测绘地理信息系统的架构与功能

刘庆，杨宇航，陈侃侃

（1.中国海警局东海分局，上海，200333；2.中国航海图书出版社，天津，300450）

0 引言

地理信息是以地理科学为基础，结合数据库和地理信息创建的一个系统，并使用计算机收集、处理和存储系统的地理信息[1]。目前，GIS的应用已融入城市规划管理和建设的各个方面，系统本身的性能也在不断提高，能够处理复杂的地理信息。

1 测绘地理信息系统结构

测绘地理信息系统的总体框架包括表示层、业务逻辑层和数据情况，如图1所示。数据层：测绘地理信息系统中获取的数据来源于互联网，如相关区域单位官网、测绘单位官网等[2]。业务逻辑层：主要业务包括查询、显示、分析、存储等，信息收集子系统集成了业务功能，如设置、配置、存储和分析业务逻辑层收集门户，并使用C/S架构开发，以捕获互联网测量和地理信息集成了业务逻辑层信息的业务功能查询和显示，采用B/S架构开发，为公众用户提供地图地理信息查询功能[3]。

图1 系统总体架构

2 测绘地理信息系统的设计

测绘在数字城市发展过程中发挥着重要作用。GIS在测绘中的应用具有历史必然性。但是，有必要改进测绘系统，并创建一个新的测绘系统。在创建数字城市的过程中，需要创建测绘的数据处理平台，使其具有数据存储和收集功能，并生成成品数据，由此可见数据库是GIS的核心。它可以收集地理信息，完善基础数据库资源，创建数据处理平台，通过图形和表格统计显示城市的空间分布。与地图模型一样，模型是系统设计的重要组成部分。地图信息可通过地图模型获取，通过地图模型采集的图像数据显示地理信息。在数据处理过程中，需要挖掘干扰信息，实现信息数字化，分析数据的价值，为数据配备适当的功能，实施数据处理[4]，建立地理信息服务平台。

2.1 软件构成

测绘系统主要由GIS平台、操作平台、应用软件和数据库系统组成。系统的设计主要考虑上述的四个方面。

图2 系统软件体系

2.1.1 数据库系统

测绘系统的数据主要包括属性数据和空间数据。在早期的GIS系统中，数据存储是通过文件实现的，非空间数据和属性数据存储在数据库系统中。但数据连接困难，这不仅增加了用户操作的难度，在新一代商业数据库的开发过程中，所有数据都可以通过数据库存储，实现各系统的无缝连接。此外，还可以实现开放式GIS的跨平台操作，服务功能优化城市基础信息系统。在建设新一代城市基础信息系统时，使用空间商业数据库是非常必要的。

2.1.2 操作系统

操作系统主要使用的是微软的Windows系列。不过如今，Linux系统也得到了越来越多的使用。如果实际项目对系统安全性和系统性要求较高，可以使用UNIX操作系统。

2.1.3 GIS平台

现代商业GIS软件产品很多。通过相互整合和参照，它们在功能上趋于趋同。每个GIS软件供应商都提供独立版本的GIS、网络GIS和其他产品。不同的GSI平台作用有所不同，但大量的GIS工程案例表明，GIS平台并不是测绘系统设计和开发成败的主要原因[5]。因此，GIS平台的选择应充分考虑以下因素：（1）城市规模；（2）技术适用性；（3）开发成本；（4）GIS平台的技术架构和系统；（5）实用性。

2.1.4 应用软件开发

应用软件根据用户需求开发，通过GIS空间和GIS平台实现二次开发。开发工具不仅可以使用计算机的标准语言，大部分应用软件可以直接针对用户，其主要功能有图形操作、统计分析、查询、输入输出、可视化显示等。

2.2 地名地址匹配

从文本或主题中提取本地名称和地址是无空间坐标的非结构化地理信息的一部分，需要进行空间定位。空间数据收集的地理信息数据包含6*105条以上。存储的数据包含地名、地址和地理坐标信息。它们被用作参考库，用于定制位置名称地址，并连接不同行业的数据属性信息，以实现空间定位。

地名和地址的对应方法主要有模糊匹配和精确匹配。精确匹配是指网站的空间定位具有详细的地理信息；模糊匹配可以定位网站中不完整或粗糙的地理信息。分配位置名称和地址时，网站中位置名称和地址的描述与标准化描述不同，这增加了定位和调整地址的难度。因此，有必要对网页中的位置名称和地址进行标准化。在程序中将位置名称地址描述为一个可扩展的模型，对网络位置名称地址进行分段，根据树模型从上到下进行调整，然后搜索底部节点进行匹配，直到在地址参考库中找不到本地地址描述为止。

2.3 数据挖掘

当多变量空间数据集中在一个位置时，它们会显示不同的数据结构、高维数据、测量设备和投影系统。记录的网站文本数据内容复杂，部分内容是冗余数据，甚至完全无关，影响了有价值的信息。不同行业的数据特征不同，因此有必要对行业的信息特征进行分析，以找到行业数据的正确性。基于经济风险和统计学习最小化，可以解决数据识别问题。通过支持向量引擎功能创建区分不同行业的数据，随机抽取10000多个行业记录样本，统计每个行业关键词出现频率；然后建立训练测试的词库特征；最后，为了对定位文本进行分类。中文分词词库对照如表1所示。

表1 中文分词词库对照（部分）

2.4 数据组织设计

属性数据和空间数据的组织是系统设计的核心。有意义的数据库结构和适当的数据组织可以提高系统的运行效率，并促进系统的使用。应用需求分析允许根据土壤特性对系统数据进行分层。因此，空间数据和属性数据必须以统一的大小存储在同一关系数据库中。为了使数据的使用更加舒适，我们应该充分利用城市中的空间数据。

2.4.1 数据分层

地形图是空间定位最重要的工具，具有多种应用。鉴于目前和未来的潜在应用，需要根据物理分层和逻辑分类创建地形图。控制点、道路中心、线形特征和地图；逻辑分层是指根据国家标准分类代码对地图进行分层。

2.4.2 库结构设计

数据库结构设计必须通过数据库创建表对象，存储整型字段，然后添加图形、属性、显示符号等信息。通过当地标准和系统的特殊业务进行补充和改进。

2.4.3 存储方式

传统的GIS是指通过文件存储和快速检索空间数据。因此，如果数据量很大，就会影响空间数据的检索、显示和检索速度。为了提高系统的运行效率，有必要通过划分单元和层来存储数据。

2.5 数据处理

地理信息聚合系统需要计算机软硬件的支持。数据采集后，面临着专业数据处理，如果没有相应软硬件支持，数据处理就难以实现。地理空间信息传输到GIS后不能直接使用。GIS在数据处理方面的主要优势在于，它可以利用其分析数据来获得数据的相关性。如果收集的信息复杂且关系明显，由于不同的城市有不同的测量和绘图要求，在数据处理之前，应根据不同的数据对模型进行分析[6]，以便测量和绘图结果能够满足不同的实际需要。

2.6 空间分析

地理信息系统功能强大，软件分析数据可以使用定性和定量的方法来描述空间位置，并将其集成到不同的学科中。除了地理学，它还包括物理学等知识和理论。地理描述还需要利用到统计学等学科。只有全面掌握相关知识，才能保证空间定位和测绘的准确性，为后续测绘工作奠定基础。

2.7 空间组织设计

地形图是空间定位最重要的工具，它反映了地物的空间分布，分布广泛。物理层主要包括平面和线性特征、道路集中度、交叉点等。逻辑层根据国家标准分类代码进行分类。