基于ArcGIS10.0和Oracle10g的空間數據管理平臺（C#開發）-（GIS）地理信息系統簡介

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1 地理信息系統（GIS）

    GIS可以從三個不同的角度理解，第一GIS就是空間數據庫，是一個包含了用于表達通用 GIS 數據模型（要素、柵格、拓撲、網絡等等）的數據集的空間數據庫。GIS將空間數據組織成一系列的專題圖層和表格。由于GIS中的空間數據集具有地理參考，因此它們具有現實世界的位置信息并互相疊加。在一個 GIS中，同類型的地理對象集合被組織成圖層，例如地塊、水井、建筑物、正射影像以及基于柵格的數字高程模型（DEM）。由在空間上相互聯系的圖層組成數據集。

    第二GIS就是地圖，GIS 是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表上的要素和要素間關系的視圖。底層的地理信息可以用各種地圖的方式進行表達，而這些表現方式可以被構建成“數據庫的窗口”，來支持查詢、分析和信息編輯。空間可視化是指生成地圖以及其它地理信息的表現形式，包括交互式地圖，3D 場景，簡報， 圖表，基于時間的瀏覽以及表現網絡關系的圖解示意圖。GIS 地圖類似于靜態的、打印出來的地圖，所不同的是你能夠交互地使用它們。你可以方便地漫游、縮放一幅交互式地圖，可以讓某些圖層在適合的比例尺下自動顯示或關閉。你可以基于任意的屬性給一個圖層設置符號。

    第三GIS就是空間數據處理分析工具集，從空間處理的角度看，GIS 是一套用來從現有的數據集獲取新數據集的信息轉換工具。這些空間處理功能從已有數據集提取信息，然后進行分析，最終將結果導入到數據集中。GIS 是一系列地理數據集的和應用于這些數據集的操作工具。地理數據集可以是原始的量測（比如衛星圖像），被分析者解析和編譯出來的信息（例如道路，建筑物，土地類型），或者使用分析和模型運算從其他數據源中得來的信息。空間處理指的是用來生成派生數據集的工具和處理過程。

    ArcGIS是GIS的一種產品，對于GIS的三種理解在ESRI ArcGIS中分別用ArcCatalog（GIS是一套地理數據集的觀點）、ArcMap（GIS 是一幅智能的地圖）和 ArcToolbox（GIS 是一套空間處理工具）來表達。這三部分是組成一個完整 GIS 的關鍵內容，并被用于所有GIS應用中的各個層面。ESRI公司的ArcGIS系列軟件是一個全面的、完善的、可伸縮的 GIS 軟件平臺，無論是單用戶，還是多用戶，無論是在桌面端、服務器端、互聯網還是野外操作，都可以通過ArcGIS 構建地理信息系統。

ArcGIS Desktop是一個專業GIS 應用的完整套件。ArcGIS Desktop 是一個集成了眾多高級GIS 應用的軟件套件，它包含了一套帶有用戶界面組件的Windows 桌面應用（例如，ArcMap，ArcCatalog ，ArcToobox、ArcScene 以及ArcGlobe ）。可以利用這些工具來設計，共享，管理和發布地理信息。ArcGIS Desktop 有三種級別的產品：

     （1）ArcView（基本版）：提供全面的制圖、數據使用及分析、簡單的編輯與數據處理功能。

     （2）ArcEditor（進階版）：具有ArcView的全部功能、此外包含高級的編輯功能、可實現對Shape文件和Geodatabase地理數據庫的編輯。

     （3）ArcInfo（專業版）：是全功能的桌面級GIS旗艦產品。它提供了比ArcEditor 更多的功能，可以實現高級的地理空間數據處理。還包含了早期的，基于命令方式的GIS產品――ArcInfo Workstaion。

     （4）ArcGIS Engine是開發GIS 應用的嵌入式開發組件，使用ArcGIS Engine，開發者在C++、COM、.NET 和Java 環境中使用簡單的接口獲取任意GIS功能的組合來構建專門的GIS應用解決方案。開發者通過ArcGIS Engine 構建完整的客戶化應用或者在現存的應用中（例如微軟的Word或者Excel）嵌入GIS邏輯來部署定制的GIS應用，為多個用戶分發面向GIS的解決方案。ArcGIS Engine 是面向開發人員的一個產品。

     （5）服務器GIS包括ArcSDE，ArcIMS和ArcGIS Server。ArcSDE是一個在多種關系型數據庫管理系統中管理地理信息的高級空間數據服務器。ArcSDE是一個位于ArcGIS 其它軟件產品和關系型數據庫之間的數據服務器，其廣泛的應用使得在跨任何網絡的多個用戶群體中共享空間數據庫以及在任意大小的數據級別中伸縮成為可能。ArcIMS是是一個可伸縮的，通過開放的Internet協議進行GIS地圖，數據和元數據發布的地圖服務器。ArcIMS 已經在成千上萬的應用中部署了，主要是為Web上的用戶提供數據分發服務和地圖服務。ArcGIS Server是一個應用服務器，包含了一套在企業和Web框架上建設服務器GIS應用的共享GIS軟件對象庫。ArcGIS Server是一個新產品，用于構建集中式的企業GIS應用，基于SOAP的Web services和Web 應用。

    （6）ArcPad 是ArcGIS 實現移動GIS 和野外計算（如需要記錄和登記突發性事故的空間信息）的解決方案，這些類型的工作可以在手持計算機設備（運行Microsoft Windows? CE 或者Pocket PC）或者平板電腦上完成。

2 空間數據表示

    空間數據是用來描述來自于現實的目標，將數據統一化，借以表明空間實體的形狀大小以及位置和分布特征。定位是指在已知的坐標系里空間目標都具有唯一的空間位置；定性是指有關空間目標的自然屬性，它伴隨著目標的地理位置；時間是指空間目標是隨時間的變化而變化；空間關系通常一般用拓撲關系表示。空間數據是一種用點、線、面以及實體等基本空間數據結構來表示人們賴以生存的自然世界的數據。空間數據是數據的一種特殊類型。它是指凡是帶有空間坐標的數據，如建筑設計圖、機械設計圖和各種地圖表示成計算機能夠接受的數字形式。

    空間數據的格式有很多種，目前常用的空間數據交換格式有：ESRI公司的Shape Files、E00格式；AutoDesk公司的dxf、dwg格式；MapInfo的mif格式以及Intergraph的dgn格式等；另外美國國家空間數據協會（NSDI）定義了統一的空間數據轉換標準SDTS（Spatial Data Transformation Standard），中國地球空間數據轉換格式國家標準和OGC的GML等。

    存在著這么多種的空間數據格式，它們之間的轉換也是GIS相關技術的一個重點，也是一個難點。雖然許多軟件提供了空間數據格式轉換的工具，但是由于地理信息的復雜性，同時缺乏對空間對象的統一描述，使得不同數據格式描述空間對象時采用的數據模型不同，在轉換過程中可能造成數據的丟失，因而轉換后數據不能準確表達源數據的信息。另外這種模式需要將數據統一起來，違背了數據分布和獨立性的原則。因此在數據格式轉換模式中，空間數據轉換標準和面向網絡的空間數據的動態集成將是未來研究的熱點。

3 元數據

     元數據（Meta Data）就是關于數據的數據或者叫做用來描述數據的數據或者叫做信息的信息。這些定義都很是抽象，可以把元數據簡單的理解成最小的數據單位。元數據可以為數據說明其元素或屬性（名稱、大小、數據類型等），或其結構（長度、字段、數據列），或其相關數據（位于何處、如何聯系、擁有者）。例如，生活中我們填寫的《個人信息登記表》，包括姓名、性別、民族、政治面貌、一寸照片、學歷、職稱等等這些就是鎖定某一個人的元數據。

通常情況下元數據可以分為以下三類：固有性元數據、管理性元數據、描述性元數據。固有性元數據是與事物構成有關的元數據。管理性元數據是與事物處理方式有關的元數據。描述性元數據是與事物本質有關的元數據。當然，并不是說所有數據總能清晰的劃分在以上3類中。

     元數據對于信息架構有著非常重要的意義。元數據是一種很有效的方法，用以確保網站上各種形式的內容確實都能被查找到。比如我們常常為搜索很久之前看到的一張美女圖片犯愁，而如果一個圖片網站如果信息架構足夠好，我們就能憑借我們回憶到的元數據清晰的找到。元數據之于信息架構就像是房子的磚瓦，它可以根據需要擺放成不同的信息檢索系統。元數據是所有組織系統的基礎，從搜索到電子商務網站上的導航系統都強烈的依賴于元數據。前面提到，元數據實際上是為產品的可查找性服務的，而用戶在查找信息的時候不會按照機器思維去找，而是直接輸入關于信息的描述性信息，如：“小狗 圣誕卡”。也就意味著在創建關于描述性元數據的時候要盡量的提取出任何關于這個對象所講述的故事，這些才是人們能記住的和習慣搜索的細節。

GIS當中也用到很多元數據^[2]，這些元數據主要是對空間數據進行描述的數據,它以結構化的形式描述了地理數據集的內容、質量、表示方式、空間參考、管理方式以及數據集的其他特征。它不僅可以提供對空間信息數據的搜索、導航,而且便于數據的轉換、維護、理解和使用。它是實現地理空間信息共享的基礎,是數字地球的重要技術支撐條件之一。

4 基于C# 的ArcObjects GIS應用開發

    ArcObjects是美國ESRI（Environmental Systems Research Institute，Inc.）公司提供的一個GIS技術框架，它是基于Microsoft的COM技術開發的一套COM組件對象集，這個組件集提供了幾乎全部的底層GIS功能，就連ArcGIS軟件本身都是使用ArcObjects的組件開發出來的。由于ESRI開發了這個組件庫的APIs，因此普通程序員也可以使用ArcObjects開發自己的GIS應用程序。

     使用ArcObjects進行的GIS二次開發，就是采用通用的軟件開發平臺如C#.NET、VB.NET、VB、Visual C++、Delphi、PowerBuilder等，按照項目的具體需求將ArcObjects的功能組件重新進行組裝，以集成一個更強大、更復雜的COM組件或應用程序的過程。使用ArcObjects進行組件式GIS二次開發^[4]，是目前最流行、最靈活和最穩定的GIS開發方式。

C#是.NET平臺的母語，雖然.NET也支持Java以為的各種主要語言，但要開發.NET平臺的應用程序，C#顯然是第一選擇。事實上，.NET平臺本身的許多重要應用（比如ASP.NET）就是用C#編寫的。所以，本系統的開發語言采用C#.NET。