论文 面向电子政务的地理信息系统研究

论文 面向电子政务的地理信息系统研究 面向电子政务的地理信息系统研究 卢毅敏 汪小钦 肖桂荣 福州大学省空间信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究中心 福州 350002 摘要:本文对面向电子政务GIS的基本概念与特征进行了系统分析。在此基础上～集中对基于Web的 地图发布技术、空间元数据技术、空间信息协同组织技术、空间信息可视化表达技术、地理编码技术 等关键技术进行了具体的讨论。最后～分析了一个面向电子政务GIS的应用实例。 关键词:电子政务 地理信息系统 信息共享 Abstract:In this paper the conception and characteristic of Government GIS have been discussed. And then, the paper focuses on the key technologies of spatial information publishing, spatial metadata, visualization expression, Interoperability, and geocode etc. Finally, a case study on spatial information service applied to the electronic government administration is presented. 1. 引言 电子政务是政务信息化的具体体现，是衡量国家竞争力水平的显著标志之一。中国政府在对信息化建设做出的全面战略部署中强调:要把推进国民经济和社会信息化放在优先位置,以信息化带动工业化，并将电子政务列入国家信息化发展的重点领域。随着人们对电子政务认识的不断深化和各类电子政务系统功能的不断提升，电子政务的建设对GIS 数据和技术也 [1]提出了强烈的需求。在全世界的数据来源中，约80%的数据包含地理空间参考内容，如某一行政区的人口和经济结构、基本农田保护区范围、河流污染物迁移等等都是跟地理空间位置密切相关;对地理信息的应用也几乎涉及社会经济的各个领域。可以说，地理信息是区域经济、资源、环境、人口和社会经济可持续发展决策的重要基础信息，是国民信息系统和国家信息基础设施的重要组成部分。 地理信息系统的优势在于它的数据综合、地理模拟和空间分析能力，在于它集空间数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示于一体的数据流程。面向电子政务GIS给电子政务辅助决策赋予了空间化的手段和方法，各种与地理空间分布密切相关的信息可以在空间上进行各种组合叠加分析，进而提高政府决策的有效性和科学性。政府管理与决策迫切需要GIS [2]的支持，北美和西欧等发达国家，在政府的统计和法律文件中已给予GIS明确的地位。 2. 面向电子政务GIS的基本概念与特征 面向电子政务GIS，即政府地理信息系统(Government GIS)，是GIS在政府首脑机关的 [3]应用形成的专门的研究和应用领域。从技术层面上说，面向电子政务GIS是“业务型”GIS(office GIS)，是一种与OA、MIS、Web 信息发布在技术、数据和业务三方面充分集成的 [1][4]GIS 技术和开发模式，是各级政府加载各种专业信息和政务信息的平台。 从理论体系、信息资源和主要技术支撑环境分析，面向电子政务GIS与一般GIS没有本 7 质区别;但从系统的体系结构、服务目标、网络通信、建设模式和运行机制等方面分析，面向电子政务GIS又有其自身的明显特征，主要体现在以下几个方面: 1) 面向电子政务GIS所包括的关系主体则比一般GIS的要多，除了企业与公民外，更主要的是政府机构，处理的关系除了行业业务关系外，更多的是行政事务。一般GIS仅仅是技术的产物;而面向电子政务GIS则超越于技术之上，与政府行政管理改革等上层建筑相结合，上升为国家发展战略。 2) 政府管理具跨行业跨部门、量大面广的特点。中央常关注六大问题，即资源、环境、人口、灾害问题等，其中没有一个问题可以由一个部门单独解决。所以，面向电子政务GIS是一个社会性的技术工程，既要解决技术问题和数据问题，还要面对大量的组织协调问题。 3) 电子政务的空间分布特征表现为:各级政府所管辖的行政空间范围，以及所管辖范围内的不同行业、部门单位及个人家庭等的空间分布，所管辖范围内的城市基础设施的空间分布等。面向电子政务GIS是一种大型分布式GIS，具有逻辑上统一、物理上分布的特点。 4) 一般GIS项目由于建设单位不同，数据库的存贮结构、命名体系、重要要素现势性存在极大差异。面向电子政务GIS在自然资源地理空间数据库建设中，遵循权威部门出权威数据的基本原则，权威数据的提供部门要对数据的准确性、完整性和现势性负责。 5) 面向电子政务GIS系统复杂程度较高，由于政府GIS强调GIS、MIS、OA 的无缝集成，而三者各有侧重，如OA 侧重对工作流的控制，MIS 侧重对数据、信息的管理，而GIS 侧重 [1]数据、信息的可视化和空间分析。这就决定了系统的复杂程度较普通信息系统提高了许多。 6) 面向电子政务GIS 的功能着重表现数据的可视化，复杂的空间分析能力相对较弱。面向电子政务GIS 强调的是在GIS 提供的空间基础框架上，进行业务的处理和实现图文一体化的自动化办公;而专业GIS (如军事GIS等)在虚拟现实、专业空间分析功能等相对较强。 7)面向政务 GIS是电子政务信 息资源的空间定 位平台。地理空间 基础数据是政务 数据、统计数据和 专题数据的信息 载体和定位基础。 搭建在面向政务 GIS平台上的电子 政务体系结构图 (包含两网、十 二个重要业务系 统和四个基础信 息库)如图1所 图1 电子政务体系结构图 示。 8 8) 面向电子政务GIS的安全保密极为重要，需要采取有效措施确保网络系统和信息资源的安全。同时必须科学处理信息安全和信息共享的关系，逐步实现面向电子政务GIS在政府内网和政府外网上的资源共享和信息服务。 9)政府的宏观决策涉及大量空间分析、决策与预测技术支持;面向电子政务GIS赋予 [5]电子政务以空间辅助决策的功能。面向电子政务GIS将空间数据与社会经济数据进行融合后，实现对非空间数据的空间定位、空间分析和空间辅助决策，提高政府决策的科学性和时效性。 10) 面向政务GIS是“数字中国”、“数字省”、“数字城市”的重要组成部分，是“数字中国”、“数字省”、“数字城市”服务于政府首脑机关的通道和平台。 3. 面向电子政务GIS的关键技术研究 3.1. 基于Web的地图发布技术 基于Web的地图发布技术是建立在网络上具有Browser/Server体系结构的面向电子政务GIS主要内容。Web GIS实现地图发布的策略根据其侧重点不同可分为:侧重服务器的策 [6]略、侧重客户端的策略、综合性的策略。 基于服务器端的Web地图发布技术主要有:CGI(Common Gateway Interface，通用网关接口)、服务器应用程序接口(Server API)等。基于客户端技术的Web GIS允许GIS分析和GIS数据处理在客户端执行;基于客户端的Web地图发布技术包括 GIS Plug-in, GIS [7]ActiveX和 GIS Java Applets等方法。单纯的客户端模式和服务器模式都存在着明显的不足:对于服务器模式，当需要频繁的数据传输时，系统的执行效率将会受带宽和网络流量的制约;对于客户器模式，系统的执行效率将会受客户端运算能力的影响，当处理需求和处理能力之间发生矛盾时，执行效率将会大大降低。因此，将两种模式的优点结合在一起构成一种混合模式是解决这些问题的一种理想的方法。混合模式的特点在于，当需要执行大数据的处理和分析时，可以在高性能的服务器上执行;当需要由用户来控制处理任务时，则可在客户端进行，从而使系统的执行效率达到最优化。 3.2. 空间元数据技术 随着Internet迅速发展，元数据技术逐渐成为分布式信息计算的核心技术之一，受到广泛重视。在Web GIS中地理元数据已经从一种数据描述与索引的方法扩展到包括数据发现、数据转换、数据管理和数据使用的整个网络信息过程中不可缺的工具和方法之一。目前，基于网络提供的空间信息元数据服务主要形式有以下两种: 一是通过空间元数据管理系统，实现元数据的查询和检索，帮助用户找到所需要的数据。在数据定位后，借助互联网直接下载数据。这种形式主要通过分布式数据库新技术管理空间元数据，提供空间信息元数据服务。 二是一种基于互联网的分布式地理信息系统，代表地理信息共享的发展方向。比如ArcIMS运用虚拟元数据服务器提供的元数据(Metadata Services)，空间信息的提供者可用ArcIMS发布自己的元数据，用户可通过站点的Metadata Explorer查询元数据。还有采用数据交换网络(clearinghouse)机制实现地理信息共享，作为集中式服务方式，数据交换网 [8]络提供一个虚拟信息空间，存储大量元数据，实现地理空间数据的获取和发布。 3.3. 空间信息协同组织技术 9 空间信息协同组织技术是GIS互操作的基础，其基本特征是对物理上分布的资源相互访问，对共同任务协同组织合作完成。协同组织技术为电子政务协同工作环境的建立提供了技 [9]术支持。本文仅对空间信息协同组织技术中交互式空间信息编辑及批注技术进行论述。 交互式空间信息编辑处理提供一种良好的、基于互联网的互动式在线编辑环境。用户可通过元数据查询获得数据，可调用远程的服务完成搭载自己观点的空间信息的编辑与发布。交互式空间信息编辑具体步骤分为:空间数据获取并建立编辑版本容器，空间信息在线编辑(对数据集的要素添加、删除及移动等操作)，空间信息编辑结果发布。空间信息编辑结果发布主要是空间信息编辑结果附加描述信息确定版本后提交服务器管理、发布。在线编辑在数据并发控制上采用版本管理实现数据集的一致性。 交互式空间信息批注技术是一种类似“电子白板”的技术，属于WebGIS中的标注功能。在公众参与方面可实现交互式在线公众点评，在行业应用方面可实现有关部门的红线勾画或上级部门的在线批注;它允许用户在地图的背景中添加文字、图形图像，向参加协作的用户自由描绘任意实体。交互式空间信息批注技术使用户的信息交流，在形式上可以跨越时间及空间限制，如同进入聊天室;在内容上不仅仅是数据还可以包括用户观点与建议。交互式空间信息批注具体步骤分为:建立标注层容器并指定标注层，空间信息在线批注，空间信息批注结果提交。空间信息在线批注的主要功能如图2所示。 图2 (a)红线勾画功能 (b)在线批注功能 3.4. 空间信息可视化表达技术 空间信息可视化表达技术是面向电子政务GIS的核心技术之一。当前需要研究的可视化技术主要有:矢量数据动态符号可视化技术;矢量、栅格数据的叠加显示;三维或四维数据叠加显示;空间信息动态表达及多媒体表达。 矢量数据动态符号可视化主要通过设计一个通用的具有可扩展、可重组的共享符号库，解决电子政务空间信息基础数据平台各级用户对地图符号化和信息表达的要求。地图符号库技术重点是要解决好共享符号库的生成、组织、存储方式，扩展、迁移机制，以及符号化时需要的引用、下载模式。根据实际情况和符号库系统的软件开发环境，本文提出了一种面向 [10]跨部门、跨行业应用的数字地图符号库的网络共享服务机制 ，如图3所示。 10 目前，空间信息动态表 达技术主要采用快照或GIS [11]与Flash 结合实现 。影 像数据动态缩放、检索、叠 加、像元分析计算显示技 术;三维或四维数据叠加显 示、模拟显示分析技术，已 成为可视化研究的热点。空 间信息多媒体表达技术主 要利用多媒体对象(图层、图3 数字地图符号库的网络共享服务机制 图形对象可包含背景音响 解说)与页面的超链接功能的开发实现。福建省3S应用综合服务平台中海洋功能区划服务系统旅游区“福清目屿岛旅游区” 信息查询的多媒体表达如图4所示。 3.5. 地理编码 (Geocode)技术 地理编码(Geocode) 或称地址匹配，指建立地 理位置坐标与给定地址 一致性的过程。地理编码 是面向电子政务GIS中比 较重要的一个功能。一个 大型的政府GIS要求能够 将任何数据移植到空间 坐标系中，这个过程包括 对数据的准确分类和注图 4 “福清目屿岛旅游区” 信息查询多媒体表达 册，以及使所有的数据能 够与一个空间坐标系建立关联;从而保证数据库中的每一个对象被准确无误地叠加在地图上，建立空间信息与非空间信息之间的联系。因此，地理编码在城市空间定位和分析领域内具有非常广泛的应用，如满足城市规划建设以、公安部门119、110报警系统等基于位置的服务要求。 本次设计应用地理编码，将位置查询设计为“搜索中心”功能模块，实现空间数据从数据库到地图的互动。搜索中心以属性搜索为主界面，整个搜索过程中不必载入地图，查到结果后再浏览地图或生成文字 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。在这种方式下，属性数据和空间数据紧密关联，查询结果可以快速定位到地图上，并可以放大该部分的地图，详细察看周边地形、道路、交通、房屋等情况;查询结果可生成图文并茂的查询报告(包含空间定位地图、及其属性内容的详细文字说明)，可提供下载、或直接打印。 3.6. 海量数据的处理技术 电子政务空间信息基础数据平台的数据是多时相动态数据，包含着网络环境下数以万计 11 的数据，处理技术包括数据压缩、存储、检索、备份、转换等。电子政务空间信息基础数据平台建设应采用一种有效的系统安全和数据安全策略，主要包括下列三个方面: 1)海量数据压缩方法:主要针对大容量影像数据的高效压缩，要求具有压缩比大、速度快、失真小的特点。由多尺度分析、时频分析、金字塔算法等发展起来的小波分析理论成为了图像压缩、处理和分析最有用的工具。两种基于离散小波变换(DWT)的影像压缩技术(ECW 和MrSID)可以达到影像压缩率为1:20-1:30，甚至更高，并且可以实现多幅影像拼接压缩，能快速地按需解压，能够很好地保证高分辨率卫星(航空)影像在电子政务领域中的应用。 2)海量数据快速检索方法:海量数据必须有先进快速的检索和数据提取方法，这是海量数据有效应用的前提。目前基于MrSID、ECW等影像数据的压缩检索技术具有先进的水平。 3)数据的安全存储、管理和备份技术:海量数据的管理是涉及系统平台稳定运行的关键，必须具有安全、可靠的存储、备份技术。 3.7. 空间数据共享与互操作技术 目前常用GIS还停留在部门GIS水平，各部门之间由于条条块块的分割，相互封锁，形成了各自为政的“数字壁垒”和“信息孤岛”。从“电子政务”的角度，政府部门的GIS应该是一个整体，才能实现系统资源(数据、软件、硬件、网络和人才)的共享。 Web Services概念的提出为电子政务空间数据整合共享提供了可能。Web Services是一种全新的系统构架和分布计算标准。Web Services和GIS的结合，使得不同地域、不同平台、使用不同格式空间数据的服务可以在网上任意节点上分别实现并对外提供服务。用户可以自由地根据自己应用的需要，请求网上的GIS Web Services。也可以将不同的GIS Web Services集成为一个满足自己需要的应用，或提供功能更强大的服务。 空间数据互操作就是确定基于数据获取、数据递交、网络支持等技术标准，对多种信息源、不同比例尺空间数据及不同的投影方式、不规则空间图形，在平台中复合显示、叠加查询等操作 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ;主要工作在于确定使用统一的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，保持信息不丢失的前提下，具有从一个系统到另一个系统的信息交换并实现不同应用系统(包括软、硬件)之间动态地相互调用的能力。实现空间数据互操作，面向电子政务GIS必须具备“互操作性、可扩展性、分布式特 [12征、良好的交互性”。 3.8. 空间辅助决策技术 目前大多数GIS尚停留在空间数据获取、存储、查询、分析、显示、制图、制表的水平上，缺少对复杂空间问题决策的有效支持能力，很难满足各级决策者的需要。面向电子政务GIS是政务GIS必须具备电子政务领导辅助决策技术。 空间辅助决策系统本质上就是将地理信息系统与决策支持系统相结合，将决策支持架构在空间数据上，为领导提供更直观、更生动、更形象的信息服务(例如福建省3S应用综合服务平台中基于GeoBeans完成的专题图表达，协助土地利用分析评价，如图5)。面向电子政务GIS在综合数据库、GIS空间数据库、模型库、方法库、知识库支持下，应用元数据管理、数据挖掘、知识发现等尖端技术，将地理信息和社会经济文化信息综合集成，以地理信息作为基础的接口对话界面，给用户宏观、一览全局的整体感和亲切感，为领导提供决策所需的数据、信息和背景材料，提供各种备选 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，并对各种方案进行评价和优选。 12 图5 福建省土地利用分析评价专题图 面向电子政务GIS的应用 4. 在对面向电子政务的GIS研究中，探讨GIS在G2E、E2G及G2G模式的电子政务中应用的比较多;比如，“北京地税地理信息系统”的开通使用，GIS在工商行政信息系统中的应用[2];GIS在交通管理部门、土地管理部门业务中的应用等等。本文结合面向电子政务GIS的概念特征及关键技术的研究，侧重探讨其在G2G及G2E等模式的电子政务中的应用。下面将对G2G及G2E模式的电子政务应用实例“福建省3S应用综合服务平台设计及实现”进行阐述。 4.1. 福建省3S应用综合服务平台设计及实现 在“3S”应用与服务系统建设中选择了福建省“省,地,县”三级空间尺度的区域作为示范区，选取国土、农业、林业、海洋作为示范行业，实现“3S(GIS、GPS、RS)”在各个行业政务中的应用。“福建省3S应用综合服务平台”是该系统的基础平台，它针对行业性区域应用的具体需求，充分利用“数字福建”网络基础设施和多领域、多源3S应用信息，实现了跨地域、多行业的分布式空间信息共享与服务，并将其应用成果向其他政府部门、相关企事业、公众等提供信息共享与服务。促使3S应用综合服务平台成为各级政府部门“电子政务”建设的基础平台，为各级政府提供基础地理信息服务及辅助决策支持。 4.1.1. 平台设计的体系结构及主要内容 福建省3S应用综合服务平台体系结构上采用表达层、业务逻辑层和数据层三层结构设计。数据层用来存储数据和提供基本数据服务，包括数据的处理、查询、索引、调度等。业务逻辑层负责把用户的需求转化为针对特定服务器的基本功能。表达层是惟一与最终用户的交互点，它把用户的请求转化为业务逻辑，交给业务逻辑层，并把响应结果呈现给用户，同时完成基本操作。 依据项目实施方案及需求分析，结合“数字福建”的总体规划，参考国内外电子政务建设设计经验，将“福建省3S应用综合服务平台”设计为以下6个子模块:系统管理、平台管理、通用组件模块、共享数据发布及服务、公文交换系统、其它服务模块等。 4.1.2. 3S应用综合服务平台实现 福建省3S应用综合服务平台采用设计采用MS.NET和Java作为主要的开发语言,数据库采用Oracle8i，WebGIS开发平台以国产GeoBeans5.0为主，ESRI的ArcIMS4.0为辅。3S应 13 用综合服务平台主要实现了如下功能: 实现平台管理的基本功能:机构管理、平台日志管理、用户报告管理、元数据库结构维护、平台首页管理; 元数据库管理子系统，提供给共享用户元数据发布、编辑、输入、修改、多种方式查询功能，使得3S应用信息共享与服务功能更加条理化、高效率; 基于Web的行业信息发布系统:实现了关系数据、空间数据、媒体数据、文档数据的发布(例如，基于ArcIMS提供的影像发布如图6); 基于XML(GML)多源异构共享信息的集成:针 对行业性“3S” 区域应用的多源关系型信息的标 准化共享与交换具体需求，利用先进的XML Web Services技术，实现了提供基于统一标准的信息 转换服务; 基于Web的空间信息增值服务:包括基于网 络的空间分析信息集成，即基于网络的空间叠加图6 基于ArcIMS提供的影像发布 分析、缓冲区分析功能; 基于Web的空间信息可视化表达服务:基于Web的地图符号库技术、空间定位结果可视化及空间信息多媒体表达功能; 基于Web的空间信息协同组织服务:交互式空间信息编辑处理、交互式空间信息批注技术功能; 电子公文交换系统:实现了基于网络的电子政务公文传递与交换，电子公文交换的网络化系统管理，网上信息的实时发布与管理，安全功能,包括存取控制、加密传输与CA认证接口等。 5. 结语 我国电子政务的建设呈现出方兴未艾的喜人形势，加快面向电子政务GIS的研究和应用是大势所趋。面向电子政务GIS为电子政务系统提供了社会经济信息的数字来源和基础，并能够使电子政务系统的输出在用于行政决策和社会服务时更加直观和易于理解。总之，没有基于GIS理论和技术的地理信息服务支持，就不能成功地、高水平、高质量地、高起点地推动我国“电子政务”的建设事业。同时对面向电子政务的地理信息系统深入研究，也必将促进地理信息系统融入信息行业主流技术。 参考文献 [ 1 ] 牛德力,许速,黄群.面向电子政务的业务型GIS 研究[J],测绘科学,2003,28(1):36-37,16 [ 2 ] 朱学芳.地理信息在数字化工商行政信息系统中的应用[J],情报学报, 2002,2(6):737-741 [ 3 ] 张清浦.政府地理信息系统的建设和应用[J],测绘工程,2000,9(4):14-18 [ 4 ] 栗斌.政府GIS数据仓库建设与应用初探[J],测绘通报,2002,(2):4-6 [ 5 ] 刘纪平,王亮,雷兵. 试论电子政务空间辅助决策环境的建立[J],测绘科学，2003, 28(1):24-27 [ 6 ] 王雷,池天河,廖克等. 国家自然地图集网络发布的WebGIS解决方案. 地理学报[J], 2001, 56(增刊): 49-55. 14 [ 7 ] 赵霈生, 杨崇俊. Web-GIS的设计与实现. 中国图象图形学报[J],2000,5(1):75-79. [ 8 ] 黄裕霞. 基于Web的地理信息服务: [博士后出站工作报告]. 北京: 中国科学院, 2001. [ 9 ] 苏新宁, 吴鹏, 朱晓峰等. 电子政务技术[M]. 北京:国防工业出版社,2003,178-242. [ 10 ] 卢毅敏,池天河等.基于组件的服务器端共享地图符号库的设计与实现[J]. 地球信息科 学,2004,6(4):121-125. [ 11 ] 李宗志,桑军,冉春林.基于Flash的WebGIS应用开发[J],计算机应用,2003,23(1):54-56 [ 12 ] 赵珺,张明.WebGIS实现技术分析及互操作模型[J],计算机应用研究,2003,(2):10-12 15