MapXtreme图形信息可视化的设计与实现-数字油田项目部.doc

MapXtreme图形信息可视化的设计与实现王宝军（大庆石油管理局通信公司新技术开发中心系统维护部）摘要： GIS的全称是Geography InformationSystem，即地理信息系统。这种系统与传统的信息管理系统相比具有图形化、可视化的优点。MapXtreme能将信息管理系统中的基本信息与实际的位置信息相结合，产生出丰富的用户体验和良好的效果。文中分析了MapXtreme的相关技术和开发方式，考虑用户对于GIS的基本需求,设计了一个基于MapXtreme提供的组件实现的WebGIS原型系统，并给出在大庆市社区信息系统中的应用实例。关键词：地理信息系统（GIS）；MapXtreme； Oracle Spatial；可视化技术；概述近年来随着社会信息化的飞速发展，信息化管理显得尤为重要。民政部门在管理社区居民楼以及居民信息的工作过程中形成了大量的文件、图片和地形图等成果资料， 真实的反映了社区居民情况，然而这些资料种类繁多、关系复杂，数量极其庞大，可视化技术可以全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，并能迅速、形象地传递和接收它们，由此可见空间信息离不开可视化；而可视化技术将成为空间信息阅读、理解进而交互作用最重要的工具手段。WebGIS是Internet 和 WWW技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径，从 Internet 的任意节点，用户都可以浏览访问WebGIS站点中的空间数据、进行各种空间信息检索和空间分析1。市内各社区居民楼的管理工作直接与空间位置有关，采用 WebGIS将大大提高社区居民信息管理的工作效率，为领导的决策及时提供科学依据，对社区管理信息化、高效化和现代化有重要的现实意义。1. MapXtreme的原理及开发方法MapXtreme是一个基于Internet /Intranet 技术的WebGIS 地图应用服务器， 通过对MapX的功能集成，开发人员只需在Web服务器上安装MapXtreme， 并对其进行编程和管理，用户即可通过 Internet /Intranet使用Web浏览器访问 MapXtreme，并获得MapXtreme所提供的GIS功能，如显示地图、地图的缩放、 漫游、访问地图上链接的信息、制作专题图、 进行空间分析等。使用 MapXtreme 开发WebGIS应用，开发人员能集中地控制和维护地图和数据库数据，并实现地图应用程序功能，适合信息量大、访问用户多的面向公众信息服务的实际情况。1.1 基于 MapXtreme 的网上地图发布模式通常将MapXtreme的Web地图发布归为三类：瘦客户端，中客户端，胖客户端。这三种之间的区别在于传输数据量的不同。1) 瘦客户端：客户端使用 HTML 和服务器交互，地图是一幅图片；客户端不需要Java支持， 这是常见的Internet应用。2) 胖客户端：客户端是一个Applet，提供比HTML更好的交互性；客户端得到的是由矢量数据表示的地图，而不是图片，这种方式下载的时间长，适合于Intranet应用。3) 中客户端：这种方式介于瘦客户端和胖客户端之间。客户端下载Java Applet，但是地图是一幅图片。这种方式可以提供良好的交互性，同时减少了下载时间。1.2 基于MapXtreme应用技术的基本构架MapXtreme的开发构架是利用ASP技术编制网上地图信息发布系统。如通常的Web应用一样，利用MapXtreme进行基本处理包括客户端提交请求、服务器处理客户请求、服务器将处理结果反馈给客户端三部分。MapXtreme的处理包含两个特殊过程：初始化地图服务器、释放地图服务资源。用户在客户端进行相应的地图操作，客户端浏览器向Web Server发出一个HTTP请求，同时递交Form表单。ASP应用程序则根据提交表单的信息，判断用户的地图操作请求类型，并访问MapXtreme地图应用服务器的Map引擎。Map引擎进行相应的空间分析和处理后，将结果以位图(. gif，. j pg，. png等)的形式传递给Web Server，Web Server将此位图文件嵌入到HTML页面再返回到客户端的浏览器中，如图1所示。MapXtreme将MapInfo的高效地图化引擎MapX和JSP技术结合在一起， 组成一个集成的WebGIS解决方案软件包。MapXtreme通过调用MapX启动运行实例来响应用户的请求，并建立了Session的概念，每个Session管理着一个或多个运行实例。当用户提出申请时，Session也同时启动，实例被创建。在系统运行时，MapXtreme可监控Session的状态，如请求数目、响应时间和服务时间。Web BrowserWeb ServerApplication ServerRequestHTML PageRequestMap ImageSQL Server2000 With Spatial Wvare图1 MapXtreme 三层体系结构2. GIS系统的数据管理GIS中数据分为空间数据和属性数据，二者紧密结合形成对地物的描述2。空间数据是用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。属性数据是描述空间对象属性特征的数据，如类型、名称、性质等。二者的紧密结合形成对空间实体的描述，对一类数据的操作必然会影响与之相关的另一类数据。因此，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS的基本问题，也是GIS中最底层和最基本的技术。GIS数据的管理可以分为两类：一类是采用文件系统组织和管理；一类是采用空间数据库进行管理。OracleSpatial是基于Oracle支持自定义数据类型这一特性所开发的空间数据处理系统。OracleSpatial的自定义数据类型有很多，都在MDSYS方案下，MDSYS方案规定了所支持的几何数据的存储、语法以及语义，经常使用的数据类型是 SDO _GEOMETRY型。SDO_GEOMETRY表示一个几何对象，可以是点、线、面、多点、多线、多面或混合对象。2.1 OracleSpatial存储空间数据的原理OracleSpatial的空间数据存储结构是一个由空间图层、几何体和元素组成的层次结构3。其中空间图层由具有相同属性集的空间实体构成，每层的空间实体和相关的空间索引存储在数据库标准的表中；元素是空间实体的基本组成部分，元素的位置由坐标数据来确定。空间图层表示不同的要素类。在OracleSpatial中，每一个图层对应于一个或者一组表，一个层中所有空间实体都应该具有相同的空间属性；空间实体是类型MDSYS，SDO_GEOMETRY的实例； OracleSpatial支持的空间元素类型包括点、线串、多边形、复合线串、复合多边形、圆、弧线串以及弧多边形，类型MDSYS，SDO_GEOMETRY存储点、线、多边形；坐标数据表示空间元素的(x，y)或者经纬度坐标对。在OracleSpatial中每个空间实体存储为一个对象，用一行具有SDO_GEOMETRY类型字段的记录来存储。一个空间实体只需用一行记录就可以完成存储，极大地方便了数据处理、维护等操作。2.2 OracleSpatial空间数据管理OracleSpatial管理空间数据的方法是：提供一个MDSYS模式，其中包含了关于空间数据管理的所有内容，即提供一个对象数据类型SDO_GEOME2TRY，空间索引功能及多个针对SDO _GEOMETRY的函数/运算符等4。在OracleSpatial中通过空间元数据表和空间数据表共同管理空间数据。空间数据表(其中包含SDO_GEOMETRY类型的字段)存储数据，空间元数据表管理空间数据表，对各空间数据表进行描述，每一条记录描述了一张空间数据表的信息。在GIS中，每幅地图根据不同的要素类可以分成不同的空间图层。相应地在OracleSpatial中为每幅地图建立一个元数据表，为每个空间图层建立一个元数据表。地图数据采用MapInfo公司的.tab文件格式存储，可以通过MapInfo Professional提供的数据上传工具Easy Loader将空间数据层上传到OracleSpatial中。2.3 OracleSpatial空间数据查询OracleSpatial使用一种两级操作模型来解决空间查询【5】。这两级操作分别称为首次过滤和二次过滤。首次过滤在所有候选记录中快速选取部分记录传送给二次过滤，它只是近似地比较几何体，这样可以减少计算的复杂性，因而成本较低。首次过滤得到正确结果集的一个超集；二次过滤对首次过滤的结果集进行精确计算，产生空间查询的准确结果。与首次过滤相比，二次过滤的成本较高，但它仅对首次过滤的结果集进行操作。当然，在很多情况下，仅用首次过滤就足够了，这也相应地要求首次过滤应尽可能地高效。3系统实现以大庆地图数据为例，开发了基于MapXtreme2005 +ASP.NET的WebGIS应用系统。该系统是一个基于Internet的地理信息系统。系统采用B /S结构模式，后台服务器端运行MapXtreme2005，采用OracleSpatial管理地图数据，可实现MapXtreme2005从OracleSpatial中读取空间数据和属性数据并在客户端浏览器中显示。3.1将地图数据导入OracleSpatial现有的地图数据大多以.tab文件的格式存放，首先将文件格式的地图数据导入到服务器端的OracleSpatial中，导入时选择MapInfo公司的数据转化工具Easy Loader，导入操作在客户端和服务器端均可执行。导入完成后，OracleSpatial会为每一个.tab文件在数据库中建立一个与文件名同名的数据表，表中的字段即. tab文件中的地图对象的所有属性字段和一个 SDO_GEOMETRY字段，其中SDO _GEOMETRY字段的值对应的就是.tab文件中的空间对象的空间数据信息。数据导入完毕后数据表中的每一条记录就代表.tab文件中的一个空间对象。本系统中，首先按照空间对象的类型将地图分为公路层、街区层、居民楼层等，每层都只存储相同类型的空间对象数据，然后，分别将保存有各层数据的. tab文件利用Easy Loader导入至OracleSpatial中。3.2地图数据的显示在之前的操作中将地图划分成了若干层对应于OracleSpatial中的每一个数据表。通过MapXtreme 2005各命名空间所提供的接口可以连接并读取数据库中的空间数据，将每个数据表中的空间数据显示为一个图层，这些图层叠加起来就是一幅完整的地图。此外，由于数据的分层存放也可以根据不同的用户类型或用户的不同需求显示对用户有用的图层，这样可以降低服务器到客户端的数据的传送量从而起到了提高系统性能的作用。3.3属性数据的显示在将. tab文件导入到OracleSpatial中时，.tab文件中的地图对象的所有属性数据也同时被导入OracleSpatial中.在读取这一部分数据时，同样可以利用 MapXtreme2005命名空间所提供的接口将数据表中的属性数据也显示为一个图层，然后将它叠加到空间数据图层上。程序运行后显示空间数据和属性数据如图2所示。图2 程序运行后显示空间数据和属性数据4结语落后的管理方式已经不能适应现代城市建设快速发展的要求，社区工作管理方式和服务手段急需变革。利用 DBMS存储、管理数据是WebGIS发展的趋势，MapXtreme2005在这方面显示出了很好的发展前景。通过该系统可以改善社区基层工作机构的统计工作手段，从而达到提高整个社区的办公效率。从长远角度看还能够减少社区开支，提高社区管理和服务的整体水平，为政府搭建及时掌握民情动态的平台，增强各级政府的管理服务能力。参考文献1胡武强,杜丹.基于MapXtreme 2005的WebGIS系统的研究与开发 J .北京测绘,2005(1): 5 .2MapInfo公司. Developer Guide MapXtreme 2005_ DevGuide EB /OL .http: /www.MapXtreme 2005 . com, 2006 - 01 - 15 .3 朱志伟,刘书雷,李军.一种基于Oracle spati