基于GIS Server的水利信息共享服務(wù)平臺(tái)分析與應(yīng)用

夏蘇瓊，邱 月

（江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013）

1 前 言

我國(guó)是一個(gè)水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家，從一定意義上來(lái)講，中華民族五千年的文明史也是一部治水、興水利史。黨和政府高度重視水利工作。

地理為人類(lèi)提供了一種管理世界的框架和語(yǔ)言。地理信息系統(tǒng)（GIS）是一個(gè)獲取、存儲(chǔ)、編輯、處理、分析和顯示地理空間信息系統(tǒng)，它提供了一種相對(duì)比較新穎、直觀、且迅速的表達(dá)方式。Internet和Web Service提供了處理問(wèn)題的基礎(chǔ)平臺(tái)，幫助我們將獨(dú)立的地理連接起來(lái)，形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體。

基于GIS Server可以實(shí)現(xiàn)水利信息的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)信息共享、信息查詢(xún)、決策支撐以及水資源業(yè)務(wù)的管理。我們參照國(guó)內(nèi)外水資源管理實(shí)例，基于水利日常管理的實(shí)際工作需要以及工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了水利信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)水利設(shè)施信息的常態(tài)化管理，提供空間與屬性信息的快速查詢(xún)和定位，為水資源管理和規(guī)劃的深入分析提供地理基礎(chǔ)。

2 基于GIS Server的應(yīng)用集成

作為“數(shù)字地球”的骨架支撐技術(shù)之一，GIS通過(guò)地圖及全球可視化、空間數(shù)據(jù)集、工作流模型、數(shù)據(jù)模型和元數(shù)據(jù)幫助我們服務(wù)世界，改進(jìn)效率、輔助決策、科學(xué)管理等。

2.1 動(dòng)態(tài)緩存技術(shù)

地圖緩存是按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則把地圖切成一系列圖片保存的方式，當(dāng)用戶訪問(wèn)地圖服務(wù)時(shí)，服務(wù)器直接返回當(dāng)前地圖坐標(biāo)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的緩存瓦片，以達(dá)到降低服務(wù)器負(fù)擔(dān)、提升地圖瀏覽速度的效果，如圖1所示。水利信息化平臺(tái)需要加載各種在線數(shù)據(jù)庫(kù)，包括矢量地圖、影像地圖、專(zhuān)題地圖等，數(shù)據(jù)量比較大。通過(guò)動(dòng)態(tài)緩存技術(shù)，服務(wù)器根據(jù)客戶端程序的請(qǐng)求調(diào)度不同級(jí)別和范圍的緩存瓦片，大大提高了地圖載入速度的同時(shí)也有效降低了服務(wù)器負(fù)載負(fù)擔(dān)［1］。

圖1 動(dòng)態(tài)緩存結(jié)構(gòu)示意

2.2 GIS Web服務(wù)與 ArcGIS API For Flex技術(shù)

基于共享的需求引入了Web服務(wù)。Web服務(wù)是一體化的基礎(chǔ)框架，它通過(guò)以服務(wù)為中心的門(mén)戶（portals）連接了用戶和服務(wù)。通過(guò)GIS網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)分布式的服務(wù)動(dòng)態(tài)疊加到一起進(jìn)行可視化顯示或分析，如圖2所示。

圖2 GIS Web服務(wù)框架

ESRI提供的ArcGIS Service可實(shí)現(xiàn)從地圖的普通顯示跨越到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)分析。ArcGIS Server包括兩個(gè)部件：GIS服務(wù)器和.NET與Java的Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架（ADF）。GIS服務(wù)器是ArcObjects對(duì)象的宿主，供Web應(yīng)用和企業(yè)應(yīng)用使用。它包含核心的ArcObjects庫(kù)，并為ArcObjects在集中、共享的服務(wù)器中的運(yùn)行提供靈活的環(huán)境。ADF允許用戶使用運(yùn)行在GIS服務(wù)器上的ArcObjects來(lái)構(gòu)建和部署.NET或Java的桌面和 Web應(yīng)用［2］。

ArcGIS API For Flex是 ArcGIS Server的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)組件，它可以將ArcGIS Server構(gòu)建GIS服務(wù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)富因特網(wǎng)應(yīng)用（RIA，Rich Internet Applications）。與此同時(shí)將ArcGIS的 Map和GP模型同F(xiàn)lex的組件相結(jié)合，構(gòu)建表現(xiàn)豐富、交互良好的 Web應(yīng)用。ArcGIS API For Flex提供了多種接口，通過(guò)這些接口可以訪問(wèn)和使用ArcGIS Server發(fā)布服務(wù)。通過(guò)URL，可以獲取和操作每一個(gè)服務(wù)中的所有資源和操作，包括地圖顯示、要素查詢(xún)、幾何服務(wù)、緩沖分析和網(wǎng)絡(luò)編輯等等。Arc－GIS Server發(fā)布的服務(wù)共有8種類(lèi)型的服務(wù)，具體如下：Map Service，Geocode Service，GP Service，Geometry Service，Image Service，Network Service，GeoData Service和 Globe Service。在本次水利信息共享服務(wù)中我們主要使用了 Map Service，GP Service和Geometry Service等對(duì)水利專(zhuān)題數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化管理，提供數(shù)據(jù)瀏覽、地圖量測(cè)、屬性查詢(xún)和決策分析等功能，如圖3所示。

圖3 ArcGIS Server服務(wù)內(nèi)容

2.3 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)（Buffer）分析是對(duì)選中的一組或一類(lèi)地圖要素（點(diǎn)、線或面）按設(shè)定的距離條件圍繞其要素而形成一定緩沖區(qū)多邊形實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間得以擴(kuò)展的信息分析方法［3］。在水利信息管理系統(tǒng)中，我們可以利用點(diǎn)緩沖、線緩沖和面緩沖進(jìn)行示范性分析應(yīng)用。例如，沿某條河流沿線1km之內(nèi)的排污口分布情況我們就可使用線緩沖進(jìn)行空間分布的查詢(xún)?yōu)檩o助決策提供支撐。

3 水利信息共享服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用案例

計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S技術(shù)對(duì)水利信息采集、處理和共享方式都產(chǎn)生了很大影響。

3.1 水利信息共享服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)組成

水利信息共享服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)主要有：數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、訪問(wèn)層、接口層和規(guī)范層6個(gè)部分組成，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組成

3.1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層將水利相關(guān)的信息進(jìn)行空間ETL處理后建立統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)模型，從而為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支撐。面對(duì)水利數(shù)據(jù)的種類(lèi)繁多，它兼顧面向信息的應(yīng)用，需要遵循相關(guān)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一規(guī)范的管理。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層為信息服務(wù)共享和數(shù)據(jù)傳輸提供基礎(chǔ)。為保證數(shù)據(jù)的內(nèi)部共享和數(shù)據(jù)保密，網(wǎng)絡(luò)層采用局域網(wǎng)方式［5］。

3.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層建立在數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)之上，通過(guò)地理空間分布模型和水利行業(yè)模型相結(jié)合的方式提供應(yīng)用功能，如水利信息查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、緩沖區(qū)分析等。

3.1.4 訪問(wèn)層

訪問(wèn)層以IE瀏覽器為載體向從事水利事業(yè)的工作人員提供了各自需要的數(shù)據(jù)信息以及功能服務(wù)。

3.1.5 接口層

接口層為水利信息完整性提供了必要條件，通過(guò)向水利工作者提供數(shù)據(jù)添加接口、數(shù)據(jù)編輯接口和應(yīng)用服務(wù)接口使得水利信息共享服務(wù)平臺(tái)更加完備、靈活。

3.1.6 規(guī)范層

規(guī)范層提供相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系，為系統(tǒng)提供規(guī)范性保障，保證整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效的運(yùn)行，同時(shí)也為水利日常工作提供規(guī)范示意性文檔。

3.2 水利數(shù)據(jù)采集和整合

水利信息普查存在不規(guī)范，導(dǎo)致水利數(shù)據(jù)格式不一，同時(shí)也存在一定程度的冗余。另外，部分信息缺失或者存在邏輯錯(cuò)誤給直接處理帶來(lái)了很大麻煩。所以，事先制定符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)范是系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的前提。

3.2.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式

我們將原始的EXCEL表格和WORD表格形式存在由水利信息通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換整合得到的ARCGIS數(shù)據(jù)庫(kù)中。在保留原有屬性字段的同時(shí)增加統(tǒng)一的坐標(biāo)值字段?；谒畔⒌奶攸c(diǎn)又分成了點(diǎn)（橋梁、深井、取水口等）、線（河流中心線、堤防）、面（河流）3種類(lèi)型的數(shù)據(jù)集。

3.2.2 統(tǒng)一坐標(biāo)系

與GIS結(jié)合的信息必須包含坐標(biāo)定位信息，否則不能實(shí)現(xiàn)空間屬性的匹配。我們采用WGS－84地理坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)對(duì)所有坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

3.2.3 統(tǒng)一校驗(yàn)

為保證數(shù)據(jù)的正確性，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)以及人工校驗(yàn)。系統(tǒng)校驗(yàn)包括字段屬性檢查、唯一性檢查、一致性檢查、拓?fù)湫詸z查和數(shù)據(jù)完整性檢查；人工校驗(yàn)包括數(shù)據(jù)空間一致性檢查、數(shù)據(jù)屬性檢查和常識(shí)性檢查等。

3.2.4 統(tǒng)一格式化處理

對(duì)多媒體數(shù)據(jù)，如圖片、視頻等需要進(jìn)行格式化處理，以符合網(wǎng)絡(luò)限制要求。

3.3 系統(tǒng)功能模塊分析

水利信息共享服務(wù)平臺(tái)旨在建立統(tǒng)一、規(guī)范化管理水利信息為水利工作者提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)、決策分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。因此，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成5個(gè)主要模塊，分別為：信息查詢(xún)模塊、決策支撐模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和辦公輔助模塊，如圖5所示。

3.3.1 信息查詢(xún)模塊

信息查詢(xún)是水利信息共享服務(wù)的關(guān)鍵所在?？梢岳每臻g定位、空間包含關(guān)系進(jìn)行水利工程信息的查詢(xún)定位，也可以通過(guò)特定的條件搜索得到信息條目。與GIS地理空間信息相結(jié)合使得水利工程信息能夠更直觀地顯示出來(lái)，通過(guò)配合使用該信息的屬性信息和多媒體信息能做到圖文并茂、快速直觀。

圖5 系統(tǒng)模塊

3.3.2 決策支撐模塊

決策支撐為水利信息共享服務(wù)提供了更豐富的應(yīng)用。緩沖區(qū)分析可以快速、準(zhǔn)確的獲得某一區(qū)域范圍的水利信息分布情況，從而提供第一手的輔助決策資料。也可以通過(guò)不同種類(lèi)、不同時(shí)相的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比獲取水利信息變化情況，為水利工程優(yōu)化管理和科學(xué)調(diào)度提供決策。

3.3.3 統(tǒng)計(jì)分析模塊

統(tǒng)計(jì)分析是在信息查詢(xún)展示的基礎(chǔ)上快速對(duì)信息進(jìn)行歸納以方便導(dǎo)出報(bào)表，提供辦事效率和辦公準(zhǔn)確性的方式。它可以利用地圖基本屬性進(jìn)行量測(cè)，為分析提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)工程規(guī)模及水利設(shè)施的量算等。

3.3.4 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理根據(jù)不同權(quán)限授予不同作業(yè)人員對(duì)水利工程信息進(jìn)行編輯和更新。采用TCP協(xié)議使得客戶端和服務(wù)端的交互更加可靠、方便、準(zhǔn)確。

3.3.5 辦公輔助模塊

辦公輔助提供與水利相關(guān)的法律法規(guī)在線查閱，同時(shí)也提供數(shù)據(jù)編輯和系統(tǒng)操作的指導(dǎo)性文檔，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障。

3.4 水利信息共享服務(wù)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行分析

在上述設(shè)計(jì)和指導(dǎo)下，我們建立了“啟東市水利信息管理系統(tǒng)”、“通州區(qū)水利信息管理系統(tǒng)”，如圖6所示。采用.Net3.5框架、Flex技術(shù)并結(jié)合ArcGIS Server10.0進(jìn)行系統(tǒng)搭建，并對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行情況和功能的使用情況進(jìn)行了測(cè)試。

系統(tǒng)在信息查詢(xún)方面能夠比較快速、準(zhǔn)確地得到需要結(jié)果，對(duì)地理位置的定位也比較直觀，為業(yè)務(wù)人員帶來(lái)極大便利。地圖量測(cè)功能為業(yè)務(wù)人員提供了決策支持，緩沖區(qū)分析也能夠較科學(xué)的符合某些決策需要。信息的“所見(jiàn)即所得”功能也簡(jiǎn)化了統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成工序，為日常辦公提供了便利。另外，ArcGIS Server的穩(wěn)定性也比較理想，在內(nèi)部局域網(wǎng)情況下，能夠持續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓力測(cè)試中也能較好地完成各自任務(wù)。用戶身份驗(yàn)證也保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保密性和安全性。

圖6 通州區(qū)水利信息管理系統(tǒng)

當(dāng)然，在數(shù)據(jù)規(guī)范方面還存在一定不可預(yù)知的因素，使得水利信息存在一定冗余。在使用過(guò)程中業(yè)務(wù)人員越來(lái)越關(guān)注水利信息的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，給水利信息管理提供了新的發(fā)展方向，這也督促我們繼續(xù)探索更加豐富的分析應(yīng)用，發(fā)揮“信息化”優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）水利工程信息化管理是當(dāng)前水利事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的環(huán)境下，信息化管理必然越來(lái)越科學(xué)、越來(lái)越規(guī)范，功能示范越來(lái)越豐富。設(shè)計(jì)符合自身業(yè)務(wù)需要的水利信息管理系統(tǒng)才能更好地服務(wù)于水利事業(yè)，更好地造福社會(huì)。

（2）水利信息結(jié)合地理空間信息較為直觀地表現(xiàn)了水利信息空間信息和屬性信息的統(tǒng)一，這就需要充分保證數(shù)據(jù)的規(guī)范和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也需要各行業(yè)進(jìn)行緊密配合。

（3）歷史數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析使得決策輔助有了更廣闊的應(yīng)用，但另一方面增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，這需要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署方式，提高訪問(wèn)效率，提升服務(wù)性能。

（4）要在水利行業(yè)更好地應(yīng)用和發(fā)展GIS技術(shù)。要在進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上大力開(kāi)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，尤其是富有水利行業(yè)特色的數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。要充分發(fā)揮GIS現(xiàn)有的潛在功能，與3S技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及水利行業(yè)本身的技術(shù)緊密結(jié)合在一起。

［1］ 馬維峰，王曉蕊，高松峰.基于服務(wù)器動(dòng)態(tài)緩存和Ajax技術(shù)的 WebGIS開(kāi)發(fā)［J］.測(cè)繪科學(xué)，2008，33（5）：204－205.

［2］ 譚軍輝.基于.Net ADF的 ArcGIS Server Web應(yīng)用開(kāi)發(fā) ［EB／OL］.（2009－9－1）［2010－07－07］.http：／／wenku.baidu.com／link？url＝xij9DNSpTLNY－Zzk－Qsk6l＿UT08gBtSg6ftOIBS7HUzBqFHgWw5g2q＿SvTQQOoqqlEgpZPElsAr＿UjeEe2hWNbyYaxHOPf7 kRIH6kZ7RL6q.

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