基于WebGIS的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)應(yīng)用

摘 要信息技術(shù)發(fā)展至今，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）已經(jīng)成為其不可或缺的組成部分，在新一代信息技術(shù)中有著無可比擬的重要地位。物聯(lián)網(wǎng)是指按特定的協(xié)議，利用紅外感應(yīng)器、射頻識別（RFID）、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等諸多信息傳感設(shè)備，使物體與互聯(lián)網(wǎng)能夠相互連接并進行通信和信息的交換，從而實現(xiàn)對物體的智能化管理（包括識別、定位、跟蹤和監(jiān)控）的一種網(wǎng)絡(luò)。本文主要介紹了采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與WebGIS技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)思路，并在河網(wǎng)水系遠程水位監(jiān)測中成功應(yīng)用的案例。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) WebGIS SOAP WebServer 遠程傳輸

湖南省水利廳洞工局的基于河網(wǎng)水系遠程水位監(jiān)測項目是集合了JAVA的GIS技術(shù)和WebService技術(shù)并通過遠程SOAP協(xié)議進行通信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。它的主要特點是采用Oracle與Linux相結(jié)合的搭建平臺，基于J2EE多層架構(gòu)，實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)自動采集，遠程傳輸；客戶端將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)采用RPCtimer線程技術(shù)實時傳送到遠程服務(wù)器，同時使用80端口SSL加密傳輸；WebService中間件與MapXtreme、SOAP分別實現(xiàn)了無縫集成。

1 理論分析

Linux是UNIX增強版，是作為服務(wù)器平臺比較理想的選擇。Linux平臺在目前它的用戶面多集中在高端用戶，從水平和層次來講都是處在一個較高的位置。此類用戶在總體計算機用戶中占有的比例相對較少，這樣有利地增強了操作系統(tǒng)本身的安全性。另一方面Linux與Windows不同，它的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分是整個操作系統(tǒng)的主要任務(wù)所在，系統(tǒng)的資源主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此外，它還繼承了UNIX網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面的優(yōu)點，拼棄了UNIX的受硬件限制的缺點。

Oracle是目前適用于中小企業(yè)應(yīng)用的最理想的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺，這是眾所周知的。Linux+Oracle無疑是一個完美的結(jié)合。

WebLogic與MapXtreme集成是一種非常好的中間件服務(wù)器和Web Services環(huán)境，是服務(wù)器與地圖服務(wù)器的最佳組合，它為GIS的運行打下了堅實的基礎(chǔ)。并且WebLogic中安裝MapXtreme是一件非常容易的事，只需直接拷入WebLogic并重啟WebLogic即可。

SOAP是用于遠程訪問的Web Services，它能很好地融合到WebLogic之中。SOAP的程序包能在WebLogic中自動解壓，安裝起來非常方便，而且無需做太多的配置即可運行。

環(huán)境部署中采用SOAP與WebLogic的組合，即省去了大量的安裝部署工作，也使得通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程傳輸?shù)姆桨傅靡暂p松實現(xiàn)。

為了使水位信息能夠在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布，本項目的規(guī)劃設(shè)計采用服務(wù)器上網(wǎng)。這給系統(tǒng)的安全性問題帶來了一些困難，因此，環(huán)境部署設(shè)計中選用了Internet地址映射的辦法。地址映射為防火墻的安全性管理提供了實現(xiàn)的可行性條件，有效地避免了服務(wù)器直接上網(wǎng)，方便了管理，增強了安全性為服務(wù)器上網(wǎng)提供了可能性。

2 基于WEB的GIS技術(shù)實現(xiàn)

2.1 GIS實現(xiàn)方式

由于GIS必須使用矢量圖形，而目前市場上的瀏覽器本身并不支持這種圖像。所以要實現(xiàn)WebGIS，我們可以通過兩個途徑來解決。第一種途徑是利用控件和插件，使客戶端瀏覽器能夠支持矢量圖形；第二種途徑是利用相關(guān)的軟件，先在服務(wù)端將矢量圖形轉(zhuǎn)換格式，變?yōu)闉g覽器所支持的圖形格式，然后再傳遞到客戶端，客戶端通過ASP或者公共網(wǎng)關(guān)接口（Common Gateway Interface，-----CGI）來發(fā)送請求，從而將從服務(wù)端傳遞過來的圖像顯示在瀏覽器上。主要的實現(xiàn)方式有以下幾種：

2.1.1 公共網(wǎng)關(guān)接口（CG I）方式

由于瀏覽器本身不支持矢量圖片，但是將矢量圖形變成柵格圖像后，再通過HTML就可以顯示在瀏覽器中。不過這種圖像是靜態(tài)的，用戶不能對圖像進行縮放、漫游等操作。CGI提供了一個接口，使瀏覽器和服務(wù)器之間或者服務(wù)器和應(yīng)用程序之間能夠利用這個接口進行通信。用戶首先通過客瀏覽器發(fā)送請求到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器利用CGI把請求轉(zhuǎn)移到后臺的應(yīng)用程序（地圖服務(wù)器）上，由應(yīng)用程序（地圖服務(wù)器）訪問數(shù)據(jù)庫并按照相應(yīng)的要求邏輯處理請求，然后將處理結(jié)果返還給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再將該結(jié)果發(fā)送給客戶端，在瀏覽器中顯示出來。具體原理如圖1。

CGI模式相比較其它模式有著顯著的優(yōu)點：

（1）客戶端無需安裝任何插件，能夠充分利用服務(wù)器的資源來完成所有的操作和分析；

（2）比較靈活性，不局限于特定的語言，只要該語言能運行在服務(wù)器上，那么都能拿來編寫CGI；但用時，其也有著明顯的缺點：服務(wù)器每次請求都要重新啟動GIS應(yīng)用程序，產(chǎn)生一個新的進程，這樣會造成內(nèi)存和CPU資源開銷過大的問題，從而降低了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

2.1.2 ASP（Active Server Page）方式

CGI的最大的特點是他的平臺無關(guān)性，但網(wǎng)關(guān)程序通常是一個獨立的程序，較難編寫和改變且不和 HTML文件融合在一起，而 ASP方式可以使得腳本的開發(fā)和HTML文件的編寫融合在一起。相較于CGI網(wǎng)關(guān)，ASP技術(shù)有如下優(yōu)點：

（1）容易創(chuàng)建，不需要其他編譯，連接程序；

（2）完全與HTML文件融合在一起；

（3）性能較好，二次開發(fā)比較容易，面向?qū)ο蟛⑼ㄟ^ActiveX Server對象可擴展。

2.1.3 基于插件（Plug-in）方式

插件方式是通過增加一個能識別矢量圖形數(shù)據(jù)的插件，從而使瀏覽器能夠顯示原本不支持的GIS圖形信息。這種方式直接把一部分服務(wù)器上的功能移到客戶端上，在大大加快了客戶操作的反應(yīng)速度的同時，也減少了服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載。優(yōu)點是比HTML更靈活，具有動態(tài)代碼的模塊，可直接操作傳送到客戶端的矢量數(shù)據(jù)，充分利用了客戶端的計算機能力，運行效率高。缺點是插件必須裝在客戶端，而且需要不同的插件來支持不同類型的數(shù)據(jù)，從而加大了客戶端的壓力。

2.1.4 基于Java語言的實現(xiàn)方式

Java是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，最大特點是能跨平臺使用（與平臺無關(guān)）。本系統(tǒng)的WEBGIS部分采用Java語言實現(xiàn)，對于Web發(fā)布系統(tǒng)采用了JSP+Servlet+JavaBean的形式，整個系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由顯示層、應(yīng)用服務(wù)器層和數(shù)據(jù)庫層組成。如圖2所示。

在數(shù)據(jù)表現(xiàn)層中，客戶只需在瀏覽器的地址欄輸入固定的地址以及用戶名和密碼登陸后，即可瀏覽系統(tǒng)頁面，查詢有關(guān)信息。服務(wù)器層由Web服務(wù)器與GIS服務(wù)器構(gòu)成，Web服務(wù)器包含了JSP、Servlet 、Java Beans組件，響應(yīng)從瀏覽器傳過來的客戶請求，通過JDBC訪問數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)客戶要求進行相應(yīng)的邏輯計算，再將計算結(jié)果返回至客戶端；GIS服務(wù)器側(cè)重于響應(yīng)地圖繪制的請求，采用對象模型分層結(jié)構(gòu)，更易于地圖顯示，在MapXtreme工作方式下，將地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的圖像格式嵌入到網(wǎng)頁中進行輸出，客戶端則以提交表單的方式向服務(wù)器傳回用戶操作參數(shù)。

2.2 GIS的WEB部署

在客戶端，用戶通過HTML頁面或瀏覽器中的applet與地圖繪制應(yīng)用程序交互。交互是以‘請求—響應(yīng)方案為基礎(chǔ)的?；赪EB的地圖繪制部署利用標(biāo)準(zhǔn)的組件，其中包括WEB服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器（可以和WEB服務(wù)器是同一服務(wù)器）和用于背景的地圖數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、以及應(yīng)用程序相關(guān)的定制數(shù)據(jù)。

用于MapXtreme Java的部署選項可以根據(jù)軟件和向客戶機發(fā)送的數(shù)據(jù)的多少劃分為瘦客戶機、中型客戶機和胖客戶機三類。考慮到本項目的特點，本系統(tǒng)采用‘瘦客戶機模式，用戶將與瀏覽器中的JSP頁面交互，地圖是嵌入到HTML中的GIF圖像，地圖請求的處理在服務(wù)器端完成。這是典型的Internet部署，Java程序并不在客戶機上運行。MapXtreme有4個重要組件：數(shù)據(jù)提供方、渲染器、MapXtremeServlet和MapJ對象。這些組件協(xié)同工作，可用于訪問地理數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)并為應(yīng)用程序提供地圖或數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)運行效果

目前，本系統(tǒng)在洞庭湖區(qū)設(shè)立了南昏、澧南垸、圍堤湖、母山基地四個水位采集站。水位采集站自動采集實時水位數(shù)據(jù)并傳送到水利廳數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，每 5分鐘（當(dāng)然間隔時間可由用戶設(shè)定）傳送一次，而且系統(tǒng)會自動將數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，各級防汛部門對各個監(jiān)測點的汛情可以隨時隨地實時掌握。水位監(jiān)測曲線顯示：

3.1 運行安全、穩(wěn)定、可靠

軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集軟件（與硬件部分配套使用）、遠程傳輸、水位管理Web系統(tǒng)、GIS顯示以及調(diào)度管理。數(shù)據(jù)采集軟件使用C++ Builder進行開發(fā)，主要完成從水位計采集數(shù)據(jù)的功能，其他軟件部分的軟件結(jié)構(gòu)采用了B/S（Browser/Server）模式。服務(wù)器端完成將客戶端傳入的數(shù)據(jù)實時地存入數(shù)據(jù)庫表中，客戶端完成將采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)按時傳送到遠程服務(wù)器。在進行遠程傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，系統(tǒng)利用了80端口的SSL加密傳輸?shù)姆绞?，使?shù)據(jù)安全，又使其在互聯(lián)網(wǎng)上能夠暢通無阻地進行傳輸。

GIS部分采用MapXtreme47作為地圖服務(wù)器 ，MapXtreme可以提供Java或ActiveX的Widget，完成多平臺上的地圖放大、縮小或平移等操作，同時也可以將矢量地圖轉(zhuǎn)化成JPG或GIF格式的圖片。由于傳遞到客戶端的只是一幅經(jīng)過轉(zhuǎn)換和壓縮的柵格圖片，而原本的矢量地圖及數(shù)據(jù)仍然保留在服務(wù)器端，因此不但降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，也保護了原始數(shù)據(jù)不受污染。

3.2 多用戶共享

以前的水位實時監(jiān)測與調(diào)度系統(tǒng)一般都是采用傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)，能夠很好的解決在流域級或省級防洪調(diào)度決策模塊中的系統(tǒng)集成問題，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)調(diào)度信息與多用戶水位數(shù)據(jù)的共享。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，多個專家在異地查看水情、進行聯(lián)合調(diào)度決策已經(jīng)成為可能。本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，基于因特網(wǎng)技術(shù)，其特點就充分滿足了多用戶共享數(shù)據(jù)信息，可以實現(xiàn)多個專家在異地查看水情、進行聯(lián)合調(diào)度決策，大大的方便了用戶。

3.3 使用方便、實用性強

系統(tǒng)界面簡潔，屏幕提示直觀明了，人機交互方便，并且具有較快的實時響應(yīng)速度和較強的業(yè)務(wù)處理能力，能夠快速的實現(xiàn)查詢、統(tǒng)計和報表等功能。解決了以往水位數(shù)據(jù)采集難、獲取難、查看難的問題。同時還提供了一系列實時信息、歷史信息、平均水位的查詢以及曲線圖顯示功能，可以對水情有一個比較全面的掌握，具有很好的實用性質(zhì)。

4 技術(shù)特點

4.1 水位數(shù)據(jù)全自動化采集技術(shù)

水位數(shù)據(jù)通過485線或無線方式進行全自動采集，只要打開采集工作站，系統(tǒng)就能自動啟動并自動實時地從水位計采集水位信息。充分地實現(xiàn)了無人值守的自動化功能。

4.2 全自動實時發(fā)布技術(shù)

從采集工作站到互聯(lián)網(wǎng)，對水位數(shù)據(jù)實現(xiàn)了全程自動化處理。只要打開采集工作站，遠程傳輸程序就會隨水位采集程序自動啟動，將水位信息實時準(zhǔn)確地傳送到服務(wù)器。服務(wù)器的水位及輔助調(diào)度系統(tǒng)會自動地將水位信息發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)上，無需任何的人工處理。

4.3 基于Linux的WEBGIS展示技術(shù)

將水位信息進行WEBGIS實時展示的系統(tǒng)目前不多，特別是基于Linux平臺下的這種部署方式是當(dāng)前所沒有。

4.4 自動生成輔助調(diào)度預(yù)案

系統(tǒng)輔助調(diào)度模塊能夠根據(jù)內(nèi)外河水位、降雨量以及基本參數(shù)信息自動生成輔助調(diào)度預(yù)案，供調(diào)度人員決策參考。

4.5 基于SOAP的遠程傳輸技術(shù)

SOAP是一種簡單對象傳輸協(xié)議，它是通過80端口基于XML進行通信的。而80端口在INTERNET上是開放的，因此利用它，信息便可在互聯(lián)網(wǎng)上自由傳輸。將這項技術(shù)用于水位信息的遠程傳輸，是一個應(yīng)用創(chuàng)新。

參考文獻

[1]程鐵信，李敏杰，郭濤.項目管理理論、方法與實踐[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]（美）Charles P.Pfleeger，Shari Lawrence Pfleeger.計算機安全[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] Robert Englander譯者：黃剛.Java與SOAP[M].北京：中國電力出版社，2002.

作者簡介

張佳啟（1976-），男，湖南省懷化市人。大學(xué)?？茖W(xué)歷?，F(xiàn)為湖南湖大華龍電氣與信息技術(shù)有限公司項目經(jīng)理、高級項目經(jīng)理。研究方向為主要從事計算機軟件開發(fā)與項目管理工作。

邵立政，男，長期從事電力調(diào)度和項目管理工作。

汪紅波，女，長期從事電力調(diào)度和項目管理工作。

劉翊楓，男，長期從事電力調(diào)度和項目管理工作。

作者單位

1.湖南湖大華龍電氣與信息技術(shù)有限公司 湖南省長沙市 410205

2.國網(wǎng)湖北省電力公司 湖北省武漢市 430000