摘 要:采用先進(jìn)成熟的地理信息技術(shù)和城市管理理念,整合信息資源,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完善、數(shù)據(jù)共享、高效快捷、安全可靠的廣州城管委電子地圖網(wǎng)站系統(tǒng),向市民提供基于電子地圖網(wǎng)站的城管服務(wù),以城市管理地理信息化促進(jìn)我市城管工作現(xiàn)代化,通過(guò)電子政務(wù)推進(jìn)城管部門(mén)政務(wù)公開(kāi),進(jìn)一步提高行政決策水平和行政管理效能。
關(guān)鍵詞:電子地圖 組件式GIS 分級(jí)顯示 移動(dòng)GIS
中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2013)05(a)-0017-04
廣州市城市管理委員會(huì)作為城市綜合管理部門(mén),涉及到為市民服務(wù)的事項(xiàng)較多,采用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段提升服務(wù)水平是當(dāng)前該委的迫切任務(wù)。目前,該委已開(kāi)通了政務(wù)網(wǎng)站,提供政務(wù)信息公開(kāi)、網(wǎng)上在線申報(bào)、網(wǎng)上投訴等服務(wù)功能。為進(jìn)一步提高城管委服務(wù)水平,需要依托政務(wù)網(wǎng)站,在綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、WEBGIS、嵌入式移動(dòng)GIS和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),以廣州市基礎(chǔ)地理信息框架要素和數(shù)字城管專題數(shù)據(jù)為主體內(nèi)容,建立覆蓋全廣州市的多尺度、多要素、多用途、定期更新的數(shù)字城管專題要素管理與信息發(fā)布平臺(tái),并通過(guò)Internet或嵌入式移動(dòng)設(shè)備(PDA、智能手機(jī)等)向公眾或城管工作人員提供城管專題要素或服務(wù)機(jī)構(gòu)的瀏覽、查詢、定位、標(biāo)注、投訴和現(xiàn)場(chǎng)辦公等服務(wù)。
廣州城管委電子地圖網(wǎng)站的建設(shè)是數(shù)字化城市管理綜合平臺(tái)的重要組成部分,能顯著提高城管專題要素管理的信息化水平,提高工作效率,在為數(shù)字化城市管理規(guī)劃提供服務(wù)和決策支持,提高數(shù)字城管的社會(huì)化服務(wù)水平,增加城市管理的透明度。
該文主要闡述廣州城管委電子地圖網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)框架、數(shù)據(jù)庫(kù)、功能、接口等設(shè)計(jì)。
1 關(guān)鍵技術(shù)
1.1 組件式、構(gòu)件化開(kāi)發(fā)技術(shù)
組件式GIS是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件在GIS軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。組件的構(gòu)件化就是將多個(gè)組件組織在一起形成不同的構(gòu)件,隨著構(gòu)件的積累,利用這些構(gòu)件開(kāi)發(fā)軟件就像搭積木一樣容易。組件技術(shù)是迄今為止最優(yōu)秀也是發(fā)展最快的一種軟件重用技術(shù),它比較徹底地解決了軟件開(kāi)發(fā)中存在的重用性、適應(yīng)性差和周期長(zhǎng)等問(wèn)題。組件式GIS具備以下特點(diǎn):(1)小巧靈活、價(jià)格便宜;(2) 直接嵌入MIS開(kāi)發(fā)工具;(3) 強(qiáng)大的GIS功能;(4) 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)捷。
基于構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)(Component-Based Software Development, CBSD,有時(shí)也稱為基于構(gòu)件的軟件工程CBSE)是一種基于分布對(duì)象技術(shù)、強(qiáng)調(diào)通過(guò)可復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)與構(gòu)造軟件系統(tǒng)的軟件復(fù)用途徑?;跇?gòu)件的軟件系統(tǒng)中的構(gòu)件可以是COTS(Commercial-Off-the-Shelf)構(gòu)件,也可以是通過(guò)其它途徑獲得的構(gòu)件(如自行開(kāi)發(fā))。CBSD體現(xiàn)了“購(gòu)買而不是重新構(gòu)造”的哲學(xué),將軟件開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)從程序編寫(xiě)轉(zhuǎn)移到了基于已有構(gòu)件的組裝,以更快地構(gòu)造系統(tǒng),減輕用來(lái)支持和升級(jí)大型系統(tǒng)所需要的維護(hù)負(fù)擔(dān),從而降低軟件開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。
開(kāi)發(fā)基于構(gòu)件的軟件系統(tǒng)受到以下幾方面因素的影響:(1)COTS構(gòu)件質(zhì)量的提高和種類的增加;(2)要求降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本的經(jīng)濟(jì)壓力;(3)構(gòu)件集成技術(shù)的出現(xiàn);(4)軟件開(kāi)發(fā)組織內(nèi)可以用于新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的已有軟件制品的數(shù)量增加。
CBSD整個(gè)過(guò)程從需求開(kāi)始,由開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)使用傳統(tǒng)的需求獲取技術(shù)建立系統(tǒng)的需求規(guī)約。在完成體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,并不立即開(kāi)始詳細(xì)設(shè)計(jì),而是確定哪些部分可由構(gòu)件組裝而成。此時(shí)開(kāi)發(fā)人員面臨的設(shè)計(jì)決策包括“是否存在滿足某種需求的COTS 構(gòu)件”,“是否存在滿足某種需求的內(nèi)部開(kāi)發(fā)的可復(fù)用構(gòu)件”,“這些可用構(gòu)件的接口與體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否匹配”等。對(duì)于那些無(wú)法通過(guò)已有構(gòu)件滿足的需求,就只能采用傳統(tǒng)的或面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄩ_(kāi)發(fā)新構(gòu)件。對(duì)于那些滿足需求的可用構(gòu)件,開(kāi)發(fā)人員通常需要進(jìn)行如下活動(dòng):
構(gòu)件鑒定(qualification):通過(guò)接口以及其它約束判斷COTS構(gòu)件是否可在新系統(tǒng)中復(fù)用。構(gòu)件鑒定分為發(fā)現(xiàn)和評(píng)估兩個(gè)階段。發(fā)現(xiàn)階段需要確定COTS 構(gòu)件的各種屬性,如構(gòu)件接口的功能性(構(gòu)件能夠提供什么服務(wù))及其附加屬性(如,是否遵循某種標(biāo)準(zhǔn))、構(gòu)件的質(zhì)量屬性(如,可靠性)等。構(gòu)件發(fā)現(xiàn)難度較大,因?yàn)闃?gòu)件的屬性往往難以獲取、無(wú)法量化。評(píng)估階段根據(jù)COTS構(gòu)件屬性以及新系統(tǒng)的需求判斷構(gòu)件是否可在系統(tǒng)中復(fù)用。評(píng)估方法常常涉及分析構(gòu)件文檔、與構(gòu)件已有用戶交流經(jīng)驗(yàn)、甚至開(kāi)發(fā)系統(tǒng)原型。構(gòu)件鑒定有時(shí)還需要考慮非技術(shù)因素,如構(gòu)件提供商的市場(chǎng)占有率、構(gòu)件開(kāi)發(fā)商的過(guò)程成熟度等級(jí)等。
構(gòu)件適配(adaptation):獨(dú)立開(kāi)發(fā)的可復(fù)用構(gòu)件滿足不同的應(yīng)用需求,并對(duì)運(yùn)行上下文做出了某些假設(shè)。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)定義了系統(tǒng)中所有構(gòu)件的設(shè)計(jì)規(guī)則、連接模式和交互模式。如果被復(fù)用的構(gòu)件不符合目標(biāo)系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)就可能導(dǎo)致該構(gòu)件無(wú)法正常工作,甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,這種情形稱為失配(mismatch)。調(diào)整構(gòu)件使之滿足體系結(jié)構(gòu)要求的行為就是構(gòu)件適配。構(gòu)件適配可通過(guò)白盒、灰盒或黑盒的方式對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修改或配置。白盒方式允許直接修改構(gòu)件源代碼;灰盒方式不允許直接修改構(gòu)件源代碼,但提供了可修改構(gòu)件行為的擴(kuò)展語(yǔ)言或編程接口;黑盒方式是指調(diào)整那些只有可執(zhí)行代碼且沒(méi)有任何擴(kuò)展機(jī)制的構(gòu)件。如果構(gòu)件無(wú)法適配,就不得不尋找其它適合的構(gòu)件。
構(gòu)件組裝(composition):構(gòu)件必須通過(guò)某些良好定義的基礎(chǔ)設(shè)施才能組裝成目標(biāo)系統(tǒng)。體系風(fēng)格決定了構(gòu)件之間連接或協(xié)調(diào)的機(jī)制,是構(gòu)件組裝成功與否的關(guān)鍵因素之一。典型的體系風(fēng)格包括黑板、消息總線、對(duì)象請(qǐng)求代理等。
構(gòu)件更新(update):基于構(gòu)件的系統(tǒng)演化往往表現(xiàn)為構(gòu)件的替換或增加,其關(guān)鍵在于如何充分測(cè)試新構(gòu)件以保證其正確工作且不對(duì)其它構(gòu)件的運(yùn)行產(chǎn)生副面影響,對(duì)于由COTS 構(gòu)件組裝而成的系統(tǒng),其更新的工作往往由提供COTS 構(gòu)件的第三方完成。
1.2 基于SOA的Service GIS
在面向服務(wù)構(gòu)架中,服務(wù)是自包含、模塊化的軟件實(shí)體,具有網(wǎng)絡(luò)可尋址的粗粒度接口,服務(wù)的位置對(duì)于服務(wù)請(qǐng)求者是透明的,可以被動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)綁定。服務(wù)是松散藕合的,強(qiáng)調(diào)互操作,可以按照某種方式與組件、應(yīng)用程序或其他服務(wù)組合。
ISO/TC2l1中給出了服務(wù)、操作和接口的定義,并給出了者之間的關(guān)系(ISO19119):
①服務(wù):由實(shí)體通過(guò)接口提供的明確功能;
②接口:體現(xiàn)一個(gè)實(shí)體行為特征的具有名稱的操作集;
③操作:調(diào)用某個(gè)對(duì)象可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換或查詢的描述,操作具有名稱和參數(shù)列表。
接口的集成形成服務(wù),其目的是為用戶提供有價(jià)值的功能,接口中操作的集成與接口的定義,目的是為了軟件可重用。
GIS服務(wù)可以定義為:網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一組與地理信息相關(guān)的軟件功能實(shí)體,通過(guò)接口暴露封裝的功能。GIS服務(wù)包括GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS功能服務(wù),GIS數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)接口向外提供空間數(shù)據(jù),GIS功能服務(wù)通過(guò)接口向外提供空間數(shù)據(jù)處理功能。
GIS服務(wù)根據(jù)服務(wù)提供的內(nèi)容不同,可以劃分為GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS功能服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)服務(wù)接口向外提供空間數(shù)據(jù),功能服務(wù)通過(guò)接口向外提供對(duì)空間數(shù)據(jù)的操作和處理功能,實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的增值。
GIS功能服務(wù)和GIS數(shù)據(jù)服務(wù)一起構(gòu)成了GIS服務(wù)鏈集成的服務(wù)基礎(chǔ)。OGG的OWS啟動(dòng)項(xiàng)目中定義的一系列GIS數(shù)據(jù)服務(wù)的接口定義,如WMS、
WFS、WCS,得到GIS業(yè)界的廣泛認(rèn)可和采納,為GIS功能服務(wù)接口的定義提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。目前對(duì)GIS功能服務(wù)接口的研究剛剛起步,尚不成熟,OGG的Web處理服務(wù)(Web Processing Service(WPS) Specification)提供了空間數(shù)據(jù)操作和計(jì)算的總體模型,但是沒(méi)有定義具體的功能服務(wù)接口和參數(shù)(OGG 05-007)。GIS功能服務(wù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向外提供GIS處理功能的Web服務(wù),與傳統(tǒng)的GIS服務(wù)相比,它的數(shù)據(jù)可以來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),經(jīng)過(guò)功能服務(wù)的處理后,將結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。因此GIS功能服務(wù)的特點(diǎn)是服務(wù)處理的數(shù)據(jù)既可以來(lái)自本地?cái)?shù)據(jù),也可以來(lái)自網(wǎng)絡(luò)或者其他GIS數(shù)據(jù)服務(wù)。GIS功能服務(wù)的處理結(jié)果可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)返回給調(diào)用的用戶或應(yīng)用服務(wù)。分布式GIS功能服務(wù)的特點(diǎn)要求其接口定義與現(xiàn)有GIS系統(tǒng)和GIS服務(wù)中的功能操作(服務(wù))接口定義不同。
面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(Service-Oriented Architecture),SOA是一種組件模型,它通過(guò)應(yīng)用程序功能單元(稱為服務(wù))之間定義完善的接口和契約,來(lái)聯(lián)系應(yīng)用程序中的不同服務(wù)。
Service GIS是一種基于面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系,它支持按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來(lái),可以跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言地被多種客戶端調(diào)用,并具備服務(wù)聚合能力以集成來(lái)自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。既是地理空間信息(數(shù)據(jù))的服務(wù)平臺(tái),也是GIS能力(功能)的服務(wù)平臺(tái),還是GIS服務(wù)的聚合和集成平臺(tái)。
1.3 基于服務(wù)端和客戶端的雙智能緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的快速瀏覽
數(shù)據(jù)智能緩存采用服務(wù)器端緩存和客戶端混合緩存的技術(shù):①服務(wù)器端緩存基于地圖切片的地圖緩存原理,地圖切片之后將其放置于服務(wù)器的虛擬目錄中,在需要顯示某個(gè)范圍的地圖時(shí),借助客戶端顯示技術(shù)將這些圖片無(wú)縫地拼接在一起,即可得到用戶需要的地圖;②客戶端緩存將服務(wù)器最常訪問(wèn)的地圖圖片復(fù)制到本地存儲(chǔ)器中,當(dāng)用戶請(qǐng)求該頁(yè)面時(shí),直接從本地高速緩存中返回該頁(yè)面圖片,從而減少了網(wǎng)絡(luò)通信流量和縮短訪問(wèn)所需要的時(shí)間。
1.4 基于中文分詞和Lucene的全文搜索引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化檢索和匹配
Lucene作為一個(gè)強(qiáng)大的全文索引引擎工具包,它的全文檢索技術(shù)是信息檢索領(lǐng)域廣泛使用的基本技術(shù),具有訪問(wèn)索引時(shí)間快、多用戶訪問(wèn)、跨平臺(tái)使用的特點(diǎn)。但是,Lucene是用Java寫(xiě)的全文檢索引擎工具包,并不是一個(gè)完整的全文檢索引擎,而是一個(gè)全文檢索引擎的架構(gòu),可以提供多個(gè)應(yīng)用程序編程接口函數(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),并能方便地嵌入到各種應(yīng)用中,從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)應(yīng)用的全文索引/檢索功能。
本項(xiàng)目的地圖網(wǎng)站將在深入剖析Lucene的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和索引機(jī)制的基礎(chǔ)上,通過(guò)集成式二次開(kāi)發(fā),將其嵌入到網(wǎng)站的“全站檢索”功能中。應(yīng)用表明:基于Lucene的檢索的結(jié)果由結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)組成,描述針對(duì)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、查準(zhǔn)率高。
2 總體框架
系統(tǒng)從下往上,共劃分為5層,分別是:硬件設(shè)備、系統(tǒng)層、服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)層、展現(xiàn)接收入層。其中硬件設(shè)備主要是指系統(tǒng)運(yùn)行所需的基礎(chǔ)環(huán)境及各種硬件設(shè)備;系統(tǒng)層則是系統(tǒng)運(yùn)行的軟基礎(chǔ),包括:操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件;服務(wù)層:是復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)抽象出通用的公共部分,這一層的功能是為了降低應(yīng)用開(kāi)發(fā)的復(fù)雜程度,避免應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)的問(wèn)題,廣州市城市管理委員會(huì)電子地圖網(wǎng)站的相關(guān)接口都依賴中間件這一層次上的各項(xiàng)功能;應(yīng)用層包括地圖瀏覽、專題數(shù)據(jù)查詢、接受投訴、系統(tǒng)維護(hù)更新、數(shù)據(jù)接口功能以及移動(dòng)GIS服務(wù)功能;展現(xiàn)接入層是系統(tǒng)的可視化表現(xiàn)以及與用戶的交互界面(如圖1)。
3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
3.1 廣州市電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)
廣州市電子地圖數(shù)據(jù)是由地理實(shí)體數(shù)據(jù)構(gòu)成,它是依托廣州市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)地理空間框架數(shù)據(jù)的提取、擴(kuò)充和重組加工得到,主要分為行政區(qū)劃、水系、房屋、道路、植被、鐵路、注記等(如圖2)。
3.2 城管委專題數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)制作
城管專題數(shù)據(jù)一方面是與市民生活密切相關(guān)的信息,另一方面也是城市管理規(guī)劃的重要依據(jù)。首先,必須依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)范制定專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),然后進(jìn)行專題數(shù)據(jù)的整理、加工、查錯(cuò),最后入庫(kù)為數(shù)據(jù)的發(fā)布、應(yīng)用打好基礎(chǔ)(如圖3)。
3.3 電子地圖分級(jí)顯示的尺度設(shè)計(jì)
電子地圖作為地圖網(wǎng)站的背景底圖,從宏觀到細(xì)節(jié)按9個(gè)尺度進(jìn)行分級(jí)顯示,每一尺度考慮地圖的載負(fù)量和圖面配置,顯示適宜的地圖要素細(xì)節(jié)。比例尺從小到大分別為1∶60萬(wàn)、1∶30萬(wàn)、1∶15萬(wàn)、1∶6萬(wàn)、1∶3萬(wàn)、1∶1.5萬(wàn)、1∶6000、1∶3000和1∶1500。其中1∶60萬(wàn)為廣州市全區(qū)域表達(dá)尺度,反映地勢(shì)起伏、行政區(qū)劃等總體信息;1∶30萬(wàn)為中小尺度,主要反映區(qū)域內(nèi)主要的水系、山峰,鄉(xiāng)鎮(zhèn),區(qū)域內(nèi)主干交通網(wǎng)絡(luò);1∶15萬(wàn)、1∶6萬(wàn)、1∶3萬(wàn)、1∶1.5萬(wàn)為中尺度,主要反映城市內(nèi)的交通框架、主要水系,政府機(jī)關(guān),重要企事業(yè)單位,鄉(xiāng)村等;1∶6000、1∶3000和1∶1500為大尺度,可反映城市內(nèi)的主干道、次干道、街區(qū),甚至小區(qū)內(nèi)的道路、房屋面、綠地、水系等;且下一級(jí)比例尺的要素包含了上一級(jí)的要素(如圖4)。
4 功能設(shè)計(jì)
4.1 功能結(jié)構(gòu)
如圖5所示。
4.2 基礎(chǔ)查詢
主要提供基礎(chǔ)地理要素查詢,包括按道路名查詢、按單位名查詢、按地名查詢
4.3 城管委專題查詢與統(tǒng)計(jì)分析
主要提供城管委專題查詢與統(tǒng)計(jì)分析,包括燃?xì)庹军c(diǎn)、汽車加氣站、環(huán)衛(wèi)公廁、市政道路施工點(diǎn)、戶外廣告、流動(dòng)商販準(zhǔn)許擺賣點(diǎn)、嚴(yán)禁亂擺賣區(qū)域、零星余泥排放點(diǎn)等的插敘與統(tǒng)計(jì)分析。
4.4 接收投訴
接受投訴功能是實(shí)現(xiàn)城市管理工作政務(wù)公開(kāi),接收民眾監(jiān)督、傾聽(tīng)民意,提升城管工作社會(huì)化服務(wù)水平的重要功能,可以通過(guò)地圖定位進(jìn)行投訴,也可以直接進(jìn)行投訴。
5 接口設(shè)計(jì)
系統(tǒng)接口是系統(tǒng)不同部分之間業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系的紐帶,也是不同組件間相互訪問(wèn)的入口。城管委電子地圖網(wǎng)站主要的接口方式有以下三種:開(kāi)發(fā)與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)的接口;開(kāi)發(fā)與行政審批系統(tǒng)的接口;開(kāi)發(fā)與流動(dòng)商販公共服務(wù)系統(tǒng)的接口(如圖6)。
6 移動(dòng)GIS軟件功能開(kāi)發(fā)
將電子地圖網(wǎng)站及相關(guān)的城管委專題設(shè)施數(shù)據(jù)等遷移到手機(jī)等移動(dòng)終端,通過(guò)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的辦公環(huán)境將極大提升城市管理工作的便捷性、極大提高城管工作的反應(yīng)速度。具體包括支持互聯(lián)網(wǎng)電子地圖在手機(jī)終端的瀏覽、支持城管專題數(shù)據(jù)在手機(jī)終端的顯示查詢、支持城市管理問(wèn)題投訴功能以及支持定位和導(dǎo)航。而且手機(jī)終端可以通過(guò)GPRS在線訪問(wèn)電子地圖網(wǎng)站服務(wù)器,與電子地圖網(wǎng)站共用同樣的服務(wù)端,移動(dòng)GIS軟件支持目前主流的手機(jī)及手持設(shè)備(如圖7)。
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