城市规划国土管理的图文集成管理.doc

城市规划国土管理的图文集成管理*
INTEGRATING AND MANAGING HETEROGENEOUS GEOGRAPHIC INFORMATION
FOR URBAN PLANNING AND LANG ADMINISTRATION

Abstract　Integrating and managing heterogeneous geographic information is one of the key issues in designing and implementing an operational enterprise-wide urban GIS.By analyzing the disparate data sources in the Urban Planning & Land Administration Bureau of Changzhou Municipality, a three-level database schema architecture was specified and used for integrating these disparate and heterogeneous geographic information. Based on the formulae“SelectFrom〈View1〉,…，〈Viewn〉Where〈conditions〉Reformat〈formats〉”,computer network-supported information query functions were developed, such as facts-query, spatial-query,process-query and laws-query. Visual user interfaces were developed by integrating workflow charts, fancy icons and tipwizard. The geographic information sharing within that organization has been improved by introducing the developed system.
Keywords　Geographic information, Urban GIS, Database schema, Integration, Query, Visual interface, Operational
摘　要　近年来人们已从以往片面追求大而全的GIS系统，转向建立能业务化运作的图文办公信息系统。为此，需要研究业务数据和图件资料的集成管理模式，发展基于计算机网络的联网图文查询、检索和操作，设计开发友好的可视化用户界面。本文首先分析总结了城市规划图土管理局日常业务办公所使用和产生的图、文数据，提出了基于局域模式(Local schema)、分量模式(Component schema)、邦联模式(Federated schema)的三级图文数据库集成模式和采用ODBC进行异质图文数据库关联的方法，继而根据用户对图文数据的查询要求，对“Select〈查询对象〉From〈数据集合〉Where〈查询条件〉Reformat〈查询结果〉”这一图文查询语法结构中的四大要素进行了分析和表达，并根据用户的具体需要构建出专门的用户模式视图(External Schema)和通用查询功能，以常州市规划国土局图文办公系统为例，介绍了集成图文信息查询的可视化用户界面。测绘信息网
关键词　业务化城市GIS，数据库模式集成，图文查询，可视化用户界面
分类号　P208

1　前言测绘信息网
　　我国城市GIS应用逐步地从早期的项目型应用、90年代初的计算中心式应用走向目前的单位联网应用，如图1所示。80年代的早期城市GIS应用主要是针对某一具体规划、建设项目，用GIS辅助空间制图或专题分析(如用地评价、环境质量评价)［1，2］。90年代初一些城市规划、土地管理等部门相继利用GIS进行城市空间数据管理［3～5］，但所建立的GIS空间数据库大多采用了计算中心的动作模式，即要由信息中心人员操作和使用；与此同时，这些部门的有关业务处室也根据其工作需要建立相应的基于RDBMS的业务数据库，如规划许可证数据库、地籍宗地数据库等。这些空间数据库和关系数据库往往互不关联，存在着数据冗余、数据结构与命名冲突、多重界面等问题，难以进行协同管理，不能支撑集成化软件开发，如图2(a)所示。随着用户需求的不断发展，需要建立业务数据和图件资料的图文集成数据库，开发实现基于计算机网络的联网查询、检索和操作(如图2(b)所示)。测绘信息网

图1　GIS应用发展的趋势
Fig.1　Development trends of GIS application

(a) 非集成数据管理

(b) 集成数据管理
图2　数据管理的模式
Fig.2　Non-integrated and integrated data management
2　基于3级模式的图文集成数据库设计测绘信息网
　　城市规划国土管理过程中要参照和产生大量的图文资料，如图3所示。其中图形资料包括各种比例尺的基础地形图、现状专题图(如综合地下管网、土地利用现状、文物保护单位分布、市政设施分布、行政区划、地籍图、房产图等)、规划设计成果图(如规划道路红线、城市总体用地规划、农田保护区规划，微波通道、环卫设施、地下管网等专项规划，修建性详规总平面)、规划国土管理工作图(选址范围图、规划用地红线图、征地红线图、剩余土地红线图、用地红线图、出让红线图、建筑范围图、市政工程位置图、宗地图)；本文数据包括项目材料及项目办理情况(包括已办和在办的所有报建项目的申请表、审批表、答复函及证书，项目在局内各处室流传情况等)、有关法律法规(如《城市规划法》、《土地法》、《测绘法》、《江苏省实施规划法细则》等)。测绘信息网

图3　图文集成数据库的基本数据内容
Fig.3　Data items of the integrated databases
　　鉴于这些文本数据类型繁杂、数据量大，难以将其作为GIS的属性，需要采用RDBMS进行管理，而空间数据管理则采用GIS软件。若业务人员在“一书四证”的审批管理过程中要查询某一项目所涉及的图形与文本数据，就需要同时访问RDBMS和GIS这两个异质数据库。此外，各处室在联网工作过程中要调用其它处室在不同工作环节产生的文本或图形数据，即对异地的数据进行存取操作。这些异质、 异地的数据构成诸多局域模型(Local schema)。Goodman等人曾针对LRIS在线数据服务的实现提出了4级结构的模式集成方法［6～8］，而本研究中，我们根据城市规划国土管理图文办公系统设计与实施的具体情况，参考Goodman等人的成果，提出了3级结构的图文数据库模型集成方法。即在数据库基表设计阶段就将局域模式转化成分量模式(Component schema),进而将其统一成联邦模式(Federated schema),然后根据用户的具体需要构建出专门的用户模式视图(External schema)，如图4所示。
　　(1) 局域模式转化成分量模式时，实质上是将局域模式重新映射成统一的数据模型。此时需要进行基表的定义和分解，消除不同局域模式间同一数据目标的属性冲突(类型、取值范围不同)、结构冲突(同一对象在不同应用中作了不同的抽象)、命名冲突(同一属性不同命名)。由于城市规划国土图文办公信息系统一般是在规划国土局内部运作的，在系统数据库设计时便可统一规范数据目标的抽象与定义，在基表设计阶段即完成了由局域模式向分量模式的转换。计算机中存储的已是分量模式。如图4中，选址意见书中的“申请单位”和建设工程许可证中的“申请单位名称”，在定义基表时，均统一命名为“项目申请单位名称”。

图4　图文数据库集成的三级模式
Fig.4　Three level database schema architecture
(2) 邦联模式将所有分量模式组合成一组统一的视图，它消除了数据冗余，并确定其间的相互关系。构成邦联模式的视图只是逻辑视图，需用数据字典来存储视图定义信息。如图4分量模式中，选址意见书基表中和建设工程许可证基表中均有“项目申请单位名称”。在邦联模式中，只存储一个“项目申请单位名称”，并建立其与相关分量模式之间的关联。测绘信息网
　　(3) 在邦联模式基础上，再按照用户的需要将数据组合成若干数据基组，定义用户视图。如在“局长审批选址申请”视图中，需用到项目申请单位名称、申请内容、经办人意义、局长审批意见、选址范围图等，由此构成其数据基组。测绘信息网
　　值得指出的是，在实现上述3级集成时，常常是先根据用户视图定义用户模式，用通过分析比较组件模式与用户模式来统一邦联模式。异质图文分量模式之间可通过ODBC等技术实现关联［9］，图5所示的是Oracle与MapInfo之间的ODBC关联。

图5　异质数据库的关联
Fig.5　Linking heterogeneous databases
3　图文集成信息查询
　　规划国土局图文办公信息系统的重要功能之一是查询检索所集成的图文数据，包括图形资料、审批进度、项目资料等。用户往往需要按地理位置、资料内容、项目名称、办理时间、办理阶段、经办人员等多种方式进行组合查询。这类查询功能可通过执行“Select—From—Where—Reformat”这一基本语法来实现。即“Select〈查询对象〉From〈数据集合〉Where〈查询条件〉Reformat〈查询结果〉”［8,10］。其中查询对象包括审批进度、项目资料档案、法律法规、权限职能、图形及其它；查询条件的定义则主要考虑地域范围、专题类型、时间区间(公示制)、事件过程(审批环节/工作流程)等，如图6所示。

图6　图文查询的基本表达式
Fig.6　Basic query formulation in the integrated database environment
4　可视化用户界面设计测绘信息网
　　系统用户界面是用户唯一可以直接见到的系统组成部分，最终用户一般是通过它来理解系统功能与结构的。如何设计构造一个简洁、友好、易学易用且符合其工作习惯和心理特点的用户界面，是提高系统的可操作性、实现系统设计目标的关键。此外，这类图文办公信息系统是在GIS和RDBMS两种基本软件平台上开发实现的，而提供给最终用户的应该是单一的应用环境，因此用户界面的设计也涉及到对基础平台系统界面的集成问题。本研究采用了“嵌入式结构”来实现多种基础软件平台(可称之为组件系统)的界面集成问题［11］。即以ORACLE作为主组件系统，以MapInfo作为子组件系统，在ORACLE中通过其自身的命令结构来激发MapInfo的操作，最终用户无需切换界面即可完成对两个不同组件系统的操作。尤其通过设计实现规范统一的界面，用户使用时甚至感觉不到系统是由两个完全不同的基础软件(Oracle、MapInfo)组合而成的。对于体现系统具体功能操作的用户界面，则采用象形图标、自动提示及流图跟踪等技术来实现其可视化。测绘信息网
　　(1) 象形图标：用户通过触发“图标按纽”来完成对系统的操作。为此，需将系统的功能用图标的方式表达，图标中的象形符号代替了文字说明，增强可视化效果，如图7所示。当用户按其工作需要触发某一按钮时，系统通过参数激发或调用与该按钮相对应的处理，从而完成操作并反馈结果。这意味着用户仅需知道屏幕上按钮的意义即可操作使用系统［12］。

图7　基于象形图标的功能菜单
Fig.7　Fancy icon-based user interface
(2) 自动提示功能：是指当鼠标置于图标附近时，即自动弹出该图标的功能说明(图8(a))： 对于常用的输入信息提供列表，供用户选择输入(图8(b)、8(c)、8(d))。测绘信息网

图8　自动提示功能
Fig.8　TipWizard-based user interface
(3) 工作流图：当前许多图形用户界面只注重对具体功能的表达，而忽略了对系统运作过程的描述。实际上，对具体功能的使用是结合在业务运作流程之中的，对其进行表达处理也十分重要。Albrecht(1996)提出将GIS划分成基本操作类型并以图标表示，建立独立于基础GIS平台的一种“虚拟GIS”供用户按不同的需要对这些图标进行组合，自动生成工作流图［13］。受其思路的启发，本文作者在设计常州市图文办公系统界面时，根据各子系统不同的业务操作顺序与内容，按照工作流图的形式安排图标按钮。同时利用工作流图菜单颜色的变化动态地反映项目在本子系统中办理阶段和操作环节。这样便在系统用户界面上再现了业务处理过程将系统功能操作与运作过程动态直观地结合在一起。如图9所示。测绘信息网

图9　以工作流图表达系统运作过程
Fig.9　Workflow chart-based user interface
5　结束语测绘信息网
　　利用本文所介绍的研究结果，常州市规划国土管理局图文办公信息系统实现了规划国土管理业务数据和图件资料的集成管理、联网图文查询以及项目联网办案，包括将城市规划、土地管理、建设项目审批管理过程中所参照和产生的业务数据和图件资料，按照统一的空间参考系统和规范的信息分类体系进行集成管理，形成了基于计算机网络环境的图文集成数据库，规划土地管理局的经办人、处长、局长均可在各自的办公室查询检索相关的图件资料和业务数据(包括基础地形图、规划成果图、项目进度、项目材料、法规资料等)。这既把大量分散的文本、图形数据变成了全局共享的综合信息资源，也保证了城市规划与土地管理信息的完整性和准确性。而项目联网办案则是根据“一书四证”审批发证的工作流程，在计算机支持下进行项目的材料登录、核查、流转表格填写、批后材料归档与转办、材料打印及制证等。同时，局长、处长可根据规定的权限了解项目的进度及情况。测绘信息网
　　*收稿日期： 1997-11-26， 截稿日期： 1998-02-19。陈军，男，41岁，教授，博士生导师。国家教委跨世纪优秀人才培养基金资助项目。

6　参考文献测绘信息网
1　陈军，孙玉国.基于GIS的城市多因素模糊综合评价.武汉测绘科技大学学报，1988，13(4)：99～104
2　陈军，万幼川等.空间型城市信息系统的建立和应用.城市规划，1988(64)：28～30
3　宋小冬.地理信息系统在城市规划中应用的问题及探讨.见：城市规划汇刊，1995(2)：18～22
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5　金德岭等.GIS在城市规划管理中的应用——济南市城市规划信息中心的实践.见：中国GIS协会首届年会论文集，1995.79～84
6　Jerome Goodman N. Alberta Land Related Information System—A Federated Database Case Study. In:Conference Proceedings of URISA,1994
7　Sheth Amit P. Federated Database Systems for Mapping Distributed, Heterogeneous, and Autonomous Databases. ACM Computing Surveys, 1990,22(3):183～235
8　Eugene Igras. A Framework for Query Processing in A Federated Database System: A Case Study. In:Conference Proceedings of URISA,1994
9　王红新.图文数据库模式集成问题的研究.［硕士论文］.武汉：武汉测绘科技大学，1997 测绘信息网
10　高丽军.图文办公过程中可视化查询研究.［硕士论文］.武汉：武汉测绘科技大学，1997
11　Abel D J, Kilby P J. The Systems Integration Problem. INT.J. Geographical Information Systems, 19948(1):1～12
12　Boursier P. Spatial Query Languages:Extended SQL vs. Visual Languages vs. Hypermaps,In:5 th International Symposium on Spatial Data Handling, 1992(1):249～259
13　Albrecht J, Hartmut B and Manfred E. VGIS-a Graphical Front-End for User Oriented Analytical GIS Operations. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 1996,XXXI(B2):78～88