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)

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）