WebGIS技術(shù)在智慧水利中的應(yīng)用研究

李云龍 徐進(jìn)

摘?要： WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）技術(shù)作為現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上的延伸，它可以將實(shí)際環(huán)境的地理信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，具有在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的檢索、編輯及制圖等基礎(chǔ)性功能，可以對(duì)各種空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布、共享及交流。以智慧水利的特征為基本參考，筆者對(duì)以開(kāi)源MapServer及PostgreSQL架構(gòu)的信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建方面的探討。采取配置MapFile、設(shè)置MapServer及PostgreSQL為基本架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)、共享地理空間數(shù)據(jù)等一系列操作。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)利用與WebGI有關(guān)的數(shù)據(jù)手段，可以建立起開(kāi)源性的地理數(shù)據(jù)共享空間，在技術(shù)手段方面提供給智慧水利建設(shè)以保障。

關(guān)鍵詞： WebGIS;智慧水利;應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD634?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.27.197

1?智慧水利的相關(guān)概念

智慧水利誕生于20世紀(jì)后半頁(yè)，它包含水文數(shù)據(jù)的收集與管理;到了21世紀(jì)，智慧水利逐漸將規(guī)模擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)的大環(huán)境下。當(dāng)前國(guó)內(nèi)智慧水利已得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用，水位及閘門(mén)的遠(yuǎn)程監(jiān)管已得到了落實(shí)，渠道水文有了切實(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，自然災(zāi)害的預(yù)警信息傳遞更加準(zhǔn)確、及時(shí)。 智慧水利的推廣，讓區(qū)域的水利工程向信息化、現(xiàn)代化的方向更進(jìn)一步，水利建設(shè)效率有了顯著的提升。

根據(jù)各項(xiàng)最新的方針政策，水利工程的開(kāi)啟需要有一個(gè)較高的起點(diǎn)，為促進(jìn)水利工程的信息化發(fā)展，要搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，讓智慧水利更加體現(xiàn)自身的優(yōu)勢(shì)，工程的開(kāi)展要體現(xiàn)出數(shù)據(jù)化的特性，例如搭建空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，讓水利工程得到更加智能化的成長(zhǎng)，經(jīng)由一系列信息匯總、處理、分析的過(guò)程，使智慧水利工程充分體現(xiàn)現(xiàn)代社會(huì)綠色可持續(xù)發(fā)展的原則。

為了水利工程得到更實(shí)際的運(yùn)用，在水利工程方面創(chuàng)造出更多高新產(chǎn)品，應(yīng)切實(shí)提高水利工程信息的管理質(zhì)量及效率。同時(shí)，為保障水利工程建設(shè)水平高并且得到長(zhǎng)遠(yuǎn)效益，應(yīng)增強(qiáng)相關(guān)人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、為信息技術(shù)人員提供施展才能的機(jī)會(huì)，保證他們的思想認(rèn)識(shí)及實(shí)踐素質(zhì)維持在較高水平，使人員牢記建設(shè)的規(guī)章制度，培養(yǎng)學(xué)習(xí)現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。

運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息技術(shù)，可以在節(jié)省人力自愿的基礎(chǔ)上，及時(shí)地對(duì)水利工程中的疏漏部分進(jìn)行補(bǔ)足，這種創(chuàng)新手段將不斷促進(jìn)水利工程整體的高效發(fā)展。為緊跟當(dāng)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的步伐，嚴(yán)格遵守黨的方針政策、保障自然環(huán)境的良好生態(tài)，智慧水利高新技術(shù)的運(yùn)用必不可少。

2?WebGIS系統(tǒng)框架

2.1?MapServer概念

MapServer是明尼蘇達(dá)大學(xué)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源WebGIS軟件，它具備將大量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的強(qiáng)力功能。MapServer屬于以胖服務(wù)器端/瘦客戶(hù)端為模式的WebGIS平臺(tái)，操作者使用客戶(hù)端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器利用MapFile對(duì)地理空間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取，同時(shí)把得到的地理數(shù)據(jù)用GD庫(kù)繪制完成并最終以jpg/png/gif等圖片格式傳送到客戶(hù)端的瀏覽器進(jìn)行展示。完善的WebGIS系統(tǒng)還包括客戶(hù)端組件 OpenLayers、瓦片緩存等與功能流暢表現(xiàn)密不可分的有關(guān)技術(shù)。MapServer地理數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的高效實(shí)現(xiàn)，有賴(lài)于廣泛數(shù)據(jù)的匯總，并且它可以便捷地整合大量空間、非空間數(shù)據(jù)。此外，MapServer具備投影、字體改變等功能，以及可以在不同比例尺下自動(dòng)改變所示各種地圖要素。

對(duì)各級(jí)圖層的顯示內(nèi)容、展示樣式，地圖的檢索路徑等各種MapServer屬性進(jìn)行自定義，需要運(yùn)用到MapFile這種軟件配置文件，同時(shí)該文件后綴為.map。MapFile包含Web、Legend、Scalebar、Layer 以及Outputformat等設(shè)置。其中需要注意的是，MapServer發(fā)送的地圖由一層層圖層覆蓋組合，Layer設(shè)置顯示的圖層順序與在MapFile程序中的圖層順序正相反。MapServer正常顯示地圖需要MapFile各項(xiàng)數(shù)據(jù)的正確配置。

MapServer作為WebGIS系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，具備兩種能使用于服務(wù)器端的操作模塊，它們是：CGI以及MapScript。

2.2?MapServer運(yùn)行流程

MapServer通常的運(yùn)行流程是：Web服務(wù)器收集客戶(hù)端的請(qǐng)求數(shù)據(jù)并發(fā)送至MapServer服務(wù)器端;MapFile利用已配置好的路徑讀取數(shù)據(jù)再繪圖表示出來(lái)。數(shù)據(jù)庫(kù)把相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息以及配置屬性發(fā)送給 MapServer程序處理，再通過(guò)GD庫(kù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式為jpg/png/gif。經(jīng)由MapFile相關(guān)屬性的配置，即可指定模板文件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖表示，同時(shí)可以指定瀏覽器中MapServer應(yīng)用程序的表達(dá)設(shè)計(jì)。最后程序?qū)⒅茍D結(jié)果按照客戶(hù)端提供的路徑參數(shù)下載到指定位置，Web服務(wù)器將制圖發(fā)送至客戶(hù)端直觀展示。

2.3?MapServer工作環(huán)境

開(kāi)源軟件的使用方便了用戶(hù)結(jié)合自身需要定制程序。本文主要探討由下列軟件建設(shè)的信息共享平臺(tái)。

（1）WebGIS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分：MapServer。

（2）地理信息系統(tǒng)地圖設(shè)計(jì)軟件：Quantum GIS。Quantum GIS基于Qt及GDAL等開(kāi)源軟件，是用戶(hù)界面友好的地理信息系統(tǒng)軟件，它提供給MapFile各項(xiàng)配置顯示環(huán)境。

（3）Web服務(wù)器：Apache。Apache作為排名第一的Web服務(wù)器軟件，它的跨平臺(tái)及安全性能非常優(yōu)良。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)：PostgreSQL。PostgreSQL特性非常全面，它是一種對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（ORDBMS）。為使PostgreSQL更高效地提供空間信息服務(wù)，PostGIS被設(shè)計(jì)出來(lái)。

（5）前端工具軟件：Ka-Map。Ka-Map作為MapServer系統(tǒng)中的前端，具有與Google Map相似的外觀設(shè)計(jì)，它包含矢量瓦片技術(shù)，在節(jié)省服務(wù)器資源的同時(shí)，加快了瀏覽器反應(yīng)速度。MapServer系統(tǒng)的直觀顯示需要Ka-Map發(fā)揮關(guān)鍵作用，利用Java API，借助瀏覽器的特性，即可拓展為空間信息傳送及展示提供平臺(tái)的具有優(yōu)秀交互性能的Web-Mapping。

3?在線地圖

3.1?數(shù)據(jù)庫(kù)的選取

pg AdminⅢ屬于一款在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)安裝之后，對(duì)其進(jìn)行可視化管理的工具軟件。pg AdminⅢ管理Postgre SQL的途徑，基本為編輯postgresql.conf及pgpass.conf 等文件。首先使用pg AdminⅢ建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)之后，再將一種空間數(shù)據(jù)開(kāi)放文件（Shapefile）導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2?Map File的配置

（1）生成Map File文件。Map File具有明晰的設(shè)計(jì)架構(gòu)。Map File的屬性對(duì)象則以圖層對(duì)象為主。Map File包括一個(gè)（及以上）圖層對(duì)象，有多數(shù)圖層對(duì)象的時(shí)候，Layer設(shè)置顯示的圖層順序與在MapFile程序中的圖層順序正相反。在Map File不能完整保存圖層對(duì)象又甚至圖層屬性產(chǎn)生錯(cuò)誤的時(shí)候，Map Server的運(yùn)行將受到較嚴(yán)重的影響。MapFile文件還包含Web、Legend、Scalebar、Layer 以及Outputformat等多項(xiàng)設(shè)置。

整個(gè)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)，對(duì)Map File文件進(jìn)行編輯是重中之重，它影響著Map Server最終的繪圖展示以及直觀設(shè)計(jì)。Map File的圖層種類(lèi)繁多，具有很大程度的復(fù)雜性，單純使用人力對(duì)Map File進(jìn)行編寫(xiě)不能保證工程的高質(zhì)量、高效率。可以合理使用Maplab、 Quantum GIS等對(duì)Map File文件進(jìn)行編寫(xiě)，舉例來(lái)說(shuō)，借助Quantum GIS軟件編輯，能夠設(shè)置圖層類(lèi)型、直觀設(shè)計(jì)、顯示比例等等元素，最終取得較為完善的Map File文件。一般步驟是首先利用Quantum GIS軟件導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的Shapefile文件，然后對(duì)直觀設(shè)計(jì)進(jìn)行自定義設(shè)置同時(shí)保存到.qgs格式的工程，最后選擇“插件→Map ServerExport”選項(xiàng)即可生成設(shè)置好的Map File文件。不過(guò)，還需對(duì)由Quantum GIS軟件生成的Map File文件做一些編輯，將未起作用的多余數(shù)據(jù)進(jìn)行刪減。

（2）編輯Map File文件。這一步應(yīng)再次對(duì)Map File文件的相關(guān)屬性進(jìn)行編輯、修改，同時(shí)取消讀取本地文件的Shapefile文件，改成連接postgis：

將之前的屬性之一DATA “HYDA”修改為：

CONNECTIONTYPE postgis

CONNECTION “dbname='wmapdata' host=localhostport=5432 user='postgres' password='123456' ”

DATA 'the_geom FROM “HYDA” USING UNIQU-Egid USING srid=-1'

將看到以空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)為范圍的網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布界面。

4?結(jié)語(yǔ)

水利行業(yè)中各類(lèi)空間地理信息繁多。相關(guān)單位及部門(mén)應(yīng)重視大規(guī)模的水利數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，以便科學(xué)處理龐大的數(shù)據(jù)。各崗位、部門(mén)間應(yīng)加強(qiáng)信息交流，努力搭建智慧水利工程的信息共享平臺(tái)。多種數(shù)據(jù)的匯總及交流，可以高效地降低系統(tǒng)資源浪費(fèi)，讓企業(yè)開(kāi)源節(jié)流。Web GIS技術(shù)在水利中的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)各施工單位、各建設(shè)部門(mén)間密切合作的效果，作為先進(jìn)的技術(shù)手段促進(jìn)智慧水利的健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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