基于ＷｅｂＧＩＳ的數(shù)字城市規(guī)劃發(fā)布系統(tǒng)研究及應(yīng)用

摘要：本文從數(shù)字城市規(guī)劃及其基礎(chǔ)學(xué)科的概念和發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，提出了基于萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）的數(shù)字城市規(guī)劃發(fā)布系統(tǒng)的研究模型。通過(guò)分析ArcIMS平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確定ArcIMS為本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，然后詳細(xì)介紹了該模型的數(shù)據(jù)庫(kù)和原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法及過(guò)程。最后闡述了成果系統(tǒng)的功能和開(kāi)發(fā)研究過(guò)程中用到的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；城市規(guī)劃；地理信息系統(tǒng)；WebGIS；ArcIMS；數(shù)據(jù)庫(kù)

1 引言

數(shù)字城市規(guī)劃[1]是傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論和方法與以地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）為代表的信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，面向城市規(guī)劃與管理的全過(guò)程。目前，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，如何全方面掌握各種空間信息，對(duì)城市生態(tài)的可持續(xù)性、行政管理、土地使用、管理結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面的進(jìn)行最優(yōu)的規(guī)劃，是數(shù)字城市規(guī)劃的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。然而，信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是Internet、GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的發(fā)展，使得Web GIS技術(shù)成為解決這一問(wèn)題的新手段。與傳統(tǒng)的GIS相比，WebGIS具有明顯的優(yōu)勢(shì)，用戶通過(guò)瀏覽器就可以進(jìn)行信息交互和業(yè)務(wù)處理，大大降低了用戶端的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)負(fù)擔(dān)，擴(kuò)大了GIS的用戶范圍。本文正是以WebGIS技術(shù)為支持，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的數(shù)字城市規(guī)劃發(fā)布系統(tǒng)。

2 WebGIS平臺(tái)選擇

在平臺(tái)選擇中，選擇了ESRI最新推出的第二代互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)ArcIMS9.0和ArcGIS9.0系列產(chǎn)品，考慮到了ArcIMS的以下三個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)[2]：

ArcIMS可以在服務(wù)器和瀏覽器或其他客戶間建立\"數(shù)據(jù)流\"，為用戶和數(shù)據(jù)發(fā)布者提供了一個(gè)更廣闊的空間；ArcIMS可以很容易的制作地圖服務(wù)（MapServices）、開(kāi)發(fā)與地圖服務(wù)進(jìn)行通訊的Web頁(yè)面，并且進(jìn)行站點(diǎn)管理；ArcIMS對(duì)于密級(jí)文件的地形圖，在發(fā)布系統(tǒng)中刪除了坐標(biāo)顯示方式，并將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIF或JPG格式，使瀏覽者只能看到圖形，沒(méi)有比例尺和坐標(biāo)顯示的概念，這就使數(shù)據(jù)的安全性得到了保障，特別適用于公開(kāi)化的規(guī)劃圖展示。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原型系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的ArcIMS多層結(jié)構(gòu)[3]。包括展示層（Presentation Tier）、邏輯事務(wù)層（Business Logic Tier）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層（Data Storage Tier）。展示層是指ArcIMS Viewers；邏輯事務(wù)層由Web Server、ArcIMS應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器連接器和空間服務(wù)器組成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層指數(shù)據(jù)源；各個(gè)不同層之間通過(guò)ArcXML進(jìn)行通訊。

3.2系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

規(guī)劃管理業(yè)務(wù)涉及城市基礎(chǔ)測(cè)繪、城市規(guī)劃編制、建設(shè)用地、建設(shè)工程、市政工程、環(huán)境藝術(shù)工程的報(bào)建審批等方面的內(nèi)容，根據(jù)這些規(guī)劃管理業(yè)務(wù)的需求，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為數(shù)字城市規(guī)劃系統(tǒng)，地圖操作和辦公系統(tǒng)三個(gè)功能子系統(tǒng)。

地圖操作主要以工具條的形式放在主界面上，包括了地圖縮放平移、查看圖例、查詢、緩沖區(qū)分析以及打印等功能。

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)組織與設(shè)計(jì)

3.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容和數(shù)據(jù)分類(lèi)

城市規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)包含規(guī)劃成果庫(kù)和規(guī)劃控制庫(kù)。規(guī)劃成果庫(kù)中的內(nèi)容主要包括城市的總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃、控制性規(guī)劃、修建性詳細(xì)規(guī)劃以及各類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃等規(guī)劃數(shù)據(jù)。規(guī)劃控制庫(kù)的內(nèi)容主要包括規(guī)劃用地紅線和規(guī)劃道路紅線。從規(guī)劃圖上可以提取不同地塊的空間數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)（如地塊面積、周長(zhǎng)）、指標(biāo)參數(shù)（指一定空間進(jìn)行描述各種屬性信息，如地塊的各種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等）和其他屬性數(shù)據(jù)[4]。

3.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)

用UML的思想將城市規(guī)劃信息數(shù)據(jù)先分成不同規(guī)劃區(qū)域，再分為不同規(guī)劃層次--總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃，然后明確各區(qū)域數(shù)據(jù)的不同規(guī)劃專(zhuān)題信息，定義各規(guī)劃專(zhuān)題間的層次關(guān)系。這樣將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分成相對(duì)獨(dú)立的小部分，理清數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。同時(shí)還須考慮規(guī)劃信息的時(shí)態(tài)性。為使規(guī)劃數(shù)據(jù)能在時(shí)間上和空間上相互銜接，必須建立一個(gè)有效的時(shí)空索引庫(kù)，才能更好地管理規(guī)劃數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)功能介紹及關(guān)鍵技術(shù)討論

4.1 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)的主界面工具條里可以實(shí)現(xiàn)地圖的縮放平移、查詢、距離量算、道路拓寬和打印等功能。左邊主菜單有規(guī)劃成果、政策法規(guī)、行政許可、審批查詢、網(wǎng)上辦事、規(guī)劃寶典和公眾參與七項(xiàng)，還有動(dòng)態(tài)文本框顯示城市的規(guī)劃動(dòng)態(tài)。右邊有圖層信息的顯示和控制留言板，還有辦公登陸框；通過(guò)此登陸框，政府工作人員可以進(jìn)入辦公子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)WebGIS與MIS和OA的結(jié)合。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)討論

ArcXML框架

在ArcXML的分級(jí)元素系統(tǒng)中，五個(gè)元素為ArcIMS部件之間的通訊提供了基本的框架結(jié)構(gòu)，它們是ArcXML、CONFIG、REQUEST、RESPONSE和MARKUP。其中，ArcXML元素包含在ArcXML文檔的聲明部分，而四個(gè)根元素CONFIG，REQUEST，RESPONSE和MARKUP則定義了ArcXML聲明的類(lèi)型。每一個(gè)ArcXML文檔都必須包含也只能包含一個(gè)根元素[5]。

元數(shù)據(jù)

ArcIMS Metadata Services與ESRI ArcGIS桌面產(chǎn)品一起滿足用戶執(zhí)行元數(shù)據(jù)的所有操作和建立他們自己的geography network的要求，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布地理空間元數(shù)據(jù)的有效方法。使用ESRI提供的元數(shù)據(jù)獲取工具，數(shù)據(jù)擁有者可以到元數(shù)據(jù)交換中心發(fā)布他們的元數(shù)據(jù)。這些元數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)在一個(gè)統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)上，這樣的節(jié)點(diǎn)好比一個(gè)社區(qū)的入口；在查詢時(shí)不再將這個(gè)查詢發(fā)布到所有節(jié)點(diǎn)上，而僅僅在那個(gè)統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行查詢，并且可以立即支出所需數(shù)據(jù)的精確位置。

5 測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

面向?qū)ο筌浖こ棠Ｐ蛷膶?duì)系統(tǒng)需求的表示開(kāi)始，逐步演化為詳細(xì)的類(lèi)模型、類(lèi)連接和關(guān)系、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分配，以及對(duì)象設(shè)計(jì)[6]。在每個(gè)階段都有測(cè)試模型，以試圖在錯(cuò)誤傳播到下一次遞進(jìn)前發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

一般來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤的出現(xiàn)比例如下：

功能錯(cuò)占整個(gè)錯(cuò)誤的27%，是需求分析設(shè)計(jì)不完整引起的。

系統(tǒng)錯(cuò)占整個(gè)錯(cuò)誤的16%，是總體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤引起的。

數(shù)據(jù)錯(cuò)占整個(gè)錯(cuò)誤的17%，是由編碼錯(cuò)誤引起的。

編碼錯(cuò)占整個(gè)錯(cuò)誤的14%，是由程序員編碼錯(cuò)誤引起的。

其他錯(cuò)占整個(gè)錯(cuò)誤的26%，是由文檔錯(cuò)和硬件錯(cuò)引起的。

基于WebGIS的數(shù)字城市規(guī)劃發(fā)布系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)功能齊全、完善、高效易用，具有良好的兼容性，可采用常用大型數(shù)據(jù)庫(kù)，如Oracle或SQL Server，在安全管理、數(shù)據(jù)安全、權(quán)限管理及防止對(duì)程序及數(shù)據(jù)的非授權(quán)故意或意外訪問(wèn)的能力等方面均可進(jìn)行有效的管理。

結(jié)論

本文針對(duì)數(shù)字城市規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)際需求和發(fā)展趨勢(shì)，以WebGIS為技術(shù)支持，采用ArcIMS的多層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于WebGIS的數(shù)字城市規(guī)劃發(fā)布系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該模型的數(shù)據(jù)庫(kù)和原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法及過(guò)程，分析了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了WebGIS的基礎(chǔ)地圖操作，空間分析，綜合圖件的發(fā)布、共享，數(shù)字城市規(guī)劃的政務(wù)公開(kāi)透明，公眾參與規(guī)劃以及網(wǎng)上無(wú)紙辦公，有效地提高了城市規(guī)劃的水平和效率。

參考文獻(xiàn)

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[5]ESRI．GIS Solutions for Urban and Regional Planning[S]．ESRI，2006．

[6]陳明．軟件工程實(shí)用教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005．