国产GIS软件

国产GIS软件在“七大江河流域重点防范区
1：1万数字高程模型”工程中的应用

宋鸿运 李 莉

国家基础地理信息中心 北京市紫竹院百胜村1号 100044　

     地理信息系统（GIS）软件自诞生至今不过三十多年，但其在社会发展和经济建设中所发挥出的作用已越来越受到人们的重视。国家测绘局利用地理信息系统技术建成全国范围的1：100万地形数据库、1：100万数字高程模型库、1：25万地形数据库、1：25万数字高程模型库、1：25万地名数据库、1：5万数字栅格地图库，并正在建设1：5万数据库系统，局部地区还要建1：1万地形数据库。近几年兴起的“数字地球”、“数字中国”等概念就是以信息高速公路和空间基础设施为依托的一个广泛的概念，国家空间数据基础设施主要包括：地球空间数据框架、空间数据协调、管理与分发体系、空间数据交换网站和空间数据转换标准。国家测绘局已建成的这些数据库已构成国家空间数据框架，并且在建设数据库的过程中对其他三项内容的建设也取得了不少经验性和实质性的进展。这些数据库的数据已经投入到国民经济建设中，在政府决策、国防建设、防洪减灾等方面得到广泛应用。

     国家测绘局在早期的数据生产过程中，由于国产GIS软件尚不成熟，加之不上规模，多采用国外的地理信息系统软件。国外的软件大多价格昂贵，对操作系统和硬件环境要求较高，汉化程度有限，制约了大规模的数据生产工作。为此，国家测绘局在九十年代以来，在数据生产过程中引入国产地理信息系统软件，加大对GIS软件的开发投入，采取对国产软件的扶持政策。尤其是在“七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型”的数据生产过程中，国产地理信息系统软件发挥出很大的作用。

一．工程背景

     1998年汛期，长江和松花江嫩江流域发生了历史上罕见的特大洪水，给国家和人民生命财产造成巨大损失。为了对防洪减灾提供测绘保障，同时也为了满足国家经济建设需要。国家测绘局紧急部署于1998年7月开始，组织全国15个省局的力量，进行松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江及珠江七大江河流域重点防范区数字高程模型数据的生产和建库工作，并于1999年5月20日圆满建成数据库。这一数据库包括近1.4万幅1：1万比例尺地形图，覆盖范围约34 .45万平方公里，格网间隔为12.5米×12.5米, 高程精度与1:1万比例尺地形图相当。它的建成和提供使用,对于我们这样一个洪水灾害频繁发生,危害程度日益严重的国家，在防治水灾,有效地抵御洪水,减少洪水造成的损失,具有不容忽视的重要意义和作用。

     数字高程模型是使用数字的形式描述地面实际高程状况，用规则格网点表示地面高程的一种地面实体模型。数字高程模型数据通过一定的算法，能转换为等高线图、透视图、坡度图、断面图、晕渲图，并能与其它数字产品复合形成各种专题图产品；还可计算体积、空间距离、表面积等工程数据，还可以派生出包括坡度、坡向等地貌特征在内的数字地貌模型。在防洪减灾方面，数字高程模型是进行水文分析，如汇水区、水系网络、降雨、蓄洪、淹没分析等不可或缺的基础地理信息。除此之外，数字高程模型在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用前景。数字高程模型和数字线划图、数字正射影像图、数字栅格地图等一起，构成了基础地理信息系统的基本内容。

    为完成此项工程，国家测绘局组织了精兵强将，投入大量的人力、物力和财力，国家基础地理信息中心为总牵头单位，负责工程的设计实施、数据最终的验收、建库工作。陕西测绘局、黑龙江测绘局、广东国土厅为牵头单位，这三个省局既负责所分测区的技术协调、数据验收，同时还要进行数据采集工作。另外，还有12个省局全力投入到数据采集工作中去。

   国家测绘局要求任务承担单位在1999年汛期到来之前必须完成数据的建库工作，并且能提供给水利及相关政府部门使用。由于工程时间非常紧，数据源及测区情况复杂，用常规的作业安排难于实现。古人云：“工欲善其事，必先利其器”，国家局在组织生产的同时也积极抓好数据生产所用软件的选用工作，在充分利用各生产单位现有的国内外软件的基础上，联系国内优秀的地理信息系统软件生产公司，敦促他们将其软件投入到这一工程项目中。这些软件公司，也采取积极配合的态度加班加点，与作业单位密切联系，不断完善软件的性能，来提高作业单位的工作效率，减轻作业人员的工作强度。国家测绘局的这一举措既受到具体作业单位和软件厂商的欢迎，也促进了国产地理信息系统软件的发展。

　

二．工程中所选用的地理信息系统软件

为顺利完成“七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型”的生产任务，各数据采集单位，根据国家测绘局制定的1：1万数字高程模型技术规定以及自身的人员、技术、软件、硬件条件制定不同的作业流程，来保证工期和作业质量。下表反映了此项工程中所使用的软件情况：


 黑龙江
 吉林
 天津
 河北
 河南
 山东
 安徽
 山西
 陕西
 四川
 江苏
 湖北
 湖南
 广东
 广西
 
GeoStar*
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Y
 
 Y
 
 
GeoTin*
 Y 　 Y Y Y Y 　 　 　 　 　 　 Y Y Y
GeoScan*
 Y 　 Y Y Y Y 　 Y 　 Y 　 　 Y Y Y
GeoImage*
 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Mapscan*
 　Y 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MapVT*
 　 　 Y 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MapIn*
 　 　 Y Y 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Epscan*
 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Y 　 　
方正智慧*
 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Y 　 　
4DEDIT*
 　Y 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MDVS*
 　 　 Y 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Vc&D*
 　 Y 　 　 　 　 　 Y Y Y 　 　 　 　 　
Arc/Info for NT
 　 　 Y 　 Y Y 　 Y Y 　 　 　 　 　 Y
Arc/Info PC
 Y
 Y
 
 
 
 Y
 
 
 
 Y
 
 
 
 
 Y
 
Arc/Info for Unix
 Y
 Y
 
 Y
 Y
 Y
 
 Y
 Y
 Y
 Y
 Y
 Y
 Y
 Y
 
ArcView
 　 　 　 　 　 　 　 　 Y 　 　 　 　 　 　
Mapping Office
 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Y 　 　 　 　
MicroStation
 　 　 　 　 　 Y 　 　 　 　 Y 　 　 　 　
AutoCad
 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Y 　

注：表中加*号的为国产软件

从表中可以看到，在此项工程中所使用的软件中已有很多是国产软件，尤其是在数据采集阶段所用的矢量化软件和生成数字高程模型的软件，这些国产软件大多是由国内软件公司自主开发，武汉吉奥信息工程公司和适普公司在其中尤为突出。

武汉吉奥信息工程公司开发的大型的GeoStar地理信息系统软件，经过近十年的不断改进和完善，参与了一些大型工程建设，使其软件系统初具规模。本次项目中使用GeoScan模块进行扫描数据矢量化，使用GeoTin模块生成数字高程模型，取得良好的效果。GeoScan提供了全自动矢量化、交互式线跟踪、房屋点取、数字识别以及常规的点、线、圆弧和文字的各种图形输入手段。能同时管理任意多个图层，为各图层分别定义属性数据库、采集属性数据。GeoTIN专门处理各种随机分布的等高线和离散点数据，快速建立高保真度的不规则三角网TIN模型，方便生产各种分辨率的DEM产品。

适普软件有限公司，是由武汉测绘科技大学、美国IDG集团和Intel公司联合投资的专业软件公司，该公司已开发出多种专业软件，其中的全数字摄影测量系统VirtuoZo NT和矢量等高线生成数字高程模型软件VC&D, 在本次项目中也得到较为广泛地应用。在此次项目中有一些地区没有地形图，只能利用航空像片利用全数字摄影测量的方法建立数字高程模型，VirtuoZo起到关键性作用。VC&D软件在自动消除平三角方面颇具特色，七大江河流域重点防范区多为地势平坦地区，以往软件在构造数字地面模型细节方面有偏差，VC&D对这一问题最先给出了较理想的解决方案。

国产软件在工程中发挥的作用
在这样大型的数据生产工程中使用国产软件，不仅显示了中国人的聪明才智，最重要的是在保质、保量按时完成工期项目的同时，为国家节省了大量资金。在此项工程中国产软件的确显示出自身的技术特点，解决了一些技术难题。主要表现在以下几方面：

粗差检测，从地形图中采集数据实际上就是对地图进行数字化，对地图符号数字化后，必须对所有数字化的点和线赋予正确的高程。由于在大多数情况下，对等高线的赋值是人机交互的，所以错误是难免的。在生成地表模型之前，这种类型的错误必须被检测并加以剔除。在国产软件的算法中，粗差的检测是是基于相邻等高线的拓扑关系以及有固定等高距的点线关系。软件提供了粗差自动检测与定位的功能，方便对其进行剔除或修改。

自动生成地形特征点，许多理论和实践表明，特征线数据如断裂线﹑构造线等对于保证DEM产品的精度是非常重要的。但是在地图制图过程中，大多数的特征数据被综合在等高线内，所以在地形图上，仅仅能获得等高线以及一些少量的地形高程注记点。基于这样的数据，TIN模型很难表达地形特征的细节如山顶﹑山脊﹑山谷及鞍部。另外，在平坦地区等高线数据将生成“平三角形”，这意味着由等高线所表示的山谷和山顶在TIN模型中被认为为是平坦的表面，这显然扭曲了实际的地形特征。为了解决这个问题，必须根据等高线来增加一定数量的特征点线。使用手工方式增加特征点线，无论在效率方面，还是在完整性，合理性等方面都是很有限的。因此有必要设计特别的算法自动提取特征点，与手工方式相比较，算法在许多方面是相当满意的。例如，在1:10000的地形图上增加10000个点，需要花费3个人天繁重的工作量，但使用国产软件的算法自动地安全可靠地完成仅需要几秒钟。

TIN的快速生成与优化，作为格网DEM内插的基础，从原始等高线生成及其余随机的地形点生成的TIN应当具有一些良好的特性。国产软件保证了高效率和高可靠性。比如，在PII400的PC机生成1000000个三角形仅需要约30秒。另一方面，从等高线生成的TIN必须考虑等高线的拓扑关系。也就是说，在生成初始的三角网后，仍有必要对三角网做进一步地优化。这主要在于消除由于等高线过于密集或者采样信息缺乏而引起的横跨等高线的三角形以及狭长的、细小的三角形。

精度评定与质量检查，国产软件提供了多种精度评定与可视化相结合的方法用于对DEM生产过程进行严密的质量控制。如计算若干个检查点的均方根误差，将DEM按高程分层设色，与等高线和扫描影像叠加显示或绘图输出检查，或将DEM生成的三维晕渲图与等高线叠加检查，或用DEM内插与原始等高线相同等高距的等高线进行套合检查，即所谓的等高线回放法，等等。

除上述的具体技术优势外，国产地理信息系统软件还具有性能价格比的优势，所谓“物美价廉”，并且软件公司能对用户的反馈作出及时响应，并能帮助用户解决一些具体问题和满足特殊需求，方便用户使用，降低工程建设成本。在次此项目中，所有数据采集单位都不同程度地使用了国产软件，据不完全统计，工程中使用国产软件达300余套。

工程的经济和社会效益
1999年5月，在新的汛期到来之前，“七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型”数据库，及相关的矢量数据库、元数据库胜利建成。目前，国家测绘局已将七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型数据、数字正射影象数据无偿提供给水利部防总和14个省、自治区、直辖市七万多幅, 405GB数据量，成果价值二千万元。各地在接到数据后，立即将其应用于实际工作，并进行了后续开发，取得一定成效，使这些宝贵资料在领导决策、防灾减灾、国土规划整治等领域开始发挥重要作用。

许多参加数据采集的测绘局都与本省的政府部门联系，建立省级防汛信息服务系统，其中河南省测绘局建立了河南省防汛信息服务系统，并将其安装在省政府办公自动化网络上运行，省政府领导及办公厅有关部门都能在终端上查询。省气象局、水文局的实时数据如降雨量实况及预报、大型水库水位、黄河流域水文站水位等通过网络每天发往省政府办公厅，同时自动加载到该系统上。浙江省测绘局正与省防汛部门共同建立东苕溪及杭嘉湖地区防汛系统。山东省测绘局组织了数据开发，将数字高程模型进行拼接、黑白彩色晕渲，叠加了一些专题要素，在省防汛指挥中心做了演示。河北省测绘局制作了演示系统，向省政府及有关部门汇报并演示，根据省政府领导的指示，他们将与省防汛指挥部联合开发河北省防汛指挥信息系统。湖北省测绘局正加紧建设湖北省‘9202工程”中防汛信息服务子系统，并准备利用这些数据建立湖北境内长江流域基础地理信息数据库。吉林省测绘局开发了吉林省防汛信息系统，充分利用DEM进行模拟淹没分析。湖南省国土测绘管理局将与省防汛办联合，建立洞庭湖地区防汛指挥决策系统，现已报省计委立项。江苏省测绘局完成太湖地区数字高程模型数据、数字正射影象数据整体建库，并向省政府和有关厅局领导做了演示。目前，他们正在进行太湖地区部分DEM数据的三维表面可视化、分析和空间查询试验。广东省国土厅向省防汛部门领导进行了演示，准备将数据应用于珠江流域的规划与整治、水利资源规划与开发和珠江流域防洪专题系统研建。珠江水利委员会等部门也对数据表现出兴趣。天津市测绘院正在开发海河流域防汛系统，有望近期投人使用。广西测绘局把数据加载于广西综合区情地理信息系统中。黑龙江测绘局将数据应用于黑龙江省“9202工程”，并针对省防汛部门的需求制作了十几个重点防范区的数字化图。

由于上述的具体工作，许多测绘局得到省级政府的财政支持。目前，江西省测绘局已被列为江西省防汛指挥系统工程建设单位之－。河北省财政厅已同意连续3至4年，每年拨款100万元给河北省测绘局支持数字化测绘生产基地建设，河北省计委也同意在基建投资上给予河北省测绘局大力支持。湖北省测绘局已被列为湖北省防汛工程建设单位之一。吉林省财政厅已发文，为吉林省“9202工程”开发及数字化测绘生产基地建设补助150万元。

通过“七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型”工程所取得的社会和经济效益，也可以看出国产地理信息系统软件的巨大的社会与经济效益前景，国产软件和国民经济急需项目的结合，是促进双方事业发展的巨大动力。

结束语
随着信息时代的发展，不同部门、不同地区之间的信息交流的需求也在不断增加，国家测绘局已经将建成的1：25万数据库和“七大江河流域重点防范区1：1万数字高程模型”数据库的数据免费赠送给十几个部委，为实现政府部门之间的信息共享先迈出了积极的一步。国家测绘局还在推进国产软件的推广使用方面加大扶持力度，在规模化生产中使用国产软件是要承担一定风险的，毕竟国产软件还存在着产业化水平不高，产业基础薄弱等等问题，但是国家测绘局从实际出发，敢于承担风险，站在发展我国的地理信息系统事业的高度，从尽快建设国家空间基础设施的战略角度出发，大力推进此项事业的发展。

人类社会的发展，也可以说是人类不断改进自己生产工具的过程，从石器到现今高科技产品，都是为顺应社会的发展需要而产生的。目前，国产地理信息系统软件的发展，其实正好顺应了国家乃至世界对信息化人类生存环境的需求，通过国家、企业、以及专业技术人员的共同努力，国产地理信息系统软件的灿烂春天已经到来。  

怎么这么多的乱码

不知道

不知道