它已經(jīng)與CAD、多媒體、通信、Internet、辦公自動化、虛擬現(xiàn)實等多種技術(shù)結(jié)合,形成綜合的信息技術(shù)。這一點,已經(jīng)被許多從事不同業(yè)務(wù)的公司所重視。綜合是GIS技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用值得注意的重要方向。GIS與有關(guān)信息技術(shù)結(jié)合的概要見表1。

　　在我們的實際工作,也深深認識到,一個成功的GIS系統(tǒng),必須能夠充分應(yīng)用和結(jié)合其它技術(shù),這樣才能更加有效地解決問題,滿足用戶的需求。

　　我們在香港綜合地理信息系統(tǒng)的研制與開發(fā)中,充分體現(xiàn)了GIS與其它信息技術(shù)相結(jié)合的特點,為用戶提供了綜合的系統(tǒng)解決方案。

2香港綜合地理信息系統(tǒng)的開發(fā)

　　1997年7月1日,香港回歸祖國,這是一件具有歷史意義的大事。為了體現(xiàn)“科技擁軍,迎回歸”,在中科院和國家科委的大力支持下,在總參二部計算所和廣州軍區(qū)二部的積極配合下,我們研制與開發(fā)了香港綜合地理信息系統(tǒng),并在駐港部門的進港過程中成功應(yīng)用,為輔助指揮提供了有力的工具。

　　利用GIS、遙感、GPS和多媒體技術(shù)建立綜合型空間信息系統(tǒng),具有空間信息顯示、查詢、制圖、分析與對典型目標進行動態(tài)跟蹤等功能,是軍事和警務(wù)非常有效的信息工具和重要的輔助決策手段。從政治、地理及社會環(huán)境等方面看,香港是一個極其獨特的地區(qū),它受英國統(tǒng)治近百年之久,其社會和文化等多方面與大陸之間存在著巨大的差異。針對香港地區(qū),在微型計算機平臺上研制和開發(fā)綜合信息系統(tǒng),是一件非常必要的工作。

　　2.1系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

　　香港綜合地理信息系統(tǒng)是一個融GIS、遙感、GPS、多媒體和通信技術(shù)為一體的綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計是針對用戶需求進行的,系統(tǒng)開發(fā)反映了GIS技術(shù)綜合性特點,采用了組件式GIS開發(fā)方案,充分利用先進技術(shù)。

　　2.1.1用戶需求調(diào)查與系統(tǒng)目標

　　GIS的建立,需要進行用戶需求調(diào)查與分析,以確定系統(tǒng)的目標,這是系統(tǒng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。從技術(shù)開發(fā)人員來說,系統(tǒng)建設(shè)初期往往不了解用戶的需求,而用戶往往不了解技術(shù)的背景和能夠?qū)崿F(xiàn)目標的程度,用戶需求調(diào)查就是使二者更好地結(jié)合。

　　一般來說,用戶需求分析是系統(tǒng)建設(shè)的第一步,以便盡快確定系統(tǒng)目標。在香港綜合地理信息系統(tǒng)的研制與開發(fā)中,由于系統(tǒng)建設(shè)的特殊性,用戶所提出的要求,隨著對GIS和有關(guān)技術(shù)的了解,不斷變化,不斷提出更高和更新的要求。這給研制和開發(fā)工作帶來了一定困難,然而,我們以高度的責任感,在用戶意見的基礎(chǔ)上,不斷調(diào)整方案和多次更改系統(tǒng)目標。

　　在總參二部計算所的協(xié)助下,我們多次到廣州和深圳,與廣州軍區(qū)二部和駐港部隊的同志共商系統(tǒng)建設(shè),多次帶去系統(tǒng)階段性成果,進行演示和征求意見。同時部隊的同志也數(shù)次來京,提供資料和討論方案。系統(tǒng)中的一些功能,包括GIS與CSM通信方案等等,到系統(tǒng)建設(shè)的后期才以確定。

　　2.1.2系統(tǒng)設(shè)計

　　系統(tǒng)設(shè)計的目標是提供一個信息豐富、功能齊全、性能可靠,易于操作的綜合型信息系統(tǒng)。要求使空間信息與文本、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、圖表、圖片、遙感、視頻等多媒體信息有機地結(jié)合起來,同時實現(xiàn)GPS動態(tài)目標的跟蹤。使系統(tǒng)既成為幫助用戶了解和熟悉香港,及時獲取各種綜合信息和提供信息服務(wù)的工具,又要求達到輔助指揮與決策的目的。

　　系統(tǒng)設(shè)計具有十分明確的針對性,在建立一個內(nèi)容豐富的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)之上,針對每項應(yīng)用需求開發(fā)功能。如針對軍標的要求,設(shè)計和開發(fā)了一套軍標編輯制作工具。針對識別道路系統(tǒng)的要求,對主要道路干線進行逐條編碼,以便有效地選擇指定道路和進行顯示。

　　2.1.3軟件開發(fā)

　　軟件是GIS的核心,也是系統(tǒng)能否成功的技術(shù)關(guān)鍵。香港綜合地理信息系統(tǒng)采用了我們自行開發(fā)的組件式GIS-ActiveMap作為系統(tǒng)的基本平臺。

　　GIS-ActiveM ap是在跟蹤國際GIS發(fā)展動向的基礎(chǔ)上,結(jié)合任務(wù)的需要,利用Visual C++(5.0),在Windw os NT/95平臺上開發(fā)的一套全32位組件式GIS。它具有25個屬性,140個方法和13個事件。通過開發(fā)和應(yīng)用,我們認為這類軟件與傳統(tǒng)GIS比較具有很多優(yōu)點。首先它能夠嵌入到其它軟件和其它任務(wù)之中,可以利用Visual C++,VisualBasic和Delphi等軟件進行集成,無須專門的開發(fā)語言,系統(tǒng)集成和開發(fā)非常便利。同時,Activ eM ap還具有顯示速度快和功能靈活,以及便于開發(fā)特定功能等特點,成功地解決了將遙感、多媒體以及軍標融合入系統(tǒng)之中,并且提供了良好的GPS接口。

　　ActiveM ap為香港綜合地理信息系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。同時在后來的“香港之窗97”光盤和“南寧市土地信息系統(tǒng)”等項目中成功應(yīng)用。

　　2.1.4數(shù)據(jù)庫建設(shè)

　　為了達到系統(tǒng)的目標,系統(tǒng)設(shè)計了一個復(fù)合型數(shù)據(jù)庫,內(nèi)容包括基礎(chǔ)地圖、遙感圖象、社會經(jīng)濟信息、敏感地區(qū)視頻信息等多媒體數(shù)據(jù)。

　　地圖數(shù)據(jù)∶包括全港1∶5萬全要素地形圖、全港1∶2萬全要素地形圖和1∶1萬街區(qū)圖。在空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計中,根據(jù)用戶需要,進行分層和編碼,同時將3種不同比例尺的地圖,分別進行坐標轉(zhuǎn)換,置于同一坐標系統(tǒng)中,以便于系統(tǒng)集成,可以根據(jù)要求進行不同地圖自動顯示切換。

　　遙感圖象:包括美國T M(1996年3月)(分辨率30米)、法國SPOT(分辨率10米,(1997年1月)和俄羅斯COSM OS(1994年8月)(分辨率2米)3種數(shù)字遙感圖象。這些遙感圖象分別與地圖復(fù)合,可以根據(jù)需要進行綜合顯示或單獨顯示。

　　電子沙盤:利用高程數(shù)據(jù)生成了數(shù)字地面模型(DTM),并與SPOT遙感圖象復(fù)合,制作出各地區(qū)不同方位的多種電子沙盤。

　　統(tǒng)計數(shù)據(jù):建立了區(qū)域概況、中英文地名、歷史、人物、社會經(jīng)濟、社會團體、兵種等多種數(shù)據(jù)庫。專題要素:有如警務(wù)機構(gòu)、執(zhí)勤警點、消防急救設(shè)施、安全通道、政府機關(guān)等。

　　多媒體信息:數(shù)百張照片和數(shù)十個視頻,用戶可以根據(jù)需要,任意增加多媒體信息。

　　2.1.5系統(tǒng)功能

　　有人將電子地圖與GIS混為一談,其實,電子地圖只是GIS的一種數(shù)據(jù)。GIS的特點主要體現(xiàn)在對信息的處理、分析和應(yīng)用功能之上。一個真正的GIS,就必須進行系統(tǒng)集成和應(yīng)用功能開發(fā)。香港綜合地理信息系統(tǒng)的系統(tǒng)集成和功能開發(fā)是以應(yīng)用為出發(fā)點的,下面僅介紹顯示和GPS功能設(shè)計中一些考慮。

　　顯示是GIS最基礎(chǔ)的功能,系統(tǒng)在顯示設(shè)計上,采用了不同要素控制顯示的做法,對如等高線、不同級別的道路(共4種)、水涯線、多種級別的地名、符號、遙感圖象等要素,設(shè)計了用戶控制菜單,用戶可以根據(jù)需要對他們進行組合和選擇性顯示。再者,在不同比例尺圖件的顯示上,也設(shè)有控制器,用戶可以根據(jù)需要對地圖縮放的程度,設(shè)置某種地圖或遙感圖象的顯示,這樣可以做到自動切換顯示不同比例尺的地圖和遙感圖象,極大地方便了應(yīng)用。

　　此外,考慮到系統(tǒng)需要安裝在行進移動的車輛上,為了減少對系統(tǒng)的操作,開發(fā)了利用GPS控制顯示的功能,隨著車輛的行進,系統(tǒng)可雙根據(jù)GPS所接收的數(shù)據(jù),自動顯示周圍的區(qū)域,無須手工控制。

　　在GPS系統(tǒng)的集成上,采用了在行進車輛上使用移動電話,通過GSM數(shù)字通信傳輸數(shù)據(jù)的方法,指揮部通過電話、Modem與計算機聯(lián)結(jié),直接接收GPS數(shù)據(jù)。在廣東省郵電部門的大力支持下,為我們開通了專門的數(shù)字數(shù)據(jù)通道,為利用GSM進行GPS數(shù)字傳輸成為可能,這也是我國首次進行這方面的實際應(yīng)用。

　　此外,考慮到有可能因數(shù)字通信中斷,出現(xiàn)通信困難的情況,還設(shè)置了自動報數(shù)和利用電話傳送GPS數(shù)據(jù)的功能。

　　香港綜合地理信息系統(tǒng)將多媒體、電子沙盤、軍標等功能有機地結(jié)合起來,用戶可以根據(jù)需要顯示某一區(qū)域的不同方向電子沙盤,或加注軍標等。系統(tǒng)還提供了空間量算(距離、面積、經(jīng)緯度以及方位角等);空間分析(緩沖區(qū)、范圍搜索);空間查詢(空間與屬性雙向查詢);邏輯查詢與條件查詢;要素添加(如重要目標等);要素跟蹤和閃爍、軍標編輯與要素添加和態(tài)勢圖的輸出等多種功能。

　　系統(tǒng)開發(fā)完成之后,為了確保系統(tǒng)的運行,我們還進行了實地調(diào)試。

　　2.2系統(tǒng)應(yīng)用

　　香港綜合地理信息系統(tǒng)完成之后,由中科院周光召院長代表中科院將系統(tǒng)贈送給我駐港部隊,受到部隊的熱烈歡迎。

　　系統(tǒng)先后給部隊有關(guān)首長演示十多次,并在有關(guān)演習中試用。特別是系統(tǒng)數(shù)據(jù)豐富和顯示快,以及GPS跟蹤、電子沙盤遙感圖象、地址查詢和多媒體等功能,受到首長的高度贊揚。

　　1997年6月30日,在部隊進港中,在前進車隊和指揮所分別安裝了該系統(tǒng),通過GSM聯(lián)系在一起,實現(xiàn)了動態(tài)目標的跟蹤,完全拋開了傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖,達到了利用信息系統(tǒng)對部隊行動進行指揮的要求。系統(tǒng)為輔助指揮發(fā)揮了積極的作用,得到廣州軍區(qū)和駐港部隊的充分肯定和高度贊揚。

3體會與展望

　　通過香港綜合地理信息系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作,我們認為我國GIS技術(shù)人員有能力掌握和開發(fā)先進的技術(shù)系統(tǒng)。然而,一個系統(tǒng)的成功開發(fā)與應(yīng)用,必須與用戶緊密合作,沒有用戶的密切配合,應(yīng)用系統(tǒng)是難于成功的。

　　香港綜合地理信息系統(tǒng)的開發(fā)與成功應(yīng)用,除了得到有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)的重視與支持之外,最根本的原因是得到用戶密切的合作。我們深深體會到,應(yīng)用是GIS發(fā)展的真正動力。GIS有著廣泛的用途,但是,其作用和功能目前還沒有被廣大用戶所了解和認識。一旦被人們對GIS有了新的認識,它將與其它信息技術(shù)結(jié)合,成為一種巨大潛力的綜合信息工具。

　　GIS應(yīng)用在全世界已經(jīng)形成了高潮,逐步被人們所接受。在北美和西歐等發(fā)達國家,GIS應(yīng)用已經(jīng)形成一定規(guī)模,但是,應(yīng)用深度并沒有達到應(yīng)有的程度,大多GIS也只是停留于制圖,其分析和輔助決策的功能并沒有得到充分發(fā)揮。如在洛杉磯和南加州數(shù)十個城市的市政局中,幾乎都設(shè)有制圖部門,都采用了GIS系統(tǒng),這些系統(tǒng)往往只是滿足于制圖,并沒有與自70年代起就建立起來的人口和戶籍數(shù)據(jù)庫連接起來。

　　我國GIS應(yīng)用正在進入到一個需求旺盛期,目前,我國已經(jīng)建成的GIS應(yīng)用系統(tǒng)估計達數(shù)百個,百萬元至數(shù)千萬元級的系統(tǒng),也有數(shù)十個之多。我國GIS應(yīng)用已經(jīng)初步形成一個多層次、不同規(guī)模、不同尺度的應(yīng)用局面。我國GIS應(yīng)用總體水平是比較高的,而且存在著巨大的應(yīng)用潛力,對GIS的需求將不斷增加。

　　我們在承擔國家項目的同時,先后開發(fā)了香港、廈門、南寧等城市實用型土地信息系統(tǒng)。從我們的實際工作中認識到,為了更加有效地推廣GIS,建立行業(yè)示范工程和開發(fā)更多的應(yīng)用系統(tǒng)原型是十分重要的,它對于系統(tǒng)的推廣應(yīng)用將發(fā)揮積極示范作用,建議國家和行業(yè)主管部門盡快支持這方面工作的開展。