地理信息系统建设方案

地理信息系统建设方案1.1地理信息系统概述

信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。在计算机时代，信息系统部分或全部由计算机系统支持，并由硬件、软件、数据和用户四大要素组成。智能化的系统还应包括知识。其系统的概念模型可由下图描述。根据工作侧重点的不同，信息系统分为事务处理系统和决策支持系统两大类。

图1.1 信息系统概述模型

目前，我国许多城市智慧城市建设中已采用了地理信息系统，虽然在一定程度上发挥着重要作用，但由于没有全面考虑，无法形成各系统得联动，致使系统无法发挥其应有的巨大潜力和威力，而且数据重复建设，造成人力和财力的浪费。因此建设二三维相结合智慧城市地理信息系统，以充分发挥地理信息系统的作用，必然会政府机构、各行各业和市民提供更加准确基于位置的信息服务。

1.2地理信息系统设计思想

地理信息系统依托系统特点，紧紧围绕智慧城市的业务流程，建立一个基于计算机网络、语音系统平台、通信网络以及图象处理接口的综合信息系统，并综合GPS/GIS/GPRS应用、三维仿真技术、数据库管理等高新技术，采用集中管理、

分散控制的体系结构，建立一个准确、高效、全面、规范的地理信息系统，使数据管理与空间信息管理融为一体，多层次、多方位直观地显示相关数据、图形等信息，提供各种警务工作元素在空间的分布状况和实时运行状况，分析其内在联系，做到资源的合理配置和调度，提高各业务部门的快速响应能力和协同处理能力，并利用辅助分析和决策功能，从宏观上提高警务工作的科学化、规范化、合理化。

第一章关键技术

2.1GIS技术

2.1.1基本概念

地理信息系统，英语名Geographic Information System，缩写为GIS，它是一种能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来，对各种空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。

GIS提供的信息产品不仅仅是简单的文字和数据，而且还有一幅幅空间图形或图象。大到地球、国家、省市，小到村镇、街道乃至地面上的一个点位，GIS 都能以直观、方便、互动的可视化方式，实现数据信息的快速查询、计算、分析和辅助决策。GIS技术是构建数字地球、数字中国、数字城市的核心技术。

2.1.2软件构成

主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库软件（如Oracal、Sybase、SQL Server等）、GIS软件平台（如Arc/Info、MapInfo等）、应用软件（GIS 二次开发软件、GIS组件库等）组成。层次结构如图3.1所示：

图3.1 GIS层次结构图

2.1.3主要功能

地理信息系统是典型的GIS应用软件，它对GIS功能的要求是：

1.地图显示

·图形放大、缩小与快速拖拽漫游。

·制图概括功能，图形放大与缩小时，随着图形缩放比例的不同，显示不同详细程度的地图内容，避免屏幕显示过密不利观察，使屏幕承载度趋于合理。

·动态漫游功能，当指定被跟踪目标时，无论被跟踪目标如何移动，均应保持被跟踪目标处于跟踪窗口的中央。

·索引图功能，当主窗口显示放大的局部图形时，可另开一个小窗口显示全境，并可通过该窗口控制主窗口的显示内容。

·根据当前窗口地图的放缩情况动态显示比例尺大小。

·图层可见性控制与图层显示优先性控制功能。

·智能化动态注记功能，其中包括：流动注记功能（街道、河流等线形地物注记，随线形地物当前显示部分流动，始终完整的显示在当前窗口内）；长注记名自动换行显示（对单字节与双字节均可）。

·车辆定位显示功能，能将接收的GPS信号处理，并在地图上显示车辆及其轨迹。

·图素位置显示功能，当输入（或从菜单中点取）图素（如街道和门牌号码、目标名称和唯一标志等）后，可将指定图素的位置在当前地图显示窗口的中央标

志出来。

2.属性管理

在数据库中存储跟电子地图上各种图素关联的文字、图片以及录音、录像等多媒体信息，可以进行由图形到属性和由属性到图形的互查，也可以直接对属性表进行各种查询和检索。

3.空间分析

·距离测量功能，能测量地图上两点间距离，测量道路长度，测量路线长度等。

·缓冲区分析，能确定某一事件的影响范围。

·最佳路径分析，根据道路网的拓扑关系，按照距离最短、时间最短等准则确定最佳路径。

·到达分析，根据道路网的拓扑关系确定在某一时间范围内能够到达的区域。

4.地图编辑

5.制图输出

2.2三维虚拟现实技术

上世纪末以来，信息技术在国内各行各业得到广泛应用，特别从国家建设部主持的“城市规划、建设、管理与服务的数字化工程”出台后，更是呈现如火如荼的发展局面。

虚拟现实(Virtual Reality－VR)，也称为灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。虚拟世界是全体虚拟环境(Virtual Environment)的全体，虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真（Interactive Vision Simulation），因而一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、多传感器技术、网络技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所

以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等很多领域都得到了广泛的应用。

正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性的追求，以及建立个人能够沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用的多维信息系统推动了虚拟现实技术在警用指挥的发展与应用。虚拟现实技术已显示出一定的实用性，而且技术潜力巨大，应用前景十分广阔，就目前来说，在城市规划领域应用虚拟现实技术具有以下优势：

（1）沉浸、交互式的虚拟环境带给人们更加真实的空间感知

虚拟现实与目前普及的CAD、GIS、三维动画等技术不同，使用者与计算机通过自然的交互方式，完全沉浸在计算机所营造的三维虚拟环境中，人们戴上特殊的人机接口设备（如头盔式显示器）后将感觉自己真的置身于虚拟的城市环境中并可以按照自己的意愿漫游到任意地点。这种真实的空间感知是任何一种传统技术手段无法达到的，也正是这种真实的空间感知，使得虚拟现实技术在改善设计、评审设计方案及展示设计方案中具有巨大的应用潜力。

（2）即再现现实城市又超越其上

虚拟现实创造出的虚拟城市，是物质城市在数字化空间的再现和反映。现实城市，是物质城市在现阶段的表现形式，虚拟城市再现了现实城市，具有全面模拟和仿真现实城市的特征，同时又超越现实城市，具有智能化和虚拟化的特征。在一个虚拟城市中，我们不仅可以看到城市的现状，还可以看到城市的过去与未来甚至城市发展过程的全貌。通过数据库技术我们可以统一管理空间信息与属性信息，实现一定程度的智能化。

2.3定位及监控导航技术

2.3.1定位技术的发展

⑴全球定位系统（GPS）

GPS是一个全球无线电定位导航系统，它由围绕地球的24颗卫星和地面基站构成，利用这些卫星作为参考点，GPS可以在几十米到几厘米的精度上，满足地球上任意点的定位要求。

可以集成到各种智能终端中的定位功能模块有自主式GPS芯片、无线网络辅助GPS定位芯片、里程表和电子罗盘模块、导航模块类型。

自主式GPS芯片能够独立完成定位解算，近几年来GPS产品的应用市场迅速扩展，传统的GPS产品供应商相继推出体积小、功耗低的GPS芯片外，如Surf 和Trimble，一些IT大公司也利用其在相关技术领域的技术优势推出了在灵敏度方面有很大技术改进的GPS芯片，如日本的Sony和Epson，美国的IBM和瑞士Leica合作开发的产品。

⑵无线网络辅助GPS定位（A-GPS）

无线网络辅助GPS定位技术通过将GPS定位终端的射频和数字信号处理（DSP）部分分开，利用无线网络基站上的定位服务器和专用的差分站辅助来进行信号解调和定位运算，这项技术的采用使定位芯片仅仅实现射频功能，从而使成本降低到10美元以下，同时芯片功耗很低，最重要的是可以使灵敏度大大提高，可基本实现在室内的定位。美国QUALCOMM Incorporated (NASDAQ: QCOM)的下属公司 SnapTrack开发了这项专利技术，QUALCOMM推出了嵌有这种定位芯片的GPSOne手机。目前中国联通的CDMA网络已经可以支持GPSOne手机。

图3.2 无线网辅助GPS定位原理结构图

Fig. 3.2 Principle structure of wireless network assisting GPS location

⑶无线网络定位技术

无线网络定位服务是在无线状态下基于通信位置的定位服务。开通这项服务，手机用户可以方便地获知自己目前所处的准确位置，并用手机查询或收取他附近各种场所的资讯；手机定位服务的巨大魅力正是在于能在正确的时间，正确的地点把正确的信息发送给正确的人。

同时它还可以对手机用户进行定位，并对手机用户的位置进行实时监测和跟踪，使所有被控对象都显示在监控中心的电子地图上，一目了然。因此手机定位服务在无线移动的领域内具有广泛的应用前景。

无线网络定位技术包括起始蜂窝(COO)，到达角度(AOA)、到达时间(TOA)、达到时间差(TDOA)和增强的观测时间差(E-OTD)方法，也包括这些方法的组合运用，如TDOA/AOA，还包括蜂窝广播技术，即将信息或服务以广播方式传达到处于同一地理区域的用户的方法。

cell of origin (COO)

Angle of Arrival(AOA)

Time Of Arrival (TOA)

Time Difference of Arrival(TDOA)

Enhanced Observed Time Differential (E-OTD)