摘要：在科学技术日益创新的时代下，地理国情信息系统已经被广泛应用到经济和国防建设发展中。通常情况下，地理国情信息系统的国情监测，是从全面角度掌握我国地理环境要素的重要基础。地理国情信息系统的应用，主要是借助先进的测绘技术和丰富的数据资源，实现对我国各地区地表覆盖物和地形地貌信息的搜集，从而掌握所监测地区的人文地理要素。作为一项相对复杂的信息管理工程，地理国情信息系统监测下的数据来源广泛。因此，其所获得的数据信息的应用领域也较为宽泛，包括生态分析领域、环境监测领域和安全防控领域。
关键词：我国地理国情；信息系统；设计与实现
1导言
作为“十二五”规划建设的重大项目，地理国情监测迎合了我国社会经济、国防建设的需要，是全面掌握我国各类地理环境要素的重要手段。从技术角度而言，一方面地理国情监测是一项庞大的数据采集工程。利用先进的测绘技术，丰富的数据资源，采集我国地形地貌、地表覆盖等自然和人文地理要素的现状和空间分布情况，普查范围之广，采集要素之全，前所未有。另一方面，地理国情监测也是一项复杂的信息管理工程。地理国情信息涵盖了地形地貌、植被覆盖、交通网络、地理单元等众多信息，具有数据量庞大、来源广泛、多分辨率、多尺度、多时空、多种类等显著特点。解决地理国情信息管理服务和空间表达问题，是充分发挥其在各领域信息支撑作用的前提和关键。鉴于此问题，李德仁院士指出，地理信息网络服务技术及空间信息云计算技术是地理国情监测的关键支撑技术之一[1]。其中，空间数据库技术是空间信息云计算的关键技术之一，可用于地理国情信息的存储和管理；空间数据网络服务和三维数字地球技术是地理信息网络服务技术的关键技术，可用于地理国情信息的共享和表达。对于空间数据库而言，较为成熟的商业软件有OracleSpatial、IBMSpatialExtender、InformixSpatialDatablade及ESＲI推出的空间数据引擎ArcSDE，已在地下管网、海岛监测、人防工程等领域得到应用。对于地理信息网络服务而言，有开放地理空间信息联盟（opengeospatialconsortium，OGC）标准的Web地理覆盖服务（webcoverageservice，WCS）、Web要素服务（webfeatureservice，WFS）和Web地图服务（webmapservice，WMS）等，这些地理信息网络服务被广泛地应用于交通管理、环境监测、生态分析、安全防控等领域。对于三维数字地球技术而言，目前较为成熟的商业产品包括GoogleEarth、ArcGlobe、VirtualEarth、Skyline、GeoGlobe、EV－Globe等。开源的数字地球平台有WorldWind、OsgEarth等。相比而言开源平台在拓展性、开放性和可移植性方面具有一定的优势。
2地理国情信息系统数据库建设
为更好服务于政府对社会的宏观管理和重点规划决策，我国地理国情监测主要工作分三步走。首先，建设城市地理信息数据库。主要内容包括有对基础和具专题性质的两种地理基础信息数据的建设。其次，基于数据库建立共享信息平台，通过改变传统服务方式，从传统的拷贝硬数据转变提升为提供在线共享地图应用、发布数据信息等信息的服务，从而大大提升社会各界对地理监测信息的不同程度的需求。最后，为了根据各项地理监测数据提供国情监测数据报告，最终为政府作出重大宏观决策提供科学准确数据依据，需要根据相关开发接口建立不同专题的相关应用系统。建立城市地理信息数据库作为逐步开展的地理国情监测工作的第一步，是能否成功达到目标的基础和关键。往期的测绘工作内容仅仅定期更新基础地理信息数据库，提供的基础地理信息服务非常有限，专题的地理信息更加匮乏。虽然各自单位和部门拥有属于自己的专题地理信息数据库，但各数据库的建立基于不同的标准，无法达到统一，且无法实现及时共享，存在很大的局限性。然而在新的背景与形式下，应逐步扩大对地理要素的服务范围，对专题地理信息数据要加大采集力度，从而形成统一、唯一、标准的地理信息数据库，并根据数据发布平台、数据管理实现共享数据[2]。
2.1 基础地理信息数据库的建立
城市基础地理信息数据库分为 7 个不同分库，7个分库根据比例和分辨率而被细分为子库。数字线划图子库储存位置、属性和形态等信息的主题主要由道路、水系、地貌、植被等人文和自然。每个子库还会根据多事态数据分别储存历史库与现势库。
2.2 专题地理信息数据库的建设
专题地理信息数据库是用来专门储存具体相关业务的地理信息。专题地理信息数据库可按照不同的行业分为不同的子库，如国土资源、城市规划、水利等子库。它们又可根据业务的不同功能，划分为具体类别的二级子库，如水利子库范畴下的二级子库可分为水资源、工程建设、防汛等子库。具体相关业务的功能及范围大小决定了其子库的种类多少。具体业务功能的资源需求是建立专题地理信息数据库的重要依据。如防汛功能，除了通过河流的专题地理信息来测量其位置意外，还要测量记录与其本身防汛功能相关的水量、报警水位等信息。
3地理国情信息系统空间数据库及服务分析
3.1地理国情信息系统的矢量数据存储
就数据格式来说，在地理国情信息系统数据库中，其所监测和存储的地表覆盖分类信息都属于矢量数据。在矢量数据存储期间，图层与数据是相对应的关系，且对应空间数据表。矢量数据库与图层的关系对应，呈现出两方面的特点。（1）不同的图层和数据空间表中，所涵盖的内容和信息具有单一性，具有同质性。比如，地表覆盖信息和水域信息等。（2）不同的图层和数据空间表中，其所呈现的矢量数据形状具有单一性，或者是点形，或者是面形，或者是线形。在对地理国情数据信息进行储存时，通常采用矢量形状，一般采用ST-CEOMETRY数据模型，实现对国情信息数据的综合存储。
3.2地理国情信息系统的栅格数据存储
在地理国情信息系统空间数据库中，对地理国情信息生成文件的通常是Oracle数据库；对地理国情信息空间数据提供模型和编码的通常是ArcSDE。利用地理国情信息系统中的数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）和数字对象模型（DigitalObjectModel，DOM），能够快速将栅格信息存储到空间数据库中[3]。此种信息存储不仅能够提高信息系统对栅格数据的综合性管理，同时也可以将此类栅格信息作为背景，在数据库中用来表达所监测的地貌形态和信息。一般来说，在对栅格数据库进行存储时，多是借助6个业务表实现的。即将栅格影像添加到国情信息系统中时，需要创建与栅格影像相适合的用户业务表。在上传图片影像时，ArcSDE会将栅格影像添加记录加以保存，形成数据索引表。通过栅格数据的表间关联性，提升栅格影像信息的完整性。
3.3地理国情信息系统的服务
在地理国情信息系统设计中，信息系统的服务接口是系统服务发挥作用的前提。如图2所示为地理国情信息系统服务接口构架图。根据图2中相关信息显示，该信息服务接口采用的是REST接口规范。设计的地理国情信息系统服务，主要表现为以下几项特点。（1）不同格式返回。依据地理国情信息系统中的不同参数，可以在不同的格式下，将客户端对服务器的请求结果进行返回。比如，JSON，AMF等格式，都是可以被返回的格式。（2）借助URI实现访问。在地理国情信息服务系统中，包括栅格信息和矢量信息等，在对国情信息系统典型的业务功能进行查询或是编辑时，都能够通过对URI的访问实现对相关业务的开展。可以明确在地理国情信息系统服务中，可以针对国情信息服务的具体情况，实现对国情信息系统服务的合理设计。
图2 地理国情信息系统服务接口构架示意
4地理国情信息系统的空间表达研究
4.1地理国情信息数据的加载
在完成对地理国情信息系统的设计后，明确其如何实现空间表达，是提升系统日后应用水平的重要基础。从某种角度来说，地理信息国情空间的表达，实际上就是将地理国情信息转化为可视化的过程。在实现空间表达期间，可以根据地理国情信息数据信息，完成对国情数据的加载。一般在加载数据时，主要借助的是资源定位器。在对服务端空间数据进行切片式处理后，REST的请求格式为http：//服务器：端口号/arcgis（动态添加图层）/services（服务）/服务名/MapServer/Level/X/Y。根据对该格式的分析，对其中几个重点内容加以细化。比如，数据层级用Level表示；地理国情信息服务所服务的区域为地图服务，用MapServer表示；服务系统中所请求的瓦片，在经纬度方向上的具体索引值和整数类型，则用X和Y表示。借助该资源定位器，能够快速获取数据瓦片，为信息数据的加载奠定基础。
4.2地理国情信息数据的调度
图3 地理国情信息调度流程示意
通常情况下，地理国情信息数据加载中，实现对数据调度是比较重要的[4]。在地理国情信息系统中的客户端，其主要的工作任务除了完成对数据的加载外，同时也要有根据数据的具体加载情况，实现对数据的角度。客户端在对信息数据进行调度时，通常采用的是排队算法，实现对数据载入列队的维持。如图3所示为地理国情信息调度流程示意图。根据表中相关信息可以明确，P1所代表的载入线程，主要是根据对用户位置的观察，详细计算视锥体内瓦片的三元组信息相关值，包括LEVEL，X和Y。根据视点投影中心的位置，按照距离设置远近的优先度，将视锥体内的三元组信息根据相应的顺序，纳入到列队中，完成对P3线程的绘制。将P3线程中的栈顶三元组取出，按照在队列中取出的P3线程三元组，根据相应的数值，从地理国情信息服务器客户端获取相应的瓦片。
4.3地理国情信息的信息绘制
根据对地理国情信息系统的分析，明确地理国情信息系统所搜集的信息，多是空间地理信息。同时，所有的空间地理信息，都是在比较统一的数字地球框架中，实现对信息结构的绘制。所以，在地理国情信息绘制期间，可以从纹理贴图的角度出发，对地理国情信息数据实施空间性表达。常见的空间性表达方法，采用的是椭球四叉树结构方法。在椭球四叉树结构方法中，从该结构角度实现对数字地球的组织，在结构建立后，数字地球表面会在此种构建方法下，被分割成众多的网格。在诸多纹理坐标网格中，栅格化矢量数据瓦片和DOM瓦片可以在纹理的映射下，实现地理信息绘制和空间表达。采用四边形定点的纹理坐标，可以实现对DEM瓦片的空间信息获取，从而将高程值作为空间坐标的Z值，完成对地理信息的起伏性表达。
5结语
现阶段，地理国情信息系统被广泛应用到各领域中。为了进一步提升地理国情信息系统的应用水平，明确该系统的具体设计是十分必要的。本研究对地理国情信息系统的设计进行了综合的阐述。从矢量数据存储和栅格数据存储等方面，分析地理国情信息系统空间数据库及服务。此外，从信息数据加载、信息数据调度、信息绘制等，研究地理国情信息系统的空间表达。经过本次研究，明确地理国情信息系统能够实现对地理国情信息的表达。希望在本次相关研究下，可以为日后提升地理国情信息系统的应用水平，提供宝贵的建议。
参考文献：
[1]张继贤，翟亮.关于常态化地理国情监测的思考[J].地理空间信息，2016，14（04）：1-3+6+10.
[2]李德仁，丁霖，邵振峰.关于地理国情监测若干问题的思考[J].武汉大学学报（信息科学版），2016，41（02）：143-147.
[3]毕凯，桂德竹.浅谈地理国情监测与基础测绘[J].遥感信息，2014，29（04）：10-15.
[4]李德仁，邵振峰，丁霖.地理国情信息的多级网格化表达[J].地理空间信息，2014，12（01）：1-5+9+8.
论文作者:王龙珠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：国情论文; 地理论文; 信息系统论文; 信息论文; 数据论文; 地理信息论文; 栅格论文; 《基层建设》2019年第12期论文;