中国地理信息系统技术的发展.pdf

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1、中国地理信息系统技术的发展龚健雅（武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室!湖北 武汉#$%#）摘要：中国是一个发展中的大国，地理信息系统在中国应用非常广泛。中国的地理信息系统技术发展过程中，采取了两条腿走路的策略，一是引进国外地理信息系统软件和技术；二是支持和扶植国产地理信息系统软件的研究开发，推广国产地理信息系统软件的应用。本文详细回顾了中国地理信息系统技术的发展历程，综合介绍国产地理信息系统软件的研究开发状况和应用情况，重点介绍了国产地理信息系统软件&()*+,的技术特点和市场潜力。关键词：地理信息系统软件；组件化；一体化空间数据库；-./,01*.中图分类号：23$4文献标识码：5文章

2、编号：6$78%99（3$3）$38$#8$:!#$%&()%*+,-./0(%$%12%*304(5!#!$%&()&!)*+*;.?=(,+*1(?A?B1?,1?B 1?)C,D.1?B!E+FF1?B+?G H(*)?I1?B JCK+?L?1D,I1*.!JCK+?#$%#!-K1?+）678)95/):-K1?+1I+B,+*GDM(F1?B 0(C?*,.!NK,*K B(B,+FK10 1?=(,+*1(?I.I*O&)P K+I/?N1GM.CIGQ?*K 0(C,I(=GDM(F1?B&)*0K?(M(B.!-K1?+K+I/?+G(F*1?B+*N(8N+.*,+=10Q

3、R?1I*(1?*,(GC0=(,1B?&)I(=*N+,+?G*0K?(M(B.!*K(*K,1I*(ICFF(,*+?G F,(F CF*K I*CG.+?G GDM(F?*(=G(I*10&)I(=*N+,!*(IF,+G 1*I+FFM10+*1(?Q SK1I+,*10M K+I,D1NG*K GDMT(F1?B 0(C,I(=*K-K1?I&)*0K?(M(B.1?G*+1MI+?G 0(F,K?I1DM.1?*,(GC0G*K I*+*CI(=+FTFM10+*1(?I!I*CG.+?G GDM(F?*(=G(I*10&)I(=*N+,!1?F+,*10CM+,!*K*0K?10

4、+M 0K+,+0*,1I*10I+?G+,U*F(*?*1+M(=(?G(I*10&)I(=*N+,F+0U+B8&()*+,Q;2)I(=*N+,V(GCM+,1W+*1(?V 1?*B,+*G IF+*1+M G+*+/+I!0./,01*.$引言国际上地理信息系统起源于7$年代末、%$年代初。中国的地理信息系统起源于4$年代中期。在此之前，中国开展了遥感应用研究和计算机地图制图研究。4$年代中期以后，一些大学和研究机构开始引进国外地理信息系统软件，开展应用研究，并开始应用于建立国家6X6$万地图数据库。4$年代末，一些学校和研究机构在消化吸收应用国外地理信息系统软件的基础上，相继研制开

5、发了一些地理信息系统原型。9$年代初，中国研制一些实用的&)软 件 如&()*+,、E+F&)、-1*.I*+,、Y1N&)等，并开始在中国市场上推广使用。这些软件主要基于微机平台和J1?G(NI操作系统。699:年，中国开始实施第九个“五年计划”。在讨论国家“九五”计划方案时。有关专家和领导认识到研究开发中国自主版权的地理信息系统软件极为重要。这主要有两个方面的原因：其一，中国的&)市场非常巨大，如果全部依靠进口，将花费大量外汇；其二，中国的&)用户水平比较低，许多用户的外语水平较差，有些用户不仅看不懂国外&)软件说明书，甚至看不懂用户界面。在699:年以前，中国花了大量经费购买了国外&)软

6、件，建立&)应用工程，但大部分没有得到应用，这与国第66卷 第3期测绘工 程Y(MQ66!Z(Q33$3年7月AZ&ZAAHZ&R)LHYAZ&Z E22Z&_LZQ!3$3收稿日期：3$86683$作者简介：龚健雅O69:%P，男，武汉大学教授、博士研究生导师（详见本期测绘人物谱）。测绘工程第!卷外#$软件复杂，国内用户使用不便很有关系。基于以上原因，中国政府决定，将“国产#$软件开发与商品化”项目列入国家“九五”重中之重研究项目。选择了北京大学、武汉大学、中国地质大学、中国科学院地理研究所、中国林业科学研究院作为研究开发单位，国家投入一定的研究经费支持研制开发中国自主版权的地理信息系统基础

7、软件，并且采取每年测评的方式，优胜劣汰，滚动支持，从而开创了国产地理信息系统软件研究开发与推广应用的新局面。!中国#$软件的技术进展与市场推广中国%家研究开发机构获得国家科技部的支持以后，在原有研究成果和#$原型产品的基础上重新设计，几个软件都在基于&()*+,-.操作系统。图形数据一般采用文件管理，属性数据采用关系数据管理，软件的体系结构采用动态联接库（/00）技术进行各模块的集成，#$软件的功能和效率与国际上的#$软件相当。为了推动软件的应用和商品化，几个软件开发单位都成立了相应的公司，专门从事于软件的开发，产品测试与商品化包装，以及应用服务培训。通过几年的努力，中国$#软件水平迅速提高，

8、软件企业迅速成长，软件的市场占有率迅速提高。中国地理信息系统协会1222年对中国#$市场进行的调查结果显示，国产地理信息系统软件已经占领了中国#$市场13456的份额。如表!。在有些行业部门，国产软件已经占了主要地位，如在测绘部门，国产#$软件7*$89:占;4!6的市场份额，排名国内外#$软件的第一位。如表1所示。国产#$软件在推广应用中逐渐显示了它们的优势，主要表现在易学好用，服务周到，并有其独到之处，逐步受到用户的信赖和好评，据中国#$协会对中国#$用户拟建或改进现有#$应用系统软件选择意向的统计，选用国产软件的比例迅速上升。如表;、表?#-AB!3311456%3;C!4!6=?D#E

9、&C5426F=GBHIE?.3!426F=G#-AB!JC1246=K.B?=/F=G;%4;6=K.B?=/!J1426=K.B/E$L;246FE1C;4;6EBFE/#=13;4B$.=.#B-!4;6$#?=/24%6F=G.#.K/E;246其它进口软件3!426国产软件自行开发软件MEB$?=-N15MC2N!14!6?#.O$.=!1!4%6F=GE-#-E%24J6D#E&#$C2456$KGEF=G;24?#-AB%;124?D#E&!5C4;6;F=G#-AB%5114C6B$.=.#B-;!4!6CEB$.=MEB$?=-N3J;4!63F=G#$!3J4565总数12

10、2!226表;拟建系统选用软件的意向使用软件的意向数量比率数量比率进口软件%J54%6J%;4;6国产软件314%6%CJ4C6进口软件P国产软件53426合计!;!226!11!226表改进系统时，选用软件的意向更换软件的意向数量比率进口软件5!%C416国产软件J31436合计!%5!22644第!期龚健雅中国地理信息系统技术的发展由武汉大学（原武汉测绘科技大学）与武汉吉奥信息工程技术有限公司开发的国产自主版权地理信息系统基础软件#$%&()，从一开始就采用多比例尺、多数据源的空间数据库模型（#%*+,-.,!/；龚健雅，朱欣焰等，!/年）。这一模型在#$%&()01!版采用文件与关系数据

11、库管理系统相结合的方式予以实现，属性数据由关系数据库管理系统管理，图形、影像和234数据由文件系统管理。随着地理信息系统技术和数据库管理系统技术的发展，一些大型关系数据库管理系统加入了对象关系模型，扩展为能够同时管理图形和属性数据。#$%&()51/版紧跟这一技术的发展，将#6&的图形数据和属性数据均交由对象关系数据库管理系统如7)(89$的&2:管理。同时对&2:进行再扩展，使它不仅能够同时管理图形和属性数据，而且 能 够 同 时 管 理 影 像 和234数 据。图;是#$%&()51/版的空间数据库模型。从图;可以看出，#$%&()51/版中的空间数据库实际可包含三部分的内容，空间对象、影

12、像和234。而空间对象又由图形数据和属性数据组成，它们都由商用数据库管理系统管理。一个空间对象的图形数据和属性数据可以存贮在一条记录上，也可以分开存贮。图形数据又根据它们的几何特性不同分为点、线、面、集合对象等。这些几何数据的数据结构和数据模型又由所选定的对象关系数据库系统决定，图;所示的几何图形部分的结构是7)$9%?2$(.9）和类似方法自动抽取各层的数据。图0所示即为一个矢量数据库中通过设置不同显示比例尺的制约条件，所显示抽取的数据。影像和234数据属于场空间数据或者称块数据，从自动抽取概念上说，如果用小波方法进行图;#$%&()51/版空间数据模型图!多比例尺空间数据库参考模型11测绘

13、工程第!卷多尺度分解，它是比较容易实现的，但是由于数据量太大，磁盘的调用时间长，所以需要分多比例尺、分块存贮。一个比例尺可以作为数据库的一个文件，或一张表，一块数据存贮为一条记录，除记录数据体以外还要记录位置信息和有关的元数据。图为多比例尺影像数据库模型，多比例尺#$%数据库模型与它类似。&()*+,-.的软件体系结构当代(/+发展有两项重要技术，一项是采用商用的对象关系数据库管理系统管理图形和属性数据。一项是采用组件技术作为软件系统的开发方法和体系结构。对于采用关系数据库管理系统同时管理图形和属性数据有两种方案，一种是(/+厂家自行在商用关系数据库管理系统之上开发一个中间件，使传统的关系数据

14、库管理系统扩充为能够管理图形数据，如$+0/的+#$和%-1/234的+1-,5-67-.)等，另一种方案是数据库管理系统厂商自行扩展，增加空间数据管理功能如4.-86)9/:;9/:?.)等。()*+,-.A采用第二种方案，直接连接关系数据库管理系统的空间数据管理模块。同样，组件技术也有两种标准，一种是以微软为首制定的B4%C#B4%标准，另一种是软件联盟制定的B#0DE标准，由于微软产品广泛应用，而且B4%C#B4%比 较 容 易 掌 握，()*+,-.A采 用B4%C#B4%标准。下面较详细地介绍()*+,-.A版的实现方法。图F所示为()*+,-.A版的软件体系结构。在图F中，最底层的

15、空间数据操纵组件遵循4(B的41):(/+标准，但是41):(/+的当前版本不包括影像和#$%数据的管理，也不包括写空间数据及并发操作等方法。所以我们对它进行了扩展，使它能够管理和读写图形、属性、影像和#$%数据。这一组件不仅能连接()*+,-.G!版本的数据，也能够连接4.-86)、/:、/:?.)、#D&等数据库的数据。在空间数据操纵组件之上是一系列空间查询、编辑、分析、制图等组件。这些组件是相对独立的，它采用纯B4%技术，而不依赖于微软的E8,5H)I，它们与窗口界面没有关系，负责数据的处理、管理及分析应用。在这些组件之上，采用E8;,5H)I进行包装，或者说设计控件。E8,5H)I是微

16、软为了用户便于实现和使用组件技术而提供的一种开发工具。它与窗口界面有关。使用E8,5H)I我们图多比例尺影像数据库模型图G显示不同比例尺的矢量数据图F()*+,-.A版的软件体系结构J第!期龚健雅中国地理信息系统技术的发展可以开发一系列控件，如数字高程模型及应用的控件、影像数据库管理系统的控件、二维矢量图形控件、二维#$%控件等等。这些控件都可以调用下面的组件进行空间数据存贮和空间查询与分析。但是控件并不是应用系统，控件只是提供了一个窗口框架和一些散件，用户要开发应用系统还要将控件和底层的组件进一步装配成应用系统。#&%()*各个基本模块装配了完整的系统，如数字高程模型及其应用系统、影像数据库

17、管理系统、二维地理信息系统、三维地理信息系统等，用户自己亦可以根据我们提供的控件和组件开发应用系统。另外，$+(&*,+&(#$%-#&%.*/由于目前是用0)1)语言开发的，所以作为一个独立的模块，它能够从远程调用#&%()*23!文件的数据#&%()*/45&，也可以调用6*)75&等关系数据库管理系统的数据。各个组件又可以进一步划分。如空间数据操纵组件，如图8。2结论经过几年的努力，中国#$%的技术水平，已经有了长足的进展，已接近国际先进水平。其中在多比例尺、多数据源空间数据管理和9:;&*74(:等方面有明显的特色与先进性。在“十五”期间中国政府将继续支持国产#$%软件的研究。国家“十

18、五”的大型#$%软件以及地理信息共享与互操作的标准与协议，使国产#$%软件能适应国家级、省级和特大城市的空间数据管理与#$%的工程应用，并解决地理信息共享与互操作关键技术问题。我们相信，再过几年，国产#$%软件将会占领中国的主要市场，并将打入国际市场。参考文献?A国家测绘科技信息研究所，中国地理信息系统协会3我国地理信息系统应用现状调研总结，!BBB3?!A CD5&*EF C3F$+(&G*)(4+/H&I(&%&+E4+G J4(D#&G*)KD47$+/*I)(4+)+&7&EE)*:C15.(4+?0AF LD(G*)II&(*47 C+,G4+&*4+G)+M H&I(&%&+E4+

19、GF NN，（）3?2A O*4(E7DF P3F 6;Q&7(-*4&+(&M I)+)G&I&+(/*)E(&*P)()4+#&G*)KD47$+/*I)(4+%:E(&I?RAF8(D9+G*&EE/$%,LH%F STF U:(，N)IK5&E?0AFL*7&M4+GE/C#$%VNB WIE(&*M)I3 NNB3?XA#+GF 04)+-:)F W K*KE)5/*9D4+)#&%K)(4)5 P)()Y*)+E,/&*O*I)(?0AF L*7&M4+GE/9W#$%VN 9+/&*&+7&3 NN?8A#+GF 04)+-:)F Z4F P&*&+F 6;Q&7(-*4&+(&

20、M IM&5;)E&M+(D&.+4/4&M M)()E(*.7(.*&?RA3W*7D41&E/(D$%LH%F)ED4+G(+P3933，NN!3?A Z4F W44+F#+GF 04)+:)+M Z4F P&*&+F 6*G)+44+G/*5)*G&E&)I5&EE G&G*)KD47)5 M)();)E&E?0A3 0.*+)5/.D)+Y&7D,+47)5=+41&*E4(:/%.*1&:4+G)+M R)KK4+G?0AF NN，（）3?A 04)+-:)#+G _ P&*&+Z4F 6;Q&7(-6*4&+(&M)+M$+(&G*)(&M%K)(4)5 P)()RM&5/*R)+)G4+G$I)G&F PCRF)+M&7(*P)()?0AF YD&0.*+)5/*4I)G4+G)+M G&EK)(4)5 4+/*I)(4+E74&+7&)+M(&7D+5G:F!BBBF（X）3?NA龚健雅，朱欣焰，朱庆，等3面向对象集成化空间数据库管理系统的设计与实现?0A3武汉测绘科技大学学报，!BBB，（T）3?BA李德仁，关泽群3空间信息系统的集成与实现?RA3武汉：武汉测绘科技大学出版社，!BBB3?A龚健雅，李斌3当代#$%的若干理论与技术?RA3武汉：武汉测绘科技大学出版社，NNN3?责任编校：张庆久A图8空间数据操纵组件33