（计算机应用技术专业论文）基于webgis的高校地下水网的系统设计与实现.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文主要论述了高校地下水管网地理信息系统的设计与实现。高校水管管理 部门由于长期使用手工方式管理管线图纸，造成工作效率地下，线路改造、整修、 新增出现诸多不便之处。基于高校水管管理业务的需求，提出目标系统应该完成 地下管路的可视化管理，辅助管理人员进行决策分析。水管管理人员可以通过系 统完成地图浏览、地图查询、空间分析等。系统的构建过程主要包括纸张信息的 数字化、图形文件的再编辑、地图的发布和数据库表的设计。本文详尽讨论了构 建w e b g i s 的5 种方式，并对各种方式进彳亍了技术难度和优劣的对比。本系统采 用了插件实现方式以实现b s 模式的应用，在客户端浏览矢量地图，增强了用户 与界面之间的交互性。进一步叙述了插件的工作原理，介绍了相关软件平台技术， 最后进行部署实施的讲解。 关键词：w e b g l s ，矢量，栅格，管网，插件 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yi sd i s c u s s e dt h ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n to ft h eu n i v e r s i t y u n d e r g r o u n dp i p el i n ew e b g i s b e c a u s eo ft h el o n g - t e r mh a n d i c r a f t m e t h o d m a n a g e m e n t ，t h ea d m i n i s t a t i v ed a p tw o r ke f f i c i e n c yi sv e r yl o w ，m a k i n gp r o j e c t c o n s t r u c t i o nd i f f i c u r a c c o r d i n gt ob u s i n e s sr e q u i r e m e n to fp i p el i n em a n a g e m e n t , t h es y s t e mc a nm a k et h eu n d e r g r o u n dp i p el i n ev i s u a la n dl e n d ss u p p o gt ot h e m a n a g e rt oc a r r yo nd e c i s i o n t h em a n a g e ro ft h ep i p el i n ec a nc o m p l e t em a pt o b r o w s ef l u o u , 出s y s t e m ，m a ps e a r c h ，a p a c ea n a l y s i se t c b u i l d i n go ft h es y s t e n a m a i n l yi n c l u d ed i g i t a l i z i n g , m a pe d i t i n g ，m a pr e l e a s i n ga n dd e s i g no fd a t i v e t h e t e x td i s c u s s e dw e b g i s5k i n d so f m e t h o d si nd e t a i l s d e s 嘶b e dv a r i o u sw a ym e r i ta n d s h o r t c o m i n g t h i ss y s t e ma d o p t sp l u g - i nt oc a r r yo u tt h ew e b g i s u s e rc a nb r o w s e t h ev e c t o rm a pi ni eo rn a v a g a t o r t h ep a p e rf u r t h e rd c s 嘶b e dt h ew o r k i n g p r i n c i p l e o f t h ep l u g - i n ，i n t r o d u c e dr e l a t e ds o f t w a r et e c h n i q u ea n dd e p l o y m e n to f s y s t e m l ih o n g b i n g ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) s u p e r v i s e db yp r o f w a n gy i n g k e yw o r d s ：w e b g i s , v e c t o r , l i g h t g r i d ，p i p e n e t , p l u g - i n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于w e b g i s 的高校地下水网 的系统设计与实现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下 进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢 之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华 北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 d、， 学位论文作者签名：必竺! 日期： 生2 ：! ：j o 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 微丘 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题研究的背景和意义 近年来，随着“科教兴国”战略的贯彻实施，国内各大高校持续扩招，校园 不断扩建，在校人数不断增多，从而加重了高校校务管理的负担，按传统的工作 方式，势必工作效率低下且工作人员负担沉重，不能满足校内广大师生的教学需 要，因此迫切需要建立一套有效的辅助办公系统。在数字校园的各项建设中，地 下水管理直接决定校园用水的好坏，而地下水管理的好坏决定着校内能否正常供 水，进而决定师生职工的生活秩序。这对保证高校教学质量起着至关重要的作用。 目前，城市内高校用水以地下铺设的水管供给和排放，由于管路长期埋于地 下且需要经常挖埋，每次线路改造和修葺过程中，常常无法获得各种地下管线的 准确位置，就会给地下管线的管理、维护以及远期工程的建设增加困难，也可能 会因施工过程中不明确各种管线的位置关系，人为地破坏其它管线，从而影响城 市正常生产和居民正常生活，造成很多不安全隐患。因此需要对地下水管进行可 视化管理，准确获得其详尽的地理信息。 一般高校初始，采用的是纸质的图纸保存各种资料，但是由于年代久远，保 存的资料或与实际不符，或是己经丢失、损毁。更有甚者，部分管路的铺设情况 只有当时参加施工的工人知道，每次管路的挖埋并无可靠依据，从而造成误挖、 重挖、挖坏的现象时有发生。这些都影响了学校的管路修葺和施工建设，延缓了 校园的建设，造成了不该有的损失【l 】。 地下水管具有典型的空间特征，如坐标和埋深等。按照传统管理方式，这些 信息只是单纯记录于施工图纸上，不利于信息查询和进一步的统计分析，只依赖 图纸管理己无法满足维护和施工需要，具体存在如下的问题： 1 图纸不利于长期保存，在反复使用过程中，易损坏和丢失，更不利于实 时修改。 2 图纸记录管路空间信息不直观，可读性差，各种信息绘于图面，错综凌 乱。 3 纸上管路数据无法进行综合查询，如按管径粗细查询、维修情况等条件 进行查询。 4 纸上管路数据无法做进一步应用，必须要电子化或数字化后才可以进行 计算和统计，如准确计算面积、长度等。 华北电力大学硕士学位论文 5 图纸管路信息无法进行专题图分析和缓冲区分析，如漏水影响区域，按 不同色深查看不同管径粗细等。 6 不同管路埋设分布情况绘于各自的图面上，无法进行综合应用和统一管 理。如地下水管分布、煤气管路分布和电力线路分布等，无法进行叠加，也无 法与地形数据结合应用。 针对高校水管管理的迫切需要，要想克服目前手工管理的弊端，就需要建立 水管管理的地理信息系统( g i s ) ，实现地下管网的数字化与可视化，实现对管 路的地理信息和属性信息进行有效管理和维护，为管网的改造和扩建提供科学的 依据，辅助管理人员分析管网现状，达至o 决策支持的最终目标。系统管理图形库 和属性数据库并将二者融为一体，图文并茂地展现给用户，信息查询做到准确高 效且数据易于动态更新，诣在减轻工作人员负担以提高管网管理的效率和质量。 基于此，地下管网信息系统的构建应解决如下问题： 1 将所有纸质地图数字化，便于可视化管理和应用。 2 以常用的矢量格式解决输入问题。 3 应能提供图形编辑和更新，属性数据录入和维护等基本处理，以确保数 据的现势性。 ， 4 对管线空间数据和属性数据进行快速准确查询和分析。 5 应能够提供紧急事故的处理方案，以减少各方损失。为爆管、漏水事故 的抢修、维修提供解决方案。 6 应能快速生成各种专题图和统计报告，以为决策提供支持。 随着校园数字化建设的发展，校园地下水管网的地理信息系统的构建势在必 行。 1 2 国内外研究的发展现状 1 2 1 国外发展现状 国外供水行业采用计算机信息管理己比较普遍，一些发达国家在g i s 的发 展上己取得很大进展，许多城市己建立了地下管网g i s ，且己进入专业化应用与 商品化生产阶段。九十年代后，g i s 在我国开始逐步发展和应用，但由于起步较 晚，技术上相对落后。虽然已有少数城市将g i s 应用于供水系统部分信息的管 理，但由于历史遗留问题太多，加之人们对此项新技术的认识不足，同时人员素 质还有待提高，所以目前尚缺少综合性强、通用性好的供水管网系统。 迄今为止，供水管网在管理层面上主要经历了三个阶段 1 手工管理阶段 2 华北电力大学硕士学位论文 手工管理是目前我国国内供水管网管理中应用最广的办法。一般由决策部门 根据实际需要和经验提出管网建设项目初步规划方案，设计部门据此进行探测后 绘制工程图纸，管网建设部门根据设计部门设计的图纸进行施工，并将施工图和 设计图纸一并交由档案管理部门进行组卷归档。管网运营期间，管理人员还要对 管网进行巡查，通过巡查及时发现问题，对失效的供水设施及时更换，并对超龄 运行的管线提出改造意见。可见，在手工管理模式之下，管理自动化、信息化程 度低，效率十分低下。 2 计算机辅助管理阶段 由于技术落后的手工管理模式无法满足日益增大的城市供水管网系统管理 需要，2 0 世纪7 0 年代以来，各国政府加大城市基础设施建设的同时，致力于以 信息技术和智能化。管网管理曾经或正在采取的辅助管理方式主要有以下几种： 第一，是运用关系数据库管理系统( d b m s ) ，建立起管网m i s 系统，对现有 管网的坐标数据和卡片信息实施整理录入，这种方式可以有效地对管网各种业务 属性进行查询、分类和统计，但对图形则无法支持。 第二，是将m i s 和图形结合起来使用，在m i s 的关系数据库中中存放和处 理管网基本业务属性数据，而图形数据如设计图、竣工图等以外部文件的形式存 放在磁盘中，图形操作一般使用另外的图形操作软件如a u t o c a d 、3 d m a x 等来 实现，图形和业务属性的互查需要在m l s 和图形处理系统之间相互切换，图形 本身所蕴涵的丰富信息还是不能被m l s 系统自动识别、提取和利用。 第三，是利用扩展数据库字段来实现业务属性和图形的挂接，基本思路是在 数据库表的扩展字段中存储图元的编码或索引，将图形与对应的属性记录关联起 来，从而实现图形和属性的互查，如o r a c l e 的b l o b 字段、m ss q ls e r v e r 的i m a g e 字段都是用于对大二进制对象的扩展字段。这种处理方式是在传统m i s 基础上 一次有意义的超越，但由于传统关系数据库无法处理图元的拓扑关系、对海量数 据缺乏一体化管理、图形和属性的偶合松散导致维护复杂以及无法处理三维数据 等缺陷，依然使管网管理系统的使用差强人意。 3 管网g i s 阶段 即采用地理信息系统( g i s ) 来统一管理图形、属性和拓扑信息。管线信息和 与管线相关的地形、环境信息从根本上讲是地理信息，地理信息除了具有信息的 一般特性，如共享性、客观性外，还具有区域分布性( 具有空间定位的特点) 、数 据量巨大、信息载体多样等特殊性质，这就决定了传统数据库管理的观念与方法 不能有效地管理和分析纷繁复杂的地理信息，而g i s 技术可以将地理信息相关 的空间位置、属性特征及时域特征进行统的管理，按一种新的方式组织和使用 地理信息，以便更有效地分析和生产新的地理信息，同时地理信息系统的应用也 华北电力大学硕士学位论文 改变了地理信息分发和交换的方式。 近年来，国外发达国家在城市供水过程中，为取得供水系统的统一规划以及 在工程设计和运行管理方面的优化，广泛应用g i s 系统进行供水管理工作，通 过实现供水系统信息化管理，为供水系统优化提供重要的决策支持。他们自8 0 年代就把g i s 技术引入给排水领域，如d u l a n l y 和h e w i t t ( 1 9 9 0 ) 等运用g i s 通用 软件来处理管网管理的日常工作；将g e o s q l 、g i s 和a u t o c a d 与供水系统分析 结合起来，及时为用户提供供水管网变化所造成的影响；m o u t a l e t a l 在1 9 9 2 年设 计出了纽约市包括9 6 0 0 k m 管线、1 8 0 0 0 个闸阀和1 9 0 0 0 个消火栓的g i s 数据库 管理和管线绘图系统；1 9 9 3 年美国华盛顿环境工程委员会以g e o m a p 为平台建立 了g 璐给排水管理系统，成功地对全市的给排水管网及设施进行管理。 b e n t l e y 公司为市政开发的软件有：e s c a p e ( 电力) ；c - s p a c e ( 煤气、天然气) ； g e o w a t e r ( 城市自来水) ；g e o w a s t e r w a t e r ( 城市废水) ；t e l c o ( 电信) 等。i n t c r g r a p h 公司将其开发的管线管理模块称作自动制图和设施管理a m f m ( a u t o m a t e d m a p p i n g f a c i l i t ym a n a g e m e n t ) ，该公司专门开发t 用于城市地下管 线信息管理的系统f r a m e 。 美国的e s r j 公司作为行业中的领军公司，也推出了a r e f m ( a r c f a e i l i t y m a n a g e r ) 。这是新的基于a r c l n f o 的应用软件系统，可以让市政、电力、 供水部门科学的管理、维护和设计电力、煤气以及给排水等地下管网。 。 德国的西门子公司也开发出自己的用于地下管网信息管理的软件系统 s a 心明可以用于电力、煤气以及给排水等地下管网领域。 1 2 2 国内发展现状 1 9 7 8 年，专家陈述彭主张将地理信息系统作为一个新学科和技术领域分支 提出，标志这中国内地g i s 事业准备工作的开始；1 9 8 0 年1 月中国科学院遥感 应用研究所成立全托第一个g i s 研究室，标志这中国内地的研究与发展正式起 步。并国二十多年的发展，中国内地的g i s 事业在理论研究、软件开发和推广应 用等方面都有较大发展，成为国民经济建设和社会生活的一种共同学要和普遍使 用的工具。目前，在资源开发、环境治理及资源、环境的综合利用等方面，g i s 发挥了不可估量的作用。 八十年代中期，我国部分城市如洛阳、常州、沙市等开始着手建立为城市规 划g i s 。九十年代中后期，开始主要城市开始建立供电、供水、煤气、电讯、交 通g i s 。 九十年代后期，随着i n e m e t 和w e b g i s 技术的发展，为企业和市民提供空 间信息服务的g i s 网站开始出现，并开始通过i n t e r n e t 提供网上地图浏览服务， 4 华北电力大学硕士学位论文 为电子政务提供空间信息基础平台。这些应用标志着社会g l s 的发展，城市g i s 应用领域的拓宽，同时业加深社会对g i s 的认识，g i s 技术将通过社会g i s 深 入千家万户，扩展g i s 的市场空间。城市地下管线是城市市政工程的重要组成 部分。随着城市经济的腾飞与城市规模的迅速扩大，管网系统也愈来愈庞大，愈 来愈复杂。传统的人工管理方式，即档案加固纸方式，已无法适应城市管线现代 化管理的需要。因此，用计算机技术科学地管理管线资料，是当今市政管理部门 迫切的要求。 f 1 8 0 年代初开始，我国相继出现了以管理数据和图件为目的的“地下管线系 统”。从最初的用数据库管理，到最近的用g i s 管理，地下管线系统的开发研制 出现了可喜的局面。然而从全国的整体情况来看，系统的研制仍处于开发初期。 目前，国内尚无具有广泛推广价值的软件，已有的系统还有相当大的局限性，新 系统的开发还有许多问题亟待解决，因而城市管线系统的研制，具有广阔的市 场和应用前景。 地下管网地理信息系统可采用g i s 模式或者成图系统加属性信息管理系统 模式。g i s 模式是目前采用较多的一种方式，它除具有成图系统和属性信息管理 系统的功能外，特别还具有空间分析的功能，是一种最有发展前途的模式。第二 种模式是采用数据库管理系统和c a d 绘图软件结合的处理方式，但图形和数据 之间缺乏有效的联系。 我国的地理信息系统研究和建设始于上世纪8 0 年代。近年来，在我国的地下 管网信息系统建设方面，也已经有了长足的进步，开发和投入使用了一批系统。 武汉中地信息工程公司以其组建式m a p g i s 平台为基础开发的地下管网信息系统， 该系统多种数据输入方式，数字化仪，扫描矢量化，键盘输入等，并可以生成管 网中要素之间的拓扑关系，通过使用空间分析模型，得出科学合理的决策信息嗍。 1 3 本论文研究的主要内容 本文主要以高校地下水管网络的管理为研究对象，构建了基于w e b g i s 地下 水管网络的管理信息系统；论文还对系统构建中的关键问题做了相应的理论探 讨。如w e b g i s 相关的技术，主要包括w e b 技术、地理信息技术、数据库技术 等。对各种g i s 开发平台迸行简要对比以及迸行平台相关的技术。基于这些技 术构建2 d 空间地下水管网地理信息系统。主要工作如下： 1 图纸信息的数字化、矢量化。 2 高校地下水管网日常管理的组织机构及其业务需求。 3 高校地下水管w e b g i s 的功能分析。 4 高校地下水管w e b g i s 的管路属性数据库设计。 华北电力大学硕士学位论文 5 高校地下水管w e b g i s 的实现技术以及各种方式的长处和不足。 6 高校地下水管w e b g i s 的部署实施。 1 4 论文的组织结构 第一章主要讲解了论文的选题背景、构建地下管网的意义、目前国内外水管 网络g i s 研究的现状以及本文的研究内容。 第二章讨论了高校地下水管管理的日常业务需求，地下水管网络地理信息系 统应用范围和实现目标，对系统进行子系统的划分。 第三章阐述了地下水管网络g i s 相关实体的属性数据模型和空间数据模型。 第四章阐述了地下水管网g i s 的实现技术，其中包括w e b 关键技术、w e b g i s 的构建方案、系统所使用的实现技术、数据库实现技术以及图形文件的处理技术。 第五章阐述了地下水管网g i s 的子系统功能模块设计、属性表设计、空间 实体设计、对象模型设计、开发平台技术和部署实施方案。 第六章对全文内容进行概括描述，阐述本文的课题意义。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章校园地下管网g i s 的需求分析 2 1 地下水管网络的业务分析 2 1 1 水管管理工作的业务概述 地下水管的铺设是学校建设的重要的基础设施，一般而言，由校内相关部门 进行日常管理和维护工作。日常管理的工作主要包括水管线路改造、水设备增容、 线路维修、事故处理等。此外还有对供水系统设备的管理，主要包括水管、水井 和管沟。其中水管按用途包括给水管、排水管、雨水管、中水管、暖水管等；水 井按用途包括上水井、下水井、检查井、闸门井等。 以某校管理部门为例，一般对地下水管网络的管理的工作是：由后勤和行政 部门来共同负责，行政部门负责审核各单位用水量，对超用水量核算水费后通知 财务处结算、负责制定学校节约用水管理规章制度、节水措施，受理日常用水设 备增容、管线改造、设备安装、用水指标分配等行政管理工作。后勤部门负责日 常用水节水的管理工作，负责学校供水范围内单位和个人的计划用水、节约用水 的检查监督，并负责对供水系统的维护维修和改造，保证教学、科研、生活的正 常用水。 i 地下水管网络主要是指给水管、排水管、中水管、雨水管、热水管。高校用 水主要是行政办公用水、教学实验用水、学生公寓用水、食堂用水、公共浴室用 水、供暖锅炉房中用水、绿化用水、施工单位用水。保障学校各项用水是保证学 校正常教学活动和生活秩序的前提。因而对水管的日常水量维护、线路整修、管 路改造、事故及时处理等工作就十分重要【2 】。 2 1 2 水管管理工作的业务流程 1 水管管线维修 水管管线维修主要是指日常维修和专项维修，如图2 - 1 所示。 ( 1 ) e 1 常维修( 跑、冒、滴、漏) 。 ( 2 ) 专项维修( 大段管路、工程) 。 7 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 1 维修业务流程图 2 水管管线改造工作 ( 1 ) 检索所有寿命已到、使用过久的水管，然后提交相关部门做进一步的处 理。 ( 2 ) 检索管径较细的水管，不能满足供水量或排水量时，提交相关部门做迸 一步的处理。 ( 3 ) 学校扩建、建筑物增加、用水单位有增加时，均需要增设水管管线，先 由用水单位报行政部门审批，再由相关部门做相关处理，如图2 - 2 所示。 不a 图2 - 2 管线改造业务流图 3 水设备增容工作 水设备增容是指增加水井采水量、增加水泵压力、增加水井等，如图2 3 所 8 华北电力大学硕士学位论文 图2 3 水设备增容业务流图 4 用水设备安装 用水设备安装是指对陈旧的用水设备进行撤换，重新安装新设备，如图2 4 所示。 2 - 4 用水设备安装业务流图 2 2 系统范围与目标分析 地下水管网络地理信息系统建立的总体目标是综合管理地下水管网络的各 种信息，为学校建设发展提供科学的依据。 地下水管网络地理信息系统的构建主要解决长期以来资料查询不便、维护苦 难的问题。系统的目标主要是实现对地下水管网络的空间信息和属性信息进行综 合管理，本系统将实现高效地下水管网络的可视化、查询、事故处理及分析和各 种专题图查询。 系统用户分两类，第一类是管理人员，第二类是登陆校园网的相关人员。管 理人员具有使用系统的较高权限，能够浏览、新增、修改、删除和查询水管地图 元素和属性数据，登陆到校园网的相关人员均可以浏览地下水管网络相关信息。 水管工作人员使用系统具体完成：查看水管地理分布平面图；点图查询；依 元素属性( 如管径、权属单位等) 查询图中元素及其他属性；制作专题图( 如不 9 华北电力大学硕士学位论文 同管径以不同色深显示) 并打印输出：快速生成最佳关闸方案( 以事故点为参照 查看缓冲区范围) 。 2 3 系统组织结构与功能分析 2 3 1 系统组织结构 以某校为例，主要负责部门有行政管理处和后勤部门，如图2 - 5 所示。 2 3 2 系统功能划分 图2 - 5 组织结构图 根据前述业务分析，本系统共分五大子系统，包括用户管理子系统、地图浏 览子系统、地图查询子系统、地图编辑子系统、空间分析子系统。如图2 - 6 所示 【3 1 。 图2 - 6 系统功能结构图 l o 华北电力大学硕士学位论文 用户管理子系统：主要包括对高级用户和普通用户的管理，高级用户使用系 统的权限较高，能够对管路进行图形和属性的编辑。普通用户权限较低，仅可以 浏览管路信息。 地图浏览子系统：包括地图平移、缩小、放大、量距等功能。 地图查询子系统：包括图查和条件查询，图查可根据选中的任何实体查询与 其相关的属性信息。条件查询则可根据实体的某些属性查询空间信息。 地图编辑子系统：包括图形编辑和属性编辑，相关专业人员可以修改源图形 文件，然后更新图形库。属性编辑主要是指完成对实体属性信息的新增，修改和 删除等。 空间分析子系统：主要是指专题图的制作和缓冲区分析。专题图指按管径粗 细不同、按埋设年代久远程度而生成的不同色深的管段和管井。缓冲区分析指根 据事故点快速查看影响的周围区域和生成最佳关闸方案。 华北电力大学硕士学位论文 第三章地下水管网络g i s 的数据模型 校园地下水管和管井的埋设错综分布，还有相邻的电缆线等。水管就包括给 水管、热力管、排水管等。管井包括检查井、阀门井、上水井、下水井等。类型 繁多，这样就需要进行数据建模并使用某种数据结构来存储。 3 1 地下水管网络系统的数据分析 地下水管网系统涉及校内建筑、道路、管沟、管线、管井等。道路往往依附 子建筑物周围，管线埋设于道路两旁，管井埋设于管线段的衔接处。故管线的定 位多以校内建筑和道路为参照物。因此涉及的所有对象都具有空间特征和属性特 征，如坐标、埋深、长度，埋设年代、权属单位等等m 。 3 2 属性数据模型 3 2 1 管沟属性数据模型 管沟相关信息包括管沟宽、管沟高、埋深、权属单位、埋设时间等。系统中 采用二维方式存储管沟属性数据，以关系型数据库文件存储，建立管沟属性数据 表，如表3 - 1 所示。 表3 1 管沟数据模型表 管管管管管埋权 沟沟沟沟沟设属 编宽高起 终 时 堕 码 点 点 间 位 3 2 2 管线属性数据模型 管线相关信息包括管线段长、管线段材料、管线段起点位置、管线段终点位 置、管段起点地面标高、管段终点地面标高、管段起点埋深、管段终点埋深、埋 设时间、权属单位、修葺历史记录、用途、管径粗细等。系统中采用二维方式存 储管段属性数据，以关系型数据库文件存储，建立管线属性数据表，如表3 - 2 所 示。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 表3 2 管线数据模型表 毳l 囊l 霾i 雾i 雯i 茎i 蓁l 霎 坡 度 3 2 3 管井属性数据模型 管井相关信息包括管井埋深、管井容积、管井宽、管井高、管井地面标高、 管井权属单位、管井类型、管并用途、材料、埋设年代等。本系统中采用二维方 式存储管井属性信息，以关系型数据库文件存储，建立管井属性数据表，如表 3 - 3 所示。 表3 3 管井数据模型表 管管管管管管所承埋权 点点 点点点点在受设属 编 名类材用标管压 焦监 码称型质途 高线 力代 位 编 号 3 2 4 道路数据模型 道路信息包括道路名称、路宽、路段长、编号、位置等。建筑和道路在本系 统中采用二维关系表存储，辅助管沟、管线和管井的相对定位，如表3 - 4 所示。 表3 - 4 道路数据模型表 道道起 终道道 建 权 路路点点路 路 设属 编 名 编编 长 宽 焦堕 码称码码 度 度 代 位 3 2 5 建筑数据模型 建筑信息包括名称、编号、用途、位置、占地面积。在图中作为管线的辅助 参照物，如表3 5 所示。 华北电力大学硕士学位论文 3 3 空间数据模型 表3 - 5 建筑数据模型表 管沟、管线、管井、建筑和道路空间信息都采用图形文件的形式存储，各自 绘制在各自的图层中。图形文件主要包括矢量和栅格两种格式，系统中主要使用 d w g 矢量文件存储坐标信息和空间特征，使用j - p g 橱格文件存储航拍图片，在 底部衬托，作为参照【5 1 。 3 3 1 矢量数据模型 d w g 文件包括管沟图层、管线图层、管井图层、建筑图层和道路图层。管 沟图层存储管沟空间信息，包括x 、y 、z 坐标等。管线图层包括管线起点和终 点x , y , z 坐标，以及拐点位置、交错情况等。管井图层包括管井x 、y 、z 坐标， 以及附属于某段管线和管沟等信息。建筑和道路图层各自存储坐标信息及彼此的 相对位置信息。矢量数据利于空间坐标信息的抽取并进一步应用，计算坡度、长 度、面积，空间分析和制作专题图等等i “。 3 3 2 珊格数据模型 j p g 文件是经过压缩处理的图形文件，卫拍图片和航拍图片适合使用j p g 文 件存储，它比矢量文件小，在网络中传输速度快，但存储信息有限，不能进一步 应用，在本系统中仅仅用作底图，与矢量文件相吻厶【7 1 。 系统采用航拍和卫拍图片作为底图，在a u t o d e s k m a p 2 0 0 6 平台支持下输入 光栅图形文件，起衬托作用并产生一定效果钔。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 第四章地下水管网g i s 的关键技术 4 1w e b 关键技术 4 1 1b s 应用模型 随着互联网的普及，无论是企业或单位的内部办公还是互联网上的公众服务 都越来越多采用b $ 应用和开发模式。b s 模式具有客户端软件安装容易且廉价、 覆盖地域面积广、协议简单等特点。高校地下w c b g i s 采用b s 实现模式，以常 用的浏览器软件为客户操作平台，如鹰、n a v a g a t o r 等。并容易和校内信息网集 成，甚至办公人员可以单点登录校园网，无需重新登录不同系统p l 。 i n t e x n e t 的迅速发展促使计算技术正在由基于c s 模式应用转变为基于b s ( 浏览器朋艮务器) 模式的应用系统。在b s 模式的系统中最核心的一点就是用 通用的浏览器取代了原来的客户端程序，其体系结构如图4 1 所示。 应用纛9 朔i 一髓蓐鬟勰。 图4 1b s 模型图 这种模式使得应用程序的部署、安装和升级变得容易，大部分业务逻辑在服 务器端实现，提高了系统的安全性【1 0 1 。 4 1 2 网页与客户端脚本技术 h t m l 英文全称为h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，解释为超文本标记语言。 h t m l 是在s g m l 定义下的一个描述性语言，由文字及标记组合而成，便于编 辑，只要能将文件另存成a s c i i 纯文字格式即可，可是使用记事本或者更专业 的编辑软件，文件存储的扩展名为h u n 或h t m l ，由当前的主流浏览器解释执行， 如i e ，n a v a g a t o r 等。 v b s c r i p t 是一种脚本语言，易学易用，直接嵌入到h t m l 源码，可用于微 软m 浏览器的客户端脚本和微软i i s ( i n t c r n e ti n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 的服务器端 脚本，可用于创建动态网页，但是仅可由m 浏览器解释执行。 华北电力大学硕士学位论文 j a v a s c r i p t 是一种解释性的，基于对象的脚本语言( a ni n t e r p r e t e d , o b j e e t - b a s e d s c r i p t i n g l a n g u a g e ) 。j a v a s e r i p t 主要是基于客户端运行的，用户点击带有j a v a s c r i p t 的网页，网页里的j a v a s e r i p t 就传至o 浏览器，由浏览器对此作处理。嵌入到h t m l 页面代码中，增强交互性，如验证表单有效性等大量互动性功能，都是在客户端 完成的，不需要和w e bs e r v e r 发生任何数据交换，因此，不会增加w e bs e r v e r 的负担。几乎所有浏览器都支持j a v a s e r i p t ，如i n t e m e te x p l o r e t ( i e ) ，f i r e f o x ， n e t s e a p e 。m o z i l l a , o p e r a 等。 高校地下水管w e b g i s 动态网页采用h t m l 、v b s e r i p t 和j a v a s e r i p t 相结 合实现。包括内容的呈现、客户端事件的触发和响应处理等。使用h t m l 仓4 建 静态网页，使用v b s c r i p t 进行不同事件的响应，使用j a v a s e r i p t 编写程序代码 进行事件的处理。 4 1 3 服务器端脚本技术a s p 英文全称为a c t i v es e r v e rp a g e s ，a s p 是一种动态网页，也就是在h t m l 源代码中嵌入v b 代码执行，文件后缀名为a s p 。a s p 网页是包含有服务器端脚 本( s e r v e r - s i d es c r i p 0 的h t m l 网页。w e b 服务器会处理这些脚本，将其转换 成h t m l 格式，再传到客户的浏览器端。 对于h t m l ，h t m l 只能用于编写静态的网页。当一个用户浏览器从w e b 服务器( 图4 2 所示：w e bs e r v e r ) 要求一个h t m l 网页时，w e b 服务器就将 这个网页直接发送给用户浏览器，不经过计算处理。然后用户浏览器会处理该网 页的h t m l 代码，然后将结果显示出来。 一魄 l 町- 哺m t 州5 吣 t h 1 1 口，l ，2 0 ，h 一= “= i ；：、_ mi 图4 2 普通页面响应图 对于a s p , 其处理过程则更复杂些。当一个用户浏览器从w e b 服务器要求 一个a s p 网页对，w e b 服务器会将这个a s p 文件发送给w e b 服务器的a s p 引擎，a s p 引擎则将该a s p 网页中所有的服务器端脚本转换成h t m l 代码， 1 6 季 华北电力大学硕士学位论文 然后将所有h t m l 代码发送给用户浏览器，如图4 3 所示。 一国一一 | 篙絮“州” | ：麓嚣猕激“7 。“州捧“ 隔一空 巨暑 | 嚣淤销瓮胂j 图4 - 3a s p 页面响应图 高校地下水管w e b g i s 使用a s p 将后台服务器的处理结果返回给客户端程 序。主要包括对管路、管井等属性信息的查询结果，按预定义的样式呈现给用户 【1 1 1 。 4 2w e b g i s 关键技术 4 2 1w e b g i s 的解决方案 一般将w e b g i s 分为两类，根据主要图形属性数据所处的逻辑位置不同，可 划分为服务器端和客户端两种解决方案。有些w e b g i s 平台采用介于其中的平衡 方案。 对于服务器端的w e b g i s 的解决方案而言，空间分析和输出全由服务器完 成，通用网关接口c g i 负责实现与g i s 服务器的连接，最后客户端将结果显示 出来。这种模式对网络传输速度无疑是非常繁重的负担。 对于客户端的w e b g i s 的解决方案而言，一部分常见的g i s 分析和数据处理 工作在客户端完成，而不像服务器端解决方案，几乎包办处理用户的一切请求。 系统需通过服务器向客户端发送一段运行在本地机上的客户程序。这个程序可以 与用户相交互，处理用户的一些简单请求，如地图的开窗、放大等，所需的矢量 数据的形式发回给客户端。与服务器端的解决方案相比，客户端方式的w e b g i s 具有用户操作灵活方便的特点，有效的减少网络传输和服务器负担，但处理大型 数据库和完成复杂的g i s 空间操作的能力十分有限。 w e b g i s 系统开发最初采用通用网关接口技术，以及相继发展起来的i d c 、 a s p 、i s a p i 、n s a p i 等技术方法，后来又产生了称为“插件”( p l u g - i n ) 的应用 1 7 华北电力大学硕士学位论文 技术。目前采用比较流行的技术，一是j a v a 语言，包括j a v a 小程序a p p l c t 和j a v a 虚拟机技术( 哪等；二是采用a c t i v e x 控件及c o m 组件对象模型等网络开发技 术1 1 0 1 。 1 利用c g i 技术方法构建w e b g i s 通用网关接口c g i ( c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e ) 方法就是互联网服务器w e b s e r v e r 通过调用外部应用程序的接口扩展网络服务器的功能。这时c g i 的作用即 相当于在外部应用程序与i n t e m e t i n t r a n e t 网络服务器之间架设一座桥梁，使网络 服务器对客户端请求作出响应。客户端通过网络服务器激发c g i 程序的相应实 现具体的操作，读取h t m l 文件，并将读取的数据信息或文件，通过服务器送 往客户端，如图4 4 所示。 图4 - 4 c g l 工作方式图 美国e s r i 公司的i n t e r n e t m a p s e r v e r f o r a r c v i e w 和m a p i n f o r 公司的m a p i n f o m a p x t r e m e 都是利用这一原理实现的。这种实现方式在目前的i n t e r n e t i n t r a n e t 浏览器上发布和传输g i s 数据信息需要解决两个技术难点：一方面，现有的网 络浏览器不支持矢量数据的读取，矢量数据要首先在服务器端转换为珊格数据 ( 如b m p 、j p e g ) ，然后在网络中传输。因为w e b 浏览器仅支持珊格图形，这样 的转换使图形数据量成倍增大，并使得已经拥挤的网络不堪重负：另一方面，传 统的g i s 原有的数据类型与i n t c m e t a i n t r a n e t 现有的数据类型相距甚远，尤其是 矢量图形与其属性数据建立的对应、关联关系已经十分复杂，要在浏览器上实现 原有的许多操作变得很困难。这种实现方式一般适用于对原有g i s 系统的网络 化改造，而开发新系统往往不是最佳的选择【l “。 2 利用服务器端应用程序接口建立w e b g i s 服务器应用程序接口是为克服c g i 方法的低效率问题而研制的。这种方法 的基本原理与c g i 类似，所不同的是c g i 程序是可以单独运行的程序，而基于 服务器应用程序接口的程序必须在特定的服务器上运行。它的特点是速度要比 c g i 方法快得多，因为基于服务器a p i 动态连接模块启动后会一直处于运行状 华北电力大学硕士学位论文 态，而不像c g i 每次都要重新启动。这种方法的缺陷在于它依附于特定的服务 器和计算平台。例如微软公司的i s a p l 只能在w i n d o w s 平台上运行，具有一定 的局限性，所以尽管c g i 技术显得落后，但可以应用在任何平台，可以用任何 语言编程，其应用仍然非常广泛【l ”。 3 利用p l u g - i n 插件技术方法建立w e b g i s 插件法( p l u g - i n ) 是由美国网景公司( n e t s c a p e ) 开发的增加网络浏览器功能的 方法。它提供了套应用程序接口( a p d ，可用于研制和网络浏览器直接交户信 息的专门的w e bg i s 软件包。插件使w e b 页面提供者在现有标准支持下，可以 随时加进去新的内容。音频、视频、图形、多媒体和商业客户应用程序等全部都 是h t m l 页上的有效内容。目前流行的w e b 浏览器主要有网景公可的n e t s c a p e 和微软公司的m ，它们均具有应用程序编程接口( a p d ，方便网络开发商和用户扩 展满足用户需求的与网络相关的应用。与传统c g i 方法不同的是，p l u g - i n 方法 是在客户端的浏览器上增加一个能够识别矢量图形数据的插件。通过这样的插 件，使得服务器的矢量图形数据无需转换，就能直接通过w e b 浏览器实现图形 浏览、查询和分析等操作功能，大大减少了网络的数据传输量，较好的解决了网 络上图形数据信息的传输“瓶颈”。同时，矢量图形与其属性已建立的对应、关 联关系也易得到保存。世界著名的c a d 软件厂商美国a u t o d e s k 公司m a p g u i d e 就是基于这一原理w e b g i s 系统平台；美国i n t e r g r a p h 公司的w e bm 印s e r v e rf o r g e o m e d i a ( 插入件为a c t i v e c g m ) 也是采用p l u g - i n 插件技术方法实现的w e b g i s 系统软件。 同c g i 和服务器应用程序接口两种方法相比具有更大的优势，前两种方法 用户获得的地理信息数据和地图都是静态的，因为整个地图图像是一个实体，任 何用户的g i s 操作，如放大、缩小等都需要服务器来完成。当网络流量较高时， 系统反应会很慢。p l u g i n 方法是把一部分服务器的功能移到客户端。这样不仅 可以大大加快用户操作的反应速度，而且减少了互联网流量和服务器的负载。以 插件方法建立系统的特点是速度快，客户端操作的是矢量图形数据，插件可在互 联网上下载并安装到客户端机。 插件方式工作原理如图4 5 所示。 j 9 华北电力大学硕士学位论文 业务逻辑层一搬层一 衰示屠一 冈i c i 叵圃厂 一 7 i 属性披 1 据。 、 、) 叫图彤歙i u 图4 5 插件工作方式图 表示层：负责完成h t m l 文档和地图文件向用户输入并按规定的样式显示 以及接受用户输入的信息。 业务逻辑层：负责完成检索属性数据库并返回h t m l 文档给浏览器解释输 出、完成查找相应图形数据并形成g i s 插件能够解释的地图文件以便输