基于WebGIS 的城市綜合管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陸旭龍，肖 凱，蔣紅梅

(1.鎮(zhèn)江市勘察測(cè)繪研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212004;2.鎮(zhèn)江市國(guó)土資源局，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

1 引言

城市綜合管線是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市中各種資源(水電氣等)和信息傳輸(通訊)的任務(wù)，是維持城市各功能區(qū)有機(jī)連接和運(yùn)轉(zhuǎn)的“生命線”。幾乎所有維持城市功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的大通道都是以地下管線為載體實(shí)現(xiàn)的。它是城市發(fā)揮功能不可或缺的重要部分。

以江蘇省鎮(zhèn)江市為例，改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了城市面貌的快速變化，對(duì)地下管線的改造也隨著城市建設(shè)活動(dòng)的頻繁而不斷進(jìn)行。但是對(duì)地下管線資料的管理并沒(méi)有跟上城市建設(shè)的步伐，有關(guān)資料散布于多個(gè)單位，缺乏統(tǒng)一有效的管理手段。通過(guò)手工方式收集的資料難以反映管線的現(xiàn)狀，因此迫切需要利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段加以管理:一方面，需要全面進(jìn)行管線的普查勘探，另一方面需要建立集中數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立專題信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一高效的管理，以便為城市規(guī)劃、建設(shè)等有關(guān)活動(dòng)提供決策依據(jù)。

在建設(shè)城市地下管線專題信息系統(tǒng)的過(guò)程中，GIS 可為其可視化管理提供支撐。城市的各類管線(如電力、熱力、通訊、給排水、天然氣等)可以被分類建立相應(yīng)圖層，疊加顯示在城市的背景地圖上，實(shí)現(xiàn)集成展示和集中管理。在地圖操作界面上，管線可以進(jìn)行勾畫或數(shù)據(jù)導(dǎo)入，并將其實(shí)時(shí)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供進(jìn)一步查詢分析和統(tǒng)計(jì)輸出使用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要適用于城市測(cè)繪、城市規(guī)劃和規(guī)劃?rùn)n案管理部門，總體要實(shí)現(xiàn)管線相關(guān)信息的數(shù)字化存儲(chǔ)以及編輯功能，還要能夠?qū)?kù)存信息進(jìn)行分析提取，并要提供管線信息的查詢和瀏覽等服務(wù)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S(客戶端/服務(wù)器)模式和B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式混合的方式建設(shè)。采用多級(jí)分布式開(kāi)發(fā)方式，應(yīng)用3 層結(jié)構(gòu)(表現(xiàn)層、邏輯層、數(shù)據(jù)層相互聯(lián)系又具有獨(dú)立性)，表現(xiàn)層界面風(fēng)格統(tǒng)一，數(shù)據(jù)層處理方法一致，兩者通過(guò)邏輯層發(fā)生關(guān)聯(lián)，用戶無(wú)需與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行直接交互，也無(wú)需了解數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的技術(shù)細(xì)節(jié)，這樣可使用戶僅需專注于數(shù)據(jù)處理與功能操作，從而更容易參與功能設(shè)計(jì)。各項(xiàng)業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)程序的內(nèi)在功能，每個(gè)頁(yè)面表現(xiàn)為一個(gè)邏輯功能組合體。這樣系統(tǒng)的研發(fā)可以作合理化分工，開(kāi)發(fā)效率明顯提升，技術(shù)開(kāi)發(fā)復(fù)雜度和后期維護(hù)壓力大大下降。

管線系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用Oracle 系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)直接支持空間數(shù)據(jù)類型，可以自然地實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)和管理。借助于ArcGIS 組件，數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的對(duì)象化操作，基于文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的管理，并利用特定關(guān)系表建立文件系統(tǒng)中的多媒體文件與數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)體對(duì)象的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了所有數(shù)據(jù)的集成化管理。在業(yè)務(wù)邏輯層，把ArcGIS 的有關(guān)空間數(shù)據(jù)處理功能模塊化，集成到有關(guān)的業(yè)務(wù)過(guò)程中去，可以實(shí)現(xiàn)屬性信息與空間信息的一體化處理。在界面表現(xiàn)層，可實(shí)現(xiàn)地下管線信息綜合管理系統(tǒng)的功能操作，滿足業(yè)務(wù)單位鎮(zhèn)江市規(guī)劃局以及相關(guān)各部門的日常管理要求。

圖1 管理專題系統(tǒng)的架構(gòu)圖

用戶對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)請(qǐng)求通過(guò)表現(xiàn)層的相關(guān)頁(yè)面發(fā)生，通過(guò)邏輯層中的業(yè)務(wù)模塊處理轉(zhuǎn)換，變成針對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)操作請(qǐng)求(新增、刪除、更新和查詢)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器在處理完請(qǐng)求之后，把有關(guān)結(jié)果根據(jù)約定的協(xié)議反饋給業(yè)務(wù)邏輯層，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，在表現(xiàn)層反饋予用戶。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能總體上可以分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、管線專題數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等)的輸入加工模塊、業(yè)務(wù)操作模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊，以及常規(guī)的系統(tǒng)配置模塊(如用戶管理)4 個(gè)部分(圖2)。

圖2 管線系統(tǒng)的功能模塊劃分

2.2.1 數(shù)據(jù)入庫(kù)和管理模塊

該模塊主要包括的功能有:外業(yè)采集的管線數(shù)據(jù)入庫(kù)、管線數(shù)據(jù)編輯和不合理數(shù)據(jù)的清理等。

2.2.2 決策分析模塊

對(duì)城市規(guī)劃以及城市建設(shè)活動(dòng)相關(guān)人員而言，其對(duì)管線系統(tǒng)的最大需求在于從管線數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)信息，這主要通過(guò)系統(tǒng)提供的報(bào)表統(tǒng)計(jì)、決策分析和輔助規(guī)劃3 個(gè)子模塊的功能得以滿足，對(duì)管線有關(guān)數(shù)據(jù)的常規(guī)分析包括連通性分析、凈距分析、斷面分析、覆土深度分析、搶險(xiǎn)應(yīng)急分析以及統(tǒng)計(jì)分析等。

2.2.3 業(yè)務(wù)操作模塊

業(yè)務(wù)操作將借助于地圖功能實(shí)現(xiàn)，包括基本的管線標(biāo)注、管線查詢、管線定位、地圖量測(cè)及出圖打印功能。地圖量測(cè)實(shí)現(xiàn)圖上距離和面積的量測(cè);管線標(biāo)注可對(duì)管線的圖面表示增加文字信息增強(qiáng)。

2.2.4 系統(tǒng)配置模塊

系統(tǒng)配置用于建立系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境以及運(yùn)行規(guī)則。最主要的是實(shí)現(xiàn)用戶管理(用戶的添加、刪除)、用戶權(quán)限設(shè)置(設(shè)定系統(tǒng)管理員、用戶角色等，并據(jù)此確定用戶對(duì)于特定系統(tǒng)模塊的訪問(wèn)操作權(quán)限)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于Web Service 的GIS 技術(shù)

Web Service 是Web 上的一種遠(yuǎn)程可調(diào)用的計(jì)算服務(wù)，根據(jù)約定的協(xié)議向?yàn)g覽器端的調(diào)用方提供訪問(wèn)接口，接受由瀏覽器傳送的參數(shù)，在服務(wù)器端完成計(jì)算，并將結(jié)果反饋給瀏覽器端的調(diào)用放。Web GIS 是一種在Web 上實(shí)現(xiàn)地圖發(fā)布服務(wù)、地圖呈現(xiàn)和地圖操作相集成的完整的GIS 技術(shù)體系，由于地圖發(fā)布服務(wù)遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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。地圖發(fā)布服務(wù)還具備服務(wù)聚合能力，將源自其他Web GIS 服務(wù)器的GIS 服務(wù)集成起來(lái)予以發(fā)布?；赪eb Service 的GIS 技術(shù)可以在瀏覽器端更為靈活地集成包括Web GIS 地圖發(fā)布服務(wù)的更多遠(yuǎn)程服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地圖承載內(nèi)容的多樣化。

3.2 基于HTML5 的富客戶端技術(shù)

早期瀏覽器支持的HTML 的版本較低，不支持復(fù)雜的界面表現(xiàn)以及操作，特別是對(duì)于矢量數(shù)據(jù)不支持其高速繪制。早期瀏覽器不得不借助于Flash插件或者圖片來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)容(如地圖)的表達(dá)以及復(fù)雜的界面交互動(dòng)作。較新的瀏覽器(如IE10+、Chrome 等)支持HTML5，在HTML5 中引入了canvas 標(biāo)簽，這個(gè)新的頁(yè)面元素支持圖表、圖形以及動(dòng)畫的可控繪制，大大增強(qiáng)了內(nèi)容表現(xiàn)的豐富度。此外，HTML5 原生地支持(即:免客戶端安裝)若干多媒體內(nèi)容的播放和展示，并支持更為復(fù)雜的用戶交互行為，為設(shè)計(jì)復(fù)雜的Web 應(yīng)用帶來(lái)了新的技術(shù)活力。

3.3 基于ArcGIS Server 的地理網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)

該系統(tǒng)針對(duì)專業(yè)用戶提供業(yè)務(wù)功能，同時(shí)還為一般用戶提供常規(guī)的如公交查詢和興趣點(diǎn)檢索等公共服務(wù)功能，后兩者借助于GIS 空間分析功能而實(shí)現(xiàn)。采用的ArcGIS 軟件平臺(tái)可以在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)矢量和柵格分析、3D 和網(wǎng)絡(luò)分析等地理計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果通過(guò)瀏覽器呈現(xiàn)給用戶。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)以集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual Studio.Net 2010 為基礎(chǔ)，C/S 版采用ArcGIS Engine10.0+ArcSDE +Oracle11g 的技術(shù)組合，B/S 版采用ArcGIS Server10+ArcSDE+Oracle11g 的技術(shù)組合，兩者均利用C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言調(diào)用ArcGIS 提供的COM 接口以及相關(guān)服務(wù)，通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)有關(guān)處理或者計(jì)算，并接收返回的計(jì)算結(jié)果，在客戶端活著瀏覽器上呈現(xiàn)給用戶。

4.2 應(yīng)用效果

系統(tǒng)C/S 版提供包括管線瀏覽、管線查詢、管線統(tǒng)計(jì)分析、管線編輯及管線入庫(kù)及備份等功能(圖3)。系統(tǒng)B/S 版主要提供管線瀏覽、管線查詢、管線統(tǒng)計(jì)分析以及管線編輯功能(圖4)。

圖3 系統(tǒng)C/S 版主界面

圖4 系統(tǒng)B/S 版主界面

5 結(jié)束語(yǔ)

鎮(zhèn)江市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)將全市地下管線資料借助于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成管理，借助于GIS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化操作，借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多人多地的并發(fā)服務(wù)，為城市規(guī)劃和建設(shè)活動(dòng)提供了比較好的技術(shù)支持，對(duì)減少規(guī)劃過(guò)程中的不確定性以及減少因?yàn)閬y挖亂建而造成的損失發(fā)揮了很大的作用。

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