1、以GIS為核心的數字化成圖系統的設計與實現(1)    摘要本文闡述了基于組件式GIS來開發以GIS為核心的數字化成圖系統的優越性，以及以GIS為核心的數字化成圖系統的設計目標和基礎地形要素的編碼方案。文中還結合SuperMap Survey的開發過程，介紹了如何設計與實現基于GIS內核的專業數字化成圖系統。Its necessary to develop a Digital Mapping System(DMS) specially for GIS to solve problems resulting from data conversion bet

2、ween DMS and GIS.In this paper,The advantages of development DMS for GIS based on Components GIS(ComGIS) technology are discussed.In addition,the goals for DMS for GIS are listed and how to encode GIS entities is also explained.Specially,SuperMap Survey is used to discuss the details for develop DMS

3、 for GIS. 關鍵詞 數字化成圖系統 以GIS為核心 組件式GIS 設計目標 SuperMap SurveyDigital Mapping System,for GIS,Component GIS,Goals,SuperMap Survey    1 引言 數字化成圖技術是目前最為常用的成圖技術之一,數字化成圖系統所提供的電子數據也是GIS一個非常重要的數據來源。數字化成圖系統所提供的電子數據與GIS數據之間的無縫聯接問題也是當前GIS發展亟需解決的難點問題之一。雖然當前國內外市場上數字化成圖系統很多，但到目前為止，都未能很好地解決現有的問題。數字

4、化成圖系統所提交的電子數據進入GIS后存在的問題主要表現在： （1） 在數據轉換過程中普遍存在著信息損失。由于傳統的數字化成圖系統大多是基于CAD內核來開發的，它偏重于對空間幾何信息的描述；而GIS則要求空間信息與屬性信息聯合存儲與管理，這就導致了在數據轉換的過程中，不僅空間信息會有損失，屬性信息損失的情況會更嚴重。 （2） 數據轉入后往往不能直接滿足GIS的要求，仍需要大量的后期編輯工作，造成了資源的浪費，延長了系統的建設周期。 （3） GIS基礎數據庫的維護與更新的難度較大。由于在維護與更新的過程中需要在GIS與數字化成圖系統之間進行頻繁的數據轉換，往往不能直接對基礎數據庫進行操作，造成了

5、基礎數據維護與更新的不便。 （4） 在數據轉換的過程中，除了信息損失外，還往往伴隨著數據膨脹。數據膨脹的結果有時會導致GIS無法對這些“海量”數據進行管理。 導致上述問題的原因有很多，歸納起來，主要有以下幾方面的原因： （1） 數據的復雜性與多樣性。主要表現為現實世界的復雜性與多樣性以及對同一空間對象在不同成圖系統中描述與表達的不一致性。（2） 對GIS理解的不同。不同的數字化成圖系統的開發人員對GIS理解的不同，再加上缺乏相應的統一標準作為參照，這就導致了數據在表達上的差異性。（3） 由于受到基礎開發平臺及開發力量的限制，數字化成圖系統往往不能很好地兼顧到GIS對數據的要求。目前，絕大多數的

6、數字化成圖系統的開發商都不是GIS基礎平臺的開發商，這也或多或少地影響了數字化成圖系統與GIS之間的溝通。目前，市場上數字化成圖系統較多，按其開發方式來分，主要可以分為兩大類：（1）以CAD系統為二次開發平臺。這些系統很好地利用了CAD系統靈活的編輯和強大的制圖功能，但由于CAD系統與GIS在數據結構上存在著較大的差異，這使得其數據往往不能很好地滿足GIS的要求。（2）獨立平臺的數字化成圖系統。這樣的系統在開發上雖然不必拘泥于二次開發開臺的限制，在開發上具有較大的靈活性。但開發這樣的系統，需要完全從底層做起，開發難度高，周期長，投資大。 組件式GIS（Components GIS，ComGIS

7、）技術的出現，為開發以GIS為核心的數字化成圖系統提供了一種新的開發手段和開發思路。 2. ComGIS技術及其作為數字化成圖系統開發平臺的優越性 2.1 什么是組件式GIS技術 組件式軟件技術已經成為當今軟件技術的潮流之一?；诮M件開發(Component-Based Development，簡稱CBD)是軟件開發的一次革命。與諸如面向對象和客戶/服務器(Client/Server)等新趨勢不同，基于組件開發不只是一種分布計算的新花樣，而是一種廣泛的體系結構，支持包括設計、開發和部署在內的整個生命周期計算的理念。 由于基于組件開發具有高度的重用性和互用性，所以它將影響應用程序構成的各個方面，

8、包括所有類型的客戶機，應用程序服務器和數據庫服務器，將對應用程序開發的各個方面產生深刻影響。 基于組件開發的兩個重要規范分別是MicroSoft的COM/DCOM和OMG的CORBA。目前Microsoft的COM/DCOM占市場領導地位，已經得到廣泛應用，并逐漸成為業界事實上的標準?；贑OM/DCOM，MicroSoft推出了ActiveX技術，ActiveX控件是當今可視化程序設計中應用最為廣泛的標準組件。 所謂組件式GIS，是指基于組件對象平臺，以一組具有某種標準通信接口的、允許跨語言應用的組件提供的GIS。這種組件稱為GIS組件，GIS組件之間以及GIS組件與其他組件之間可以通過標準

9、的通信接口實現交互，這種交互甚至可以跨計算機實現。 目前，國內外GIS廠商對組件式GIS平臺的發展前景十分看好，紛紛推出了各自的GIS產品。如北京超圖地理信息技術有限公司推出的全組件式GIS平臺SuperMap2000、北京圖原公司開發的MapEngineer、ESRI的MapObjects、MapInfo的MapX等。值得欣慰的是，國產的組件式GIS平臺在功能上已經完全可以與國外同類產品相抗衡，在許多方面甚至優于國外同類產品，這使得開發以GIS為核心的數字化成圖系統有了更大的選擇空間。    2.2 使用組件式GIS開發數字化成圖系統的優越性 組件式G

10、IS的出現為開發以GIS為核心的數字化成圖系統提供了一種新的開發手段，與傳統的開發手段相比較，其優越性主要表現在： （1） 組件式GIS本身就是一個完整的GIS，其數據模型與GIS的數據模型完全一致。基于此進行開發，可以保證數字化成圖系統與GIS之間具有良好的兼容性。（2） 組件式GIS具有靈活的開發手段。我們可以自由選擇自己所熟悉的計算機語言進行開發（如VB，VC，Delphi,C Builder等），而不必專門學習二次開發語言。組件式GIS提供兩種不同層次上的開發，一是基于ActiveX控件進行開發；二是直接基于組件式GIS的底層類庫（SDK）進行開發。我們可以根據自己的需要靈活選擇。 （

11、3） 由于組件式GIS完全封裝了GIS的功能，這使是開發人員可以完全專注于專業功能的實現，這就使得開發難度和開發周期大大降低。（4） 基于組件式GIS開發的數字化成圖系統具有良好的可擴充性。組件式GIS可以與包括數字化成圖系統在內的其他系統無縫集成，開發人員可以直接使用已經寫好的程序代碼；組件式GIS平臺往往由多個組件組成，開發人員可以根據系統的需要，隨時選用新的組件對系統進行升級；在組件平臺功能增強的情況下，開發人員甚至不用重新編譯整個程序就可直接使用增強的底層功能，這就大大降低了系統維護和升級的難度。 表1 使用ComGIS的開發手段與傳統的開發手段的比較   

12、; 比較內容開發手段    基于ComGIS平臺 基于CAD平臺    完全由底層開發    與GIS的兼容性    完全兼容    差 一般    是否以GIS為核心    是 否 很難做到    對空間數據庫的支持    好

13、很差 差    開發難度    低 低 高    開發周期    短 短 長    開發投資    小 小 大    可擴展性    好 一般 較好    開發語言的選擇    很多 少 很多

14、0;   是否支持可視化開發    是 否 是    是否自主版權    是 否 是 3 以GIS為核心的數字化成圖系統的設計 3.1 系統的設計目標 傳統的數字化成圖系統經過多年的發展，已經形成了一套比較完整的理論和技術體系。但是，GIS技術的飛速發展和廣泛應用，對數字化成圖系統提出了更高的要求，ComGIS技術的出現為傳統的數字化成圖系統向以GIS為核心的數字化成圖系統的轉變提供了一個較為理想的開發手段。與傳統的數字化成圖系統相相比較，以GI

15、S為核心的數字化成圖系統在設計上需要達到以下目標： （1） 以GIS為核心，面向GIS。這就要求在系統的開發過程中充分考慮GIS對數據的要求，解決當前成圖系統數據進入GIS所存在的問題。以GIS為核心是整個系統設計的靈魂和精華所在。 （2） 兼顧制圖與GIS的雙重需求。在滿足GIS需要的同時，還必須考慮到制圖對于數據表達的要求，其核心是實體的符號化表達。 （3） 開放性設計。不同地區、不同的GIS對數據的要求千差萬別，這就要求數字化成圖系統具有較大的靈活性和可定制性，以不變應萬變?？啥ㄖ菩缘膬热輵▽嶓w代碼、實體屬性、實體分層等。（4） 對空間數據庫的支持。近幾年來，基于大型關系型數據庫（如

16、Oracle,SQL Sever等）的空間數據庫技術在GIS工程建設中得到了廣泛的應用，如何直接基于空間數據庫進行數據的存儲、管理、維護與更新是急需解決的問題之一。（5） 多源數據集成。當前，數字化成圖系統的電子數據格式和GIS的數據格式很多，數字化成圖系統如果以對這些數據格式有著良好的支持，這會大大降低數據入庫的難度，解決GIS工程建設中的數據瓶頸問題。（6） 操作簡便，符合作業人員的作業習慣。面向GIS進行數字化成圖系統，工作量的增加是不可避免的。以GIS為核心的數字化成圖系統必須提供高效簡便的操作方式，以提高作業效率。（7） 標準化與規范化。    

17、;3.2基礎地形數據編碼的設計 地形數據編碼是在GIS中唯一標識某一地物的關鍵字?；A地形數據編碼的設計也是在GIS中進行制圖的需要,也是實現基礎空間信息共享的基礎?；A地形數據的編碼是開發以GIS為核心的數字化成圖系統的基礎，是系統成敗的關鍵之一。在進行基礎地形數據編碼設計時，必須遵循幾個原則：（1）遵從國家和行業標準。（2）方便應用。用戶可根據不同的需求，分層和按專題要素提取基礎地形要素信息，隨意定制專題顯示及輸出。（3）系統實現便利。在實際進行設計時，可在國家基礎地形要素編碼的基礎上加以擴充，以滿足系統的實際需要。 在實際系統的開發中，我們采用了基于實體特征的城市基礎地理信息分類編碼方案

18、。該方案的特點是在地理要素分類的基礎上，加入構成地理要素的實體的分類與特征屬性，能夠較好地滿足GIS制圖與分析的應用需求。有關該編碼的詳細內容可參考基于實體特征的城市基礎地理信息分類編碼方案（梁軍，金文華）一文，本文不再贅述。 下面是一個地形要素的編碼示例編碼 = 地形要素分類碼（4位） 地形要素特征碼    如： 1 1 1 0 2 0 （三角點點狀符號的編碼）    3.3 系統的功能設計    在功能設計上，以GIS為核心的數字化成圖系統必須兼顧制圖與GIS的雙重需求。

19、按其工作流程，可將其劃分為以下幾個模塊： （1） 數據輸入模塊。在此模塊中，應支持目前常見的幾種數據采集手段。包括:野外數字化測圖（測繪）、掃描圖矢量化、其他格式的電子數據（GIS數據和CAD數據）轉入。在數據輸入模塊中，還需支持空間數據庫作為其數據源。（2） 編輯模塊。這是以GIS為核心的數字化成圖系統的核心模塊。在編輯模塊中，所有GIS實體的創建過程都必須是由系統完全封裝而且是自動完成的。（3） 查詢、統計與分析?；诂F有系統，可以直接完成一些常見的、簡單的查詢、統計與分析功能。（4） 輸出模塊。包括幾個方面的內容：制圖輸出、報表輸出、其他格式的GIS數據輸出、數據直接存入空間數據庫。&#

20、160;   4.以GIS為核心的數字化成圖系統SuperMap Survey的實現    4.1 組件式GIS平臺的選擇    SuperMap Survey是北京超圖地理信息技術有限公司開發的一套完全以GIS為核心的數字化成圖系統。在組件式GIS平臺的選擇上，我們選擇了全組件式GIS平臺-SuperMap2000作為SuperMap Survey的開發平臺。SuperMap2000是北京超圖地理信息技術有限公司推出的全組件式GIS平臺，與其他的ComGIS平臺相比較，SuperMa

21、p2000更加適合作為以GIS為核心的數字化成圖系統開發的基礎平臺，這主要是因為： u SuperMap提供了兩種層次的開發手段：ActiveX控件和SDK。特別是提供SDK的開發手段，特別適合開發這樣的系統。u 多組件組成。SuperMap2000由SuperMap核心控件、SuperWorkspace、SuperLegend、SuperTopo、Super3D、SuperLayout等多個組件，在組件的選擇上具有很大的靈活性，使得整個系統的擴充性大大增強。u 開放的線型和符號制作功能。SuperMap 2000 內置功能強大的線型編輯器和符號編輯器，允許用戶根據專業需要設計新的線型和符號。

22、u 強大的制圖、編輯和捕捉功能。SuperMap2000提供了可與CAD相媲美的編輯和捕捉功能，縮小了GIS和CAD系統在這方面的差距。u 獨特的多源空間數據無縫集成技術（SIMS）。SuperMap 2000 的數據轉換功能可以方便地共享其他GIS軟件平臺的地理數據，提供了轉換多種數據格式的能力。u 空間數據庫支持。通過SuperMap的空間數據庫引擎，可以直接支持基于大型關系型數據庫（如Oracle,SQL Server等）存儲和管理空間數據。    4.2 SuperMap Survey的實現    在開發S

23、uperMap Survey的時候，我們采用了SuperMap的底層SDK，編程語言采用了Visual C 6.0。在SuperMap SDK的支持下，我們針對數字化成圖系統的需要進行了功能的擴充。在數據的存儲結構上，我們采用了SuperMap2000所提供的SDB格式的數據存儲結構，它是最大優點是采用雙文件結構，而不是常見的一層一組文件的存儲方式，這樣就有利于保持數據的完整性。在編輯制圖方面，我們對SuperMap底層所提供的編輯功能作了進一步的擴充，增加了適合數字化成圖所需要的編輯功能。系統對于空間數據庫的支持和其他格式GIS數據的支持，是基于SuperMap2000的空間數據庫技術和SIMS技術來實現的。 經過緊張的開發，我們基于SuperMap2000的SDK，現已初步完成了以GIS為核心的數字化成圖系統的開發工作，基本上實現了系統的設計目標。在SuperMap Survey中，我們實現了以下功能： （1） 支持常用的測繪手段進行野外數字化測圖。包括測記法（包括電子手簿），內外業一體化數據采集（電子平板）。利用SuperMap Survey可進行常規的大比例尺數字化測圖。（2） 掃描圖矢量化