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1人口地理信息系统设计与方法实现研究王峰（长春师范学院城市与环境科学学院,吉林长春130032）[摘要]本文探讨了人口地理信息系统建设过程中系统需求分析、系统建设目标、系统设计、系统实施、系统应用前景。人口地理信息系统建设的着眼点应该放在应用上，把它作为综合信息系统的一个有机组成部分，从而提高我国人口普查数据的利用价值。[关键词]人口地理信息系统；地理信息系统（GIS）；人口普查；一、引言人口信息系统需要地理空间信息的支持。实际人口是按地理空间分布的,所以确切的完整的人口信息应当具有地理分布属性。历史上人口普查和人口信息管理,因技术条件所限,未能带有地理空间信息,在当时与经济和社会发展对人口信息需求之间的矛盾不明显,但是随着人口数量急剧增加、社会结构日益复杂和生活节奏不断加快,不带地理分布的人口信息已明显不能满足现代社会发展的需要。因此人口统计信息必须加上空间分布信息才能成为与现代经济和社会发展水平相适应的完整的人口信息。GIS需要有人口信息内容。目前国内已建立的各种GIS,尽管已被用于各个专业领域,但缺乏准确的甚至有些根本没有人口信息内容。然而,人们将来需要进一步利用GIS进行经济社会系统工程的分析和决策,若缺乏作为经济社会活动主体的人口信息,就不可能构成完整的GIS,也就不能充分发挥GIS作用。人口GIS蕴藏巨大的应用潜力。公安部门是人口GIS的第一用户,也是人口信息日常维护和更新强有力的支持者。当人口GIS能分辨单元门牌号码,便可直接与户籍信息管理系统联通,通过日常人口变动信息登记便可更新人口GIS。公安工作也可充分利用人口GIS中的人口空间分布与空间环境信息提高其管理水平,从而使我国的人口管理向科学化、现代化和规范化迈进。此外,人口GIS可在国民生活水平研究与预测，城市社会效益分析,以及文教卫生，市政建设(如交通、水电气暖等)，商业服务等经济与社会发展方面开拓许多新的应用领域。二、系统需求分析人口地理信息系统要完成的任务包括：如何把人口普查数据准确可靠和地理数据相结合；如何快速进行数据查询和汇总；面对大量的人口普查数据如何进行科学的分析；如何形象直观地表现数据间的规律；如何直观并且有效地为政府和社会提供决策依据。2人口地理信息系统基本要求：友好的界面，完善的查询功能，齐整的报表功能，良好的安全性能，规范的接口，齐全的开发文档。人口地理信息系统的功能目标：1、定量、定性、定位相结合地管理人口数据，为人口及企业管理工作提供新的手段。在多维地理空间建立人口资料库，实现人口及企业资料的GIS管理。2、利用空间统计和分析手段，加工、分析人口及企业数据，建立形式多样的专题统计图表，形象地描述数据。3、能在网络上运行，并采用数据、文字、图表、地图等多种形式输出信息，便于各部门综合利用人口数据和人口资料，实现人口普查成果增值，为政府、企事业乃至个人提供信息咨询服务，为区域可持续发展提供决策依据。4、提供不同的版本，满足不同层次对人口地理信息的需要。5、建成开放式系统，便于各部门加载信息，开发应用系统。三、系统建设目标建设“人口地理信息系统”的直接目标是：实现空间位置信息和人口统计信息的有机结合，以便更好地管理和利用人口信息，更好地服务社会的可持续发展提供决策依据。具体目标有：[1]利用计算机、互联网、GIS等先进技术，为第六次人口普查提供先进的实施手段：①为调查区域划分提供一套完整详细的地图，保证调查区域的不重不漏，为调查成果的准确性提供进一步的保障。②将人口调查信息与空间分布连接起来，实现人口信息的空间定位，使人口信息更具意义。③利用GIS空间分析能力，综合利用人口普查数据，实现人口普查信息资源的增值，为各级政府提供决策依据和决策支持，为企业提供高层次信息咨询服务。④利用互联网技术，实现人口信息的全社会服务，最大化实现信息的价值，同时实现我国人口政策的宣传。[2]在录入人口普查数据的同时，利用该系统有效地处理、分析人口普查数据，解决数据处理的滞后问题；[3]开辟我国GIS应用的新领域，为其它统计数据的充分利用开辟一条成功的道路，为实现统计数据向信息的全面转化打下良好的基础。四、系统总体设计（一）系统总体结构框架依据上一章提出的人口地理信息系统建设目标，我们提出人口地理信息系统的三层结构模式，即以第五次人口普查数据、历史人口普查数据、空间数据、工业调查数据、公共服务设施数据等为基础数据层，以人口地理信息数据库和基于人口信息服务的数据仓库为数据管3理层，以地理信息系统平台为系统分析应用层。图1为系统总体结构框架示意图。上图所示的系统三层结构中，数据层指明了数据的来源，管理层指明了数据的组织管理模式，应用层则说明了系统的功能划分。数据管理层包括人口地理信息系统数据库及其管理系统、人口数据仓库及其管理系统；分析应用层包括基于地理信息系统平台的人口地理信息综合服务子系统、人口统计业务子系统、基于人口地理信息的决策支持子系统、人口信息网上发布子系统四个组成部分。（二）系统功能设计针对人口地理信息系统的特点，我们采用以地理信息系统为平台、按不同应用要求划分子系统的方式进行功能设计。与图1所示的系统总体框架一致，人口地理信息系统的功能包括两部分：数据管理功能和分析应用功能。1数据管理功能人口地理信息系统的数据管理功能包括人口地理信息数据库管理、人口数据仓库管理和元数据管理三个部分。（1）人口地理信息数据库管理功能人口地理信息数据库管理通过数据库管理系统进行，为数据库访问提供服务，同时维护所有数据必需的特性。具体包括事务处理、并发控制、恢复管理、安全管理、编程接口、容错处理、存贮管理等内容。目前，已有许多成熟的大型数据库系统（如Oracle、Sybase等）具有强大的数据库管理功能，我们要做的是如何选用适当的数据库管理工具实现人口及其相关数据有机结合和有效管理。（2）人口数据仓库管理功能人口地理信息系统应用平台网上发布子系统决策支持子系统统计业务子系统综合服务子系统五普数据空间数据历史人口数据工业等数据………图1人口地理信息系统总体框架图人口数据仓库人口GIS数据库4数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合，用以支持管理中的决策制定过程。人口数据仓库的建立是将分散的、不利于访问的第五次人口普查数据、人口历史数据、城市空间数据、工业和公共服务设施等数据转换成集中、统一、随时可用的信息，从而可以集成不同形式的数据，并为数据分析产品提供系统开放性。（3）元数据管理功能元数据定义为“关于数据的数据”，事实上，它是与数据仓库紧密结合的一个概念。元数据帮助用户更好地理解、获取据仓库中的数据，也可以帮助数据仓库管理员更好地管理数据。元数据大致分为四类：关于数据仓库潜在数据来源的信息；关于数据模型的信息；业务数据与数据仓库数据结构间的映射；数据仓库中数据的使用情况。2分析应用功能系统分析应用功能以地理信息系统软件为平台，按不同的应用要求划分为四个部分：人口地理信息综合服务功能、人口统计业务支持功能、基于人口地理信息的决策支持功能、人口信息网上发布功能。（1）人口地理信息综合服务功能人口地理信息综合服务功能这里指基于人口、地理等城市综合信息的GIS应用功能，例如人口分布和空间数据的显示和管理、人口和地形信息查询检索、基本的空间分析、查询和分析结果的输出等等。这部分技术比较成熟，关键要体现人口的特点开发方便、实用的功能。（2）支持人口统计业务从人口统计业务的角度看，人口地理信息系统担负着为第六次人口普查实施、人口普查数据的分析处理、人口信息服务提供先进的手段。本部分针对人口普查的实施、数据处理、信息服务等具体的统计业务开发相应的功能模块，提高业务处理效率和质量。（3）基于人口信息的决策支持功能人口信息对于城市的管理和发展有着十分重要的意义。将人口信息和其它信息结合起来进行综合分析，能够为不同的应用领域提供辅助决策支持。本系统以人口数据仓库为基础，综合应用联机分析处理、数据挖掘和空间分析技术开发基于人口信息的决策支持系统，实现人口数据的增值服务。（4）人口信息网上发布功能互联网的飞速发展正深深地影响着人们的生活方式，通过网络进行查询、下载、订购已逐渐成为人们获取信息的重要手段。人口信息的网上发布，不仅能够很好地宣传人口政策，还能为市民和个企事业单位提供有关的人口信息以及其它信息。根据目前的应用情况，我们建议采用地图网站的形式实现信息发布。以上各个功能子系统不是完全独立，它们相互协作、相互联系，构成人口地理信息系统统一的功能体系。（三）系统总体结构人口地理信息系统所有的功能都将使用共同的数据库，而且大部分的数据都可以用地理数据这一连接纽带进行数据的交互引用和查询分析。见图3.人口地理信息系统总体结构5（四）系统数据结构系统数据从数据的总体形式上可分为空间数据和属性数据两大类，空间数据包括所有的具有地理特征的数据，属性数据则为普通的能以关系数据库记录表达的数据。数据结构的存储方式划分大部分与空间数据有关，传统方式如模型一，采用文件服务管理空间数据，属性数据以RDBMS（关系数据库管理系统）存储，两者之间建立逻辑连接实现统一，这种方式把所有的数据分析工作放在GIS系统里，需要专家级的GIS平台，工作站的硬件及软件要求较高；模型二则采用RDBMS与空间数据库服务器中间件SDE（空间数据库引擎）配合，把空间数据存储到RDBMS中，数据分析工作由SDE配合RDBMS完成；模型三则采用R/ODBMS（关系/对象型数据库管理系统）直接实现数据管理的统一，数据分析工作由R/ODBMS一次完成，该方式对GIS系统的要求较低。人口地理信息系统的功能模块分为两大类，一类是与GIS平台有关的系统，必须采用通过实体标识码人口地理信息系统专家级GIS平台空间数据库属性数据库ORACLE等人口地理信息系统一般GIS平台、具有数据库连接能力的图形浏览器ORACLE8i等能进行空间数据管理的DBMS人口地理信息系统一般GIS平台SQLSERVER、ORACLE等SDEServer数据结构模型一数据结构模型二数据结构模型三人口地理信息系统人口地理信息系统数据库基础地理数据人口统计数据人口数据管理图形数据管理信息查询统计空间分析结果输出图3.人口地理信息系统总体结构图6GIS系统作为运行环境，并进行二次开发建立系统，由GIS建立数据连接；另一类则采用标准的系统开发方式，直接与RDBMS或R/ODBMS进行数据交互。（五）软硬件配置1.操作系统、数据库平台对于客户端，选用Windows98/NT/2000/XP操作系统；对于服务器，使用WindowsNT作为服务器端操作系统。数据库平台选用Oracle8i。2.GIS平台选择当前国际上主流GIS平台软件主要有Arc/Info、MGE、MapInfo、AutoCADMap等，国内近年来也推出了国产GIS平台软件，如GeoStar、MapGIS等。GIS系统的选择需要从数据的制作、数据分析及综合应用、WEB信息发布几个方面考虑。可供选择的方案有：ESRI系列、Autodesk系列、Intergraph系列等。3.后台数据库管理系统考虑到人口地理信息系统包括大量的图形信息和人口统计信息，建议采用大型数据库。在高性能数据库Oracle、Informix、Ingres和Sybase中，Oracle对各种GIS软件平台和空间数据以及Internet都有很好的支持，是首选的数据库。4.系统开发工具在以上操作系统、数据库管理系统、GIS系统的基础之上，需要开发一些功能模块。开发的工具可用VisualC++、VisualBasic等5.系统硬件采用Client/Server结构。客户端选用IntelPC系列；服务器采用专业服务器，保证基本配置为内存512M以上，大容量、高速硬盘，CPU主频PentiumII400M以上的单（多）处理器系统。五、系统实施策略本章围绕系统总体结构框架，阐述人口地理信息系统的实施策略。考虑到系统实施的逻辑顺序和关键技术，本章将从以下几个方面进行系统的阐述：系统数据的选择、数据的组织与管理、建立人口数据仓库、关键技术和主要