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1、珠海市规划局规划空间数据建库技术方案广州城市信息研究所有限公司数字规划事业部2006年8月目录1、背景和目标11.1 数据现状11.1.1数据资源描述11.1.2存在的主要问题分析21.2 建设目标22、总体设计42.1 设计原则42.2 总体结构62.3 标准化体系72.4 关键技术92.4.1 基于ArcSDE的数据存储模式92.4.1 基于ArcEngine的组件开发方式103、数据库设计113.1 数据库的设计思想113.2 数据库的规划113.3 历史数据123.4 数据库的更新设计124、系统功能设计134.1监理入库模块134.2图形操作模块144.3数据管理模块154.4对外服
2、务155、报价和预算165.1标准化设计165.2系统开发165.3数据监理17背景和目标城市地理信息系统（UGIS）是GIS技术在城市空间的综合应用，是将反映城市现状、规划、变迁的各类空间数据（如地形、地貌、建筑物、道路、综合管线等）以及描述这些空间特性的数据通过计算机进行输入、存贮、查询、统计、分析、输出的一门综合性空间信息系统，它是在GIS技术高度发展和城市科学研究对信息数据处理的技术手段要求不断提高的前提下产生的。城市地理信息系统在城市规划、建设和管理中有着极其重要的意义。1.1 数据现状1.1.1数据资源描述为实现控制性详细规划在珠海市中心城区内的全覆盖，珠海市规划局将对珠海市中心城
3、区进行全面的调查工作，同时调查后的数据将通过统一的组织、整理、入库，建成高效、安全的信息数据库。从“珠海规划空间数据建库”项目构建的角度分析，珠海市城市信息数据库是为该项目而构建的数据库，包含各类描述城市信息的数据，而本项目首要的工作是进行控制性详细规划子库建设。本项目所涉及到的数据包括两类：一类是对珠海市中心城区进行现状调查所得的控规现状数据，该类数据是中心城区城市用地的详细描述。一类是控制性详细规划成果历史数据，该类数据是珠海市城市用地长景规划的详细数据描述。l 控规现状调查数据控规调查现状数据包含了珠海市中心城区约102平方公里，其中城市建设用地70平方公里。本次调查是基于“片区图则单元
4、地块”三级体系的中心城区地域划分，对珠海市中心城区分为6个片区，由6家规划设计单位进行全面的用地现状调查。本项目所调查的控规数据内容丰富，包含了现状用地使用功能、权属情况、规划用地性质以及现状建设状况和建筑面积、闲置用地及待调整用地的分布状况等内容。调查后的数据通过已制定的控规数据库设计方案，生成一套标准、编码齐整、属性完整的电子文档。数据入库后将为整个珠海市控制性详细规划全覆盖工作提供基础，同时为规划部门更好地对珠海市建设提供详尽的数据基础。l 历史红线数据控规历史数据是旧有的控制性详细规划数据，该类数据是珠海市城市用地长景规划的详细数据描述。这部分的数据主要有纸质文档、电子文档、图片等多种
5、形式，将该部分数据整理、入库后，可通过珠海市信息平台进行相关查询、与现状数据进行对比等，同时可以推动政府部门处理的规范化，有利于廉政建设。1.1.2存在的主要问题分析1）系统覆盖面窄，远远不能满足规划局主要业务的信息化要求目前珠海规划局对于规划空间数据管理还主要采用文件的形式，而对于规划业务审批还是传统的图纸流转，手签意见。工作效率低而且数据和业务信息不能很好的管理，很难对领导在重大项目的决策上提供支持，也不能很好的对珠海的测绘和规划审批进行现代化管理。2）还没有建立规划空间数据库，缺乏严格规范的数据标准，导致资源无法进行统一，数据使用率较低。目前虽然存放了大量数据（包括整理和未整理的数据），
6、这些数据大多数是简单的堆积，承担的只是背景库角色，未能按照GIS的建库标准进行组织，使系统数据的存储效率、利用效率低，无法进行高层次的技术指标智能检测、指标分析比较等，从而导致系统缺乏应用的生命力。3）缺乏有效的案件审批全程督察手段。4）信息技术高速发展，需要在信息系统建设中不断加入新的技术。GIS技术、数据库技术、三维虚拟现实技术、网络通信技术及软件开发技术所发展，必将使各类应用系统具有更加人性化的界面及良好的可维护性，并能大大提高系统的使用方便程度和运行效率，提高辅助决策水平。1.2 建设目标结合珠海市的实际情况，为实现控制性详细规划在珠海市发展区内的全覆盖，珠海市规划局将对珠海市中心城区
7、进行全面的调查工作，同时调查后的数据将通过统一的组织、整理、入库，建成高效、安全的信息数据库。为了更好的完成规划成果数据入库的工作，提出“珠海市规划空间数据建库”的项目，并通过该项目的实施实现珠海市规划空间数据的标准化、规范化和集中管理，建立完善统一的空间及属性数据生产、数据入库、更新维护、数据分发和数据应用机制，保证空间数据的现势性、准确性和应用的统一性，在此基础上建立完善的数据生产、数据处理、数据建库和数据应用标准体系，为珠海市规划局规划业务处室提供地理信息服务，实现数据的全局共享使用，为珠海市政府和全社会提供可持续的空间信息服务，具体归纳为以下几个方面：（1）确定各类数据入库标准，制定数
8、据生产标准化体系。参照国家、地方和行业的有关标准和规范确定珠海市规划空间数据库分层和编码标准、数据质量和元数据标准等，制定标准化体系。通过规划成果的数据标准指导和约束规划现状调查、规划成果编制的工作。同时，从数据库的完整性考虑，标准化体系还包括各个比例尺地形图数据建库规范（生产、入库）、影像数据的规范、历史红线数据的规范、元数据规范等等；（2）建立一整套完善的数据采集、数据检查、数据转换、数据入库和数据更新机制。 建立数据采集规范，研发相应的数据采集软件；建立多级数据检查机制，研发相应的数据检查软件，确保数据的准确性；开发数据转换程序，包括格式转换程序和坐标转换程序；提供数据入库功能，保证制作
9、出来的数据能够正确导入到数据库中；建立完善的数据更新机制，保证数据库内数据的现势性，并且能够保留历史数据。（3）设计并建设珠海市规划空间数据库建立珠海市规划空间数据建库以地形数据为基础统一管理地形数据、规划红线数据，并提供完善的数据扩充体系保证在今后的工作中可以扩充管线数据、规划成果数据库、影像数据等空间数据，保证建成的数据库可以满足目前主要珠海市规划局业务处室和各个分局对空间数据的需要。（4）建立规划空间数据管理系统建立空间数据的管理体系，以各类数据标准为依据，数据更新机制为指导实现对数据库方便、高效的管理。使变更的数据可以及时得到更新，保持数据库的现势性；并结合业务的需要建立数据和功能的分
10、发机制，使不同的业务处室可以根据相应的权限使用合法的功能处理合法的数据。 （5）数据监理入库数据监理入库主要是针对建成的“珠海规划空间数据库”中的数据进行100%的培训、检查和入库工作，保证存放在数据库中数据的准确性，具体到本次项目主要包括3个方面的数据：l 规划现状数据：这里的数据主要是提交数据整理的标准、培训调查单位，使进行数据调查的单位可以按照符合要求的标准进行数据的整理，并检查数据制作的成果，将符合标准的数据录入到数据库中。l 规划成果数据（控规数据）：这里数据主要是提交控规数据的制作规范、使设计单位可以按照规定的数据标准设计规划成果数据，并由监理单位实现数据的入库。l 历史红线数据：
11、这里数据主要是针对珠海市规划局在推行办公自动化系统以前所审批的用地数据，对这里类数据进行规范的整理、入库，并和相关的业务办理信息（例如：建设用地规划许可证等）进行关联，使领导可以通过规划审批系统看到更多的历史信息，特别是在重要的规划决策中，为局领导提供更丰富的决策资料。总体设计结合我公司在类似项目上总结的开发经验，本设计方案将从长远的角度考虑系统的管理和应用结构，充分利用现有成熟技术和先进概念，从规划空间数据建库管理和更新应用两个方面来实现珠海市规划空间数据建库的工作。在设计过程中，我们提出组件定制的概念来满足不同应用对整个计算机系统提出的不同需求，在首要考虑系统稳定性、适用性和易用性的基础上
12、，强调速度和扩充性，最后形成一个健壮的、高效的、先进的系统。2.1 设计原则 全局性和整体性原则从珠海市规划局信息化工作的全局考虑系统的建设，使系统成为规划局信息化工作的一个有机组成部分，发挥其在规划管理业务中的作用。实现与珠海市其他政府职能部门（如国土局、建委、公安局、工商局、交通局等）的信息资源共享，互通互联。在把握全局的基础上，从规划局整体的业务管理、内部管理及职能的角度出发，充分考虑全局各部门的需求，把整个数据库建设成为一个有机的整体和管理与决策的核心工具，实现全局信息资源（硬件、软件、网络和数据）的共享，真正地发挥其在管理与决策中的作用，从而进一步提高规划局的管理与决策的效率、质量和
13、水平。 实用性和稳定性原则以满足当前珠海市规划局日常业务管理、信息服务和市政府电子政务的需求为出发点，项目建设的首要原则是实用性原则，确保建立的系统具有很强的可操作性和系统运行的可靠性。 先进性和成熟性原则采用当前最新和最通用的软硬件平台，采用先进的测绘生产技术、数据库技术、软件开发技术，在保证系统的稳定性、成熟性的同时，有一定的先进性，以保证建成的数据库能为珠海市规划局规划局信息化提供坚实的保障。 可维护性和扩展性原则建成后的数据管理、应用系统要能长期运行，具有一定的生命力。数据库有持续不断的更新途径，系统运行安全、稳定。 开放性与标准化原则系统的建设要严格按照国家、地方（珠海本地）和行业的
14、有关标准与规范，如空间数据分层与编码标准、地类编码、数据质量与元数据标准、公文标准等，并适当考虑与国际接轨。在没有标准与规范的情况下，要参照国家、地方和行业的相关标准与规范，制订相应的标准与规范。系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范，并尽可能采用开放技术和国际主流产品，以确保系统符合国际上各种开放标准。 可扩展性原则系统应该具有很好的可扩展性，具体表现在：功能扩展：为了能够满足用户今后系统扩容和扩大应用范围的需求，系统应该充分考虑从系统结构、功能设计、管理对象等各方面的功能扩展。软硬件的升级：系统应充分考虑软硬件平台的可扩展性及软硬件的负载平衡机制。随着关键软件和硬件的发展
15、以及管理功能的增加，系统具有灵活和平滑的扩展能力。 安全性和保密性原则数据采集投入巨大，是一笔宝贵财富，数据库的安全性一定要保证，要保证网络环境中数据的安全，防止病毒入侵、非法访问、恶意更改毁坏，采取完备的数据保护和备份机制。 可理解性和易使用性要求容易掌握和使用软件系统，也是用户对本系统的要求之一。许多软件系统往往在功能强大与容易使用之间有矛盾，即功能齐全而强大的软件往往因菜单太多而不易掌握；反之，容易使用的软件其功能又不够完善。本系统应该克服上述两种倾向，达到既容易使用，又功能强大。可理解性是指本系统的程序使用那些使人们易读、易懂的编码规定、指南和规划，例如模块长度、标识符长度、注释、编写
16、格式、常数定义等，因此，可理解性对于用户的高级编程人员来讲是十分必要的。另外，所有的系统设计文档、说明书等，都应该满足可理解性的要求。 地方性原则具体内容设置、数据和技术的选取和集成除了满足规范化、标准化、行业化等要求以外，都必须切实体现地方的特点，具有当地特色，符合地方的实际应用需求。 现势性原则提供合理方便的更新功能，使数据能较方便地更新，并合理地处理历史数据，以保证“珠海市规划空间数据库”的现势性。2.2 总体结构根据系统建设的目标，在实际的开发过程中把系统的研发划分为4个层次，即：由空间数据库（基础地形图数据、用地红线、道路红线、规划成果、综合地下管线、影像等）组成的核心数据层；以数据
17、库管理系统为依托的数据管理层；通过对应用功能的封装和数据调用接口的设计而构建的应用服务层；由以数据为核心的面向城市规划管理的支持应用(图形调用、决策支持)组成的数据应用服务层。2.3 标准化体系为了实现“珠海市规划空间数据建库”的信息沟通与互动，保证珠海市规划局规划空间数据库整体的协调性和兼容性，发挥系统的整体和集成效应，有必要制定完整配套的反映标准项目类别和结构的标准化体系。基础地理信息系统标准化体系采用科学的理论和方法，在严格参照与遵循国家、地方、行业相关规范和标准的基础上，结合建设城市的实际情况，制定适用的、开放的、先进的标准化体系。通过标准化体系的建设可以满足珠海市规划局地理信息数据库
18、管理系统相关数据，例如：地形、影像、规划成果、规划红线等以及其他业务相关的空间数据的生产制作、监理、转换、入库、应用、更新、交换的标准和执行规范；指导“珠海市规划空间数据建库”的开发，根据软件工程的原理，按照软件的生命周期，系统开发的各个环节的技术和非技术资料进行总结；约束、规范了甲乙双方在项目具体实施过程中需要注意的问题，规定项目能够实施的各个环节、步骤、所提交的成果和对应的检查规范。基础地理信息系统标准化体系分为三个层次：n 第一层次是门类整个标准化体系共分为四个门类：第一门类（A）为规划空间数据建库技术规程，这类规程是城市地形图、正射影像图、地下管线等空间数据的标准和生产作业方案；第二门
19、类（B）是规划空间数据建库软件工程技术文档，这类文档是系统的设计方案和相关软件开发文档；第三门类（C）是规划空间数据建库项目管理文档，这类文档是系统的质量控制文档；第四门类（D）是国家、地方、行业标准、规程，这类标准是实施项目时必须遵循的标准。n 第二层次是类别类别是由门类划分而成。每个门类按用途不一样划分出若干个类别。例如：地形图建库系列文档、规划图建库系列文档等。n 第三层次是项目项目是由类别扩展而成。每个项目是组成标准化体系表的最小单元。例如：1：500地形图数据采集规范、1：500地形图数据库设计方案等。2.4 关键技术城市基础地理信息系统的开发将采用ESRI ARCGIS9作为GIS
20、平台，采用Oracle9作为数据的物理存储介质，采用MicroSoft VB.NET 作为系统的开发语言。利用ArcSDE和Oracle提供的GeoDatabase存储和管理空间数据，利用VB.NET和ArcEngine开发核心组件库，并以此组件库来搭建所有管理应用系统的。对于互联网用户采用ArcIMS发布各类空间数据。图2.3 技术路线2.4.1 基于ArcSDE的数据存储模式数据的存储设计包括ArcSDE应用服务器和RDBMS服务器以及地理数据库实体（GeoDatabase）。ArcSDE起中间件作用，它和后端的数据库服务器一起构成多用户空间地理数据库（Mutiuser- GeoDatab
21、ase）ArcSDE是ESRI公司提供的空间数据库引擎，是地理信息系统通向关系数据库管理系统（RDBMS）的关口（Gateway）。从空间数据管理的角度来看，ArcSDE可看成是一个连续的空间数据模型，借助这一模型，我们可用关系型数据库（RDBMS）管理空间数据。在RDBMS中融入空间数据后，ArcSDE可以提供对空间数据、非空间数据进行高效率操作的数据库服务。由于ArcSDE采用的是客户机/服务器（Client/Server）体系结构，大量用户可同时并发地对同一数据进行操作。ArcSDE同时还是一种服务，它可以为各种前台应用软件提供数据来源，如：ArcGIS和ArcIMS等。Geodatab
22、ase是ESRI在新的一体化数据存储技术的基础上发展起来的新数据模型。它实现了各类空间数据的统一管理，即在一个公共模型框架下对GIS通常所处理和表达的地理空间特征如矢量、栅格、TIN、网络、地址进行同一描述。同时，Geodatabase是面向对象的地理数据模型，其地理空间特征的表达较之以往的模型更接近我们对现实事物对象的认识和表达。2.4.1 基于ArcEngine的组件开发方式ArcEngine是基于开发的用于搭建及配置ArcGIS解决方案的产品。ArcEngine基于ArcObjects构建，并提供跨平台的，C+组件技术框架用于构建ArcGIS。通过ArcGIS Engine，开发商可以为
23、用户搭建及配置ArcGIS解决方案，而不需要在同一机器上安装ArcGIS桌面应用（ArcMap，ArcCatalog）。 ArcEngine支持全部标准开发环境，包括.NET，组件对象模型（COM），Java和C以及所有主流操作系统，如Windows，UNIX和Linux。软件开发的重用手段从最初的源代码、目标代码、类库（面向对象技术），发展到今天的组件式开发技术。组件是具有某种特定功能的软件模块，它几乎可以完成任何任务。组件以其较高的可重用性产生了一种崭新的软件设计思路，它把硬件以芯片为中心的工艺思想恰如其分地融合于软件的分析、设计和施工之中，使得以组件形式开发软件就像搭积木一样容易，组件技
24、术是迄今为止最优秀也是发展最快的一种软件重用技术，它比较彻底地解决了软件开发中存在的重用性、适应性差和周期长等问题。所以我们采用组件技术对ArcEngine所提供的接口进行封装，从而更好的为空间数据的管理和应用提供服务。2、 数据库设计3.1 数据库的设计思想 遵循“数据和应用分离”的基本原则，所有数据资源集中管理、集中维护，分布使用。空间数据、非空间数据分开存储，空间数据和非空间数据之间通过相关特征进行关联和体现，实现数据间的动态互访。 建立关系型数据库存储非空间数据，数据之间通过规则表和关系表实现相互关联、约束，实现数据的互访。 空间数据利用ESRI SDE提供的全新的空间数据存储模型Mu
25、ltiuser GeoDatabase 对空间数据进行存储管理，利用VB.NET结合ArcEngine9 提供的COM接口作为开发平台，坚持实用性、先进性、扩充性的设计原则，建立一个开放的、灵活的空间数据库。图3.1 数据库结构图3.2 数据库的规划数据库由空间数据、非空间数据和元数据构成，空间数据主要由基础地形数据、正射影像数据、规划成果数据、规划审批数据、综合地下管线数据。非空间数据主要包括：业务信息、审批信息、管理信息、各类辅助信息。元数据包括非空间元数据和空间元数据。3.3 历史数据GIS 所描述的现实世界是随时间连续变化的。传统的无时间概念的GIS 中的数据，只能是现实世界在某个时刻
26、的“快照”。当被描述的对象随时间变化比较缓慢且变化的历史过程无关紧要时，可以用“数据更新”的方式来处理时间变化的影响。但是在政务平台的应用中，不但需要浏览数据库中的现势数据，也要可以回放过去某一时刻某一地理区域当时的情况。这就需要在数据库的设计中考虑数据的时间序列的问题。时态空间数据的关键是时空数据库模型，时空数据库是包括时间和空间要素在内的数据库系统，本系统的数据库采用元组时间标记法，将有效时间标记在元组值上以此建立时间索引，通过数据变更的事件来触发，在数据库中将实体的变化全部存储起来，使用户可以以时间轴上过滤空间数据，做到任意时间点数据快速回放，同时实现版本合并、回溯等功能。3.4 数据库
27、的更新设计珠海市规划空间数据库所管理的数据将被广泛应用于政府、专业局等各个社会部门，所以及时、准确地完成已有数据和现有数据的更新入库对整个系统应用和存在的价值是非常重要的，必须提供相应的功能保证数据更新的顺利进行。在空间数据的建库更新机制方面，我们提出的是采用一体化数据建库更新机制的技术路线，数据全过程监理、质检、数据转换、入库、更新、输出等环节，为了充分保证各个环节的有机连接，整个流程覆盖从数据采集、数据整理、数据监理到数据入库和数据更新整个数据生产入库过程，以保证数据的正确入库。使整个数据建库过程能真正体现出“合理、准确、科学化、规范化”的特点，使制作符合数据库标准的数据能顺利进入系统的数
28、据库，可以实现为统一管理城市规划空间数据和规划等各种空间数据，形成准确、动态、高效的规划空间数据生产体系，为系统的应用提供可持续的空间信息服务。3、 系统功能设计数据管理系统是以规划空间数据库为基础，为保证规划空间数据库的正常运转而开发的系统平台。本着这个原则将数据管理层细化为监理入库、图形操作、数据管理、元数据管理、对外服务几个模块。4.1监理入库模块根据数据库中数据标准对数据的图层完整性、拓扑关系的正确性、属性字段的完整性、属性数据的合理性进行检查监理，保证最终输入到数据库中的数据的准确性。同时提供全自动化的数据入库功能，可以批量的完成规则和不规则范围的数据入库，并且在数据入库的过程中自动
29、实现实体的接边和历史数据的维护工作。4.2图形操作模块空间数据库管理系统是在地理信息的基础上建设具有多比例尺、多数据类型、多用户的基础地理信息系统图形操作模块在功能划分上主要是完成GIS的基本功能。对图形管理模块的功能具体划分如下：图层控制：加载图层、卸载图层、显示图层、隐藏图层、图层的上下移动。数据浏览：放大显示、缩小显示、全屏显示、漫游移动、查询定位。信息查询：单点显示信息、根据坐标显示信息。数据编辑：添加实体、删除实体、更改实体、更改属性。图4.2 数据操作模块4.3数据管理模块数据管理模块的功能包括安全管理、数据备份、数据恢复、数据库版本管理、数据库扩充。其中安全管理是指对系统建立完整
30、的用户管理体系，对数据进行严格的权限设置，保证存储在数据库中的数据可以被正确、合理地使用。数据备份是指提供数据库的备份功能，建立科学的备份计划，合理地对数据库进行备份工作，以防止突发事故对数据库造成的破坏。数据恢复是指当数据库遭受人为或自然的损坏后根据数据库的备份信息自动对数据库进行恢复；版本管理主要是对历史数据进行维护，提供对历史数据的合并和删除功能，同时使用户可以浏览指定时刻的历史数据。数据扩充是指提供数据库的扩充功能，使用户可以根据应用的需要自动完成数据库逻辑组织和物理存储的扩充。图4.3 数据管理模块4.4对外服务对外服务也可以理解数据的输出，它主要包含两层含义： a 作为数据更新体系
31、的一部分，可以对数据库中的数据进行导出工作。 b 为总体结构的第三层即数据应用层提供数据的工作。报价和预算5.1标准化设计具体工作内容：建立包括地形、规划编制成果、规划审批成果、现状用地数据的数据库标准和数据采集标准，并负责对设计和作业单位进行培训，保证设计和作业单位可以按照标准进行数据的调查和制作整理。费用内容资金（元）标准化体系设计基础地形图采集建库标准（1：500、1：1000、1：2000、1：5000、1：10000）50,000规划编制成果设计建库标准（总规、控规、详规）50,000规划审批成果数据整理建库10,000影像数据建库规范10,000相关监理工具、培训30,000总计1
32、50,000*上述报价还包括了所有配套的符号库的制作费用5.2系统开发具体工作内容：建立珠海规划空间数据库存放调查好的各类空间数据，同时建立基础地理信息系统来维护数据库的正常运转，保证数据的安全，和数据库合理的扩充，提供灵活的数据维护机制。结合已有的规划管理系统、相关的标准、数据转换工具为珠海市规划局的各类空间数据建立数据更新机制。费用内容资金（元）软件开发费数据展示模块50,000数据编辑模块100,000数据应用（分析，查询）50,000数据库管理模块开发100,000数据库更新模块开发200,000总计500,0005.3数据监理规划现状调查：具体工作内容：100%的检查6个设计单位对现状数据的调查整理结果并提供修改的建议，将符合采集整理标准的数据录入到数据库中，为最终录入到数据库中的数据负责。3000元/平方公里（3000元*102=30.6万）规划成果数据：控制性详细规划成果的所有资料入库 2000元/件历史红线审批数据入库 35元/件
