维普资讯 http://www.cqvip.com ６０ 内蒙古石油化工 ２００７年第２期 浅析基于ＧＩＳ的土地利用数据库的平台选择 顾蓬蓬 （成都理工大学信息工程学院，四川成都６１００５９） 摘 要：基于土地利用数据库是“数字国土工程”的基础，目前常见的ＧＩＳ软件平台主要有 ＭＡＰＧＩＳ、Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ、Ｍａｐｉｎｆｏ、ＧｅｏＭｅｄｉａ等。本文通过这几种ＧＩＳ软件的介绍和分析，并结合土地利用 数据库的特点讨沦了建立土地利用数据库的平台选择。 关键词：土地利用数据库；ＭＡＰＧＩＳ；平台 随着“数字国土工程”的提出，土地利用数据库 的建立已成为必要。土地利用数据库是反映全国土 地资源空间分布状况的、大尺度数据，是从国家层次 进行可持续宏观决策研究的比较合适和有效的资 料。国土资源部门可以利用此数据作为全国土地利 用总体规划中土地利用规划分区的基础资料。农业 部门可以用于农业生产布局与区划的基础资料。科 研部门可用于全球和区域土地利用／土地覆盖变化 ⑤查询统计 提供方便快捷的图数、数图互查功能，地类图斑 历史查询，历年变化等查询统计功能，包括 ＢＵＦＦＥＲ查询分析，按各种条件组合查询等工具。 ⑥数据输出 提供１：１００００标准图幅，任意区域裁剪及规划 图生成和输出，全套国家要求的表格和自定义表格 的环境效益影响研究，特别是进行温室气体排放和 土壤碳库估算有重要价值。因此，土地利用数据库的 建立具有重大的意义。 １数据库介绍 土地利用数据库主要包括土地利用图形数据库 和土地利用属性数据库，它是土地利用调查的成果， 也是土地利用统计和土地利用图编制的基础。 土地利用数据库系统的构架： ①数据编码及规范 符合国家土地利用现状调查技术规程，在此基 础上，可根据各地实际情况做进一步的编码，满足土 地管理工作的操作习惯。 ②数据采集 系统提供数字化、扫描矢量化、野外成图及其他 数据格式转入等多种手段来完成空间数据库的采 集。提供完备的工具来建立空间数据库。具备系统 自动生成坡度图等功能。 ⑧日常管理 集成ＭＡＰＧＩＳ的编辑功能，可完成对空间数据 库的综合管理；提供平差、错误检查、三级模板生成 等专业工具。 ④数据分析 输出；支持商用外部数据库输出。 ⑦网络能力 网络版支持大型商用数据库，能进行土地利用 数据的Ｗｅｂ发布。 ２ ＧＩＳ基础平台比较 地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓ— ｔｅｒｎ，简称ＧＩＳ）是在计算机软、硬件支持下，采集、存 储、管理、检索、分析和描述地理空间数据，适时提供 各种空间的和动态的地理信息，用于管理和决策过 程的计算机系统。它是集计算机科学、地理学、测绘 遥感学、空间科学、环境科学、信息科学和管理科学 等为一体的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技 术是地理空间数据库、地图可视化和空间分析。由于 ＧＩＳ应用受到广泛的重视，各种ＧＩＳ软件平台纷纷 涌现，据不完全统计目前有近５００种。各种ＧＩＳ软 件厂商在ＧＩＳ功能方面都在不断创新、相互包容。 为了更好地使广大用户对不同平台软件功能进行了 解，一些国家机构还专门对各种软件进行测试，我国 也多次对优秀国产软件进行测评。目前市面上用户 使用较多的软件平台有ＭＡＰＧＩＳ、Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ、Ｍａｐ— ｉｎｆｏ、ＧｅｏＭｅｄｉａ等。 ２．１ ＭＡＰＧＩＳ 提供完备的数据分析手段，可以自动完成图斑、 线状地物、零星地物等十多种土地要素的变更处理， 完成空间数据库的更新；系统提供强大而准确的数 据库汇总功能及制作上报数据、市级汇总功能。 ＭＡＰＧＩＳ是中国地质大学信息工程学院武汉 中地信息工程有限公司自行研制开发的地理信息系 统，是国产优秀的桌面ＧＩＳ软件，它属于矢量数据 结构ＧＩＳ平台。该产品的主要优势体现在：①海量 无缝图库管理。提供建立图库、修改、删除及图库漫 收稿日期：２ｏｏ６—１Ｏ—Ｏ２ 作者简介：顾蓬蓬（１９８１一），男，上海人，成都理工大学信息工程学院硕士研究生，研究方向：信号与信息处理。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第２期 顾蓬蓬 浅析基于ＧＩＳ的土地利用数据库的平台选择 ６１ 游等一系列操作，提供图幅输入、显示、修改等功能； 用户构造剪取框，系统自动剪取框内的各幅图件，并 生成新的图件；提供各种变换；图幅接边、图幅提取 功能操作简单，可靠性高；可进行小比例尺图库及非 矩形图幅的建库管理。②高性能的空间数据库管理。 Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ结构，多用户访问管理；动态外挂数 据库的连接；多媒体属性库管理；完善的安全机制。 完备的空间分析工具可实现空间叠加分析；属性数 下扩展性。该产品是目前唯一支持全系列操作系统 的ＧＩＳ厂商。Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ整个软件系列从上到下有 ＳＤＥ、Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ（Ｕｎｉｘ版）、Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ（ＮＴ版）、 ＡｒｃＶｉｅｗ １、ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ等。该系列数据结构全部 共享，可满足不同层次应用需要，而其它ＧＩＳ软件 定位在一种或两种产品和平台，没有向上升级和向 下扩展能力。 据分析；地表模型和地形分析；网络化功能；ＴＩＮ模 Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ的主要劣势是：系统庞大，对设备要 求高，价格昂贵。 型分析；三维绘制功能等。⑧实用的网络分析与处 理。最短路径求解；最佳路径，游历方案求解，上下游 追踪，空间定位以及资源分配等。④多源图像分析与 处理。可实现图像变换，多波段遥感图像处理，正态 分布统计，多元统计，图像配准镶嵌，图像与图形叠 合配准等。⑤提供了丰富的二次开发手段，目前主要 包括ＡＰＩ函数库、ＭＦＣ类库、ＣＯＭ组件和ＡｃｔｉｖｅＸ 等４种开发方式：ＡＰＩ函数是独立于开发工具的， 使用ＶＣ＋＋、ＶＢ及Ｄｅｐｈｉ等编程语言均可调用， 其使用方法与Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＡＰＩ函数相同；ＭａｐＧＩＳ 类库是为基于ＭＦＣ类库的Ｃ＋＋开发者提供的 多个可重用基类，它封装了应用程序常见的基本功 能，开发者只需从类库派生即可使自己的应用程序 获得显示、查询、编辑等各项功能；ＭａｐＧＩＳ ＣＯＭ组 件是ＭａｐＧＩＳ新一代体系结构的表现，功能强大， 使用更加便利，具有二次开发方便、易于集成和无限 扩展等特点。它支持多种开发软件，包括Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｄｅｐｈｉ、Ｓｃｒｉｐｔ、ＩｎｔｅｒＤｅｖ、Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｉｌｄｅｒ等，开发者可多层次访问ＭａｐＧＩＳ组件的 功能层和界面层；ＡｃｔｉｖｅＸ控件是ＭａｐＧＩＳ完成组 件技术改造的成果之一，它们使得二次开发更为快 捷便利，代码的可重复使用性更高。 ＭａｐＧＩＳ的主要缺点在于，操作界面比较繁琐， 系统管理功能上还存在局限。 ２．２ Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ是由美国环境系统研究所（ＥＳＲＩ）开 发的，是目前世界上使用最多的商业化软件之一。 Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ是以矢量数据结构为主体的ＧＩＳ系统，它 是通过关系数据库管理属性数据。该产品具有以下 特点：①空间数据引擎。ＳＤＥ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｅｎ— ｇｉｎｅ）成功地解决了大、多、快，即大型数据库多用 户共享、快速响应的技术难点，ｓＤＥ把空间数据存 放在商业化数据库软件中，如Ｏｒａｃｌｅ，继承了其 Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ体系和快速的检索性能。②ＯＤＥ一 开放的开发环境。在以前的版本中，开发应用使用 ＡＭＬ（Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ的脚本语言），在Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ７．２１ 版本后ＥＳＲＩ提供了开放的开发环境ＯＤＥ；用户可 以用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ、Ｄｅｌｐｈｉ、ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ 等可视化语言在程序中嵌入Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ的ＯＬＥ控 件（．ｏｃｘ），缩短开发周期。⑧优秀的向上升级和向 ２．３ Ｍａｐｌｎｆｏ Ｍａｐｌｎｆｏ公司是全球较早开始从事地理信息系 统软件研制的公司。作为桌面地理信息系统的代表， 其产品Ｍａｐｌｎｆｏ有着它自己的特色：①较强的地图 显示处理和数据查询分析功能。可同时支持多种格 式的栅格图像和矢量图形。提供强大的图形编辑工 具。它能够精确地在屏幕上查询、分析与其相应的地 理数据库信息，对于属性数据和查询分析的结果，还 可采用专题图方式显示。②支持关系型数据库管理。 Ｍａｐｌｎｆｏ内置型数据库管理系统，支持ｓＱＬ查询， 通过ＯＤＢＣ可以动态链接到多种关系数据库。⑧完 善的系统开发工具。Ｍａｐｌｎｆｏ系统软件提供ＭａｐＢａ— ｓｉｃ作为配套的用户开发工具。Ｍａｐｌｎｆｏ具有对象链 接与嵌入功能，允许ＶＢ、ＶＣ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ等开发 语言，把Ｍａｐｌｎｆｏ地图作为一个对象加以调用。④ 图形数据与属性数据分开存储，前者存储为＊．ｍａｐ 的多个文件中，后者将非图形的属性数据放在 Ｓｙｂａｓｅ等后台数据库或＊．ｄａｔ的多个文件中，其中 图形数据仍然分层管理。⑤对工作环境的配置要求 不高。 Ｍａｐｌｎｆｏ的劣势主要有：管理的数据量不大，当 系统数据量增大时，系统效率降低，甚至不能运行， 不适用于大型的系统；用ＭａｐＢａｓｉｃ编写的程序不 能脱离Ｍａｐｌｎｆｏ环境运行。 ２．４ ＧｅｏＭｅｄｉａ ＧｅｏＭｅｄｉａ是Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ公司最新推出的全面 开放的桌面ＧＩＳ系统，到目前为止，已经发展到６． Ｏ５版本，作为桌面地理系统，它是以数据库为中心 的新一代ＧＩＳ平台，它的特点主要包括：①多源数 据的无缝集成。可将多个ＧＩＳ的空间及属性数据直 接读取，不需中间转换，避免信息的丢失，可同时对 多种通用数据格式的数据集成在同一坐标系中分 析。②先进的数据库管理方式。ＧｅｏＭｅｄｉａ内嵌关系 数据库引擎，不需中间件就可对Ｏｒａｃｌｅ、Ａｃｃｅｓｓ直 接进行数据读取，空间数据和属性数据在标准关系 型数据库的同一记录中，进行统一管理。⑧强大的二 次开发环境。ＧｅｏＭｅｄｉａ紧跟软件开发的技术潮流， 采用ＯＬＥ／ＣＯＭ技术，随产品免费奉送控件和对 象，用户可开发基于控件的真正意义上的自主应用 系统。④强大的信息发布功能。ＷｅｂＭａｐ是基于Ｉｎ— 维普资讯 http://www.cqvip.com ６２ 内蒙古石油４Ｌｚｒ－ ２００７年第２期 ｔｅｒｎｅｔ的空间信息发布工具，允许用户使用标准的 Ｗｅｂ浏览器访问地理数据信息。Ｗｅｂ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ是 世界上第一个真正意义上的Ｗｅｂ ＧＩＳ，它运行在 Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的Ｓｅｒｖｅｒ端，用于企业级ＧＩＳ数 据的组织、发布及分析应用处理在Ｃｌｉｅｎｔ端用户只 需采用标准的浏览器就可进行ＧＩＳ的常规分析操 作。 ＧｅｏＭｅｄｉａ的劣势主要有：目前ＧｅｏＭｅｄｉａ只能 运行在Ｗｉｎｄｏｗｓ系列平台上，还未提供Ｕｎｉｘ版 本。 ３土地利用数据库平台选择 ３．１应满足的条件 基于ＧＩＳ的土地利用数据库是在计算机信息 技术的基础上，按照规范，标准和统一的地理空间关 对矢量、栅格数据的不同需要。 根据图件的不同需要，可以选择六大部分内各 个子系统，一般的处理过程是：先用输入系统采集图 形、图像、属性等数据，然后通过图形整饰和系统将 输入的数据进行整饰和校准，通过库管理进行入库 和库维护，接下来就可以通过空间分析进行各种查 询、分析、统计等操作，需要输入图形、图像、报表等 数据通过输入系统进行输出。 ３．２．２各系统主要功能 ３．２．２．１数据输入 ①数字化输入 ＭＡＰＧＩＳ提供的数据输入有数字化仪输入、扫 描矢量化输入、ＧＰＳ输入和其他数据源的直接转 换。 ②扫描矢量化输入 扫描矢量化子系统，通过扫描仪输入扫描图像， 系，对土地管理过程中所涉及的各种信息利用计算 机进行存储和管理，以实现信息的快速查询，检索， 修改更新，统计制表，分析预测和辅助决策，同时实 现土地管理各业务过程的办公自动化。根据数据库 的目标和要求，在选择开发平台时需满足：①开放开 发环境（ＯＤＥ），使核心ＧＩＳ技术可以应用于非专用 的编程环境中（如ＶＢ、Ｄｅｌｐｈｉ、ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ），易 于推广应用，可加快产品的升级换代、缩短产品研发 周期。②因土地利用数据涉及到多种图形数据，所以 需要有丰富的制图功能。③该数据库是基于ＧＩＳ的 基础上的，还需要叠加大量的土地利用专业应用，因 此，选择的开发平台需要有强大的二次开发能力。 ３。２平台选择分析 然后通过矢量追踪，确定实体的空间位置。对于高质 量的原资料，扫描是一种省时、高效的数据输入方 式。 国外的ＧＩＳ软件，起步较早，相对来说产业化、 商品化程度较高，在我国ＧＩＳ建设初期起到了推动 ￣）ＧＰＳ输入 ＧＰＳ是确定地球表面精确位置的新工具，它根 据一系列卫星的接收信号，快速地计算地球表面特 征的位置。由于ＧＰＳ测定的三维空间位置以数字坐 标表示，因此不需要作任何转换，可直接输入数据 库。 ３．２．２．２数据处理 输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数 据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编 的作用。然而，从我国信息产业的建设出发，特别是 从土地管理业务的发展考虑，今后，完全依赖国外的 ＧＩＳ作为软件开发平台是不合适的。我国自主版权 的ＧＩＳ虽然起步较晚，但在理论探讨，软件开发研 制上发展很快。国产ＧＩＳ具有软件功能的可扩充 性，性能和界面更适合本系统专业习惯和特别的要 求，价格低廉，便于应用和推广，具有与国外商品化 的ＧＩＳ软件无法比拟的优越性和广阔的市场前景。 同时，针对土地利用数据库的特点以及各种ＧＩＳ软 件的优劣对比，ＭＡＰＧＩＳ在数据采集、输入的操作、 数据处理、机助制图等方面具有显著优势，因此，作 者推荐选择ＭＡＰＧＩＳ作为该数据库的开发平台。 ３．２．１系统结构 ＭＡＰＧＩｓ是具有先进水平的完整的地理信息 系统，它分为６大部分，共计２２个子系统，根据土地 信息来源多种多样、数据类型多、信息量庞大的特 点，该系统采用矢量和栅格数据混合的结构，力求矢 量数据和栅格数据形成一体的同时，又考虑栅格数 据可以相对独立存在。 还可以作为矢量数据的属性，以满足不同问题 辑、图形整饰、误差的消除、坐标的变换等工作。 ＭＡＰＧＩＳ通过拓扑结构编辑子系统、图形编辑子系 统及投影变换、数据校正等系统来完成。 ①图形编辑子系统 先进的可视化定位检索功能——提供了多种图 形窗口的操作功能，包括开窗口，移动窗口，无级任 意放大缩小窗口比例，显示窗口及图元捕获信息等 系列可视化技术功能。 灵活方便的线元编辑功能——本系统将各种线 型（如点划线、省界、国界、公路、铁路、河堤、水坎等） 以线为单位作为线图元来编辑。各种线图元，根据指 定的坐标点数据、线型及参数，经过算法处理产生各 种线型。线元编辑功能完成对线段进行连接、组合、 增加、删除、修改、剪裁、提取、平滑、移位、阵列复制、 改向、旋转、产生平行线、修改参数等。 点元编辑功能——图形中各种注释（英文、汉 字、日文、俄文），各种专用符号、子图、图案以及圆、 弧、直线归并为点图元来编辑。点图元编辑功能提供 编辑修改注释及其控制点坐标的手段，可增加、删 除、移动、复制、阵列复制各种注释点，修改各类注释 信息，包括字串大小、角度、字体、字号、子图号、上下 ・维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第２期 顾蓬蓬 浅析基于ＧＩＳ的土地利用数据库的平台选择 ６３ 角码、分数等。同时还可以修改控制点的坐标方位。 面元编辑功能——面元编辑功能编辑图形中以 颜色或花纹图案填充的区域（面元），包括面元的建 立、删除、合并、分割、复制、子图搜索、面元的属性编 辑及边界编辑功能。其中建立面元功能允许用户交 互式选择组成面元的边界弧段，定义面元属性（颜 色、填充花纹等）；属性编辑可以进行匹配查询、修 改、删除、定位等；边界编辑可对任意区域的边界进 行剪断、连接、移动、删除、添加、光滑等操作。 ３．２．２．３属性输入 可以单个或成批输入图斑、线状地物、零星地物 的属性。为了使属性输入更加简捷方便，系统还设置 了根据境界文件输入地物权属，根据底图文件输入 图斑号、地类号、根据实体输入点号、线段号，根据 ＤＢＦ输入地物属性等多功能菜单。 ３．２．２．４错误检正 对图斑、线状地物、零星地物的图形一致性、现 势属性库、历史属性库、图形属性库进行检查，以保 分层管理功能——系统提供了对图形信息进行 分层存放、分层管理和分层操作功能，可根据图件的 用途自行定义，个性图层名，随时打开或关闭个别图 层或关所有图层，自动检索图形的各个层及每个层 所存放的图形信息。由于图元可分层存放，从而可以 利用“图层”灵活的组合编图。 ②错误检查子系统 错误检查子系统辅助检查数据错误，如图元的 拓扑关系、面积、参数等。给制图者提供一个可视化 的错误检查环境，指出错误类型及出错的图元，从而 节约数据修编时间，提高数据的质量。 ③拓扑结构编辑子系统 拓扑处理子系统可对图形中的位置结构建立拓 扑关系，从而使搜区、检查、“造区”更加快速、方便、 简捷。它提供自动生成，检查和校正拓扑关系的工 具。经过拓扑处理的数据形成的数据库也称为拓扑 数据库。在进行空间分析时，只有建立了拓扑关系的 数据才能进行分析，因此，常用到拓扑数据库。 ④地图投影变换子系统 地图投影的基本问题乃是如何将地球表面（椭 球面或圆球面）表示在地图平面上。这种表示方法有 多种，而不同的投影方法实现不同图件的需要。因 此，在进行图形数据处理中很可能要从一个地图投 影坐标系统转换到另一个投影坐标系统，该系统就 是为实现这一功能服务的。本系统共提供了２０种不 同投影间的相互转换及经纬网生成功能。通过“图框 生成”功能可以自动生成不同比例尺的标准图框。 ⑤数据校正处理系统 在图件输入编辑的过程中，图件会产生一些误 差，使图件很难达到实际要求的精度。此时，必须经 过数据校正；消除输入的变形，才能使之满足实际要 求，通过该系统即可以实现图形的校正，达到实际需 要。 ⑥系统服务库设计 系统库服务子系统是为图形编辑服务的。它将 图形中的文字、图形符号、注释、填充、花纹及各种线 型等抽取出来，单独处理，经过编辑、修改、生成子图 库、线型库、填充图案和矢量字库，自动存放在系统 数据库中，供编辑图形时使用。 证图形中没有重复的图斑号，线状地物号，零星地物 号、将没有未入库的图斑号、线状地物号、零星地物 号，全球数据的存储和管理。 ３．２．２．５查询统计 ①查询 多种查询方式。有条件查询：图斑、线状地物、零 星地物，行政区查询图斑、线状地物、零星地物；图斑 查询：线状地物、零星地物；矩形、多边形、缓冲区查 询；等多种查询方式。 ②统计 根据系统已有的数据随时统计生成土地统计台 帐、土地统计薄、接权属单位汇总表，县、乡级年内地 类变化平衡表等表格，并可接标准格式打印生成报 表。 ３．２．２．６代码管理 对地类代码、行政区代码、土地权属代码、耕地 坡度代码、自然保护区代码、土地变更原因代码、等 高级代码等进行代码编辑并统一管理，方便了属性 输入，并使历史数据的存储与处理不再冗乱繁杂。 ３．３推荐方案 ＭａｐＧＩＳ主要有输入子系统、图形编辑子系统、 输出子系统、空间分析子系统、库管理子系统和实用 服务子系统六个功能模块。输入子系统主要是完成 数字化输入、扫描矢量化、文件转换、外业测量、ＧＰＳ 及其它数据源的输入；图形编辑子系统主要是完成 图形编辑及建拓朴、图象镶嵌配准、投影变换和误差 校正；输出子系统主要是完成版面定义、矢量输出、 栅格输出和文件转换；空间分析子系统主要是进行 空间分析、图解分析、网络分析和ＤＴＭ分析；库管 理子系统主要是进行地图库管理、属性库管理、高程 ／影像库管理和网络数据库管理；实用子系统主要 是完成图形裁剪、报表定义等。 ４结束语 土地利用数据库的建立是土地管理信息化的基 础，建库数据质量的好坏直接影响ＧＩＳ应用分析结 果的可靠性和应用目标的真正实现。因此只有按照 统一的规范、标准和地理空间关系，通过科学的方法 采集、存储和管理，才能实现信息的快速查询、检 索、修改更新、统计制表、分析预测和辅助决策。