摘 要
基础地理信息是信息时代地球空间信息的基础和其他各种信息的空间载体与框架,对国民经济可持续发展、政府部门科学决策、社会大众生产生活需要等起着重要的作用.遵化属京津唐承秦腹地,自然资源较丰富,现探明的矿藏有 30 多种,其中铁、金、锰以及石英石储量均居全国前列,具有重要的战略地位.进行数字遵化地理空间信息框架建设对于遵化市现代化建设具有重要意义.
开篇分析了目前我国及欧美发达国家关于数字化城市研究和建设的基本现状,在此基础上深入分析了遵化这样一个县级市在地理空间信息建设和应用的现状,针对遵化在地理空间信息建设和应用存在的问题进行了数字遵化地理空间信息框架建设的研究.根据遵化自身实际情况,设计了遵化市地理空间信息平台的总体框架.在对遵化市地理空间信息建设需求分析的基础上,进行了数字遵化地理空间框架的总体设计.针对遵化市现有基础地理信息数据现状,对遵化市基础地理信息数据建设的主要内容进行了分析和设计,提出了遵化市地理空间信息服务应用的框架体系和适合遵化市综合应用的市县一体化建设体系.针对遵化市空间信息平台建设面向的专业、政务以及公众三类用户群,通过对数字遵化地理空间信息平台建设的需求分析,开展了地理信息公共服务平台设计.在综上研究的基础上,基于 SOA 面向服务体系的基本模型,采用建设平台 ArcGIS 融合技术构建了遵化市地理空间信息框架,实现了地理信息的共建共享.最后结合遵化基础地理信息和专题信息数据库,在平台二次开发模式下开发了数字遵化矿山地理信息系统和数字遵化城市应急系统作为典型应用示范系统.
建立数字遵化空间地理信息框架后,为不同用户群提供了数字化和智能化服务,使用户能享受到高效便捷的地理信息服务,为推动遵化市现代化信息建设做了巨大贡献,继而提高了城市管理水平.
关键词:地理空间框架,建设,公共信息,服务平台
Abstract
Basic geographic information is the basis of geospatial information and the spatialcarrier and framework of other kinds of information in the information age. It plays animportant role in the sustainable development of national economy, scientific decisionmaking of government departments, and the needs of production and life of the public.Zunhua belongs to the hinterland of Beijing, Tianjin, Tang, Chengqin.
At the beginning of this paper, the basic status of digital city research andconstruction in China and developed countries in Europe and America is analyzed. Thispaper mainly carries out the following research: Based on the analysis of Zunhua'sgeospatial information construction needs, the overall design of digital Zunhua'sgeospatial framework is carried out. In view of the current situation of basic geographicinformation data in Zunhua City, the main contents of the construction of basicgeographic information data in Zunhua City are analyzed and designed, and theframework system of the application of geospatial information service in Zunhua Cityand the integrated construction system of cities and counties suitable for thecomprehensive application of Zunhua City are put forward. In view of the professional,government and public user groups of Zunhua's spatial information platform construction,this paper carries out the design of geographic information public service platform byanalyzing the needs of digital Zunhua's geospatial information platform construction.Based on the basic model of SOA service-oriented system, Zunhua GeospatialInformation Framework is constructed by using the construction platform New Map GISfusion technology, which realizes the co-construction and sharing of geographicinformation.
After the establishment of digital Zunhua spatial geographic information framework,it provides digital and intelligent services for different user groups, enables users to enjoyefficient and convenient geographic information services, makes great contributions topromoting the construction of modern information in Zunhua City, and then improves thelevel of urban management.
Key words: geospatial framework, construction, public information, service platform
目 次
引 言....................................................................................................................... 1
第 1 章 绪论................................................................................................................. 2
1.1 研究背景......................................................................................................... 2
1.2 国外研究现状................................................................................................. 3
1.3 国内研究现状................................................................................................. 4
1.4 研究的内容、研究的目的以及技术路线..................................................... 6
1.4.1 研究内容............................................................................................... 6
1.4.2 研究的目的........................................................................................... 6
1.5 论文的组织结构............................................................................................. 6
第 2 章 数字遵化地理空间框架建设思路................................................................. 7
2.1 遵化市基本概况简述..................................................................................... 7
2.2 数字遵化建设的需求分析述......................................................................... 8
2.2.1 需求调研............................................................................................... 8
2.2.2 相关需求分析....................................................................................... 8
2.3 建设内容....................................................................................................... 11
2.4 本章小结....................................................................................................... 13
第 3 章 基础地理信息数据库建设........................................................................... 14
3.1 数字遵化选用的坐标系统........................................................................... 14
3.2 遵化基础地理信息数据............................................................................... 14
3.3 遵化基础地理信息数据库采集与数据库内容........................................... 16
3.3.1 信息数据库采集................................................................................. 16
3.3.2 数据库内容......................................................................................... 18
3.4 遵化基础地理信息数据库建设................................................................... 19
3.5 整理数据与数据库输入............................................................................... 25
3.5.1 整理数据............................................................................................. 25
3.5.2 建立数据............................................................................................. 26
3.5.3 数据管理系统..................................................................................... 27
3.6 本章小结....................................................................................................... 28
第 4 章 数字遵化地理空间项目框架建设环境与功能........................................... 29
4.1 开发网络环境............................................................................................... 29
4.1.1 关于网络环境基本情况概述............................................................. 29
4.1.2 网络环境的基本结构......................................................................... 30
4.2 地理空间信息综合管网系统....................................................................... 31
4.3 遵化地理空间信息服务平台设计............................................................... 34
4.3.1 平台基本结构..................................................................................... 34
4.3.2 平台支撑情况..................................................................................... 35
4.4 地理信息系统基础功能............................................................................... 36
4.5 遵化市特有的地理信息系统功能............................................................... 40
4.6 本章小结....................................................................................................... 41
第 5 章 典型应用示范系统的开发与应用............................................................... 42
5.1 数字遵化矿山信息管理系统的设计与实现............................................... 42
5.1.1 数字遵化矿山信息管理系统的总体设计......................................... 42
5.1.2 设计矿山资源信息管理系统数据库................................................. 44
5.1.3 矿山信息管理系统功能设计............................................................. 46
5.1.4 矿山信息管理系统的开发与实现..................................................... 46
5.2 数字遵化城市应急指挥系统....................................................................... 49
5.3 本章小结....................................................................................................... 51
结 论......................................................................................................................... 52
参考文献..................................................................................................................... 53
致 谢......................................................................................................................... 57
导师简介..................................................................................................................... 58
作者简介..................................................................................................................... 59
学位论文数据集......................................................................................................... 60
引 言
地理空间框架是数字城市建设的支撑体系与核心内容,是国民经济和社会信息化统一的空间定位与地理信息公共平台.在国家大政方针指引下,国内数字化城市建设取得了诸多成就.但数据标准和空间参考在各个部门之间任然存在不一致的问题,各个部门之间的数据交换机制没有形成.
遵化隶属唐山代管辖县级市,在数字化进程中除了面临以上问题之外,还存在数字城市地理空间框架在县域建设缓慢、应用程度不高以及运维困难等问题.针对遵化市建设数字城市地理空间框架面临的问题,提出了采用市县一体化建设模式,基于高性能地理计算技术,研究和设计实现市县一体化平台.采用 GIS 的并行化和可扩展技术,设计实现海量空间数据组织与管理、大规模空间分析与处理、大范围空间数据并行可视化与制图等 GIS 核心功能,构建基于高性能地理计算的数字城市地理空间框架中市县一体化公共服务平台.
通过数字遵化地理空间框架的建设、市县一体化服务平台以及数据标准和空间参考一致性设计后,使相关的地理信息得到了充分的利用,实现了数据信息在经济建设和社会发展中的应用价值.
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
国内城市在经济大发展的时代背景下充满机遇同时也面临着挑战.无论是国家政府层面考虑的公共安全问题还是我们个人的日常出行都已经离不开精确的地理空间信息,可见,现阶段的每个行业对地理空间信息的需求程度都呈几何式增长.所以城市信息化水平如何提升是摆在每个管理者面前的一道难题,也是重要任务.
地理空间框架是空间信息基础设施的主要组成部分,是现代社会信息化发展的基础发展平台.2003 年,时任国家主席胡锦涛同志明确指出我国测绘体系应朝着信息化建设方向大踏步前进,让测绘服务能力的发挥得到有效保证,早日实现中国地理空间信息框架的建设[1-4];2009 年,时任国务院副总理李克强同志提出在构建数字中国方面要遵循自主创新,自力更生的基本原则,一些关键技术要寻求突破,不受制于人.基于此,各测绘部门的重要任务是尽快提供高标准、高精度以及权威性强的地理空间信息基础平台[5-8].基于"十一五规划大纲"中明确指出要尽快建设中国地理空间框架,一批数字城市地理空间信息框架建设的试点城市名单出现在了国家测绘局试点项目立项文件中.至此,一股加快建设城市地理空间信息架构体系的春风从中央吹到了地方.首都北京构建的"数字北京"为 2008 年北京奥运会主场馆鸟巢建设选址提供了大量的地理空间信息服务,与此同时,"数字北京"为北京的东城区、北京的科技中心中关村、北京气象局以及北京电力管理等政府部门提供了大量的地理空间信息服务.潜江卫生局通过"数字潜江"提供的地理空间信息服务,对潜江辖区制定了科学合理的防疫药物配置量,工作效率大大提升.以煤炭和冶金闻名全国的山西省会太原通过"数字太原"提供的关于环保的地理空间信息服务,在最大程度上降低了室内污染源数量和污染源排放量,通过地理空间信息服务的平台,实现了线上监控与线上线下双管齐下的动态管理[9-11].
河北省唐山市是国内化工行业新型建设标准的示范地级市,唐山市政府也确立了"数字唐山"战略发展大方向.关于城市信息化的基础设施建设、完善信息化基础设施的配套服务、融合唐山信息化和唐山工业化建设,融合农村信息化与电子商务建设.唐山市通过 GIS 技术将唐山地理空间数据与唐山遥感数据进行整合,建立了数字唐山工业污染源空间地理信息系统,对于唐山辖区内的工业污染源进行符号化分级管理具有重大意义[12].唐山市利用数字唐山地质灾害地理空间信息管理系统对市辖区内的地质灾害进行了严格的区域划分,对每个区域的灾害大小进行了严格精准的划分,对唐山各辖区的地质灾害危险评价工作提供了大力支持.
专题、基础和面向产品服务的三大数据是建设数字框架体系的主要内容,构建数字县域地理空间信息框架是通过省(自治区)、地级市、地级市下属县或下属县级市三级数据资源的共享来实现的.数字县域框架的建设基础是上一级也就是所属地级市提供的信息资源和技术支撑,来整合县或县级市的地理空间信息,将县或所属地级市以及整个省属范围内的信息资源形成动态关联.然而地理空间信息框架建设进度滞后、较低的应用程度以及相对困难的运营维护等问题是数字县域建设面临的主要问题,此外数字县域地理空间框架建设没有制定长期有效的根本制度,资源数据更新不及时以及框架建设的实际应用深度不足也是其面临的主要困难,再加上有个别县或县级市的财政入不敷出而且没有强有力的技术作为支撑,更加阻碍了数字县域地理空间框架的建设发展.
遵化隶属于唐山市管辖的县级市,地处半山区,境内地貌呈"三山两川"之势,平原、丘陵、山地各占三分之一;有大小河流 37 条,一条引滦入津的黎河由东向西穿境而过.素有"三山不到头,河水向西流"之称,自然资源较丰富,现探明的矿藏有 30 多种,其中铁、金、锰以及石英石储量均居全国前列.针对综上目前我国数字县域地理空间信息框架建设存在的难点,数字遵化地理空间信息框架建设采用市县一体化建设模式,基于云环境和高性能地理计算技术,研究和设计实现市县一体化云平台.采用 GIS 的并行化和可扩展技术,设计实现海量空间数据组织与管理、大规模空间分析与处理、大范围空间数据并行可视化与制图等 GIS 核心功能,构建基于高性能地理计算的数字城市地理空间框架中市县一体化公共服务云平台,为公众、政府和企业提供了高效、实时、动态的市县一体化地理信息共享交换和应用服务,为数字城市地理空间框架中市县一体化建设提供了切实可行、高效优势的解决方案[13-16].
1.2 国外研究现状
数字城市建设理念来源于数字地球这一大概念的提出.数字地球概念是美国政治家戈尔在 1998 年提出的,数字地球概念提出后不久,数字城市概念应运而生,作为数字地球不可或缺的一部分,数字城市的建设浪潮席卷全球,世界各个国家开始相仿美国进行了与数字城市相关的理论研究与应用实践[17-19].国外的数字城市研究已广泛开展,现阶段美国版的数字城市、欧盟版的数字城市以及亚洲日本版的数字城市处于该领域绝对的领先地位.
美国版的数字城市实际上是由洛克菲勒家族实际控制的美国本土最大的在线网络向超过 100 个城市实施传递地区政务新闻、地区娱乐与地区商业信息来实现的.该在线网络中文翻译名称为资源本地化,网址为 http://www.digitalcity.com.将各类信息以城市为单位进行重新组合是美国版数字城市的主要建设特点,例如汽车信息、房地产信息、健康保健和旅游等信息在每一个单独的城市信息中都有具体的访问链接,而且该数字城市的建设采用了微软提供的最先进的隐私保护软件[20-22].
欧盟版本的数字城市是由欧盟电信应用工业委员会出资为期 3 年建设工期的宏大项目.通过开放包容的网络合作来加快欧盟地区电信技术的应用是建设欧盟版数字城市目的之一,构建欧盟各成员在统一的城市信息化背景下紧密联系的关系网是建设欧盟版数字城市目的之二.研究数字城市建设政策、研究欧盟各成员国之间经济合作、研究欧盟各成员国之间城市信息技术交流是该项目主要研究内容[23-25].
亚洲日本版本的数字城市提供了 3D 虚拟空间和 ZD 覆盖日本所有岛屿的地图,为全日本提供交通运输、全岛天气以及日本旅游等实时数据信息,其中旅游代理和对话帮助代理系统已经完成了整套系统的设计工作[26-30].
数字城市建设是一个数据庞大,工作任务繁琐的超级工程,即便国外大多数发达国家对数字城市建设倾入大量的研究,做了大量的具体的基础性数据工作,同时在数字城市建设与研究方面总结了大量的宝贵经验,但是目前为止包括提出数字城市概念的美国都没有真正意义上建立起来了一个统一完整的数字城市.所以直到现在数字城市建设仍然是一个美丽的世界梦,还没有完全实现.
1.3 国内研究现状
数字城市建设在国内的研究比较晚,1980 年开始我国才进行了与信息化建设相关的初步研究工作,然而基于当时我国社会经济结构和特殊情况,信息化建设的研究工作在 1990 年后才正真意义的步入正轨[31-35].2001 年后,随着我国改革开发的不断进行,国内经济发展日新月异的同时,我国城市规模也不断在扩大,现代信息技术的发展也逐渐提上了日程.城市规模扩大,对城市管理和城市公共资源服务的能力也提出来巨大挑战,国内各大城市也迫切需要一个可以将城市管理以及公众服务集成一体的现代化数字管理平台,基于此,数字城市建设越来越受到我国各大城市管理者的青睐.2000 年在北京国际会议中心召开的 21 世界数字城市论坛、2000 年在沈阳召开的工业城市信息化论坛、2001 年在广州召开的中国国际数字城市建设研讨会、2004 年 8 月数字中国研究院在我国最高学府北大挂牌成立.以上国内各大城市关于数字城市的一系列动作证明数字城市在我国已经迈入了建设快车道.长江、黄河等五大河流启动"数字流域"工程,约 200 个城市广泛、深入的开展了数字城市,数字街区,数字社区的试点[36-44].
数字广州地理空间框架建设包括 3 个 1 和 N 个应用示范项目建设.其中 1 整套支撑环境、1 套完整的空间大数据和 1 个高性能地理空间信息平台是 3 个 1 的主要内容.相关标准建设、与云计算配套的基础设施建设以及空间基准建设是 1 整套支撑环境的主要内容;历史地理空间信息和现状地理空间信息的实时与定期在线以及离线拷贝,汇聚专题数据和地理空间信息规划数据然后基于格式标准统一进行相关技术处理,建立地理空间信息大数据引擎,并开发涵盖动态数据获取、大数据管理、分析量测、模拟推演、大数据挖掘的时空大数据管理分析系统是一整套完整空间大数据的主要内容.数据、接口、功能、知识和基础设施 5 大服务和地名、知识、服务以及业务流 4 大引擎是高性能地理空间信息平台的主要内容.在支撑环境、空间数据、空间信息云平台的支撑下,数字广州地理空间信息服务平台进行广州市国土规划一体化、广州市多规合一信息管理、广州市地下管线智能化工程、广州市城乡规划动态评估系统、面向公众的移动化应用系统、面向市管委的智慧城管应用、面向市林业和园林局的智慧绿化应用等平台的应用[45-49].
数字福州地理空间框架建设的主要内容包括政策法规与标准体系、公共地理空间框架数据、地理信息公共平台、典型应用示范系统等,基础设施由"福州市电子政务云计算平台"( 包括政务信息网云平台和政务外网云平台) 统一提供( 包括存储、服务器、系统软件、网络等) ,采用云计算技术实现对基础软硬件资源的统一管理、按需分配和综合利用,提升了资源利用率[50-52].
2011 年 12 月,国家地理信息测绘局批准数字唐山地理空间框架的建设,历时3 年工期,完成了以唐山市大比例尺基础地理信息数据库和城市地理信息公共平台为基础的数字唐山地理空间框架建设,依据 API 二次开发功能研建了唐山市国土资源、唐山市城市规划、唐山市警用信息和唐山市社会公众服务等典型应用示范工程.
我国数字城市建设研究重点大多在应用系统和基础数据的测绘以及对测绘数据进行相关技术处理,且各个功能性领域分别从自身实际情况出发去进行数字城市的研究和讨论,这就势必造成了一定的局限性.从国家层面来看,还缺乏一个统一完整的大战略指导方针,对地理空间信息数据在城市管理和城市自身应用特点方面研究还是比较欠缺,目前所有的数字城市建设还没有一个是从城市应用角度去进行系统考量的.但是可喜可贺的是,我国数字城市在实践方面已经开始向纵深局面发展.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
结 论
通过对国内与国外数字城市研究现状的分析,根据遵化市现实情况,设计并完成了数字遵化地理空间基础框架,对遵化地理信息库进行了较详细的理论建设,继而建设了遵化地理信息公共服务平台,基本实现了遵化市各个部门之间的资源共享,基于本文介绍的遵化矿山信息服务系统、遵化应急指挥系统以及遵化综合管网地理公共平台的建设.加快了遵化市信息化进程,促进了遵化市的城市管理向高效便捷的现代化信息化城市发展.主要研究工作及成果如下:
1)对遵化市空间地理信息框架的基本现状进行了需求分析,在分析基础上提出了关于遵化市地理信息框架建设的 4 个标准,数据、技术、应用以及管理.提出了适合遵化市实际应用的市县一体化建设体系.通过对数字遵化地理空间框架建设的需求分析表明,专业、政务以及公众 3 大用户群是数字遵化建设面对的主要用户.
2)数字城市建设的核心工作是建设基础地理信息数据库,数字遵化基础地理信息数据库建设的主要内容是基础控制、多尺度、地名以及三维模型数据库.结合遵化市现有的基础测绘成果,按照国家和行业标准,相关图形数据处理采用 NewMap 软件和 Arc GIS 软件,采用 Geodatabase 空间数据模型和 Oracle 数据库软件,分别建立了大地测量、数字线划图、数字正射影以及数字高程模型 4 个数据库,并开发了基础数据库管理软件对所有基础地理信息数据进行管理.
3)地理信息公共平台是依照通用性、先进性、唯一性和安全性原则,以基础地理信息数据库和公共平台数据及为基础整合资源,并通过网络进行数据交互、采集、更新和维护.面向 SOA 总体框架建设的平台主要由运行支撑、数据、服务以及应用 4 个层次组成,采用分版运行模式,建成了分别在政务外网和互联网两套网络中运行的遵化市地理信息公共平台.平台具备空间定位、地图浏览、空间查询、统计分析、互联互通、二次开发、运行维护等功能.
4)利用地理信息基础系统二次开发模式进行了数字遵化地理空间信息应用系统的设计与实现(矿山系统和城市应急管理系统),实现了地理空间信息可视化浏览、查询、分析等功能,为政府管理部门及社会公众提供高效、可靠的地理空间信息服务,推动了遵化市信息化发展.
由于精力和能力有限,对基础地理信息数据的实时更新介绍较少,关于数字遵化空间地理信息框架建设的研究还有诸多不足之处,下步我会明确方向深入探索.
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