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    基于ArcGIS Server 空間信息服務的Web地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

    2015-09-18 13:01:09盧楚雍樊紅
    軟件導刊 2015年8期
    關鍵詞:空間信息管網(wǎng)客戶端

    盧楚雍 樊紅

    摘要:針對地下管網(wǎng)信息化管理需求,提出了基于Arcgis Server空間信息服務的地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)設計方案。闡述了系統(tǒng)的技術設計、功能模塊設計,構建了基于B/S模式的三層體系結構。

    關鍵詞:空間信息服務;ArcGIS Server;地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)

    DOIDOI:10.11907/rjdk.151389

    中圖分類號:TP319

    文獻標識碼:A 文章編號文章編號:16727800(2015)008010602

    0 引言

    紙質地圖結合AutoCAD的傳統(tǒng)管理方式,已經(jīng)不能滿足地下管網(wǎng)更新變化需求。傳統(tǒng)方式?jīng)]有專門針對地下管網(wǎng)管理的業(yè)務功能,如橫斷面分析、縱斷面分析、爆管分析,而這些功能對實現(xiàn)地下管網(wǎng)信息化管理、高效管理、輔助決策具有重要作用。為了解決上述問題,亟需建立一套專門針對地下管網(wǎng)的管理系統(tǒng)?;诳臻g數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng),可以對整個埋藏于地下的不可見管網(wǎng)圖形和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理,以實現(xiàn)地下管網(wǎng)的可視化管理和業(yè)務分析功能,是滿足前述需求的有效解決方案。地理信息系統(tǒng)可以采用單機版管理系統(tǒng)實現(xiàn),這要求在每個客戶端都安裝軟件,如ArcGIS Desktop等,但這種軟件往往操作復雜,要經(jīng)過長時間的培訓才能熟練運用。此外,整個地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)本身是分布式的,單機的管理系統(tǒng)不能滿足分布式的管理工作要求。隨著具有分布式特點的網(wǎng)絡技術發(fā)展,基于網(wǎng)絡的地下管網(wǎng)系統(tǒng)研究提上日程。

    1 技術基礎和開發(fā)平臺選型

    1.1 ArcGIS Server 空間信息服務

    ArcGIS Server 空間信息服務遵循Web服務體系架構和標準,利用網(wǎng)絡技術提供GIS數(shù)據(jù)分析、可視化等功能應用[1]。

    利用ArcGIS Server發(fā)布的各種空間信息服務,在客戶端,盡管沒有安裝單獨的地理信息系統(tǒng)軟件,但只需要按照需求發(fā)送請求調用相關服務,就可以完成傳統(tǒng)桌面GIS軟件完成的任務,這個過程就像使用本地資源一樣??蛻舳丝梢允瞧胀ㄟ\行在操作系統(tǒng)上的瀏覽器、自定義的應用程序,也可以是ESRI公司提供的桌面應用程序,比如ArcMap[2]。通過ArcGIS Server提供的空間信息服務,客戶端之間共享資源,無需單獨安裝特定軟件。所有共享資源存儲在服務器,服務器還負責管理服務,進行地理信息系統(tǒng)相關工作,將結果通過通信協(xié)議允許的格式返回給客戶端。

    1.2 開發(fā)平臺選型

    地下管網(wǎng)系統(tǒng)采用Windows 2000服務器版(中文)作為操作系統(tǒng)平臺,Tomcat 6.0作為Web服務器。Web服務器端采用JSP(Java Server Pages)實現(xiàn)網(wǎng)絡應用,服務器將接收到的用戶請求交由JSP腳本解釋,然后向GIS服務器發(fā)出指令,GIS服務器接到指令執(zhí)行業(yè)務邏輯并返回計算結果。

    采用ArcGIS Server作為地下管網(wǎng)系統(tǒng)的GIS應用服務器,包含GIS服務器和Web應用開發(fā)框架(ADF)兩個主要部件。核心的ArcObjects包含在GIS服務器中,地下管網(wǎng)系統(tǒng)的核心業(yè)務功能都要通過調用ArcObjects中的API來完成,ADF包含一個軟件開發(fā)包[3]。

    客戶端通過編寫JavaScript腳本,調用ArcGIS Server JavaScript API(以下簡稱JavaScript API)。這組JavaScript API是ESRI公司提供的,可以將地下管網(wǎng)系統(tǒng)構建成為輕量級、高性能、純?yōu)g覽器的GIS應用[4]。用戶將地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)制作成地圖資源,通過ArcGIS Server發(fā)布為地圖服務,作為定位框架和空間分析工具;將客戶端的操作和參數(shù)進行編碼,通過JavaScript API調用發(fā)布的地圖服務和ArcGIS Server提供的其它服務,完成用戶請求。

    這種方式充分利用了基于網(wǎng)絡的分布式計算技術,各相關部門、人員能并發(fā)式訪問,保證了地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)的一致性和完整性。在各客戶端不需要單獨安裝軟件,只需要普通瀏覽器,就可以在辦公室或其它可聯(lián)網(wǎng)地點對管網(wǎng)進行管理,因此維護、操作簡單,可降低培訓、維護成本。

    2 系統(tǒng)設計

    2.1 體系結構設計

    在網(wǎng)絡GIS的實現(xiàn)中,傳統(tǒng)的客戶/服務器體系結構可以細化為兩種模式:局域網(wǎng)下的客戶端/服務器模式(簡稱C/S模式)、三層或多層體系結構的瀏覽器/服務器模式(簡稱B/S模式)[5]。

    本系統(tǒng)構建了基于B/S模式的傳統(tǒng)三層體系結構,如圖1所示,包括顯示層、Web應用層、數(shù)據(jù)庫層。

    圖1 基于B/S模式的體系結構

    (1)顯示層硬件包括電腦或者手持設備,是系統(tǒng)用戶與系統(tǒng)的接口,用戶通過顯示層與系統(tǒng)進行交互,發(fā)出請求并得到響應結果。系統(tǒng)客戶端軟件是可以運行在客戶操作系統(tǒng)上的任何瀏覽器或者應用程序,通過網(wǎng)頁或者應用程序界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化,通過鍵盤和鼠標輸入與系統(tǒng)交互,向部署在網(wǎng)絡上的服務器發(fā)出請求,實現(xiàn)地下管線空間特征、屬性特征的瀏覽、查詢、統(tǒng)計、分析等功能。

    (2)Web應用層由Web服務器構成,包括普通的Web服務器和提供GIS地圖服務的GIS服務器,Web應用程序部署在Web服務器和GIS服務器中,其中系統(tǒng)管理功能模塊部署在普通的Web應用程序服務器中,地圖服務部署在GIS服務器中。服務器接受來自客戶端的訪問,根據(jù)客戶發(fā)出的請求調用Web服務器上的Web應用程序或者ArcGIS Server發(fā)布的服務, Web應用程序或者服務根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù),并將處理結果返回給客戶端。

    (3)數(shù)據(jù)庫層由地圖數(shù)據(jù)庫服務器和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫構成。根據(jù)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特點,地下管網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)由地圖數(shù)據(jù)庫管理,整個系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)如用戶賬戶數(shù)據(jù)、權限數(shù)據(jù)由管理數(shù)據(jù)庫管理。

    所有的地圖數(shù)據(jù)和應用程序都放在服務器端,客戶端只需根據(jù)需要發(fā)出請求,服務器端基于發(fā)布的各種服務響應客戶端請求。因此,系統(tǒng)維護只需要在服務器端進行,大大降低了客戶端的工作量及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸量,提高了系統(tǒng)響應速度。

    2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

    系統(tǒng)分為2大模塊,如圖2所示,分別是系統(tǒng)管理模塊和地圖服務模塊,地圖服務模塊分為地圖管理模塊、信息查詢模塊、數(shù)學計算模塊、輔助設計模塊。

    圖2 系統(tǒng)功能模塊

    系統(tǒng)管理模塊:包括用戶管理、數(shù)據(jù)管理,系統(tǒng)采用安全的用戶認證體系,為不同權限的用戶提供不同的數(shù)據(jù)訪問權限,如數(shù)據(jù)管理權限和查詢權限,保證數(shù)據(jù)安全以及系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)管理員具有最高權限,普通用戶的權限由管理員根據(jù)不同部門和級別進行分配。普通用戶根據(jù)所屬部門和級別確定操作權限,用戶可以修改密碼。

    地圖管理模塊:地圖被組織為多層,模塊實現(xiàn)了地圖的放大、縮小、漫游、查看全圖、按比例顯示、圖層顯隱控制、圖層添加、圖層刪除、圖層組的添加、圖層組的刪除,還實現(xiàn)了地圖的加載、保存、另存為等功能。

    信息查詢模塊:查詢功能是信息系統(tǒng)必備而重要的功能,管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)具有雙向查詢功能,即空間查詢和屬性查詢??臻g查詢是根據(jù)空間圖形查詢屬性信息,屬性查詢是根據(jù)屬性查詢空間圖形。

    數(shù)學計算模塊:包括統(tǒng)計模塊和量測模塊。在地理信息系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)被組織為點、線、面圖層,統(tǒng)計模塊分別針對點、線、面,統(tǒng)計結果顯示在表格中。量測模塊是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其它信息系統(tǒng)之處,包括距離量測、面積量測、角度量測,角度量測又可分為方位角量測和三點間夾角量測。

    輔助設計模塊:包括斷面分析和爆管分析。斷面分析分為橫斷面分析和縱斷面分析。橫斷面分析要求系統(tǒng)可根據(jù)管線數(shù)據(jù)在任意位置生成管線的橫斷面圖,以便于查看管線間的空間位置關系,并可查詢各個管線及剖點處的屬性信息,結果等比例導出成AutoCAD數(shù)據(jù)??v斷面分析要求根據(jù)管線數(shù)據(jù)生成一段到多段管線的縱斷面圖,查看管線的走向,并可查詢每個管段的屬性信息。爆管分析要求根據(jù)鼠標點擊爆管管線位置,根據(jù)管線的拓撲關系系統(tǒng)自動計算應關閉的閥門,并可定位到相應的圖形位置。

    3 結語

    隨著WebService技術的飛速發(fā)展和地理信息系統(tǒng)技術應用的不斷深入,空間信息服務正不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的GIS技術正在變革,大眾化、社會化成為GIS發(fā)展的新趨勢。本文介紹了的地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的關鍵技術,該技術的應用將改變落后的管理方式,非專業(yè)人員也能使用專業(yè)的管理系統(tǒng),避免了單機模式易導致的數(shù)據(jù)不一致問題。

    參考文獻:

    [1] 肖曉柏.基于MapXtreme的大慶供水管網(wǎng)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].地圖學與國土研究,2002(18):3841.

    [2] 毛峰.基于REST風格地理空間信息服務的WebGIS設計與實現(xiàn)[D].杭州:浙江大學,2010.

    [3] 劉光,唐大仕.ArcGIS Server JavaScript API開發(fā)GeoWeb 2.0應用[M].北京:清華大學出版社,2010.

    [4] 樂鵬.網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)和服務[M].武漢:武漢大學出版社,2011.

    [5] 康玲,傅俊峰.基于ArcGIS Server的WebGIS應用系統(tǒng)開發(fā)[J].水電能源科學,2007 (25):2629.

    (責任編輯:杜能鋼)

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