基于WebGIS的校園地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)分院 邢紅剛 阮勝利

基于WebGIS的校園地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)分院 邢紅剛 阮勝利

21世紀(jì)以來，數(shù)字化趨勢越來越明顯，隨著數(shù)字地球概念的提出，各國的數(shù)字化建設(shè)也突飛猛進(jìn)，與此同時，校園的數(shù)字化建設(shè)也在不斷的發(fā)展，數(shù)字圖書館，辦公自動化系統(tǒng)等的發(fā)展大大提高了高校辦事的效率，節(jié)約了大量的人力和物力。但是我們應(yīng)該清醒的看到，現(xiàn)今的數(shù)字化校園建設(shè)大多數(shù)是各種管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，僅僅是對屬性數(shù)據(jù)的管理，而缺乏對校園空間數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)，而基于互聯(lián)網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)的建設(shè)則可以將屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)有機(jī)的結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)真正的校園數(shù)字化。因此為加快校園信息化步伐，提高工作效率，強(qiáng)化各種信息的管理，建立基于WebGIS校園地理信息系統(tǒng)勢在必行。

一、校園WebGIS系統(tǒng)設(shè)計的建設(shè)目標(biāo)

基于WebGIS技術(shù)的地理信息系統(tǒng)是以大比例尺數(shù)字地圖為核心，通過對空間數(shù)據(jù)的分層管理實現(xiàn)對地理信息的瀏覽、查詢、定位、圖層控制、空間分析等功能，還可以以專題圖的形式為管理者提供決策依據(jù)。整個系統(tǒng)以地圖為主索引，同時系統(tǒng)將為教學(xué)樓、學(xué)生宿舍、教工宿舍等學(xué)校設(shè)施管理提供各種管理手段。系統(tǒng)建成后，預(yù)期能夠和其它信息化項目或各管理軟件實現(xiàn)無縫集成，成為整個信息系統(tǒng)不可分割的重要組成部分。利用地理信息技術(shù)的強(qiáng)大空間分析能力，對所有設(shè)施和人文信息進(jìn)行綜合應(yīng)用，全面、系統(tǒng)的進(jìn)行統(tǒng)計分析、預(yù)測決策、規(guī)劃，給領(lǐng)導(dǎo)部門的決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

二、系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具的選擇

前面我們了解到目前國內(nèi)外桌面制圖GIS軟件層出不窮，就國外而言，占市場份額較大的有Intergraph公司的GeoMedia、AutoDesk公司的AutoCADMap2000、MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ARC/INFO等。國內(nèi)GIS領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但發(fā)展非常迅猛，目前國產(chǎn)GIS軟件在國內(nèi)的市場占有率從以前的8%猛增為28%之多，國內(nèi)的GIS軟件主要有北京超圖地理信息技術(shù)有限公司的SuperMap、武漢吉奧信息工程技術(shù)有限公司的GeoStar、武漢中地的MapGIS等。隨著WebGIS技術(shù)的出現(xiàn)及流行，各廠家毫不示弱，紛紛推出了相應(yīng)的WebGIS解決方案，例如Intergraph公司的GeoMediaWebMap，AutoDesk公司的AutodeskMapGuide，MapInfo公司的MapXtreme、國家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心的GeoBeans、武漢吉奧的GeoSurf、北京超圖的SuperMapIS等。

由于各種GIS軟件相差迥異，不同產(chǎn)品的開發(fā)難度、適用領(lǐng)域各不相同，因此選擇合適的平臺是非常重要的?？紤]到美國MapInfo公司是世界標(biāo)準(zhǔn)桌面地圖信息系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)者，它利用數(shù)據(jù)的空間屬性，實現(xiàn)了地圖與數(shù)據(jù)的完美結(jié)合，以數(shù)據(jù)可視化、思維可視化，提供嶄新的決策支持方式，并且該公司產(chǎn)品線長、技術(shù)成熟先進(jìn)、應(yīng)用范圍廣，提供的開發(fā)工具全、技術(shù)資料齊備。結(jié)合課題的實際情況綜合考慮決定采用該公司的產(chǎn)品：MapInfo作為制圖工具，MapXtreme作為地圖服務(wù)器。

三、系統(tǒng)開發(fā)體系結(jié)構(gòu)的建立

在開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)時，二次開發(fā)平臺可以選擇Mapinfo公司的MapXtremeforJAVA作為地圖應(yīng)用服務(wù)器，開發(fā)語言可以采用JSP加JAVA編制相結(jié)合的方式因為DreamWeaver開發(fā)JSP較方便，故綜合使用Jbuilder和DreamWeaver以簡化開發(fā)工作；通過使用MSSQLServer和Mapinfo建立屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，并通過JDBC與SQLServer數(shù)據(jù)庫相聯(lián)；Web服務(wù)器可以采用ApacheTomcat；地圖應(yīng)用服務(wù)器通過MapXtremeforJAVA為客戶端提供網(wǎng)絡(luò)接口。目前開發(fā)WebGIS廣泛采用的是基于B/S的3層體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器（包括Web服務(wù)器和地圖服務(wù)器）和瀏覽器組成。所有服務(wù)器放在網(wǎng)絡(luò)中心，客戶端瀏覽器為分布在校園網(wǎng)各處的計算機(jī)，首先客戶端通過瀏覽器向Web服務(wù)器提交HTTP請求，遞交Form表單，Web服務(wù)器收到該請求后，把地圖操作請求提交給地圖應(yīng)用服務(wù)器，地圖應(yīng)用服務(wù)器（WebGIS服務(wù)器）在內(nèi)部調(diào)用MapX服務(wù)器響應(yīng)用戶的操作請求并通過訪問數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的空間分析和處理后產(chǎn)生新的操作結(jié)果，此后把結(jié)果返回給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再把該結(jié)果嵌入到HTML頁面中并返回到客戶端的瀏覽器上，這樣客戶端就看到了自己操作后的地圖。根據(jù)前文所講該開發(fā)方式屬于瘦客戶端方式。整個系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

四、校園地理信息系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

（一）校園地圖矢量化

為了將現(xiàn)有的校園地圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇M(jìn)行查詢、分析、統(tǒng)計的電子信息，必須進(jìn)行校園地圖的矢量化。柵格地圖矢量化是地理信息系統(tǒng)設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。這是因為：紙質(zhì)地圖經(jīng)掃描儀掃描后，初步保存為柵格圖像（常見的格式有TIFF，BMP，PCX，JPEG等）。

在矢量圖形中每個目標(biāo)均為單個矢量單位（點、線、面）或多個矢量單位的結(jié)合體?；谶@樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們便可以很方便地在地圖上編輯各個地物、將地物歸類，以及求解各地物之間的空間關(guān)系，并有利于地圖的瀏覽、輸出。矢量化則是利用數(shù)字圖像處理算法，將源圖上的各種柵格陣列識別為矢量對象，最后以一定格式保存的過程。矢量圖形在工業(yè)、制圖業(yè)、土地利用部門等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。在這些領(lǐng)域的許多成功軟件都基于矢量圖形，或離不開矢量圖形的參與，如AutoCAD，ARC/INFO，CorelDraw，MapInfo等等。

獲取矢量化地圖通常有以下幾種途徑：

1.從地圖銷售商處購買GIS軟件所支持的矢量化電子地圖（如ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件，AutoCad的DXF/DWG格式等）；

2.利用掃描儀將紙質(zhì)地圖掃描為TIF等柵格圖像格式后存入計算機(jī)，再利用矢量化軟件進(jìn)行手工矢量化，把需要的內(nèi)容在計算機(jī)上重新畫出，這樣工作量大而且煩瑣。

3.將圖紙掃描成柵格圖像存入計算機(jī)，再用專業(yè)數(shù)字化軟件自動將柵格格式的文件轉(zhuǎn)化成矢量格式的文件，并進(jìn)行必要的手工修圖處理，這樣就得到了理想的可再編輯的電子工程圖紙。

4.使用特殊的數(shù)字化掃描儀將圖紙內(nèi)容自動數(shù)字化，這樣掃描和矢量化同時進(jìn)行，掃描的結(jié)果就能以矢量化的格式存盤。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分類設(shè)計

5.在GIS軟件中直接繪制與錄入空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)。

由于校園地圖數(shù)據(jù)量不是很大，加之目前我們沒有數(shù)字化儀等可將地圖矢量化的設(shè)備和軟件。因此我們采用第二種方式，即使用MapInfo軟件自身的數(shù)字化功能，將現(xiàn)有的校園柵格圖手工矢量化。

柵格地圖矢量化，對于我們得到的校園柵格圖形，需要對其進(jìn)行矢量化以得到我們需要的矢量圖形。一般柵格圖像常見的格式有TIFF，BMP，JPEG等。然而柵格圖像在地理應(yīng)用領(lǐng)域存在著許多的缺陷，而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個目標(biāo)均為單個矢量單位（點、線、而）或多個矢量單位的結(jié)合體。基于這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便可以很方便地在地圖上編輯各個地理要素，將地理要素歸類，以及求解各地理要素之間的空間關(guān)系，并有利于地圖的瀏覽、輸出。如下為在MapInfo中矢量化地圖的大體步驟：

（1）首先我們將學(xué)校的柵格地圖用JPG格式存盤，然后得到一個中間產(chǎn)品的柵格地圖。

（2）在MapInfo中打開柵格地圖將自動生成一個與該柵格文件同名的TAB文件，并在地圖窗口中顯示，此時的圖層被稱為柵格圖層如圖5.1.2.在生成TAB文件的同時也生成了其他幾個文件，即每一個圖層生成了四個文件，*.tab，*.dat，*.id，*.map。

（3）在MapInfo中利用保存修飾層的方法建立一個新圖層，并將該圖層設(shè)為可見、可以編輯。利用修飾層來生成新圖層可以保證各層尺寸等參數(shù)的統(tǒng)一。接下來在新建的圖層上參考柵格圖層調(diào)用MapInfo提供的繪制點、線、折線、圓弧、多邊形、矩形、文本、符號等工具進(jìn)行路徑描繪。

（4）每個新圖層都是多邊形、折線等對象的集合，可以調(diào)用MapInfo提供的工具對各對象進(jìn)行分割、合并、擦除、拖拉等操作，可以對每個對象設(shè)置屬性信息。

（5）將繪制好的圖層匯總到一起。啟動MapX的地圖管理工具Geoset Manager，在該軟件中打開所有圖層，保存為一個mapxtreme所需的GST文件（要存放在MapX的Maps目錄下）。再將畫好的地圖注冊。至此，矢量化地圖的生成工作就結(jié)束了。

（二）地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

在將地圖矢量化以后，我們需要將得到的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)庫的方式存儲起來，以便系統(tǒng)使用。但是地理信息系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)量大，種類煩雜，數(shù)據(jù)組織是否合理將直接影響到系統(tǒng)性能，所以數(shù)據(jù)組織是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。我們知道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩種：與地理位置相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和與空間位置相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，二者通過關(guān)鍵字索引進(jìn)行連接，如圖2。空間數(shù)據(jù)展示實物的地理位置信息，屬性數(shù)據(jù)記錄實物的具體屬性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，通過數(shù)據(jù)分層、圖層管理、屬性編碼和空間索引設(shè)計等，建立空間數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計，最后建立空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的連接關(guān)系。

本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫主要指地圖中的空間信息數(shù)據(jù)庫。其中包括矢量地理底圖庫、各種專題地圖庫等，涉及點、線、面等多種類型的文件，以及一些坐標(biāo)點信息。

考慮到現(xiàn)在流行的GIS系統(tǒng)平臺通常僅支持Point，Line和Polygon幾種空間數(shù)據(jù)格式，不同格式的數(shù)據(jù)存儲在不同的層上，本系統(tǒng)根據(jù)實物的空間特點以及功能將地圖具體分為教學(xué)樓、辦公用房、教工宿舍、學(xué)生宿舍、道路、綠地、后勤服務(wù)設(shè)施等幾層。為方便系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的管理，各類空間數(shù)據(jù)以Mapinfo的.tab格式（矢量形式）進(jìn)行存儲。

五、小結(jié)

本文在通過對國內(nèi)外GIS，特別是在WebGIS的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀充分學(xué)習(xí)、探討的基礎(chǔ)上，圍繞基于WebGIS的校園地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)這一主題，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，初步完成了基于MapXtremeforjava平臺的校園地理信息系統(tǒng)的建設(shè)工作。

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邢紅剛（1978—），畢業(yè)于東北大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)供職于浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)分院，研究方向：數(shù)據(jù)庫和物聯(lián)網(wǎng)。