上海交通大学
硕士学位论文
电子政务中互联网地理信息系统的集成研究与运用
姓名：张伟华
申请学位级别：硕士
专业：电子与通信工程
指导教师：张爱新
20080920
电子政务中互联网地理信息系统的集成研究与运用
摘要
互联网地理信息系统（简称WEB GIS）是电子政务信息资源的空间定位平台，可提供空间辅助决策平台，并可为电子政务提供可视化工具，从而提高政府部门的工作效率。又因其是基于互联网络的，有分布式服务体系结构、跨平台特性和良好的扩展性，使政府部门之间能很好的共享数据和与其他信息服务进行无缝集成。所以本文对电子政务中的互联网地理信息系统进行研究。
在基础理论方面，作者阐述了地理信息系统（简称GIS）中涉及的主要概念及电子政务基本功能、业务模型。地理信息系统作为电子政务的核心支撑技术，本文对电子政务中的地理信息体系框架进行了介绍，作者并对电子政务中的地理信息系统进行了展望。
现今互联网地理信息系统作为GIS发展中的一个热点,它是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术，其核心是在地理信息系统中嵌入HTTP协议和TCP/IP协议标准的应用体系，实现互联网环境下的空间信息发布、查询、管理和维护等GIS功能。本文介绍了互联网地理信息系统的概念，基本原理，然后较为详细地论述了其开发的各种方法，如CGI，Server API，Plug-In，ActiveX，Java Applet，中间
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件技术。
Web Service作为新技术，日益成为互联网系统开发的主流。本文对用Web Service开发WEB GIS的原理进行了研究。
MapXtreme作为WEB GIS开发主流平台中的一种，本文对用该平台开发WEB GIS系统进行了研究，并做了部分开发示例。
在单位的WEB GIS开发中，利用MapXtreme开发的中间件平台go2map-MIP对系统进行了开发。该中间件是一个用应用程序接口定义的分布式软件管理框架，同时兼具强大的通信能力和良好的可扩展性，屏蔽底层GIS组件复杂性和异构性，它同样能提供良好的互操作性。在此基础上快速开发了上海局地理信息系统。该系统目前已经投于使用，达到了预期的功能。
关键词地理信息，互联网地理信息系统，MapXtreme，电子政务
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INTERGRATED METHOD RESEARCH OF WEB GIS AND
APPLICATION IN E-GOVERNMENT
ABSTRACT
The geographical information system of Internet(Web GIS) is the spatial orientation platform of the information resources of the E-government.It can offer the space aid decision platform, and can offer the visual tool for E-government.Thus it improves the working efficiency of the government department. Also because it is based on the internet, there is structure of distributed service system, characteristic of cross platform and good expansion, that make sharing data very fine between the government department,and integrate with other information service very easy. So this text has carried on research to the geographical information system of Internet in the E-government.
In basic theory, the main concept which authors have explained is involved in the geographical information system and it's operating model.As a key technology in the E-government,the geographical information system frame is also be introduced. And the author has looked forward to the geographical information system in the E-government geographical information system
Regarded as a research focus at present, the Web GIS is a new techbology that makes use of Internet technology to expand and to be improved. Its core is a application which is added HTTP Protocol and TCP/IP Protocol. It can achieve GIS fuctions including release geographical infomation, query, management,etc. This text has introduced WEB GIS concepts, basic principles, then described various methods of WEB GIS system develops in detail, such as CGI，Server API，Plug-In，ActiveX，Java Applet and Middleware technolgy.
As a new technolgy, Web Service is a mainstream in internet system development This paper also studied Web Service, which can be used in WEB GIS.
MapXtreme is one of WEB GIS develop platforms.This paper studied it and give some examples about how to use MapXtreme develop WEB GIS application.
In author's company, the WEB GIS intergration information platform is realized successfully, that uses Go2map-Mip middleware bassed on MapXtreme. Go2map-Mip is a middleware that is a kind of distributed software management box, which defines application interfaces. It has strong communication capacity and good expansiblility, and shielding the complex and heterogeneous of GIS components. It can also provide a good interoperability. Shanghai Bureau GIS system now is being used and well-received by the users.
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KEY WORDS GIS, WEB GIS, MapXtreme, E-Government iv
附件四
上海交通大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：张伟华
日期：年月日
附件五
上海交通大学
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名：张伟华指导教师签名：张爱新
日期：年月日日期：年月日
第一章引言
事物的时空特性为人们认识世界提供了更深的广度和宽度，信息技术的飞速发展带动了全社会对空间信息的需求，空间信息将成为国家乃至全球信息流中的重要组成部分，并逐渐发展成为当今社会最基本的信息服务之一，这对地理信息系统(Geographical Infomation System，GIS)的发展提出了更新、更高的要求。GIS必须从传统的孤立、封闭走向开放，提供更广范围的空间信息共享、更直接的科学深加工产品，将空间计算逐步融入到主流计算之中，即将空间数据和空间分析无缝集成在企业的信息系统中，如办公自动化系统中。
计算机网络技术的发展，尤其是Internet的出现，从根本上改变了人们的生活和工作方式。WWW以其友好的用户界面迅速崛起，使计算机的应用体系结构发生了变革，成为当前人们采集、共享、分析数据最常用的方法，因此将现代信息技术和以计算机网络为依托的分布式处理策略引入到GIS中就成为必然。基于WWW环境的互联网地理信息系统(Web GIS)应用特别适合空间数据所具有的类型繁多、数据量大、分布广等特点和多维、动态的应用分析需求，而且易与其它应用集成，它为GIS提供了一个新的标准计算平台，使GIS在走向开放的过程中向前迈了一大步。因此，Web GIS将是现在及今后GIS软件发展的主要趋势。
1.1研究背景
1.1.1 GIS系统与电子政务的集成运用
据统计，80％至 85％以上的政府职能部门所涉及的信息都具有地理空间属性。地理信息的收集、存储、分析和利用将直接提高政府部门的办公效率，降低劳动强度，使政府职能部门摆脱繁重的事务处理工作而将重点放在决策制定和长远规划上来，更好地为社会服务[1]。
目前，我国各级政府部门都先后开始建立自己的 MIS、OA 系统或业务应用系统，随着 GIS 技术的发展，又逐步开始建立各自的 GIS 系统。但在当前各个机构或部门内部，自己的 MIS、OA 系统或业务应用系统与 GIS 系统大多是相互独立，互不交融的。尽管业务上需要图文一体化——MIS、OA 与 GIS 的集成，但由于人的意识、技术成熟度等问题的存在，尚未有效地实现上述系统的无缝集成。各部门都有自己的信息中心，由于体制和管理上的原因，这些信息中心不是一个外向的信息集散地，而是一个内向的信息“黑洞”，是一个“信息孤岛”，因此浪费掉了政府职能部门大量人力、财力和时间。
当前在一些发达国家，普遍采用的解决方法是 GIS 系统与各类业务应用系统的集成。将各种电子政务数据（文本数据也好，统计数据也好）与空间数据同时加载进行地域的空间分析、缓冲区分析、网络分析，以及多应用领域的模型分析，这样可以把电子政务的运用提高到一个新的层次。
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1.1.2 GIS的广泛应用与WEB化发展趋势
地理信息系统是一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统，是多种学科交叉的产物。由于地理信息系统提供了一种不同于传统意义上的信息处理方法，跟传统的数据库管理系统比较起来，它具有更加方便、快捷、直观和可视化等优点，所以自60年代初期第一个地理信息系统的出现开始，GIS就得到了迅速的发展，尤其近年来随着计算机硬件技术的迅猛发展，GIS越来越受到人们的重视，并已取得了长足的发展。
GIS 技术的成熟促进了 GIS 应用领域的扩大，从传统的自然资源管理、土地规划等领域扩大到环境、资源、石油、电力、地籍、公安、急救、交通、卫生、保险、市政管理、城市规划、经济咨询、投资评价、灾害损失预测等有关国民经济建设、国民经济管理和人民生活与社会发展各个方面的广泛领域。GIS 已形成为一新学科，走向了商业化、产业化。
伴随着 GIS 技术的发展及其应用领域的扩大，GIS 单机的简单分析功能已远远不能满足用户在更大范围内得到空间数据和支持其操作的应用服务的需要；也不能实现网络环境下不同计算环境、计算机资源的协同工作。
随着互联网（internet）的发展，尤其是万维网（World Wide Web，WWW）技术的发展，信息的发布、检索和浏览无论在形式上还是在手段上都发生了革命性的变化，带来了极大的方便。网络的发展改变了GIS数据信息的获取、传输、发布、共享、应用及可视化等过程和方式。互联网为GIS数据在WWW提供方便的信息发布与共享方式，互联网的分布式查询为用户利用GIS数据提供了有效的工具，用户从互联网下载GIS数据变得十分方便。
互联网为地理信息系统提供了新的操作平台，互联网与地理信息系统的结合，即Web GIS，是GIS发展的必然趋势。Web GIS使用户不必购买昂贵的GIS软件，而直接通过Internet获取GIS数据和使用GIS功能，以满足不同层次用户对GIS数据的使用要求。Web GIS 在用户和空间数据之间提供可操作的工具，而且这种是动态的、实时的。
1.2 课题来源
本课题来源于上海局地理信息系统应用平台建设项目。
GIS特有的空间分析能力，给电子政务辅助决策赋予了空间化的手段和方法，各种与地理空间分布密切相关的信息（如：人口、工业、商业、医疗、卫生、环保、公共安全、金融、保险等）可以在空间上进行各种组合叠加分析，进而提高政府决策的有效性和科学性。GIS对空间数据的综合处理和操作能力，为电子政务提供了业务管理和辅助决策的可视化工具，可以提高政府办公决策的效率和质量。因此，电子政务的建设实施工作越来越和GIS密不可分的。
所以该平台建设的出发点是希望利用GIS对空间信息显示直观的特点，将本单位业务工作中的有关信息与地理位置联系起来予以汇集、显示；同时能通过本GIS系统把分散在各业务部门的各类专业数据库集成起来，供决策者迅速查询与地理环境背景相关的资料，从而快速了解情况、快速做出决策；并且能够作为共享的地理信息支撑平台，能为一些特殊的，与位置相关的运用提供平台支撑，如手机定位、车辆定位等。
基于Intemet的地理信息系统，即Web GIS是当前地理信息系统应用研究领域的一个热点，
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其主要研究内容是：如何通过万维网发布电子地图，即采用浏览器/服务器的模式，在客户方不需要任何特殊的配置便可进行交互式地图操作。本文对上海局地理信息系统应用平台在单位内部网络上的实现进行了探讨。
1.3 课题研究的重点内容及研究现状
经历几十年的发展，地理信息系统正在形成完整的技术系统并逐渐建立其理论体系。GIS 应用也已形成一个多层次和不同尺度的应用格局，成为信息产业的重要组成部分。然而，计算机技术和全球信息网络技术的飞速发展，对GIS产生了巨大的冲击，组件式GIS(Components GIS，简称ComGIS)和万维网GIS(WebGIS)等新兴技术应运而生。GIS正在进入一个崭新的发展阶段。
组件式GIS和WebGIS是都是GIS中的研究热点，几乎各大厂商和研究机构都进行了这方面的研究，并且纷纷推出自己的GIS产品，有关的侧重点和设计思路也各不相同，是近年来逐渐发展起来的崭新的技术。同时，组件式GIS和WebGIS的应用研究在很大程度上推动了GIS的发展，使得GIS进入千家万户。
文章对GIS相关知识，电子政务相关概念，电子政务地理信息系统进行了研究，重点研究了WEB GIS系统，对WEB GIS的主要构造方法进行了深入研究。Web Service的出现不仅对电子政务有深远的影响，而且对WEB GIS的构建产生了重要影响，文章对Web Service实现WEB GIS 的技术原理进行了介绍。对具有代表性的GIS开发平台MapX和MapXtreme的工作原理和设计方法进行了研究，在此基础上应用MapXtreme开发的中间件Go2map MIP对单位WEB GIS 综合平台应用项目进行了实现。
1.4 论文的研究成果
利用Go2map公司基于MapXtreme开发的地图中间件，设计完成了的上海局地理信息系统应用平台。并在此平台上开发了手机定位、车辆定位等多个子运用。为本单位各部门业务工作所积累的各类数据资料提供极好的展示平台；不仅在平时使用中提供了极大的方便，而且在突发事件中，使决策者迅速了解各类与地理环境背景相关的资料，迅速作出部署。
1.5 论文的组织
论文共包含：
第一章为引言部分。主要介绍论文的研究背景、研究内容、研究现状、研究成果以及论文的组织结构；
第二章为基础理论，主要是电子政务地理信息系统概述。介绍了地理信息系统理论、电子政务以及电子政务中地理信息系统的研究。
第三章介绍了WEB GIS概念，基本原理，然后较为详细地论述了WEB GIS系统开发的各种方法，如CGI，Server API，Plug-In，ActiveX，Java Applet，中间件技术。Web Service作为新技术，日益成为互联网系统开发的主流。本文对用Web Service开发WEB GIS的原理进行了研
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究。
第四章研究了MapXtreme，它作为WEB GIS开发主流平台中的一种，本文对用该平台开发WEB GIS系统进行了研究，并做了部分开发示例。
第五章在单位的WEB GIS开发中，利用MapXtreme开发的中间件平台go2map-MIP对系统进行了开发。该中间件是一个用应用程序接口定义的分布式软件管理框架，同时兼具强大的通信能力和良好的可扩展性，屏蔽底层GIS组件复杂性和异构性，它同样能提供良好的互操作性。在此基础上快速开发了上海局地理信息系统。该系统目前已经投于使用，达到了预期的功能。
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第二章电子政务地理信息系统概述
2.1 地理信息系统概述
2.1.1 地理信息系统基本概念
地理信息系统(Geographic Information System， GIS)是六十年代开始迅速发展起来的地理信息学(Geometics)研究技术。按照1998年美国国家地理信息与分析中心的定义，GIS是一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统，是多种学科交又的产物[2]。
GIS 是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术。因为GIS 涉及的面太广，故以 4 种不同的途径来定义 GIS。
1、面向功能的定义：GIS 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统；
2、面向应用的定义：这种方式根据 GIS 应用领域的不同，将 GIS 分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等；
3、工具箱定义方式：GIS 是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。这种定义强调 GIS 提供的用于处理地理数据的工具；
4、基于数据库的定义：GIS 是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。
地理信息系统不仅具备传统的MIS、DSS系统的信息查询与辅助分析功能，它还可以同时管理地理空间信息和数据库属性数据，而且具有数据可视化的突出优点，操作直观简单，己经广泛应用于城市规划、管网、电信、电力、水利、金融证券、企业管理、房地产以及旅游等领域。
总之，GIS 是一门多学科综合的交叉学科，是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统，其核心是计算机科学，基本枝术是数据库、地图可视化及空间分析。
2.1.2 GIS空间数据结构及分层
数据结构是指数据组织的形式，是适合计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。GIS空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据结构的实现是将图形数据、影像数据、统计数据等资料，按一定的数据结构转换为适于计算机存储和处理的形式。不同的数据源，其数据结构相差很大，同一数据源，也可以用不同的数据结构来处理，得到的内容可能截然不同。GIS 空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁，只有充分理解GIS的特定的数据结构，才能正确有效地使用系统，以及进行二次开发。
1、栅格数据结构
栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称网格结构(raster或grid cell或像元结构
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(pixel )，是指将工作区域按一定的分解力进行行和列的规则划分，形成许多格网，每个格网单元称为像元。栅格中的每个像元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置用行号和列号确定。栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
栅格数据的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性本身或属性指针，而其所在的位置则根据行号列号转换为相应的坐标给出，也就是定位是根据数据在数据库中的位置计算得到的。由于栅格行列阵列容易在计算机存储、操作和显示，因此这种结构容易实现，算法简单，易于扩充、修改，也很直观，特别是易于与遥感影像结合处理，许多系统都部分或全部采用了栅格结构。栅格结构的另一个优点是特别适合高级语言作文件或矩阵处理。
地理信息系统对现实世界的描述，是以地理空间位置为基础，按道路、行政区域、土地使用、土壤、房屋、地下管线、自然地形等不同专题属性来组织地理信息的。在栅格数据结构中，物体的属性用像元的取值表示，每个像元在一个网格中只能取值一次，同一个像元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。地理数据在栅格数据结构中必须分层组织存储。例如，河流可以组织出一个层，道路可以组织成另一个层。根据使用目的不同，可以确定需要建立哪些层及需要建立哪些描述性属性。
2、矢量数据结构
地理信息系统中另一种常见的图形数据结构为矢量结构。矢量是具有一定大小和方向的量，数学和物理上把它叫做向量。矢量数据结构主要是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义，不必像栅格数据结构那样进行量化处理，因此矢量数据更能精确地确定实体的空间位置。当然事实上，由于表示坐标的计算机字长有限；所有矢量输出设备尽管分辨率比栅格设备高，但也有一定的步长；矢量法输入时曲线选取的点不可能太多；人工输入图中不可避免的定位误差，所以矢量数据不可能得到绝对精确的值。
3、两种数据结构的比较
在计算机辅助制图和地理信息系统发展早期，最初使用的是矢量处理技术，栅格数据处理始于上个世纪70年代中期。以前，这两种数据结构势不两立，很难兼容，给数据处理带来很多不便。近年来，人们开始意识到，原先把栅格和矢量数据结构的差别当成重要的概念差别，事实上是技术问题。随着计算机技术的发展，运算速度、存储容量、地理数据的空间分辨率的大大提高，为了更有效地利用GIS，人们面临的问题之一是栅格数据结构和矢量数据结构的选择。栅格数据结构类型具有属性明显、位置隐含的特点，它易于实现，操作简单，有利于基于栅格的空间信息模型的分析，如在给定区域内计算多边形面积，栅格数据结构可以很快计算出结果，而采用矢量数据结构则麻烦得多，但栅格数据表达精度不高，数据存储量大，绘图粗糙，不美观，如果要提高表达精度，数据量就需增加三倍，同时也增加了大量的数据冗余。另外，由于栅格数据格式的简单性，其格式易于为大多数程序设计人员和用户所理解，基于栅格数据结构基础之上的信息共享也较矢量数据容易。而且，遥感影像本身就是以像元为单位的栅格数据结构，所以栅格数据结构比较容易和遥感相结合。
矢量数据结构类型具有位置明显，属性隐含的特点，数据存储量小，空间位置精度高，输出图形简单容易，绘图细腻、精确、美观。但是操作起来比较复杂，许多空间分析用矢量数据结构不容易实现。
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基于以上两种数据结构的比较，在GIS的建立过程中，应根据应用目的和特点，可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件的配置情况，选择合适的数据结构。对于线画地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存储空间。相互连接的线网络或多边形网络只有矢量数据结构模式才能做到，因此矢量数据结构更有利于网络分析(交通网、电网、电缆等)和制图应用。栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥感图像的处理。它与制图物体的空间分布特征有着简单、直观且严格的对应关系，对制图物体空间位置的可探性强。多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格方案。矢量结构和栅格结构都有一定的局限性。一般说，大范围小比例的自然资源、环境、地质等区域问题的研究，城市总统规划阶段的战略性布局研究等，使用栅格模型比较合适。城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用，矢量模型比较合适。当然，也可把这两种数据模型混合使用，通过两种数据结构的相互转换技术，大大提高地理信息系统软件的通用性。
在地理信息系统中，通常用“层”的概念来分别存储不同专题的空间信息。图2-1
就是一个地图分层的例子，即每一层存放一种专题或一类信息，并有一组对应的数据文件。各个图层可以单独操作也可以同时对几个图层一起操作[3]。
图2-1地图的专题层次
构成专题的是地图要素，也就是说，专题是地图要素的集合。可以将专题当作逻辑上的“层”来看待。根据信息处理的需要，一个地图要素可以出现在一个图层中，也可以重复出现在多个图层中。地图按不同专题分层的方法能够突出主题，不同行业和人员的根据各自的需要，选择关心的专题图层，既优化了计算机的信息管理，又减轻了人脑信息摄取、分析和运用的工作量。
2.1.3 GIS 的研究内容
虽然 GIS 使用了地图、可视化、数据库等技术，但与 CAD 系统、计算机地图系统、数据库系统等均有很大的区别：
(1) GIS 处理的数据大多来自现实世界，较之 CAD 的人造对象更为复杂，数据量更大。另外，GIS 强调对空间数据的分析，CAD 这方面的功能要弱得多，而且 CAD 中的拓扑关系较为简
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单。
(2) 计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和产生高质量矢量形式的输出机制。它强调数据显示而不是数据分析，缺少拓扑关系。
(3) 数据库系统是各种类型信息系统的核心。通用数据库侧重非图形数据的优化存储与查询，其图形查询、显示及数据分析功能极为有限。然而，数据库的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在 GIS 中广泛采用，成为 GIS 的核心技术。
由此可见，GIS 己经形成了一个独立的、具有鲜明特色的研究领域。GIS 的研究内容很广泛，下面我们从输入、存储、操作和分析、输出 4 个方面来讨论GIS 的研究内容。
(1) 输入：地理数据如何有效地输入到 GIS 中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，大多数的地理数据是从低质地图输入GIS。常用的方法是数字化和扫描。数字化的主要问题是低效率和高代价；扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成 GIS 数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式。
目前GIS的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式。遥感数据己经成为 GIS 的重要数据来源。与地图数据不同的是，遥感数据输入到GIS 较为容易，但如果通过对遥感图像的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情；因此，GIS 中开始大量融入图像处理技术。
地理数据采集的另一项主要进展是 GPS（空间定位系统）技术。GPS 可以准确、快速地定位在地球表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外，GPS 在飞行器跟踪、紧急事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力。
(2) 存储：GIS 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是 GIS 的基本问题。在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量已达到GB 级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。GIS的数据存储却有其独特之处。大多数的各GIS 系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求作出快速反应。
地理数据存储是GIS 中最低层和最基本的技术，它直接影响到其他高层功能的实现效率，从而影响整个GIS 的性能。能够快速、高效地处理多达上万幅的海量地图库，与地理数据的存储问题密切相关。
现今利用数据仓库和数据挖掘技术来存储和处理地理信息，必将大大提高信息存储和知识获取的效率，更有效地为之后的决策服务。
(3) 地理数据的操作和分析：GIS 中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段。对图形数据（点、线、面）和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴 CAD 和通用数据库中的成熟技术；有所不同的是GIS中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性和操作效率问题是GIS 数据操作的主要问题。
地理数据的分析功能，即空间分析，是 GIS 得以广泛应用的重要原因之一。通过 GIS 提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的。
GIS的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析通常包括：空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、
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线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网络分析，面运算，目标集统计分析。栅格数据空间分析功能通常包括：记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析。
(4) 输出：将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是 GIS问题求解过程的最后一道工序。输出形式通常有两种：在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对于一些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能对GIS 是必不可少的。这方面的技术主要包括:数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等。
2.1.4 GIS技术的发展
GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而发展到组件式GIS(Components GIS，简称ComGIS)和WebGIS的过程(如图2-2)[4]。传统GIS虽然在功能上己经比较成熟，但是由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系统。同时，GIS软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了GIS的普及和应用。ComGIS和WEBGIS的出现为传统GIS面临的多种问题提供了全新的解决思路，同时ComGIS和WEBGIS也是现在GIS领域的研究热点，也是未来GIS发展的方向。
图2-2 GIS发展
2.2 电子政务概述
2.2.1 电子政务概念
电子政务即政务信息化，是指国家机关在政务活动中，全面应用现代电子信息技术进行办公和管理，为社会公众提供信息和服务。电子政务的内涵有广义和狭义之分，广义的电子政务包括电子党务、电子人大、电子政府、电子政协等；而狭义的电子政务主要指国务院、国务院所属专业部门和地方政府的综合业务管理和科学决策活动。狭义的电子政务主要由 3 个部分组成：政府内部的信息化和网络化办公；政府部门之间通过计算机网络进行的信息传输和信息共享；政府部门通过信息网络与企业（事业）以及社会大众进行信息交流。加速狭义电子政务的建设在我国
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具有特殊意义，因为它可以促进和带动电子政务的全面发展。
西方学者将电子政务的功能归纳为[5][6]：
1、可以大幅度提高政府机关在行政、服务和管理方而的效率，有助于精简政府机构和简化办事程序等。
2、在计算机科学、信息科学、测绘科学和网络通信等高新技术的支持下，可以提高政府机关的民主管理和科学决策水平。
3、利用政府机关建立的综合资源数据库和网络通信渠道，可以为企业、事业和人民大众提供优质的多元化信息服务。
4、政府机关的信息化和网络化将带动国民经济和社会信信息化的发展。
政府作为社会的管理与服务部门，掌握着社会信息资源中的 80%的有价值信息。同时，政府部门所制定的标准和法规，跟为其他部门提供有力的保障，并对信息进行加工、存储，相社会提供更多的信息和服务，以促进经济和社会的可持续发展，应该说，政府信息化是整个社会信息化的基础。而政府信息化是从电子政务建设开始的。
根据其服务的对象不同，可将电子政务业务模型划分为以下几类:
1、政府对政府，包括首脑机关与中央政府和地方政府组成部门之间、中央政府与地方政府之间政府的各部门之间，以及政府与公务员之间的业务往来。
2、政府对企（事）业单位，包括政府为企（事）业单位提供政策、法规的支持，为企（事）业单位提供良好的业务运行环境等。
3、政府对社会公众，主要指政府向社会公众提供的各种信息服务等。
4、企(事)业单位对政府，主要指企（事）业单位在享受政府提供服务的同时，应当履行法律规定的各项义务。
5、社会公众对政府，主要指社会公众在享受政府提供服务的同时，应当履行法律规定的各项义务[7]。
电子政务的建设以计算机科学、信息科学、政务科学、空间信息科学和通信网络技术为基础。从政府信息发布、政府网上服务到政府部门间及政府部门内的信息共享和网络办公都需要持续地研究和开发与电子政务相关的理论与技术，从而保障电子政务的健康发展与高效应用。电子政务的主要支撑技术包括：Web 技术、数据库技术、多源海量数据的融合与管理技术、全文信息检索技术、GIS 技术、RS 技术、GPS 技术、数据仓库和数据挖掘技术、空间数据挖掘技术、空间决策技术、虚拟现实技术、网络技术、数据通信技术、标准化技术、信息安全技术和信息共享技术等[8]。
2.2.2 电子政务体系框架
电子政务体系框架是以统一的入口和出口建设政府的网上办事、实现电子政务，并用安全认证等技术作保证，在各部门资源共享的基础上实现：各部门网上联合办公、数据交互；支持政府的宏观决策和运行控制，提高科学决策和管理能力；网上各类资源的统计，供社会共享，推动社
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会和经济的发展。如图2-3所示是电子政务体系框架，包括以下几个部分：
图2-3 电子政务平台总体系结构图
1、网络平台层
电子政务的网络基础平台，是政务内网、政务专网、政务外网三大网络体系的统一，是实现各种电子政务应用系统(包括政府内部办公、政府部门之间协同工作、政府政务信息发布)的基础硬件平台。政务内网是政府内部的办公网络，以局域网为主；政府专网指政府部门之间的网络；政府外网则是利用Internet采用网站等形式对外发布政务可公开的信息。
2、数据资源层
政府部门的信息内容可以大致分成两类：来自公文系在政府信息资源开发利用方面，资源数据库的功能体现在建立政府信息资源管理体制，建立政府信息公开和面向社会服务制度，制定政府信息资源管理、信息采集、交换、公告、信息网络建设实施标准、信息库建设规范，建设一批能对主要的政府业务工作和重大决策提供支持的数据库群，保证政府信息在政府机构内部实现畅通共享。
3、应用框架层
应用框架层为具体的领域应用提供基础的底层公共平台框架，包括知识管理系统、办公自动化系统、协同工作系统、决策支持系统、数据交换系统五大基础支撑系统，这些系统独立于具体的领域应用。
4、应用系统层
电子政务的应用建设是整个系统建设的关键。电子政务工程的建设是根据电子政务系统的客户需求来开展的。电子政务系统的客户有四类，包括建立有效的行政办公体系、为经济活动提供信息化支持、帮助不同部门间的协同办公及为公众提供范围广泛的服务等。在应用系统层上可建立国土、规划、房产、工商、税务、公安等政务系统。
2.2.3 电子政务信息资源平台
电子政务信息资源平台是建立在计算机网络基础设施之上，以政府各部门的信息资源共享、交换、整合和互操作为核心的公共信息服务平台，是实现政府各部门信息资源交换、共享、整合互操作的框架协议、标准规范、公用基础数据与支撑功能的物理载体和软件实现。
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电子政务信息资源平台包括:①信息安全与身份认证平台；②数据交换平台:政府部门之间的数据交换、信息共享与互操作平台；③公共信息服务平台:在公共数据平台之上提供公用性和基础性数据服务的软件平台；④公共数据平台:以人口、法人、自然资源与地理信息、宏观经济四大库为核心的公用性、基础性数据库。
2.3 电子政务地理信息系统的研究
GIS 在电子政务中的应用，形成了电子政务 GIS 的专门研究和应用领域。根据国内外信息专家的统计分析，政府机关的综合业务管理和辅助决策活动 80%以上与地理空间定位和空间辅助决策相关，基础地理空间数据是国家信息资源的重要组成部分，是其他经济社会统计数据的信息载体和空间定位平台；以 GIS、遥感（RS）和卫星定位系统（GPS）为代表的测绘高新技术是国家信息化和电子政务建设的核心支撑技术。
2.3.1 GIS是电子政务的核心支撑技术
空间地理基础数据库和GIS技术已成为电子政务的重要组成部分，国内外电子政务GIS的研究和应用实践证明，空间地理基础数据是电子政务的重要信息资源，GIS是电子政务的核心支撑技术。
1、GIS是电子政务信息资源的空间定位平台。
政务办公业务综合资源数据库是电子政务建设的核心。政府办公业务综合资源数据库所涉及的信息是多方面的，既需要政府办公自动化(OA)和政府管理信息系统(MIS)中的大量政务数据、统计数据和专题数据，更需要政务GIS的空间地理基础数据；其中，地理基础数据是政务数据、统计数据和专题数据的信息载体和定位基础。
2、GIS可以为电子政务提供空间辅助决策平台。
在电子政务建设过程中，统计型政务管理信息系统，一般只能用于事物处理、综合业务管理和非空间分析决策，因而制约了社会经济数据的使用层次和使用效率。GIS与电子政
务的融合，就能实现对非空间数据的空间定位、空间分析和空间辅助决策；即不仅能确定客观实体是什么，还能确定客观实体的地理位置和空间分布规律；通过空间数据挖掘，可以获得新的信息和知识，从而有助于提高政府决策的科学性和时效性。
3、GIS可以为电子政务提供可视化工具。
一般统计型管理信息系统难以提供丰富多彩的图形、图像显示工具，而政府GIS则可在符号系统和动态多媒体系统的支持下，通过模拟地图、电子地图、多媒体系统、三维仿真和虚拟现实技术等实现对政府机关综合业务管理和空间辅助决策的可视化表达，从而提高工作效率。
2.3.2 电子政务 GIS 集成的框架结构
根据电子政务管理工作的特性，建立以工作流办公自动化技术为主线，以组件式 GIS 技术为核心的集成系统。工作流办公自动化作为贯穿工作始终的骨架，主要处理有关政府办公程序等
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方面的工作，采用 GIS 作为整个系统的图形处理部分，解决有关空间数据方面的操作问题。电子政务 GIS 为数据层、逻辑层和表现层等三级结构，如图 2-4 所示电子政务 GIS 的集成框架[9]。
图2-4 电子政务GIS的基础
1、数据层（基础构件组）
数据层处于平台最底层，是整个系统的基础，主要面向业务信息、空间数据管理，提供基本的交互过程，以灵活的方式与数据系统连接采用全关系型数据库，可存放办公、业务等属性数据和地理空间数据。数据管理层构成了一个存贮、访问和管理空间和非空间数据的关系数据库服务器。用户对数据的访问请求，通过表现层的客户端提供的用户界面输入，并经表现层的客户端、应用逻辑层中的各种应用服务器转换为对数据管理层的数据服务器的请求，数据管理层的服务器处理完请求后，将结果通过应用逻辑层，返回给表现层，由表现层显示。
2、逻辑层（通用构件组）
应用逻辑层主要是由各种应用服务器构成，它们包含了针对各种业务处理与分析的逻辑。应用逻辑层将表现层提出的请求转换为对数据层的请求，并将数据层返回的结果提交表现层。应用服务层包含由 IIS 构成 Web 服务器，采用 Web方式实现，在表现层中通过 IE 调用。对于 GIS 的业务需求的请求由地图中间件处理，客户端的处理部分在客户端完成，其他部分由中间件提交服务器完成后结果由中间件返回给客户端。同时，浏览器也是公众浏览发布信息及部门之间进行信息交互的界面。
3、表现层（行业性构件组）
表现层是将行业应用的特定算法抽象出来，固化到构件中，并统一为支持插件的浏览器。它 13