電子地圖集成與共享技術研究范文
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1現(xiàn)狀與問題分析
政務版電子地圖的需求主要來源于政府各部門對城市地理空間信息日益增長的需求，通過對南京市政府機構的需求調研，發(fā)現(xiàn)政府各部門對地理信息的需求各有不同，但在不同中又呈現(xiàn)出共同特征，需要測繪管理部門啟用全新的生產和服務理念，研究分析政務版電子地圖需求和特征，應對原有測繪產品體系的短缺和不足。（1）在測繪產品內容上，需要建立版本唯一和數(shù)據(jù)權威的政務版電子地圖“一張圖”，具有數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、范圍覆蓋全市、要素動態(tài)更新、圖面精簡美觀等特點。（2）在數(shù)據(jù)生產管理上，需要建立集數(shù)據(jù)標準配置、加工處理、更新維護和版本管理等于一體的數(shù)據(jù)編輯與管理集成平臺，以提高數(shù)據(jù)質量和提升生產效率。（3）在數(shù)據(jù)服務上，需要細分政務版電子地圖用戶群和用戶需求，擺脫原有的紙質地形圖提供、光盤刻錄等傳統(tǒng)方式，基于SOA架構提供多樣化、人性化、高效化的在線和離線數(shù)據(jù)共享服務，促進政府各部門電子政務發(fā)展的同時，提升測繪地理信息的服務和保障水平。（4）在數(shù)據(jù)安全保密上，在遵循國家相關規(guī)定的前提下，需要研制面向政府部門貫穿數(shù)據(jù)全生命周期的版權保護和數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)生產和服務保駕護航。
2研究路線
2.1研究框架
基于“共享共建”原則，南京市在多年政務版電子地圖生產實踐與共享服務中，逐步形成了以一套科學的數(shù)據(jù)生產、管理與服務工藝流程為指導思想、一套完善的政務版電子地圖標準規(guī)范體系為基礎、一套滿足質量及現(xiàn)勢性要求的政務版電子地圖數(shù)據(jù)庫為核心、一套高效的政務版電子地圖集成與共享管理系統(tǒng)為支撐，以及一套高效的政務版電子地圖應用與服務為目標的研究框架。
2.2研究方法
集成和共享是政務版電子地圖研究領域的核心內容，其中集成是共享的前提，共享是集成的目標。南京市政務版電子地圖的集成與共享主要體現(xiàn)在以下4個方面：①工藝的集成：集成化的工藝設計思想貫穿數(shù)據(jù)生產加工、質量檢查、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)的全過程。②數(shù)據(jù)的集成和共享：利用CAD與GIS交互編輯更新的方式，充分利用各比例尺、多種類的數(shù)據(jù)資源，建立基礎地理信息和政務版電子地圖之間的數(shù)據(jù)關聯(lián)，綜合集成政務版電子地圖，通過要素級更新的方式形成政務版電子地圖工作庫、現(xiàn)勢庫、庫等多級別的數(shù)據(jù)庫。以及通過政府部門間數(shù)據(jù)的交換共享，實現(xiàn)測繪地理信息部門和其它政府部門的空間資源信息的集成和利用。③平臺的集成和共享：在計算機、網絡、數(shù)據(jù)庫等現(xiàn)代技術手段的支撐下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯管理到數(shù)據(jù)共享平臺之間的集成和數(shù)據(jù)庫的共享。④政務版電子地圖的數(shù)據(jù)標準、規(guī)范、版權與安全集成于政務版全數(shù)據(jù)生命周期管理，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)生產、管理和應用的共同需求，是政務版電子地圖集成共享的依據(jù)和保障。
3主要研究內容
研究以“數(shù)據(jù)共享服務”為目標，通過集成的手段，在標準體系、工藝化設計思想、平臺設計等方面體現(xiàn)“政務版電子地圖集成與共享”的核心研究內容。
3.1制定標準規(guī)范
南京市政務版電子地圖集成與共享平臺采取標準先行的原則，在對項目需求及現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析基礎上，結合國家、行業(yè)及地方標準規(guī)范，制定出一套完善的政務版電子地圖標準規(guī)范體系，標準范圍涉及數(shù)據(jù)編制規(guī)范、建庫標準、質量檢查、共享評價等多個方面，它們是實現(xiàn)政務版電子地圖集成與共享的依據(jù)和保障。其中《政務版電子地圖數(shù)據(jù)標準》主要包括CAD和GIS端的政務版電子地圖的數(shù)據(jù)標準，規(guī)定了基礎地理信息要素的分類及代碼以及符號規(guī)則、定位基準、要素表達原則等，它是數(shù)據(jù)生產建庫的直接依據(jù)；《政務版電子地圖質量檢查規(guī)程》則確定政務版電子地圖質量管理、檢查、質量評定等工作的基本原則，以及地圖特性、缺陷分類以及抽樣、檢查、評定的程序和方法；而在數(shù)據(jù)交換格式規(guī)定上直接引用《地理空間數(shù)據(jù)交換格式》（GB／T17798－2007）指導政務版電子地圖數(shù)據(jù)的共享交換。
3.2工藝化設計思想
“南京市政務版電子地圖集成與共享”的研究從開始就貫徹將整個集成與共享過程形成一套完整工藝的思想，標準、版權保護與數(shù)據(jù)安全貫穿數(shù)據(jù)生產編輯、更新維護到地圖服務的全過程。采用這一套工藝搭建的政務版電子地圖集成與共享平臺，不僅能滿足政務版電子地圖編輯更新一體化管理的需要，也能較好地滿足政府各部門在日常管理、處理應急與突發(fā)事件等中使用和信息的需要。
3.3平臺設計
政務版電子地圖集成與共享平臺包括數(shù)據(jù)層、技術支撐層和管理應用層。該平臺主要由“一體化編輯與管理系統(tǒng)”和“在線服務系統(tǒng)”構成，系統(tǒng)及其對應的數(shù)據(jù)庫之間相互關聯(lián)、集成，滿足政務版電子地圖數(shù)據(jù)生產管理和共享的需要。
3.3.1一體化編輯與管理系統(tǒng)設計
以往的地圖編制普遍采用CAD平臺進行，CAD平臺具備強大的編輯功能，工具靈活多便，并擁有廣泛的用戶群。但隨著GIS平臺在各行各業(yè)的深入拓展和應用，其數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計和分析優(yōu)勢愈發(fā)突顯，越來越多的政府部門希望政務版電子地圖在GIS平臺上展現(xiàn)，另外，隨著地圖承載的信息量不斷增大，在CAD平臺上編輯更新存在著“數(shù)據(jù)量大而作圖效率低下、更新過程復雜、質量控制和安全管理不易”等諸多問題。為了更好地解決這些問題，我們采用CAD與GIS平臺優(yōu)勢互補的研究思路研發(fā)一體化編輯與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要研究內容包括編輯人員的任務管理、基于AutoCAD、ArcGIS平臺異構數(shù)據(jù)互操作技術的電子地圖編制、強大的輔助編輯功能、安全保障、質量檢查及報表輸出、電子地圖數(shù)據(jù)庫管理等多個方面。在系統(tǒng)的建設中以“實用、可靠、高效、先進”為基本準則，建立“規(guī)范、安全、開放”的系統(tǒng)構架。系統(tǒng)采用ESRI的ArcGIS系列產品作為GIS平臺，空間數(shù)據(jù)使用Oracle數(shù)據(jù)庫進行存儲，用ArcSDE進行管理；開發(fā)使用ArcGISEngine組件和AutoCADObjectArx組件功能，滿足用戶編制、更新、管理等需求。該系統(tǒng)的核心目標圍繞地圖編輯更新展開，針對政務版電子地圖的制作、更新等環(huán)節(jié)中存在的各種問題，系統(tǒng)提供了一套完整的數(shù)據(jù)生產、建庫和管理流程，實現(xiàn)自動化或半自動化的電子地圖要素提取和處理，以確保數(shù)據(jù)的正確性、一致性和提高電子地圖制作的生產效率。系統(tǒng)由管理子系統(tǒng)與編輯子系統(tǒng)構成，在子系統(tǒng)內部和之間充分以集成和關聯(lián)為特征開展設計。（1）在作業(yè)流程上：管理子系統(tǒng)與編輯子系統(tǒng)是高度集成的，管理子系統(tǒng)對更新數(shù)據(jù)進行工作區(qū)劃分以及任務分配；編輯子系統(tǒng)對工作區(qū)數(shù)據(jù)進行提取、編輯和檢查提交；最后管理子系統(tǒng)需要對工作區(qū)數(shù)據(jù)進行檢查、入庫、更新以及數(shù)據(jù)應用輸出。（2）在數(shù)據(jù)獲取上：以基礎測繪成果為數(shù)據(jù)來源，架構其與政務版電子地圖之間在標準設計、制度制定等方面的關聯(lián)，確保政務版電子地圖的可持續(xù)更新，從而避免政務版電子地圖的更新成為無源之水。（3）在數(shù)據(jù)管理上：管理子系統(tǒng)對整個政務版電子地圖數(shù)據(jù)庫以及每次更新范圍內的數(shù)據(jù)進行管理，提供數(shù)據(jù)的回溯、統(tǒng)計、檢查、轉換、輸出等功能；編輯子系統(tǒng)則提供數(shù)據(jù)編輯、檢查功能，同時，數(shù)據(jù)安全設計貫穿于兩個子系統(tǒng)。（4）在系統(tǒng)交互上：管理子系統(tǒng)和編輯子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)連接文件、工作區(qū)范圍線來定位統(tǒng)一的目標數(shù)據(jù)源；通過FID來確定唯一要素；通過錯誤報表來定位和傳遞錯誤信息。CAD與GIS的異構數(shù)據(jù)互操作技術是系統(tǒng)交互的橋梁。
3.3.2在線服務系統(tǒng)設計
在線服務系統(tǒng)以政務版電子地圖、影像圖等數(shù)據(jù)庫為核心，旨在建立一個面向政府應用的地理信息系統(tǒng)，提供各類地理信息開放式的網絡化服務。系統(tǒng)基于WebService技術，采用SOA體系架構，參照OGC標準服務規(guī)范，提供政務版電子地圖等可定制的多樣化共享服務，實現(xiàn)高效、連續(xù)多尺度的無縫可視化與互操作。（1）系統(tǒng)功能設計由地圖服務、數(shù)據(jù)庫管理、門戶網站和運維管理等4個子系統(tǒng)構成。地圖服務子系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)服務、功能服務和目錄服務。其中數(shù)據(jù)服務包括網絡地圖瓦片服務（簡稱WMTS）、網絡地圖服務（簡稱WMS）、網絡要素服務（WFS）、網絡覆蓋服務（簡稱WCS）、地名地址要素服務（簡稱WFS－G）和GeoGlobe瓦片服務；功能服務包括緩沖區(qū)分析、疊加分析、地圖標注、地圖量測等，各類功能服務接口均遵循OGC的Web處理服務（WebProcessingService，WPS）規(guī)范。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)是管理空間地理數(shù)據(jù)和支撐專業(yè)應用系統(tǒng)的基礎平臺，管理的對象包括電子地圖、遙感影像、多媒體等數(shù)據(jù)，管理的類型包括矢量數(shù)據(jù)庫和瓦片數(shù)據(jù)庫兩種類型。矢量數(shù)據(jù)庫用于空間信息查詢與分析功能服務提供；瓦片數(shù)據(jù)庫用于實現(xiàn)網絡環(huán)境下的快速顯示；矢量數(shù)據(jù)進行符號配置后，可進行瓦片數(shù)據(jù)庫快速制作；高程數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)則可以直接生成瓦片數(shù)據(jù)庫用于。門戶網站子系統(tǒng)提供各部委辦局用戶登錄、訪問數(shù)據(jù)和調用服務的唯一入口。其主要功能包括用戶管理、目錄管理、提供數(shù)據(jù)服務及查詢服務等。運維管理子系統(tǒng)主要由組織機構管理、用戶權限管理、數(shù)據(jù)訪問統(tǒng)計、日志管理、數(shù)據(jù)備份和恢復等功能組成。（2）系統(tǒng)服務模式設計南京市政務版電子地圖在線服務系統(tǒng)在提供地理信息服務和保障方面，相對于傳統(tǒng)服務模式從內容到形式上發(fā)生了徹底變化。這種方式既通過“共享共建統(tǒng)一平臺”解決信息資源整合問題，又通過“權威部門提供權威數(shù)據(jù)”保證各類信息的權威性，同時依據(jù)各部門政府職能建立科學合理的運維機制，從真正意義上實現(xiàn)政府各部門空間信息的可持續(xù)性發(fā)展，避免重復建設和政府財政資金的浪費。為了使南京市政務版電子地圖在線服務系統(tǒng)切實為政府各部門提供優(yōu)質的地理信息服務，系統(tǒng)針對政府各部門對測繪地理信息需求的強弱程度，將其劃分為弱GIS部門和強GIS部門，并實現(xiàn)了多樣化的在線和離線定制服務模式。其中，具體包括網站服務、API開發(fā)、標準服務和服務器前置4種服務模式。
4關鍵技術與創(chuàng)新
在南京市政務版電子地圖集成與共享研究過程中，重點解決了以下3項關鍵技術，并具有創(chuàng)新性：一體化編輯與管理系統(tǒng)中的異構數(shù)據(jù)互操作技術、數(shù)據(jù)更新過程中的矢量數(shù)據(jù)文件比對技術和貫穿全過程的版權保護與數(shù)據(jù)安全技術。
4.1異構數(shù)據(jù)的互操作技術
由于CAD軟件和GIS軟件各有其內在的優(yōu)勢，將兩者結合起來，利用AutoCAD采集數(shù)據(jù)，而利用GIS存儲、分析、處理空間數(shù)據(jù)，大大提高空間數(shù)據(jù)的采集、錄入、分析、處理的工作效率。實現(xiàn)GIS與CAD異構數(shù)據(jù)的互操作技術主要體現(xiàn)在AutoCAD環(huán)境中加載顯示GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，利用AutoCAD方便快捷的編輯功能對GIS庫中的空間數(shù)據(jù)進行添加、修改、刪除等操作，并且編輯結果可直接保存到GIS庫。使用該技術可以提高政務版電子地圖數(shù)據(jù)的編制速度，省去過往繁瑣的更新流程，可直接依據(jù)最新的CAD測繪成果數(shù)據(jù)，編制生產政務版電子地圖，在操作上更符合作業(yè)人員習慣，同時也最大效益地發(fā)揮CAD平臺和GIS平臺的優(yōu)勢。
4.2矢量數(shù)據(jù)文件的比對技術
在政務版電子地圖數(shù)據(jù)進行更新的過程中，需要基于既有的空間數(shù)據(jù)庫進行要素的變化檢測，以便識別和記錄要素的變化情況，便于更新，便于統(tǒng)計城市發(fā)展區(qū)域的地理要素的更新狀態(tài)。主要方法是在對政務版電子地圖數(shù)據(jù)進行更新的過程中，建立源數(shù)據(jù)與更新數(shù)據(jù)要素之間的映射關系，采用算法和規(guī)則，識別和記錄要素的變化情況，實現(xiàn)基于要素的變化檢測，幫助快速判別地理要素更新，提高更新的科學性和效率。主要包括更新要素識別研究、變化量統(tǒng)計規(guī)則研究、批量版本文件比對規(guī)則研究等多方面內容。
4.3版權保護與數(shù)據(jù)安全技術
數(shù)據(jù)安全技術是數(shù)據(jù)生產和應用過程中需要重點關注的問題，研究要點主要包括數(shù)字水印、基于文件的數(shù)據(jù)安全保護技術等。通過對信息隱藏技術算法的研究，提出了基于離散小波變換改進算法，重點考慮提高算法的魯棒性和計算效率，從而提高了水印抗攻擊性；利用Windows底層驅動技術，實現(xiàn)對地理信息數(shù)據(jù)的透明加密，并能對共享平臺終端的端口進行管理和控制，從而使共享平臺能夠有效控制地理信息數(shù)據(jù)的使用時效性和權限使用范圍。該技術要點將版權保護和數(shù)據(jù)安全貫穿于政務版電子地圖數(shù)據(jù)生命周期的全過程，在政務版電子地圖的編制、更新、應用等數(shù)據(jù)集成的整個過程中保護了數(shù)據(jù)的安全，對者而言則保護了數(shù)據(jù)版權，這項技術是政務版電子地圖集成與共享過程中重要的一個技術環(huán)節(jié)。
5結束語
南京市政務版電子地圖集成與共享技術充分體現(xiàn)“多源異構、動態(tài)更新、在線共享”的技術特點，實現(xiàn)了南京市政務版電子地圖“一張圖”覆蓋全域、動態(tài)維護、安全保密、高效應用和集約節(jié)約的預期目標。該項目已經通過了住建部的驗收和省住建廳的科技鑒定，目前運行狀態(tài)良好。同時，研究成果已在“南京市土地儲備地理信息系統(tǒng)”、“南京市歷史文化資源地理信息系統(tǒng)”、“建鄴區(qū)地理信息公共服務平臺”等一系列政務地理信息系統(tǒng)中得到成功應用，在城市管理、市重點區(qū)域應急地圖服務以及電子政務建設等方面中發(fā)揮了較好的作用。隨著國內政務版電子地圖的服務空間不斷擴大，政務版電子地圖必將成為政務信息共建共享的重要載體，其編制與動態(tài)維護工作的重要性將越來越凸顯。本項目建設將為此提供較好的應用借鑒，產生較大的社會效益和經濟效益，其推廣應用價值前景廣闊。（本文來自于《遙感信息》雜志。《遙感信息》雜志簡介詳見.）
作者：王芙蓉諸敏秋單位：南京市城市規(guī)劃編制研究中心