地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)研究

張健挺　萬(wàn)　慶

(中國(guó)科學(xué)院地理研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　100101)

　　摘　要　提出了基于客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)，探討了基于元數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)以建立物理上分布而邏輯上集中的分布式地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，提出了應(yīng)用符合3NF范式的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模型管理的模式，在此基礎(chǔ)上探討了地理信息系統(tǒng)可視化建模工具。

　　關(guān)鍵詞　地理信息系統(tǒng)，集成平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)，GIS數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，GIS模型集成平臺(tái)，可視化建模工具

1　引　言 　　

　　近年來(lái)，隨著GIS應(yīng)用的廣泛和深入建立了一大批地理信息系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際的需要，這些分散的系統(tǒng)要求集成運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)信息共享，提高運(yùn)行效率。在國(guó)家“八五”攻關(guān)中就開(kāi)展了這方面的研究［1，2］，在“九五”攻關(guān)中對(duì)系統(tǒng)實(shí)用化和運(yùn)行業(yè)務(wù)化提出了更高的要求。地理信息系統(tǒng)集成的重要性得到普遍的認(rèn)識(shí)［3，4］。 　　

　　地理信息系統(tǒng)集成可以分為兩個(gè)層次，一個(gè)是地理信息之間相互關(guān)系的概念層次集成，側(cè)重于地理信息的空間分析；另一個(gè)是不同數(shù)據(jù)和模型之間組織和管理的技術(shù)層次集成。本文所指的地理信息系統(tǒng)集成主要指后者意義上的集成。 　　

　　在計(jì)算機(jī)集成制造(Computer Integrated Manufacture System, CIMS)領(lǐng)域，集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或集成平臺(tái)的概念得到廣泛的應(yīng)用，集成平臺(tái)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成、功能集成所需的基本信息處理和通信公共服務(wù)的集合［5］。IBM公司基于系統(tǒng)使能器(Enabler)的集成平臺(tái)在企業(yè)應(yīng)用中獲得極大成功［6］，中國(guó)在CIMS應(yīng)用中也廣泛使用集成平臺(tái)技術(shù)［7］，收到巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 　　

　　文獻(xiàn)［8］中作者論述了地理信息系統(tǒng)集成的概念、內(nèi)涵和必要性，地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)的功能和特點(diǎn)。本文借鑒CIMS的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合信息技術(shù)的新發(fā)展，提出了基于客戶(hù)/服務(wù)器的地理信息系統(tǒng)集成總體結(jié)構(gòu)，基于元數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)和基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息系統(tǒng)模型集成平臺(tái)和可視化構(gòu)模工具方法。

2　地理信息系統(tǒng)集成分析 　　

　　回顧地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，可以看出地理信息系統(tǒng)的集成在技術(shù)上可以分為如下幾種形式： 　　

　　(1) 同一GIS軟件系統(tǒng)不同模塊之間或不同系統(tǒng)之間采用Import/Export的文本文件交換形式。這是最簡(jiǎn)單也是效率最低的一種方式，它適用于任意系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和模型集成。 　　

　　(2) 大型商業(yè)GIS軟件如ARC/INFO具有一致的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，構(gòu)成軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。不同模塊之間可以采用二進(jìn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(如Arcedit和Arcplot)，具有密切關(guān)系的不同GIS軟件系統(tǒng)之間也可以采用這種方式(如ARC/INFO和ERDAS)。在這種模式下用戶(hù)除了在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用模型被宿主系統(tǒng)調(diào)用外，其它所有的操作只能建立在這個(gè)商業(yè)軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上，不同的商業(yè)軟件平臺(tái)一般無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和功能互補(bǔ)。 　　

　　(3) 采用應(yīng)用程序接口(API)的形式進(jìn)行集成。如ARC/INFO提供RPC接口實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)器端的通訊，提供ARC/INFO與ARCVIEW的集成。同時(shí)用戶(hù)可以遵循RPC規(guī)范開(kāi)發(fā)應(yīng)用模塊以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。ESRI提出的分布式計(jì)算環(huán)境(Distributed Computation Environment)也是基于API的思想。 　　

　　(4) 對(duì)象連接與嵌入(OLE)的自動(dòng)化功能(Automation)提供了對(duì)象之間的互操作功能，一些最近開(kāi)發(fā)的商業(yè)GIS軟件如Mapinfo公司的MaplnfoProfessional和Golden Soft公司開(kāi)發(fā)的Surfer，都提供OLE Automation，用戶(hù)可以將該軟件作為一個(gè)對(duì)象嵌入自己的系統(tǒng)。 　　

　　(5) 最近發(fā)展起來(lái)的對(duì)象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)(ORDBMS)將空間數(shù)據(jù)作為一種數(shù)據(jù)類(lèi)型直接集成進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用戶(hù)可以在這種平臺(tái)上直接管理矢量空間數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)和普通關(guān)系數(shù)據(jù)，可以利用這種數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的API開(kāi)發(fā)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。 　　

　　(6) OPENGIS組織采用COBRA標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布了其簡(jiǎn)單特征規(guī)范(Simple Features Specification)1.0版本作為開(kāi)放地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這無(wú)疑是地理信息系統(tǒng)軟件向開(kāi)放和互操作發(fā)展的重要方向之一，但這種方式需要從底層重新開(kāi)發(fā)GIS軟件，在短期內(nèi)很難直接應(yīng)用于工程實(shí)踐。 　　

　　在以上地理信息系統(tǒng)集成的各種形式中，都存在如下的問(wèn)題需要解決。 　　

　　(1) 地理信息采集和應(yīng)用的分布性特點(diǎn)決定了地理信息系統(tǒng)的分布性，地理信息系統(tǒng)集成需要一種分布式空間數(shù)據(jù)管理和分析模型的相互通訊機(jī)制。這種機(jī)制既可以適應(yīng)在目前比較成熟的基于數(shù)據(jù)文件交換形式(如(1)和(2))，又可以為以后基于API(如(3)和(5))面向?qū)ο蟮牡乩硐到y(tǒng)集成(包括(4)—(6))提供發(fā)展余地。 　　

　　(2) 地理信息涉及不同的時(shí)間、空間和屬性，需要有一種有效的地理數(shù)據(jù)管理的機(jī)制，并提供數(shù)據(jù)融合的能力。 　　

　　(3) 地理分析模型與多種地理數(shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系，不同模型之間有復(fù)雜的串并聯(lián)關(guān)系，模型的組織與管理是需要解決的另一個(gè)重要問(wèn)題。 　　

　　基于以上的分析，本文提出了基于客戶(hù)/服務(wù)器機(jī)制的地理信息系統(tǒng)集成總體結(jié)構(gòu)，基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)和基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的模型集成平臺(tái)，以及在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)、模型集成平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行可視化建模以輔助空間決策的方法和技術(shù)。

3　基于客戶(hù)/服務(wù)器的地理信息系統(tǒng)集成總體結(jié)構(gòu) 　　

　　近年來(lái)，客戶(hù)/服務(wù)器(Client/Sever, C/S)體系結(jié)構(gòu)在分布式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。盡管這種模式至今還沒(méi)有一個(gè)完整的權(quán)威性定義，但人們對(duì)這個(gè)概念的基本看法是一致的。在C/S結(jié)構(gòu)下，一個(gè)或更多個(gè)客戶(hù)機(jī)和一個(gè)或更多個(gè)服務(wù)器，以及下層的硬件網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和支撐平臺(tái)進(jìn)程間通信系統(tǒng)，共同組成一個(gè)支持分布式計(jì)算、分析和表示的系統(tǒng)，在該模式下，應(yīng)用分為前端的客戶(hù)部分和后端的服務(wù)器部分?？蛻?hù)方發(fā)出請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)系統(tǒng)將請(qǐng)求的內(nèi)容傳到服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求完成預(yù)定的操作，然后把結(jié)果送回客戶(hù)。 　　

　　地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)引入客戶(hù)/服務(wù)器機(jī)制后，可以將地理信息系統(tǒng)集成定義為兩層C/S結(jié)構(gòu)(圖1)。前端用戶(hù)和數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)、模型庫(kù)集成平臺(tái)、應(yīng)用模型構(gòu)成第1層C/S結(jié)構(gòu)，集成平臺(tái)和應(yīng)用模型與商業(yè)軟件構(gòu)成第2層C/S結(jié)構(gòu)?？蛻?hù)端負(fù)責(zé)引導(dǎo)用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)源、功能要求和模型選擇，以及有關(guān)輸入輸出選擇項(xiàng)，將這些信息提交模型集成平臺(tái)服務(wù)器和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器。模型集成平臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)在模型庫(kù)中檢索符合用戶(hù)功能要求的模型，并支持模型的組合和建立新的模型，然后將這些模型(包括模型庫(kù)中已有的和通過(guò)宏語(yǔ)言或API新建的)對(duì)數(shù)據(jù)的要求提交數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器，其功能請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為RS服務(wù)器、GIS服務(wù)器、RDBMS服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)的基本操作并提交給這些服務(wù)器。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器、RS、GIS、RDBMS服務(wù)器操作結(jié)果將返回給模型集成平臺(tái)服務(wù)器，進(jìn)而返回給客戶(hù)端。 　　

　　當(dāng)客戶(hù)端有特殊的顯示、制圖要求時(shí)，模型集成平臺(tái)服務(wù)器將負(fù)責(zé)根據(jù)用戶(hù)的要求調(diào)用其它服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果客戶(hù)端要求將模型運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，模型集成平臺(tái)將向數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，完成在數(shù)據(jù)庫(kù)中的注冊(cè)。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器除了接收模型集成平臺(tái)發(fā)出的請(qǐng)求外，還可以直接響應(yīng)按照時(shí)間、空間和屬性信息數(shù)據(jù)查詢(xún)的要求，在空間框架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的功能也是調(diào)用RS、GIS、RDBMS服務(wù)器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。模型與數(shù)據(jù)庫(kù)之間、模型與模型之間即可以采用IMPORT/EXPORT的文件交換形式(如ARC/INFO的E00格式等)，也為將來(lái)全部過(guò)渡到API的內(nèi)存交換形式(如DLL，OLE，ActiveX，COBRA等)提供可能。 　　

　　這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)只考慮軟件的功能而不會(huì)過(guò)分依賴(lài)于具體的軟件平臺(tái)，因此系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性，無(wú)論采用商業(yè)軟件還是采用國(guó)產(chǎn)軟件，只要具有該項(xiàng)功能可以作為服務(wù)器，服務(wù)器軟件類(lèi)型的變化都不會(huì)影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于將來(lái)采用國(guó)產(chǎn)軟件和系統(tǒng)的升級(jí)換代。

4　基于元數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成平臺(tái) 　　

　　地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)的目的在于形成物理上分布而邏輯上集中的整體數(shù)據(jù)視圖。實(shí)現(xiàn)方式可以采用基于元數(shù)據(jù)的方式，也可以采用基于空間開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)連接(Spatial Open Database Connectivity, S-ODBC)的結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言(Structure Query Language, SQL)和動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(Dynamic Link Library, DLL)方式，以及基于面向?qū)ο蟮姆绞剑绶植际焦矊?duì)象模型(Distributed Common Object Model, DCOM)和公共對(duì)象請(qǐng)求代理結(jié)構(gòu)(Common Object Request Broker Architecture)等方式［8］。由于大型業(yè)務(wù)化運(yùn)行的地理信息系統(tǒng)大都建立在商業(yè)軟件的基礎(chǔ)上，很少全部從底層開(kāi)發(fā)，而目前絕大部分商業(yè)軟件都不支持這些軟件協(xié)議機(jī)制。從實(shí)用角度出發(fā)，基于元數(shù)據(jù)的集成平臺(tái)是一種行之有效的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成模式。 　　

　　美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)(Federal Geographical Data Committee, FGDC)制訂了分布式地理信息元數(shù)據(jù)規(guī)范，在地理信息標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化方面做了大量的工作。但是，一方面該規(guī)范過(guò)于煩瑣，在實(shí)際應(yīng)用中很難對(duì)該規(guī)范的每一項(xiàng)都有明確的表達(dá)，另一方面該規(guī)范主要針對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)集而對(duì)動(dòng)態(tài)交互式應(yīng)用如多源數(shù)據(jù)融合等考慮不足。因此本文設(shè)想，針對(duì)地理信息的特點(diǎn)，抽取FGDC的關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)每一個(gè)具體空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)記錄，將每一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)與具體空間數(shù)據(jù)集相對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)場(chǎng)地自治的原則，各節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與元數(shù)據(jù)項(xiàng)的一致和統(tǒng)一。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)服務(wù)器保存相應(yīng)元數(shù)據(jù)庫(kù)的副本，并維持與各接點(diǎn)元數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)連接。這種方式的概念模式如圖2。

　　元數(shù)據(jù)庫(kù)是關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)描述信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，主要目的是將整個(gè)集成系統(tǒng)的各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息納入系統(tǒng)的統(tǒng)一管理之下，形成地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，并維持整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成。集成系統(tǒng)采用的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)不依賴(lài)于任何具體RS、GIS和RDBMS系統(tǒng)，因此需要建立自己的元數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

　 　從實(shí)際需要出發(fā)，根據(jù)集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型將元數(shù)據(jù)分為如下4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，各種類(lèi)型的地理信息元數(shù)據(jù)庫(kù)至少應(yīng)包括如下內(nèi)容： 　　

　　(1) RS影像庫(kù)(柵格數(shù)據(jù))的元數(shù)據(jù)庫(kù)： 包括影像編碼、影像類(lèi)型、內(nèi)容描述、成像時(shí)間(季相和時(shí)相)、影像空間范圍(最小外接矩形經(jīng)緯度)、存儲(chǔ)格式、存儲(chǔ)位置(光盤(pán)、磁帶或網(wǎng)絡(luò)地址)等。 　　

　　(2) RS影像提取信息庫(kù)(矢量數(shù)據(jù))元數(shù)據(jù)庫(kù)： 包括RS影像提取信息數(shù)據(jù)庫(kù)編碼、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)、主題描述、關(guān)聯(lián)影像號(hào)、比例尺、投影方式、存儲(chǔ)格式、建立時(shí)間、空間范圍(最小外接矩形經(jīng)緯度)和網(wǎng)絡(luò)地址等。 　　

　　(3) 數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)(矢量數(shù)據(jù))的元數(shù)據(jù)庫(kù)： 包括數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)編碼、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)、主題描述、存儲(chǔ)格式、比例尺、投影方式、空間范圍(最小外接矩形經(jīng)緯度)、建立時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)地址、連接的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)序號(hào)等。 　　

(4) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)(屬性數(shù)據(jù))的元數(shù)據(jù)庫(kù)： 包括統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)庫(kù)編碼、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)、數(shù)據(jù)庫(kù)描述、存儲(chǔ)格式、網(wǎng)絡(luò)地址等。

通過(guò)元數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)如下功能： 　　

　　(1) 在數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)上直觀顯示整個(gè)集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)集的空間范圍(外接矩形)，并可對(duì)每個(gè)元數(shù)據(jù)項(xiàng)代表的具體數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行可視化信息查詢(xún)。 　　

　　(2) 集成平臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)按照時(shí)間、空間、屬性等單要素或其組合的元數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)，返回相應(yīng)的元數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)項(xiàng)?？臻g操作算子包括包含、相交、相離，時(shí)間操作算子包括包含、貫穿、相交、AT等，屬性操作算子主要指屬性項(xiàng)的并、差、連接、投影和選擇等。 　　

　　(3) 根據(jù)用戶(hù)要求和元數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的內(nèi)容，自動(dòng)生成相應(yīng)的RS、GIS功能軟件宏語(yǔ)言或API調(diào)用，數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件的SQL語(yǔ)言或宿主語(yǔ)言調(diào)用等，啟動(dòng)相應(yīng)的功能軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理結(jié)果返回給用戶(hù)。 　　

　　(4) 通過(guò)RS影像號(hào)實(shí)現(xiàn)了RS影像庫(kù)和RS信息提取庫(kù)之間的有機(jī)和動(dòng)態(tài)連接；通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)編碼實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接；RS信息提取庫(kù)和GIS數(shù)據(jù)庫(kù)都屬于空間矢量方式，可以用同樣的方式進(jìn)行處理。通過(guò)這種有機(jī)動(dòng)態(tài)連接，保證了整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯完整性。 　　

　　(5) 使各數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)不局限于特定的物理位置，而可以存儲(chǔ)在系統(tǒng)的任何位置，只要在元數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)注冊(cè)即可，因此增強(qiáng)數(shù)據(jù)管理的靈活性。 　　

　　(6) 系統(tǒng)不僅可以管理已知的各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，而且通過(guò)元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的注冊(cè)可以方便地進(jìn)行擴(kuò)充。

5　基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息系統(tǒng)模型集成平臺(tái) 　　

　　與其它信息系統(tǒng)的模型相比，地理信息系統(tǒng)的模型明顯具有以下3個(gè)特點(diǎn)。首先，地理信息系統(tǒng)模型運(yùn)行所涉及到的數(shù)據(jù)都具有明顯的空間特征，模型必須具有空間分析的功能。其次，地理信息系統(tǒng)模型運(yùn)動(dòng)所涉及到的數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜，包括數(shù)字地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中前兩者代表的空間矢量和柵格數(shù)據(jù)目前還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，由商業(yè)軟件和用戶(hù)自行定義，導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。第三，地理信息系統(tǒng)模型在運(yùn)行過(guò)程中以及運(yùn)行結(jié)果一般都要實(shí)現(xiàn)可視化。 　　

　　文獻(xiàn)［9］討論了GIS應(yīng)用模型的特點(diǎn)，區(qū)分了基礎(chǔ)模型和應(yīng)用模型，提出一種應(yīng)用MS-DOS的層次目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)文件管理系統(tǒng)的方式來(lái)進(jìn)行模型的管理，這種方式適合于全部從操作系統(tǒng)底層開(kāi)發(fā)的模型，并且是在同一種操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上運(yùn)行，因此尚有如下問(wèn)題需要解決： 　　

　　(1) 業(yè)務(wù)化運(yùn)行的大型地理信息系統(tǒng)一般都建立在異構(gòu)系統(tǒng)(包括硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、軟件平臺(tái)等)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模型的異構(gòu)性也不可避免，不同的模型之間如何組裝和調(diào)用是需要解決的一個(gè)問(wèn)題。 　　

　　(2) 模型與數(shù)據(jù)既相互聯(lián)系密不可分，又應(yīng)在邏輯上相互獨(dú)立，模型如何與數(shù)據(jù)庫(kù)相交互是需要解決的另一個(gè)問(wèn)題。 　　

　　(3) 基礎(chǔ)模型庫(kù)(或稱(chēng)方法庫(kù))與應(yīng)用模型庫(kù)(即模型庫(kù))很難區(qū)分出明顯的界限，當(dāng)開(kāi)發(fā)提交某一完整的模型時(shí)強(qiáng)行要求將其分割成若干基礎(chǔ)模型和應(yīng)用模型可能比較困難。針對(duì)某一模型具有的函數(shù)可以為其他模型所利用的實(shí)際情況可以通過(guò)其它方式來(lái)解決。 　　

　　(4) 由于地學(xué)信息的多樣性和地學(xué)空間分析的復(fù)雜性，大型集成系統(tǒng)的應(yīng)用模型很少全部用高級(jí)語(yǔ)言在操作系統(tǒng)之上直接從底層開(kāi)發(fā)，而是要充分利用商業(yè)軟件提供的功能。利用商業(yè)軟件提供的宏語(yǔ)言和應(yīng)用程序接口(Application Program Interface, API)來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用模型已不可避免，因此需要解決這類(lèi)模型的管理問(wèn)題。 　　

　　(5) 基于對(duì)象連接和嵌入(Object Link and Embed, OLE)的地學(xué)模型集成方式符合信息系統(tǒng)集成的發(fā)展方向，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)地學(xué)模型可視化方面具有其他方式不可替代的優(yōu)點(diǎn)，但是具有空間特點(diǎn)的OLE對(duì)象管理模式問(wèn)題必須解決。 　　

　　(6) 模型庫(kù)管理系統(tǒng)除了提供模型的查詢(xún)?yōu)g覽和增刪修改功能外，還應(yīng)支持在已有模型的基礎(chǔ)上快速建立新的模型，這在空間決策支持系統(tǒng)中是非常重要的，良好的模型庫(kù)管理系統(tǒng)不僅應(yīng)支持手工編程構(gòu)模，還應(yīng)提供可視化建模的功能。 　　

　　針對(duì)以上存在的問(wèn)題，本文提出一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息系統(tǒng)模型集成平臺(tái)，在一定程度上解決了這些問(wèn)題。

5.1　基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的模型庫(kù)管理系統(tǒng) 　　

　　通過(guò)對(duì)地理信息系統(tǒng)模型的分析，包括以宏語(yǔ)言編寫(xiě)的模型、以API形式提供的模型、以對(duì)象控件形式提供的模型，本文認(rèn)為可以用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)這一簡(jiǎn)便的形式加以管理。首先需要對(duì)這3種類(lèi)型的模型提出規(guī)范。 　　

　　對(duì)于以宏語(yǔ)言編寫(xiě)的模型，要求每一個(gè)模型都要具有自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行平臺(tái)的能力，運(yùn)行結(jié)束后自動(dòng)退出該運(yùn)行平臺(tái)。這類(lèi)模型一般每一個(gè)模型只包含一個(gè)主函數(shù)，輸入輸出變量都是字符型，代表文件名稱(chēng)。 　　

　　對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的可執(zhí)行模型或動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，除了包含主函數(shù)外，其它可被公用和共享的函數(shù)也應(yīng)在模型庫(kù)管理系統(tǒng)中注冊(cè)。 　　

　　對(duì)于以對(duì)象控件形式提供的模型，輸入輸出變量成為對(duì)象的屬性，事件響應(yīng)函數(shù)一般不再有參數(shù)變量。但對(duì)于控件對(duì)象模型運(yùn)行來(lái)說(shuō)，一定有一個(gè)或幾個(gè)函數(shù)控制控件運(yùn)行并導(dǎo)致輸入輸出參數(shù)改變，因此可以將這些函數(shù)與引起變化的屬性結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)項(xiàng)，仍然可以用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理。 　　

　　模型庫(kù)管理系統(tǒng)通過(guò)如下的連接實(shí)現(xiàn)對(duì)模型、函數(shù)和變量的管理，每個(gè)框圖都符合標(biāo)準(zhǔn)的3NF范式，可以用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，即為實(shí)現(xiàn)模型級(jí)的管理、實(shí)現(xiàn)函數(shù)級(jí)的調(diào)用和實(shí)現(xiàn)變量級(jí)的耦合。具體結(jié)構(gòu)如圖3。

在這種模型庫(kù)管理系統(tǒng)下，通過(guò)變量編號(hào)可以查找函數(shù)編號(hào)和模型編號(hào)，進(jìn)而查找變量、函數(shù)和模型的各類(lèi)信息。反之，通過(guò)模型編號(hào)也可以查找屬于這個(gè)模型的所有函數(shù)和變量，同時(shí)也可以查詢(xún)同一個(gè)函數(shù)被哪些模型所調(diào)用。這種模式支持對(duì)模型級(jí)、函數(shù)級(jí)和變量級(jí)的查詢(xún)、添加、刪除、修改等。通過(guò)這種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集成系統(tǒng)各類(lèi)模型的統(tǒng)一管理，解決了前面提出的(3)—(5)問(wèn)題。 　　

　　本文提出的基于客戶(hù)/服務(wù)器的總體結(jié)構(gòu)保證了地理信息系統(tǒng)模型的跨平臺(tái)性，數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)和模型庫(kù)集成平臺(tái)相互獨(dú)立又緊密聯(lián)系的特點(diǎn)提供了數(shù)據(jù)與模型在邏輯上獨(dú)立的內(nèi)在機(jī)制。與文獻(xiàn)［9］提出的模式相比，本文提出的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的模型庫(kù)管理系統(tǒng)不僅提供模型級(jí)的管理，而且提供了函數(shù)級(jí)和變量級(jí)的管理，突破了傳統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)文件加模型得到輸出數(shù)據(jù)文件的模式。因此可以在更細(xì)微的層次上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的交互控制，同時(shí)為可視化構(gòu)模奠定了基礎(chǔ)，從而部分解決上文提到的其余3個(gè)問(wèn)題。

5.2　可視化建模工具 　　

　　在集成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和模型庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下，可視化建模工具實(shí)現(xiàn)的基本思路如下： 　　

　　(1) 對(duì)每一個(gè)模型(宏語(yǔ)言編寫(xiě)的模型、以API形式提供的模型、以對(duì)象控件形式提供的模型)建立一個(gè)相應(yīng)的圖標(biāo)和簡(jiǎn)明扼要的文字說(shuō)明與之相對(duì)應(yīng)。 　　

　　(2) 根據(jù)集成系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)，形成不同的建模框架，并以此為模板供用戶(hù)按照自己的需要修改和擴(kuò)充。 　　

　　(3) 建模工具提供增加、刪除及移動(dòng)圖標(biāo)和連線(xiàn)的功能。 　　

　　(4) 當(dāng)用戶(hù)雙擊圖標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)查詢(xún)模型庫(kù)管理系統(tǒng)，檢索該模型運(yùn)行所需要的變量并在該圖標(biāo)的位置上彈出對(duì)話(huà)框供建模者填充。變量的數(shù)值也可向數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)查詢(xún)，同時(shí)支持在變量之間連線(xiàn)以確定各變量之間輸入輸出的順序關(guān)系和變量之間的耦合關(guān)系。 　　

　　(5) 對(duì)最終形成的圖形化建模語(yǔ)言進(jìn)行識(shí)別并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部格式，根據(jù)各種情況分別生成宏語(yǔ)言、API調(diào)用，或通過(guò)OLE自動(dòng)化操縱控件對(duì)象的命令。 　　

　　(6) 對(duì)生成的命令或調(diào)用可以以文本的方式提交用戶(hù)手工修改。 　　

　　(7) 對(duì)最終結(jié)果以編譯或解釋的方式運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)集成平臺(tái)和模型庫(kù)集成平臺(tái)的交互，從而完成新模型的建立和運(yùn)行。 　　

　　這種可視化建模實(shí)際上就是地理信息系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(CASE for GIS)，要求明確系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，模型與數(shù)據(jù)的交互關(guān)系，并要求系統(tǒng)中有大量的子程序、函數(shù)、對(duì)象控件和類(lèi)庫(kù)等供調(diào)用，需要有長(zhǎng)期的積累，在實(shí)際應(yīng)用中還有許多工作需要完成?？梢暬９ぞ呤钦麄€(gè)系統(tǒng)功能的綜合運(yùn)用。

6　結(jié)論與討論 　　

　　本文借鑒CIMS集成平臺(tái)的概念，提出了地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)，并從實(shí)用的角度探討了數(shù)據(jù)集成平臺(tái)和模型集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的若干技術(shù)問(wèn)題。值得指出的是，地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)研究涉及大量地理信息采集、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用的理論問(wèn)題，如地理信息的時(shí)空表達(dá)，地理模型的分辨率等問(wèn)題，有待在深入進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上再探討技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方式。 　　

　　地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)是集成系統(tǒng)的整體功能得以實(shí)現(xiàn)的保證，也是GIS從理論研究走向業(yè)務(wù)化運(yùn)行需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。 　　

　　在國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估集成運(yùn)行系統(tǒng)”的總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中引入了地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)的概念，按照本文提出的地理信息系統(tǒng)集成平臺(tái)框架進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，集成平臺(tái)起到了計(jì)算機(jī)“母板”的作用，使整個(gè)系統(tǒng)形成了“軟插件”的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，收到了較好效果。隨著課題的進(jìn)行，我們將對(duì)提出的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。 　　

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