基于GIS的市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾祥兵

（安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000）

0.引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來越高，城市市容管理部門為此投入了大量的市容環(huán)衛(wèi)部件，用于維護(hù)城市市容、市貌的整潔，與此同時(shí)導(dǎo)致市容環(huán)衛(wèi)部件管理方面存在部件總體數(shù)量、類別和分布不清楚，管理人員職責(zé)混亂以及信息更新不及時(shí)等問題，嚴(yán)重影響了城市市容環(huán)衛(wèi)管理工作的精準(zhǔn)化和精細(xì)化[1]。因此，為了全面掌握城市市容環(huán)衛(wèi)部件的設(shè)置情況，各地都陸續(xù)開展市容環(huán)衛(wèi)部件普查、建庫以及平臺(tái)建設(shè)工作[2]。本文根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，利用GIS、GPS、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了市容環(huán)衛(wèi)部件管理數(shù)據(jù)庫，搭建了市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了市容環(huán)衛(wèi)部件普查數(shù)據(jù)圖文表一體化管理、二三維一體化展示，動(dòng)態(tài)巡查以及實(shí)時(shí)更新等功能，逐步建設(shè)成技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)完整、功能完善和服務(wù)全面的一體化綜合管理平臺(tái)，為市容環(huán)衛(wèi)管理工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支撐，為輔助決策提供真實(shí)準(zhǔn)確、完整及時(shí)地信息支持。

1.建設(shè)目標(biāo)

1.1 市容環(huán)衛(wèi)部件的數(shù)字化

利用無人機(jī)傾斜攝影、車載移動(dòng)系統(tǒng)以及移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)，開展全市范圍內(nèi)的市容環(huán)衛(wèi)部件普查工作，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、質(zhì)檢以及入庫，從而構(gòu)建市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理數(shù)據(jù)庫[3]，實(shí)現(xiàn)市容環(huán)衛(wèi)部件信息的數(shù)字化，直觀展現(xiàn)市容環(huán)衛(wèi)部件的各類信息，如，戶外廣告類等市容環(huán)衛(wèi)部件的名稱、位置描述、所在街路、責(zé)任人、設(shè)置單位、審批單位、初始時(shí)間、變更時(shí)間、坐標(biāo)以及規(guī)格等，為城市精細(xì)化和信息化發(fā)展提供了信息支撐。

1.2 市容環(huán)衛(wèi)部件管理的精細(xì)化

構(gòu)建覆蓋全市范圍內(nèi)的圖文表一體化、二三維一體化以及時(shí)空一體化的“一張圖”市容環(huán)衛(wèi)部件管理模式[4]。強(qiáng)化市容環(huán)衛(wèi)部件位置信息和圖文信息、電子地圖、街景以及三維實(shí)景模型等數(shù)據(jù)的集成管理，在“一張圖”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)圖文表、二三維一體化以及歷史和現(xiàn)狀一體化展示，提高市容環(huán)衛(wèi)部件的全周期精細(xì)化管理能力。

1.3 市容環(huán)衛(wèi)部件決策分析的科學(xué)化

通過搭建市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理平臺(tái)，充分利用GIS、GPS和云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使市容環(huán)衛(wèi)部件的展示、查詢統(tǒng)計(jì)、空間分析、輔助決策、動(dòng)態(tài)巡查以及數(shù)據(jù)更新融為一體，讓城市市容環(huán)衛(wèi)管理和綜合執(zhí)法工作人員對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件各類信息的了解更為直觀，有助于市容環(huán)衛(wèi)部件的統(tǒng)計(jì)分析以及管理決策等。

2.總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思想

平臺(tái)基于SOA架構(gòu)，采用MVC設(shè)計(jì)模式，搭建基于Cesium的市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理平臺(tái)。Cesium是國外一個(gè)基于JavaScript編寫的使用Web圖形庫（Web Graphics Library，WebGL）的地圖引擎，是一個(gè)跨平臺(tái)[5]、跨瀏覽器的展示三維地球和地圖的JS庫，支持2D、2.5D以及3D形式的地圖展示，可以自行繪制圖形、高亮區(qū)域并提供良好的觸摸支持，且支持絕大多數(shù)的瀏覽器和Mobile。具體設(shè)計(jì)思路：（1）利用MangoDB進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)管理，利用Mysql進(jìn)行市容環(huán)衛(wèi)部件專題數(shù)據(jù)管理，采用Mysql和文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行管理；（2）利用MapServer軟件和OpenLayers類庫包實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖服務(wù)的發(fā)布和訪問；（3）客戶端界面采用HTML、CSS和JavaSrcipt等語言實(shí)現(xiàn)，并利用JavaSrcipt向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器端則利用IIS發(fā)布Web應(yīng)用服務(wù)。采用此方法設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)無插件、跨平臺(tái)以及跨瀏覽器的快速訪問，提高平臺(tái)的應(yīng)用效率。

2.2 框架設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思想，對(duì)平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括核心層、相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及保障和信息安全體系，即基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層。框架設(shè)計(jì)示意圖（如圖1所示）：

圖1 框架設(shè)計(jì)示意圖

基礎(chǔ)設(shè)施層為平臺(tái)運(yùn)行提供軟硬件支撐，是在云環(huán)境下將Web服務(wù)器、空間存儲(chǔ)服務(wù)器和文件存儲(chǔ)服務(wù)器等進(jìn)行虛擬化，從而提高服務(wù)器和硬件的利用率，并在虛擬服務(wù)器上安裝GIS軟件、操作系統(tǒng)、安全軟件以及數(shù)據(jù)庫軟件等。

數(shù)據(jù)資源層為市容環(huán)衛(wèi)部件管理提供數(shù)據(jù)支撐，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行普查、處理和入庫等操作，構(gòu)建市容環(huán)衛(wèi)部件管理數(shù)據(jù)庫，包括基礎(chǔ)地理信息庫、市容環(huán)衛(wèi)部件空間庫、市容環(huán)衛(wèi)部件專題庫、多媒體庫以及元數(shù)據(jù)庫等，為市容環(huán)衛(wèi)部件展示、應(yīng)用及輔助決策提供翔實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)支撐。

服務(wù)層是SOA架構(gòu)的基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)等核心服務(wù)接口集成起來，形成強(qiáng)大的、開放的、堅(jiān)實(shí)的管理平臺(tái)，為市容環(huán)衛(wèi)管理提供穩(wěn)定、高效地支撐，可直接調(diào)用目錄服務(wù)、WMS服務(wù)、WFS服務(wù)、空間查詢服務(wù)以及空間統(tǒng)計(jì)服務(wù)等。

應(yīng)用層是市容環(huán)衛(wèi)部件管理窗口，包括“一張圖”集成顯示、市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)表管理以及動(dòng)態(tài)巡查管理等，滿足市容環(huán)衛(wèi)日常業(yè)務(wù)需求。

用戶層是平臺(tái)的使用人員，主要包括市容環(huán)衛(wèi)管理人員、綜合執(zhí)法人員、部件普查人員以及運(yùn)維人員等。

平臺(tái)架構(gòu)兩側(cè)是運(yùn)行和保障機(jī)制，包括數(shù)據(jù)普查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、平臺(tái)管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、保障體系以及信息安全體系。

3.關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)組織管理

平臺(tái)涉及的數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)種類多，具有多源、異構(gòu)等特點(diǎn)，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織和管理。市容環(huán)衛(wèi)部件管理數(shù)據(jù)庫主要涉及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)兩大類，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)組織管理示意圖（如圖2所示）：

圖2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)組織管理示意圖

（1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)組織管理，主要包括數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)切圖處理和數(shù)據(jù)調(diào)用。數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用開源的地圖投影庫，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的坐標(biāo)參考系下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)可以在統(tǒng)一空間下進(jìn)行展示、查詢和統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)切圖處理，第一采用開源的柵格空間轉(zhuǎn)換庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行金字塔構(gòu)建，第二采用Google地圖切片方案進(jìn)行數(shù)據(jù)切圖，第三將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MongoDB數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)調(diào)用是Cesium通過ImageryProvider接口調(diào)用Web地圖瓦片服務(wù)和Web矢量數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)瀏覽器的客戶端顯示。

（2）業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)組織管理。業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)包括市容環(huán)衛(wèi)部件專題空間數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)，照片、視頻等文件數(shù)據(jù)以及運(yùn)維管理數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織管理，市容環(huán)衛(wèi)部件空間數(shù)據(jù)采用MongoDB數(shù)據(jù)庫進(jìn)行組織管理，市容環(huán)衛(wèi)部件屬性和文件數(shù)據(jù)則采用Mysql關(guān)系數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行組織管理。數(shù)據(jù)調(diào)用流程：首先，通過Ajax技術(shù)向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求；其次，服務(wù)端利用Ado.net技術(shù)訪問市容環(huán)衛(wèi)部件專題數(shù)據(jù)庫；最后，將成果以Json格式進(jìn)行返回，并在瀏覽器的Cesium客戶端進(jìn)行顯示。

3.2 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化

為了讓數(shù)據(jù)顯示效果動(dòng)態(tài)、直觀，平臺(tái)采用Cesium進(jìn)行可視化。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，利用Cesium客戶端打造不同的數(shù)據(jù)可視化流程，具體流程示意圖（如圖3所示）：

圖3 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化流程示意圖

Cesium可視化流程步驟如下：（1）通過HTML定義Div元素，創(chuàng)建Cesium；（2）判斷加載數(shù)據(jù)類型，主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)切片數(shù)據(jù)、市容環(huán)衛(wèi)部件的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)或者shp數(shù)據(jù)以及多媒體數(shù)據(jù)；（3）根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型選擇不同的加載方法，實(shí)現(xiàn)最終數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)可視化展示。如，市容環(huán)衛(wèi)部件的Shp數(shù)據(jù)是通過SharpMap將矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為Geojson，從viewer對(duì)象中取得DataSourceCollection類型的屬性DataSources，創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象DataSource，最后調(diào)用DataSources的Add方法，將新創(chuàng)建的DataSource對(duì)象市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)加入到場(chǎng)景渲染中。

3.3 工作足跡定位

工作足跡定位是以電子地圖為依托，利用GPS定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)日常巡查和部件更新等工作。（1）記錄巡查人員實(shí)時(shí)的巡查軌跡和歷史軌跡，以便后期巡查人員查看自身巡查行程工作記錄，同時(shí)，市容環(huán)衛(wèi)管理人員可以對(duì)巡查工作進(jìn)行指揮調(diào)度、監(jiān)督和工作考核；（2）可以對(duì)市容環(huán)衛(wèi)的違法事件進(jìn)行定位，直觀準(zhǔn)確地了解違法情況；（3）實(shí)現(xiàn)市容環(huán)衛(wèi)部件位置定期更新，保證市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。日常巡查路徑示意圖（如圖4所示）：

圖4 日常巡查路徑示意圖

4.平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)采用模塊化開發(fā)相應(yīng)的功能，開發(fā)環(huán)境采用Java語言相關(guān)的開發(fā)集成環(huán)境平臺(tái)，運(yùn)用Java技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MongoDB3.0和MySQL5.7。核心的功能包括“一張圖”集成顯示、市容環(huán)衛(wèi)部件管理、市容環(huán)衛(wèi)部件查詢統(tǒng)計(jì)管理、市容環(huán)衛(wèi)部件動(dòng)態(tài)巡查管理以及運(yùn)維管理等。

4.1 “一張圖”集成顯示

“一張圖”展示實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)的圖文表一體化展示、二三維一體化展示以及時(shí)空一體化展示。圖文表一體化展示是在二維電子地圖的基礎(chǔ)上疊加市容環(huán)衛(wèi)部件空間數(shù)據(jù)，并與市容環(huán)衛(wèi)部件屬性信息和照片等信息關(guān)聯(lián)，點(diǎn)選市容環(huán)衛(wèi)部件數(shù)據(jù)可以在地圖上直觀地查看其詳細(xì)信息和照片信息，以環(huán)衛(wèi)部件公廁為例，可以查看公廁部件的標(biāo)識(shí)碼、權(quán)屬部門、詳細(xì)位置、所在街道、坐標(biāo)以及設(shè)置方式等；二三維一體化展示是將同一屏幕分成兩部分，通過分屏對(duì)比，可以查看市容環(huán)衛(wèi)部件的二維信息和三維信息；時(shí)空一體化展示可以查看同一位置的市容環(huán)衛(wèi)部件的歷史和現(xiàn)狀情況，通過時(shí)間軸，展示其變化過程。市容環(huán)衛(wèi)部件展示效果示意圖（如圖5所示）：

圖5 市容環(huán)衛(wèi)部件展示效果示意圖

4.2 市容環(huán)衛(wèi)部件管理

市容環(huán)衛(wèi)部件管理具備對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件二維數(shù)據(jù)和三維模型的錄入、編輯以及導(dǎo)出等功能。數(shù)據(jù)錄入是對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件普查的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)檢后，批量導(dǎo)入。平臺(tái)數(shù)據(jù)編輯實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增、刪、改等功能，如，點(diǎn)擊修改按鈕，平臺(tái)彈出數(shù)據(jù)修改列表，據(jù)此修改數(shù)據(jù)的部件標(biāo)識(shí)碼、所在地址、負(fù)責(zé)人、設(shè)置日期以及照片等信息，然后點(diǎn)擊“提交”按鈕，完成數(shù)據(jù)修改功能。此外，還可以對(duì)部件三維模型進(jìn)行編輯和更新。數(shù)據(jù)導(dǎo)出可以將數(shù)據(jù)成果以csv、txt、word和excel等格式進(jìn)行導(dǎo)出，為編寫專題報(bào)告或者領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)提供決策支持。

4.3 市容環(huán)衛(wèi)部件查詢統(tǒng)計(jì)管理

市容環(huán)衛(wèi)部件查詢統(tǒng)計(jì)管理的查詢統(tǒng)計(jì)功能可以進(jìn)行關(guān)鍵字查詢統(tǒng)計(jì)、模糊查詢統(tǒng)計(jì)以及空間查詢統(tǒng)計(jì)。關(guān)鍵字和模糊查詢統(tǒng)計(jì)包括在平臺(tái)輸入名稱、所在街區(qū)、市容環(huán)衛(wèi)部件類別等搜索條件，查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果以頁面表單的形式展示，點(diǎn)擊某個(gè)市容環(huán)衛(wèi)部件結(jié)果，可以快速在地圖上進(jìn)行定位且高亮顯示；空間查詢統(tǒng)計(jì)包括多邊形查詢統(tǒng)計(jì)和自定義查詢統(tǒng)計(jì)，如自定義查詢統(tǒng)計(jì)，可以組合選擇市容環(huán)衛(wèi)部件的所在街區(qū)域及類型，輸入部件名稱、設(shè)置人、所屬地點(diǎn)等選項(xiàng)，查詢統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)列表，雙擊選中其中一條想要查詢的數(shù)據(jù)，通過右側(cè)地圖可定位至當(dāng)前列表屬性所在位置，點(diǎn)擊當(dāng)前點(diǎn)可以查看當(dāng)前點(diǎn)附近的部件信息及圖片，如果當(dāng)前點(diǎn)有多個(gè)市容環(huán)衛(wèi)部件，亦支持翻頁查看。左下方會(huì)顯示出自定義統(tǒng)計(jì)及分析的結(jié)果，以柱狀圖、餅狀圖等形式進(jìn)行展示。

4.4 市容環(huán)衛(wèi)部件動(dòng)態(tài)巡查管理

動(dòng)態(tài)巡查管理是市容環(huán)衛(wèi)綜合執(zhí)法人員利用移動(dòng)終端App實(shí)現(xiàn)市容環(huán)衛(wèi)部件動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)更新維護(hù)，主要包括的功能有巡查路徑規(guī)劃、巡查人員管理和數(shù)據(jù)編輯及上傳等；巡查路徑規(guī)劃是為確保責(zé)任網(wǎng)格內(nèi)的市容環(huán)衛(wèi)部件巡查全覆蓋，根據(jù)時(shí)間、人員等，事先規(guī)劃巡查路徑；巡查人員管理包括巡查人員信息管理以及職責(zé)管理；數(shù)據(jù)編輯及上傳是在巡查過程中，發(fā)現(xiàn)有違法事件或者數(shù)據(jù)有更新時(shí)，一方面對(duì)違法事件進(jìn)行說明和拍照，另一方面是對(duì)數(shù)據(jù)有變動(dòng)后的更新，編輯完成后上傳到平臺(tái)。

4.5 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理是平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行的后臺(tái)保障，包括用戶列表管理、權(quán)限管理和日志管理。用戶列表管理支持用戶名稱的搜索，如新增、刪除、修改用戶名及密碼等；權(quán)限管理是將功能模塊定義為角色，通過不同級(jí)別的用戶，賦予不同的角色，從而實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理；日志管理是對(duì)平臺(tái)的操作、訪問以及軟硬件問題等內(nèi)容進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，方便運(yùn)維人員后期維護(hù)。

5.結(jié)束語

本文綜述了利用GIS、GPS、云計(jì)算以及移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)搭建市容環(huán)衛(wèi)部件綜合管理平臺(tái)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件成果的展示、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和巡查等功能。平臺(tái)建設(shè)后，一是摸清了城市市容環(huán)衛(wèi)部件的數(shù)據(jù)、類型和分布情況，提高城市管理部門的決策水平；二是讓城市市容環(huán)衛(wèi)部件管理精細(xì)化、信息化和智能化。但也存在一定問題，如，數(shù)據(jù)信息更新不完善、網(wǎng)絡(luò)傳輸不穩(wěn)定等問題。下一步平臺(tái)將繼續(xù)完善功能，對(duì)市容環(huán)衛(wèi)部件進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和管理，提高城市管理的水平。