ArcGIS企业级GIS解决方案.docx
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ArcGIS企业级GIS解决方案.docx
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ArcGIS企业级GIS解决方案
ArcGIS企业级GIS解决方案
1GIS的作用和意义
GIS是可以将所有与地理位置相关的信息集成在一起的系统,通过建立人类活动与地理位置之间的关系并帮助我们理解这种关系,我们得以做出更加科学的决策。
GIS作为一种强有力的解读地理信息并提供决策依据的工具,目前已经深入到社会生产的各个行业.
一般来说,GIS的作用一方面是将地理数据组织起来,使得业务数据可以和地理数据有效集成,另一方面将业务数据用直观的“地图”表现形式叠加于地理数据之上,形成清晰明了的可视化效果,在这两方面基础上,运用各种和地理相关的分析方法和手段提供决策信息。
例如,一个市场分析员想了解本市各个营业厅的业务状况和周边地区的关系,他可以通过GIS软件将业务数据置于基础地图之上,并从统计部门获取本地区的人口,经济数据,分析营业厅的业务与周围一定区域的消费关系,并通过专题地图的形式表达分析结果,形成分析报告。
相对于纸质地图,GIS的地图是交互的,这也是GIS的明显优势之一。
在计算机屏幕上,使用GIS地图的用户可以用各种方式浏览地图,用户可以选择是否显示道路,可以选择显示多少条道路以及用什么符号来显示,用户也可以选择显示在这些道路上包含的其它信息,比如电缆,线杆,人井和医院。
GIS完全可以嵌入到各种领域的应用中去,从简单的位置查找到复杂的灾害预测和模拟,GIS可以帮助我们更好的理解世界,帮助我们更高效,更准确的处理现实问题。
2什么是企业级GIS
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2.1企业级GIS的概念
一般来说,企业级GIS都是比较大型的地理信息系统,伴随着比较高的投资额度.所谓企业级GIS,是指集成了多种可互操作的组件,在多部门间应用的系统,它可以在一个通用的框架下部署GIS应用,向用户广泛的提供空间数据,由此带来显著的经济效益。
企业级GIS有两种类型的含义:
一是以空间应用为核心,用户的所有业务都围绕地理信息展开,其二是GIS作为基础组件,可以部署到所有其它业务系统中去。
2.2企业级GIS的优势
●在企业内部极大的减少数据冗余,降低对数据的投资
●提高地理信息的整合度和表达精度
●提高共享数据的效率
●提升全企业的知识管理水平和决策支持能力
●提高GIS和非GIS应用之间的互操作能力
●更有效的利用GIS部门的技术和资源
●降低对GIS的整体维护和支持费用
3企业级GIS的关键技术
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3.1数据集中管理
以往分布式的数据存储结构是历史的原因造成的,它在当时是最佳的选择。
面对WTO的挑战,许多企业开始重视规模化经营。
为了在竞争中生存并超越对手,IT也必然需要采用高度的集中和可管理的结构。
它也是内部业务集中管理的必然要求,数据的集中不只是一个技术上的项目,除了它的高科技含量外,它是一个强有力的、策略性的业务项目。
数据的集中就是将分布在各个分支机构和部门的业务数据及其他一些相关的数据实现集中.事实上,数据集中管理是依靠科技手段,实现数据的集中和数据的整合,并通过对数据深层次的挖掘,对企业的客户数据、业务数据进行系统分析和评价,推动企业整体向决策科学化方向迈进,全面提高企业的管理水平和工作效率。
3.2互操作
互操作性可以看作是一种能够通行于不同供应商所提供的功能各异的机器里各种软硬件环境的共享数据的能力.地理信息系统的用户随时都会需要这种互用性,以便通过不同供应商所提供的GIS技术进行数据的覆盖、分析等操作。
3.3SOA框架和Web Services
现在进行建设的IT架构有着这样一个新的趋势,利用基于服务的架构以融合不同种类的应用逻辑,以发展基于WEB的计算应用。
其中提到一个面向服务架构(SOA)的概念,它将用来进行现有信息系统的集成以便在机构内部和机构之间实现自动的商业实践,工作流和信息流。
SOA是由IBM,微软以及其它一些处于IT业内领先地位的厂商组织共同进行开发的标准,它支持建立一套把现有的计算机技术集成到解决方案系统中的应用。
GIS是其中关键的一部分。
3.4安全
如何最大程度的保护自己企业的利益不受到损害,如何让企业的信息化网络拥有电路安全、信道安全、网络安全和应用安全,已经是每个企业不容忽视的问题.同样对于GIS信息系统的安全问题也成为企业信息网络中不可忽视的一部分.综合网络安全趋势分析和安全实施经验,企业对安全方面的需求主要包含:
⏹业务系统与辖内其它信息系统进行充分隔离。
⏹辖内网络与互联的其它网络进行充分隔离.
⏹全面的病毒防御体系,阻止病毒的传播,恢复已被病毒感染的设备及数据.
⏹关键业务数据必须有定期的数据备份与完善的灾难恢复功能。
⏹管理员必须对辖内信息系统的安全状况和安全漏洞进行周期性评估,并根据评估结果采用相应措施。
⏹关键业务数据和敏感系统在公网上的传输必须加密,防止非法获取和篡改。
⏹加强内部人员操作的技术监控,采用强有力的认证系统,代替易被突破的用户名/口令系统授权模式。
⏹建立完善的入侵审计和监控措施,监视和记录黑客或者内部人员可能发起的攻击。
⏹对整个信息系统进行安全审计,可预见管理和总拥有成本控制。
4ArcGIS企业级GIS解决方案
4.1基于Geodatabase的数据管理
4.1.1Geodatabase的基本概念
什么是Geodatabase呢?
Geodatabase实际上可以看成是我们在系统中所处理和使用的所有空间数据的一个智能库。
物理上,数据被存放在数据库管理系统(DBMS)中,其类型可以是各种各样的,包括:
矢量、栅格、地理编码、元数据、拓扑、关系和规则、网络、TIN格网、CAD数据、数据表等。
ﻫ Geodatabase数据模型使现实世界的空间数据对象与其逻辑数据模型更为接近。
在geodatabase中,我们定义的不再是传统GIS对空间数据进行抽象后的“点”、“线”、“面"等简单空间要素,而是应用领域中熟悉的对象,如:
杆塔、刀闸、电缆、道路、建筑、用地等。
更重要的是geodatabase使我们不需要编写任何程序代码即可实现数据对象主要的操作行为。
大多数的操作行为都可以通过对象值域(Domain)、子类型(Subtype)、规则等的定义以及ArcInfo提供的应用框架中丰富的其它功能来完成。
对特殊应用中必须定义或扩展的空间对象,ArcInfo支持工业标准的统一建模语言(UML)和CASE工具(如:
Visio2000 Enterprise),通过CASE工具完成对数据对象的定义和扩展.
4.1.2Geodatabase的版本化
Versioning使得多个用户能够同时编辑一个Geodatabase,而不用去复制数据库或者锁定数据库.
一个Geodatabase能够有很多Version,它是对Geodatabase的快照,而不是复制。
通过创建Version,多个用户可以同时对一个Geodatabase进行编辑,而且多个用户也可以同时编辑一个Version。
在ArcCatalog和ArcMap中,可以像未版本化的数据一样实现数据的查询、浏览和编辑。
当用户连接一个多用户的Geodatabase时,通常需要选定连接哪个Version.
所有的ArcSDEGeodatabase均具备Default版本,所有版本的最原始的源就是Default版本.能够通过提交更新的方式来维护和更新Default版本,也可以对其直接编辑。
用户在创建版本时,可以为版本设定访问权限。
对某个版本的编辑只会应用到该版本,而某个版本中Schema的变化则会影响到所有其它的版本。
一旦停止编辑,可以将编辑结果提交到任意父版本。
首先要Reconcile,即比较提交版本中的数据与父版本是否有冲突,如果有冲突则提供冲突解决办法.然后就是Post,则将编辑结果提交到父版本.
在进行数据库处理的时候,有三种选项:
Registered AsVisioned without theoptionto moveedits to base,registeredasvisionedwith the optionto moveeditstobase,notregisteredas versioned.
(1)RegisteredAsVisioned without theoptiontomoveedits to base
能够实现的操作包括Undo和Redo操作、长事务编辑、为设计和工程使用命名版本、使用Geodatabase归档、使用数据库复制。
不能做的事:
创建拓扑、从拓扑中添加或删除要素、添加和删除拓扑规则、创建几何网络、从几何网络中添加或删除要素类。
(2)registeredasvisionedwiththeoptiontomove editstobase
不能够做的事:
编辑参与拓扑和几何网络的要素类、数据库归档、数据库复制
(3)notregistered asversioned
是最原始的状态,能够实现复杂数据类型,包括拓扑和几何网络的编辑与更新。
因为Default版本是数据库中最关键的,需要经常更新,因此需要对Default版本定期备份.
Unregistered as Versioned将使得用户保留上一次Compress后的数据,而未Compress的数据则将丢失。
对于海量的、多用户的数据库,可以使用自动Reconcile和Post的功能.有两种方式可以实现:
BatchReconcile和VersionReconcileServices
在版本化编辑中,可以多个用户同时编辑一个版本中的数据,也可以多个用户同时编辑同一数据库的不同版本。
这两种情况会导致以下两种冲突的发生:
(1)多个用户同时编辑一个版本中的数据:
当多个用户同时编辑一个Version时,对每个用户都创建一个EditSession,每个用户都不能看到其他用户的编辑状态,只有用户SaveEdits以后,才能够看到其他用户的编辑状态。
如果多个用户同时对一个要素做了不同的操作,则会发生Conflicts,在保存编辑结果时,会出现冲突信息,则根据在EditingOptions的Versioning面板上设置的Preferences来处理冲突,看应该保存哪个用户的编辑结果;
(2)如果是子版本和父版本的编辑发生冲突,则在Reconcile的时候会出现冲突信息,用户可以手动去解决冲突;如果用户正在查看的版本又被提交了新的内容,则用户只有Refresh以后,才能看到更新以后的内容。
4.1.3Geodatabase的分布式数据管理
ArcGIS的分布式Geodatabase的复制与同步功能能够在两个或者多个Geodatabase之间实现空间数据的复制与同步。
该功能是建立在版本化数据基础之上,支持拓扑与网络等完整的空间数据模型。
并且能够在不同类型的数据库之间实现数据的复制与同步,例如,Oracle与SqlServer之间。
支持联网和非联网的方式下实现,在非联网方式下,可以把更新的数据内容导出到数据文件中,通过光盘邮寄、ftp方式传递到远端。
支持通过本地数据库连接或者是通过Internet连接到空间数据服务的方式下完成,在Internet方式下,通过连接到ArcGIS Server提供的空间数据服务,即使在网络连接不是很好的情况下,也可以实现空间数据的复制。
Geodatabase的复制功能可以用来创建复制树,也就是支持大型企业级空间数据库的分布式多层结构。
空间数据复制信息流可以是单向的也可以是双向的,即保证相关的变化的空间数据信息既可以是从省级数据中心传递到地市级网,也可以是从地市级网上传到省级数据中心.
与DBMS自身所带的复制功能相比,Geodatabase复制的优点在于:
•在通常情况下,DBMS复制要求系统之间是连接,而Geodatabase复制不要求直接连接,我们可以将更新的空间数据以XML方式导出,在离线的状态下完成复制。
•Geodatabase支持跨数据库平台实现空间数据复制.例如可以在一个基于Oracle的空间数据库和另一个基于SQLServer的空间数据库上完成复制。
•Geodatabase的复制支持在ArcSDE的某个特定版本上进行.而DBMS的复制必须对ArcSDE的geodatabase整个库进行.
•Geodatabase的复制支持网络、拓扑等全部的空间数据模型。
DBMS的复制不能识别空间数据模型。
ArcGIS的空间数据库复制技术可以对大型企业级空间数据库的以下几个方面提供支持:
4.1.3.1支持集中式/分布式架构
Geodatabase复制能够用于创建复制树,允许企业在层状机构中间分发数据,每个下级部分获得的是与自己业务相关的一部分数据,而最上级机关负责管理所有的数据。
在集中式架构中,数据分布在省级信息中心和地市级网络,各地市也可以直接使用省级数据。
空间数据的同步可以在省网和地市网之间进行。
在分布式架构中,数据以树状结构分布在省网和地市网。
省网的数据既可以与地市级数据进行同步,同时,地市级数据还可以与下级网络中的数据进行同步。
4.1.3.2支持数据交换
ArcGIS的Geodatabase复制功能不仅仅支持直接连接的空间数据同步,同时还支持离线的同步功能。
不仅仅支持LAN的数据同步,而且支持在Internet环境下基于WebService的同步.同步过程既可以通过人工进行,也可以通过程序自动完成。
因此可以很好的支持企业级大量数据交换的要求。
Geodatabase同步时的数据交换是基于交换复制消息的。
在直接连接状态下,消息的传递是由系统管理的.用户可以选择数据同步的方向.数据复制既可以是单向的,也可以是双向进行的。
如果选择双向的,同步会先执行单方向,再执行相反方向.
一旦在同步过程中,发生错误,操作可以回退.任何修改将被取消,系统将恢复到同步操作之前的状态。
在离线环境下,同步过程要求手工完成消息交换。
数据发送方将数据更新消息导出到增量文件,通过介质如CD,DVD或FTP,邮件方式进行传递。
数据接收方导入增量文件,并导出确认消息到确认文件中,以确认接受的完成。
数据发送方和接收方可以互换.
ArcGIS Server提供对geodatabase访问的Web service--geodataservice.Geodata service提供基于LAN,WAN或Internet对Geodatabase的远程访问能力。
我们可以通过geodataservice查询geodatabase,抽取数据或者完成geodatabase同步功能。
ArcGIS支持以脚本的方式调用Geodatabase复制功能。
因此同步既可以手工完成,也可以设定时间由程序自动完成。
4.1.3.3支持离线计算
大型企业级的GIS应用中包含有基于移动设备的应用.例如,通过PDA进行设备巡查。
这就要求GIS软件具有离线计算及数据更新能力。
ArcGIS的Geodatabase复制功能支持将数据库中的一部分数据拷贝到移动设备上,拿到野外进行空间数据更新,获取最新的电力设施巡查数据、建筑物更新数据、道路数据等,最后连接到中心数据库,利用移动设备上的数据来直接更新中心数据库里的内容.
4.1.3.4支持空间数据库负载均衡
为了实现基于空间数据编辑和访问的负载均衡,可以考虑建立两套Geodatabase ,一个提供只读数据,方便用户进行数据发布和浏览;另外一个提供可编辑的数据,方便用户进行数据更新。
然后定期用可编辑的数据库去同步只读的数据库,实现数据库的同步,并将最新的空间数据进行发布,达到负载均衡、提高效率的目的。
4.1.3.5支持空间数据库灾难恢复
空间数据复制功能还支持建立远程异地备份数据库。
当主数据库更新时,异地备份数据库同时进行更新和同步。
4.1.4历史空间数据的管理
企业级数据中心不仅要保存当前资源设施的状态,还需要保存其历史信息,即某个设备在过去某一时刻的状态,或随着时间的状态是如何改变的,以及某个空间区域随着时间的变化。
ArcGIS的Geodatabase提供的历史归档功能可以记录基于版本的geodatabase中全部或部分数据的变化,记录其变化的时间和变化后的状态,并且提供工具访问某一时刻或者某一时间段的数据库状态,还提供了分析工具对变化的数据进行访问。
Geodatabase历史归档是获取、管理和分析数据变化的一种机制。
历史归档是将所有针对空间数据库的Default版本的变化都保存下来,在档案类中存储和管理。
当开始创建归档时,首先在数据库中创建ArchiveClass,它是对Default版本的完全拷贝,具备相同的Schema,但是增加了3个属性,其中gdb_from_date表示数据库某个状态的开始时间,gdb_to_date表示数据库某个状态的结束时间,gdb_archive_oid用来唯一标识档案类的某行记录.当Default版本变化以后,在档案类中增加一条记录,保存Default版本变化后的状态,以及该状态的存在时间段.
历史归档能够支持完全的Geodatabase数据模型,因此可以支持电力数据模型中的复杂网络模型的历史变化。
历史数据档案库具备时间属性,因此可以将其与商业智能结合,通过历史数据分析功能,挖掘电力系统的设施管理、输配电、营销等丰富的变化信息,并可利用GIS的时间动画、动画图表以及历史数据回放功能,实现历史数据的动态显示,反映电力系统各种事物和现象的动态变迁过程等。
4.2ArcGIS的互操作能力
4.2.1基于ArcObjects的组件式技术
随着计算机技术和全球信息网络技术的飞速发展,组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一,对GIS 软件也产生了巨大的影响,组件式GIS 应运而生。
组件软件开发可以分成两个层次,即标准组件的开发和利用标准组件进行系统组件开发。
组件接口标准是组件协同工作的基础,也是组件软件开发的基础。
目前有两个公认的工业标准:
微软的COM和OMG对象管理组织的CORBA.CORBA模型主要应用于UNIX操作系统平台上,而COM则主要应用于Windows 操作系统平台上,因而有更广泛的应用。
COM(Component ObjectModel,组件对象模型)是Microsoft 公司提出的一种网络标准,可用于软件组件间跨越多个进程、机器、硬件和操作系统进行互操作。
组件之间的接口是组件软件的关键,因为接口是双方进行通信的基础.COM接口有两个含义:
(1) 它是一组可以调用的函数;
(2)接口是组件及其客户程序之间的协议。
ArcGIS全面采用COM技术,提出了一系列基于COM的新概念及对象库ArcObjects,从而使GIS与现代的软件技术及其他计算机技术的发展趋势相一致,为GIS 与IT主流计算机应用打下了坚实的基础,同时也为GIS开发商提供了前所未有的灵活性.
4.2.2ArcGIS的空间ETL技术
ETL作为BI的核心和灵魂实现数据的抽取、转换、清洗、装载的过程。
简单来说,ETL工具的目标就是将数据从一个存储位置传输到另一个存储位置。
ETL 的“提取"(Extract)功能指从某一指定的数据源中获取所需的数据;“转换"(Transform)功能是指对所获取的数据进行处理,进行变换、甚至与其它数据进行合并,以重组为目标数据源所要求的正确结构;最后,“加载”(Load)功能是把处理的数据结果写入目标数据源。
各级数据中心的业务数据源包括以下几大应用的所有业务数据,如营销、财务、人力资源、安全生产、物资和信息系统,分布在地市(县)和公司总部。
这些数据源的数据通过ETL处理以后集中到数据仓库,数据按照规范化的业务主题存放,保存3—5年的历史数据。
根据业务的需要,再按照某种频率进行抽取,建立业务主题模型,并进行数据的多维分析和数据挖掘,为最终用户提供报表、图形等可视化工具.
集中式GIS业务数据源涉及多种应用数据库,大部分都涉及到与空间相关的数据.传统的ETL只能完成非空间数据的工作,如何实现对空间数据的抽取、转换、装载,建立空间数据仓库,结合应用进行商业智能分析,是传统ETL所不能够实现的,因此亟需一个对空间数据库进行重构活抽取的工具,ArcGIS的SpatialETL正是为了解决这个问题而产生.
有效的利用当前的空间数据,对已有的空间数据进行抽取、清洗、转化、装载并集成到空间数据仓库当中是空间数据建库的关键,而SpatialETL技术正是
适用这一工作流程.通过SpatialETL不但可以汇总不同的数据源,还可以进一步进行提取出需要的信息,控制数据的质量和行为,再汇总到主题数据仓库中,结合商业智能进行更多的展示,并利用GIS软件进行空间分析和决策。
第一步–抽取:
将源数据集拖拽到工作空间中
第二步–转换:
调整从数据源到目标数据的数据流过程
第三步–加载:
将数据载入目标数据集
“SpatialETL”给ETL增加了空间特性,从而将它带入新的领域和高度.与传统的ETL工具相比,Spatial ETL工具除了具备传统ETL工具的一般功能之外,还有一点显著的区别,那就是Spatial ETL工具触及了空间信息,它既可以用来创建/挖掘空间数据,也可以用来发挥现存空间数据的作用。
多数情况下,不同系统之间的空间数据组织方式存在较大差异,因此,简单地从一种格式转换成另一种格式并不足以解决问题。
进行简单的格式转换或移植不能解决GIS互操作问题的时候,SpatialETL就显示出其价值。
ArcGIS的SpatialETL是ESRI公司与加拿大SAFE公司合作开发出的空间数据互操作功能。
弥补了传统的ETL对空间数据操作的不足.ArcGIS SpatialETL充分利用了FME的功能,可以实现对属性数据和空间数据的抽取,可以直接支持文件的数据库如Access或关系数据库如Oracle或DB2数据库属性数据,甚至是文本格式的数据或XML方式数据的抽取,还汇总了不同的空间数据格式的抽取和转换,如ArcGIS的Geodatabase,OracleSpatial, DWG等100多种空间格式数据的支持,通过对多数据源的抽取、清洗、过滤、处理、加载,可以得到我们分析所需要的主题空间数据库。
Spatial ETL工具能够从一个数据库(datastore)中提取数据,并把它转换成所需的投影、格式和视图,然后提供给发出请求的应用程序、或装载进另一个数据库(datastore)。
新生成的数据既可以作为临时用途提供给最终用户或应用程序,也可以作为永久性数据移植/转换项目的一部分结果。
总的来说,SpatialETL就是让用户“在适当的时间、以适当的形式、获得适当的数据"。
4.2.3ArcGIS对互操作标准的支持
ArcGIS支持主流的IT技术以及地理专业方面的诸如像OGC、ISO GIS等。
目前所支持的标准包括:
操作系统:
Windows、UNIX、Linuxﻫ 数据库系统:
IBM DB2 Universal、Oracle、MicrosoftSQL Server、Informix
空间数据格式:
通过SQL、OLECOM、XML和GML直接读取空间数据;通过WEB服务访问数据;通过API接口访问数据;支持CAD及其它格式的数据。
ﻫ 网络协议:
TCP/IP协议,HTTP协议和HTTPS协议ﻫ 开发环境:
VB、C#、C++、VisualStudio.NET和Java(J2ME、J2SE、J2EE、ASP/JSP)ﻫ 手持设备:
WindowsCE和PocketPC内嵌802。
11标准的IT解决方案,支持连接Autodesk、Bentley、Intergraph、Leica、MapInfo和Trimble.
企业级应用系统:
SAS、IBM DB2、Oracle、SAP、IBI和 FileNET。
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