水文综合信息服务系统项目可行性研究报告.doc

水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 水文综合信息服务系统项目 可行性研究报告 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 目 录 一 概述 3 1 1 项目开发背景 3 1 2 技术开发状况 4 1 3 主要用途和性能 5 1 3 1 主要用途 5 1 3 2 主要技术性能 5 1 4 投资的必要性 6 1 5 本企业实施该项目的优势 7 二 技术可行性分析 7 2 1 系统体系结构 8 2 2 系统模块组成 8 2 2 1 基础水文资料数据库 8 2 2 2 基本信息库 8 2 2 3 整编资料转储软件 8 2 2 4 报汛站和水库站水文报汛资料整编系统 9 2 2 5 信息服务平台 9 2 2 6 水文综合检索与分析系统 10 2 2 7 基于 PDA 的汛情监控系统 10 2 2 8 数据管理维护系统 11 2 3 系统数据流 11 2 4 系统运行平台 11 2 5 关键技术的开发与效果论述 12 2 5 1 技术及创新点 12 2 5 2 系统研发技术路线 30 2 5 3 系统主要功能 30 2 5 4 系统性能特征 34 2 6 产品技术性能水平与国内外同类产品的比较 34 2 7 本企业实施该项目的优势 35 三 项目成熟程度 35 3 1 有关成果的技术鉴定 35 3 2 产品质量稳定性和成品率情况 35 3 3 知识产权 36 四 市场需求情况和风险分析 36 4 1 市场需求情况和发展前景 36 4 2 风险分析及对策 38 五 投资估算及资金筹措 38 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 5 1 项目投资估算 38 5 2 资金筹措方案 40 六 经济及社会效益分析 40 6 1 未来五年生产成本和销售收入估算 40 6 1 1 预计市场销量 40 6 1 2 预计销售单价及产销量 40 6 1 3 预计单位总成本 41 6 1 4 销售利润预计 42 6 2 财务分析 42 6 2 1 投资利润率 42 6 2 2 计净现金流量及内部收益率 42 6 3 社会效益分析 43 七 项目成员简介 43 7 1 项目负责人情况 43 7 2 其他人员情况 44 7 3 公司研发机构及产品开发情况 45 7 4 企业管理情况 45 八 项目的实施进度计划 46 8 1 总体计划 46 8 2 项目实施进度 46 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 一一 概述概述 1 1 项项目目开开发发背背景景 水是生命之源 一切生命活动都离不开水 水是社会经济发展的基础性资源 在国计民生和社会经济发展中占有越来越重要的地位 水是生态系统的控制性要素 水旱灾害对生态环境产生巨大的冲击和影响 经济社会发展和客观自然条件 决定 了水资源在我国可持续发展中的极端重要性 新中国成立以来 我国水利事业在保 障经济社会发展方面取得了巨大的成就 但是由于种种原因 水资源形势依然十分 严峻 目前 我国水资源主要面临以下四大问题 一是频繁的洪涝灾害威胁着经济 社会的发展 二是水资源紧缺已经成为经济社会发展的主要制约因素 三是水土流 失 生态恶化的趋势没有得到有效遏制 四是水污染严重 解决中国面临的水问题 必须牢固树立和落实党的十六届三中全会强调的以人 为本和科学发展观 以正确认识人与自然的关系为前提 以新的理念去思考和破解 中国面临的水问题 解放以来 水文事业得到了蓬勃发展 到目前 全省共可用雨量站雨量信息 近 8 万站年 水位信息近 1 万站年 流量信息年 7 千站年 还收集了大量泥沙 蒸 发 水温 水质及土壤墒情信息 在我省经济建设中发挥了巨大作用 我国现有雨 量站 14373 余处 水位站 1160 处 水文站 3191 处 水质监测站 12313 处 墒情站 1026 处 蒸发站 349 处 观测项目包括雨量 水位 流量 蒸发 水温 泥沙 水质及土壤墒情等众多要素 十五 时期 是我国水利发展和改革实现重大跨越 的五年 包括信息化建设在内的重点领域取得突破性进展 水文建成了覆盖全省 的实时水情计算机广域网 并实现了与水利部的互联 我省初步实现了雨量 水位 墒和部分站流量的自动采集 传输和计算机网络处理 为防汛服务的报汛站实现实 时防汛信息的报送 建立了遥测数据库 实时数据库及部分信息服务系统 洪水预 报系统 历史水文整编资料已经电子化 不断拓展服务领域 大力推进水文现代化 以优质的水文水资源信息支撑水资 源的可持续利用 支撑经济社会的可持续发展 是 十一五 全国水文发展的基本 思路 这一思路的确定了水文必须用现代信息技术对传统水文进行改造 提升水文 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 服务能力 水文信息化是水文发展的必然 围绕水文支撑经济社会可持续发展的要求 按照 水利信息化十五建设规划纲 要 xx 软件技术 有限公司充分挖掘 xx 通讯在网络通讯技术国内领先的专 利技术 结合 大学计算机研究所在水利行业信息化应用领域近十年的研究积累及 公司丰富的信息化应用系统开发实施经验 xx 软件技术 有限公司联合 省 水文局计划研究开发具有国内领先水平的 服务于全国水文单位的 新一代 水 文综合信息服务系统 1 2 技技术术开开发发状状况况 近年来 水文系统不断进行技术改革 水文测报手段和技术有了较大发展 目前长江委 江苏等水文单位配置了多普勒剖面流速仪和全球卫星定位系统等技术 先进的水文仪器设备 在太湖等流域建设了水文自动测报系统 引进澳大利亚固态 存储器技术 在国内组装了6600多套水位 雨量自记仪器 目前已有1 3投入使用 通过国家公用数据交换网和水利专用通信网 建成了各个层次的通信网络 水文通 信条件显著改善 水情信息处理技术得到迅速发展 80年代以前主要由手工处理水 情信息 目前已经开发出实时水情信息接收处理系统 并在全国推广使用 基本实 现水情电报翻译 图表绘制 水情信息处理的自动化 近年来 卫星云图 雷达测 雨等先进技术的应用也得到较快发展 1990年开始建设水文数据库 到目前全国已 有70 水文单位将80 以上的水文资料输入水文数据库 并开发了相应的查询服务 系统 有的已初步投入运用 2004年 省水利厅 xx大学 省水文局联合组织有关技术人员 对全国水 利信息领先的黄河水利委员会 北京水科院 上海水务局 河南省水利厅 浙江省 水利厅等单位进行调研 通过调研 对深入了解行业需求 深化系统设计 起到积 极作用 根据水利行业现有的信息化应用状况 开始了 水文资料检索与分析系统 的研发与应用 于2005年5月完成了 水文综合信息服务系统 V1 0版本 并用于 省水文局 2005年 随着V1 0的正常运行 全省水情分中心的建设全面启动 我们抓住 国家新水文标准的编制颁发 V2 0版的设计研发开始提上议程 定位于全国水利行 业需求 经过项目部全体人员的共同努力 V2 0版已经开发成功并在 省全面上线 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 实施 2006年12月已通过 省科技厅组织的科技成果鉴定和 省经济贸易委员会组 织的新产品鉴定 鉴定专家一致认定该成果和产品达到国际领先水平 目前 面向 全国水文行业应用的产品正在开发研制过程中 1 3 主主要要用用途途和和性性能能 1 3 1 主要用途主要用途 由xx软件技术有限公司 省水文局与 大学历时三年联合研制开发的 水 文综合信息服务系统 是一套在全国率先以新的水文数据库国家标准为基础 集 成了包括xx专利技术在内的多项先进技术用于水利水文信息化管理的应用解决方案 该系统可以为我国水文信息管理提供水文综合检索 大型水库实时信息服务 电排 站实时监控和防洪工程数据分析等应用 可以给包括水文系统在内的各行业提供水 文综合信息服务 可以大幅提升我国水文综合信息服务水平 该系统的建设以水利部水文局颁布的技术标准为基础 立足 面向全国 为各省 各流域 水利部水文局提供具有扩展性 标准化的水文信息服务系统 本 系统适用于全国的水文系统 本系统的应用范围为国内防汛抗旱工作中的水文信息 综合服务 1 3 2 主要技术性能主要技术性能 a 水文信息处理服务平台数据源支持 数据库 MS SQL server SYBASE ORACLE Informix DB2 My Sql 文本 二进制位流 b 实时性 3000测站信息等值线绘制时间时间 1 s 复合业务查询时延 50 s 告警发现时间平均 30s 浏览器 Client端 画面调用响应时间 2S c 系统可靠性 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 CPU负载率 平均值 99 9 系统年可用率 99 9 平均无故障时间 MTBF 25000H d 系统工作环境 环境温度 15 30 相对湿度10 75 交流电源电压 90V 260V 谐波含量 10 符合GB2887 82 计算机场地技术要求 的规定 不间断电源应至少维持供电 20min 1 4 投投资资的的必必要要性性 随着信息技术的日趋全球化 我国各种信息化的建设飞速发展 其发展速度 和水平已位居世界前列 但是 与此相对应的水文信息化应用水平却比较落后 因 此 构建一个统一的技术处理平台 建立以基本信息库 基础水文数据库 遥测水 文数据库及其它水文专项业务数据库为基础 以水文综合信息服务平台为支撑 以 水文业务支持为目标的综合水文业务系统 不断拓展服务领域 大力推进水文现代 化 以优质的水文水资源信息支撑水资源的可持续利用 支撑经济社会的可持续发 展 本项目的实施在各方面都具有良好的可行性 充分具备开发的必要性和可行性 可以立即投入开发工作 尽快提供产业化的产品 水文在历年的抗洪减灾工作中 做出了巨大贡献 如长江上游8次洪峰的准确 预报 特别是对第六次洪峰 不仅准确预报了洪峰水位 也准确预报了超额洪量 避免了荆江分洪区运用 对松花江洪水提前12天做出哈尔滨站要超过历史最高洪水 位的预报 对西江梧州做出了26 50米最高水位的预报 误差仅为1厘米 据统计 1998年水文防洪减灾效益超过800亿元 党和政府对水文工作给予了高度评价 1 本系统在全国率先以新的行业数据库国家标准为基础 集成了包括xx的专 利技术在内的多项先进技术 形成了多个创新点 加上可扩展的架构和强大实用的 功能 使其具有国内领先 国际行业先进的水平 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 本系统有为各省 各流域水文业务提供具有扩展性 标准化的架构 可以 给包括水文系统在内的各行业提供服务 经过10年的研发应用实践和1年多的V2 0 版的使用结果表明 本系统可以大幅提升我国水文综合信息服务水平和能力 初步 推广应用于全国各级水文部门和社会相关机构 3 本系统由于扩充的社会经济基础库 移动终端的接入 强大功能的接口设 计 从而使其能满足社会各行各业的需求 有效的应用于工农业生产 防洪抗旱 环境监测 水土资源保护 生态资源优化 水资源调度等领域 将会产生巨大的经 济和社会效益 1 5 本本企企业业实实施施该该项项目目的的优优势势 a 本企业是国家级软件园 金庐软件园的骨干企业 是同时通过软件企业认定 的企业 赣R 2005 0019 b 本企业以自身科研开发力量为主力 同时依托高校的科技力量 走 产学研 联合创新发展之路 c 本企业员工具有强烈的创新意识 立志应用最新技术开发新产品 并逐步建立 适合自身发展的创新机制 d 可以充分发挥民营企业的长处 实行共负盈亏 风险共担 从而激励大家的责 任感 对项目进行科学的预测 分析和长远的规划 共同努力 争创一流 e 省水文局已经与我们建立了很好的伙伴关系 在使用和完善本系统方面提供 了很好的基础 f 本项目面向的客户群体均是全国水文行业 水文是国民经济建设的综合服务保 障部门 其信息化建设资金实力很强 能够有效保证项目实施的资金需求 二二 技术可行性分析技术可行性分析 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 1 系系统统体体系系结结构构 图2 1 系统体系结果图 2 2 系系统统模模块块组组成成 2 2 1 基础水文资料数据库 建立报汛站水文资料数据库 为水文资料深层开发应用 水文预报 防汛调度 水资源评估 水文水利计算 水资源合理开发利用等 提供基础数据源 数据库的 表结构根据需求确定 表结构确保了水文及其它应用部门能灵活查询和应用 2 2 2 基本信息库 根据水文应用总体框架提取基本数据库 供所有应用系统共享 如测站信息 行政区划信息 用户权限信息等 2 2 3 整编资料转储软件 省有约 50 900 站年的水文资料 约 400 兆数据 为减少录入工作 开发了 相应的软件系统 将原有国家基本水文资料 Foxpro2 X 环境中的水文数据现行数据 库表结构转入新数据库中 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 2 4 报汛站和水库站水文报汛资料整编系统 1 由于目前资料科整编数据仅包含 省管辖范围内的报汛站水文资料 不能 满足水文资料应用需要 开发了相应的软件系统 将其他的报汛资料通过计算机网 络进行预整编并入库 以完善基础水文数据库的数据 满足各种应用的需求 2 目前尚无水库站水文整编资料 不能满足水文资料应用需要 应开发相应的 软件系统 将水库报汛资料通过计算机利用实时雨水情数据库的报汛数据根据常规 整编方法进行预整编并入库 满足了各方面对水库站水文要素的需求 2 2 5 信息服务平台 水文综合信息服务系统是一个大型复杂的系统 也是省水文综合业务系统的基 础支撑系统 不能作为一个独立的项目单独建设 为此建立了统一的信息服务平台 并在此平台上进行开发 实现多库共享 应用有机集成等要求 业务逻辑 数据逻辑 水文综合信息服务系统 单元数据库 单元数据库 单元数据库 单元数据库群 资料整汇编 水文信息采集系统 应用服务平台 图2 2 水文综合信息服务系统示意图 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 2 6 水文综合检索与分析系统 该系统是 水利信息化工程建设总体设计 中的一个重要组成部分 包含以下 四大功能 跨越遥测库 实时库 水文资料数据库实现多库共享查询 水文数据综合分析 WEBGIS 实现测站选择 水文信息地图显示 等值面 等值线等功能 常用报表生成 打印 4 2 2 7 基于 PDA 的汛情监控系统 基于 PDA 的汛情监控系统就是建设这种无线平台 来满足移动时对水情信息 雨情信息 气象信息 台风路径 卫星云图等实时汛情信息的查询需要 实现防汛 工作者不论是在固定场所还是在运动过程中 不论何时 何地 都可以与水文信息 服务中心进行交互通讯 即交互式地完成个人在移动时的对防汛信息的各种操作 为防汛工作者提供了真正的全方位的移动指挥办公手段 图2 3 基于PDA的汛情监控系统结构图 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 2 8 数据管理维护系统 集成整编资料转换入库系统 水库站水文信息整编并预入库系统 报汛资料预处 理 预整编 入库系统 同时具有权限的用户对库中全部数据可进行修改 对库中 站点可进行增删 修改 上述维护操作界面友好 层次清晰 关系明确 意义准确 2 3 系系统统数数据据流流 图2 4 系统数据流程图 2 4 系系统统运运行行平平台台 为建立水文综合信息服务系统 需要确立统一的运行及支撑平台 参考 省水利信息化工程建设总体设计 系统技术系统以 J2EE 平台为主 对系统运行 初期平台建设作如下选择 服务端 操作系统 Unix Linux 系列 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 服务端 数据库管理系统 Oracle 9i Oracle 10g GIS 平台 ArcInfo 服务端 存储空间 大于 1T 服务端 应用服务器 JBoss 4 x Tomcat 5 x 服务端 WEB 服务器 Apache 客户端 操作系统 Windows 系列 建议 Windows2000 以上操作系统 客户端 软件 IE 5 0 以上 Windows 免费提供 建议 IE 6 0 以上 数据建模工具 ER Win 4 2x 开发工具 PB Delphi VC Eclipse JBuilder JRun Studio JCreater 2 5 关关键键技技术术的的开开发发与与效效果果论论述述 2 5 1 技术及创新点技术及创新点 2 5 1 1 数据库技术数据库技术 1 水文信息服务需要解决的问题水文信息服务需要解决的问题 A 透明数据访问 目前 水文系统已经建成不同类型 不同规模 功能合理的多个数据库系统 包括水文基础数据库 资料库 实时库 遥测库 墒情库等 涉及几种不同结构的 数据库 主要包括 Oracle 9i Microsoft SQL Server SYBASE DBF 文件数据库 及各种非结构化数据等 在未来系统建设过程中 还可能建立更多数据库 必须对 这些数据库进行整合 集成 才有可能实现统一访问 B 多维数据分析 水文数据分析非常复杂 可分析的对象有 降水 水位 流量 墒情 蒸发 地下水等 分析方法有频率分析 等值图 对比分析 滑动分析 距平计算 径流 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 计算 过程分析 时段分析 常规统计等 从时间维 历史 实时 空间维 雨 量站群 蒸发站群 墒情站群 干流站群 湖泊站群 水库站群 地下水站群 进 行分析 分析方法多样 复杂 必须建立高效 稳定的数据分析模型 才能较好地 解决这个问题 2 目前对于异构数据访问采用的通常方法目前对于异构数据访问采用的通常方法 对于所有需要集成的数据库 大多数的系统根据情况采用如下的四种方式来 实现 1 内部建立多个数据库连接分别访问各个数据库 现有的主流数据库管理系统大多数都支持 ODBC JDBC 对于支持 ODBC JDBC 的已有数据库 程序建立多个连接 利用这多个连接分别从不同的数 据库中取数据 然后在程序中进行统计处理 优点 简单易行 缺点 分别从不同的数据库中取数据 然后在程序中进行统计处理的方法在 数据量小的情况下可行 但是对于大数据量检索 造成的数据流量 重新索引排序 统计等工作量都导致检索效率极低 而且要求开发人员了解每个数据是从哪个数据 库中取到的 2 使用各类数据库产品解决该问题 现在已经有各类数据库产品解决了数据透明方法的问题 例如 oracle gateway 等 优点 使用现有产品 减低了开发量和技术风险 缺点 1 软件投入加大 2 大多数的这种产品业务封装的存储过程不可用或效率不高 3 目前对于多维数据访问采用的通常方法目前对于多维数据访问采用的通常方法 1 数据仓库 数据仓库是一个 以大型数据管理信息系统为基础的 附加在这个数据库系 统之上的 存储了从企业所有业务数据库中获取的综合数据的 并能利用这些综合 数据为用户提供经过处理后的有用信息的应用系统 如果说传统数据库系统的重 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 点与要求是快速 准确 安全 可靠地将数据存进数据库中的话 那么数据仓库的 重点与要求就是能够准确 安全 可靠地从数据库中取出数据 经过加工转换成有 规律信息之后 再供管理人员进行分析使用 数据仓库是一种管理技术 它将分布在企业网络中不同站点的商业数据集成 到一起 为决策者提供各种类型的 有效的数据分析 起到决策支持的作用 数据 仓库为决策支持系统开辟了一种新途径 随着数据仓库的广泛应用 基于数据仓库 的决策支持系统应运而生 数据仓库的使用分三大类 1 提高数据分析的速度和 灵活性 2 为访问和综合大量数据提供集成基础 3 促进或再创造商业过程 利 用数据仓库建立的应用系统 在激烈的市场竞争中 为企业领导者的决策支持起到 了明显的作用 这种应用系统是一种新形式的决策支持系统 图2 5 仓库系统的基本体系结构图 4 本系统以上问题的解决方案本系统以上问题的解决方案 A 透明数据访问 xx 软件技术公司是 xx 通讯的子公司 其中的员工原属于 xx 通讯 xx 通讯作 为国内大型的通讯产品供应商 自成立以来 拥有多项专利技术 其中的数据库专 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 利技术 通讯专利技术在此次平台建设中得到运用 其专利技术不仅成熟度高 性 能优异 更有着一支对大型复杂应用系统架构经验丰富 对中间件技术及产品有着 深刻理解的技术支持力量 根据我们的技术选择原则 使用成熟稳定技术兼顾先进 采用 xx 通讯专利 一种跨平台数据库查询方法 03113491 2 较好地解决了透明数据访问问题 B 多维数据分析 分析水文业务特点 以数据仓库技术为基础 开发了水文多维协同抽象分析 方法来 运行水文多维协同抽象分析方法中建立的模型编写业务应用逻辑组件 业务应用逻辑是按业务处理逻辑的结构及分类 在软件复用技术和分布式对 象技术的支持下 由各类基本处理模块构成的服务软件 业务应用逻辑的组合形成 实现业务处理的应用服务 业务应用逻辑主要是随着应用系统的开发进程而不断发展的 应用系统和决 策支持系统是在应用服务平台的基础上进行开发和集成的 业务应用逻辑包括业务 处理逻辑 模型服务 已有系统集成支持服务等 2 5 1 2 GIS 技术技术 地理信息系统 Geographic Information System 简称 GIS 是随着地理科学 计算机技术 遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术 是一个能够 对空间相关数据进行采集 管理 分析和可视化输出的计算机信息系统 地理信息系统在对水文信息系统有很重要的意义 在地图上直观的显示测站 分布 雨量 等值线 等值面等水文信息给防汛抗旱决策提供了很重要的数据依据 图形的表现形式总是比文字更加生动 直接 所以地理信息系统在各行各业 的应用越来越广泛 应用逐步向深度 广度发展 这就需要一个简单易用 功能强 大 性能完整的地图解决方案 而随着计算机网络技术的飞速发展 Internet Intranet 的普及 基于 Web 的地图服务越来越受到人们的青睐 WEB 地图发布的平台多种多样 Esri 公司作为地理信息系统应用的主流服务 商 提供的产品被许多顾客青睐 指定必须使用其公司产品 其提供的 ArcIMS 是 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 一个基于服务器的产品 它提供了一个用于在网页上发布 GIS 数据和服务的分层 框架结构 ArcIMS 使得网站提供 GIS 数据 交互式地图 元数据目录以及目标 GIS 应用成为可能 但其提供的 ARCIMS 产品定位为简单地图发布 并不能满足 我们地图功能的需求 比如等值线 渲染图 地图的复合标注等 而性能完整 具 有分析功能的产品 ARCGIS Server 价格高昂 为降低产品生产风险 保护投资者 利益 我们在技术实现过程中采用 ArcIMS 作为 WebGIS 的服务平台 再对其进行 二次开发 封装地图实现的细节 扩展其功能 将业务逻辑与技术实现分离 降低 开发难度 使业务开发人员无需了解 ArcIMS 相关技术 并获得较好的分析功能 1 ArcIMS 的体系结构及特点的体系结构及特点 一 ArcIMS 体系结构 ArcIMS 是 ESRI 公司的第二代 WebGIS 平台软件 用于满足在 Intranet Internet 上提供地理数据和服务的需要 ArcIMS 的体系结构专为 Internet 的 应用设计开发 他适用于小型的 Intranet 站点 同样可以根据需要来扩展以满足企 业级系统或电子商务站点的需要 当站点需求增加时 ArcIMS 可以伸缩配置以满 足服务器端的要求 新的空间服务器可以快速地加到原有的虚拟服务器中 ArcIMS 是一个由客户端部件和服务器端部件组成的分布式系统 客户经过 Internet 或 Intranet 服务器向 ArcIMS 发出请求信息 ArcIMS 服务器处理该请求 并 将结果返回到客户浏览器 ArcIMS 的体系结构如下图 2 6 所示 图2 6 ArcIMS的体系结构 1 服务器端部件 服务器端由逻辑事务层的部件组成 ArcIMS 应用服务器连接器 应用服务器 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 空间服务器和管理器以及 Web 服务器 服务器端的部件用来处理请求 创建 运 行地图服务和管理站点 当 Web 服务器接到请求时 交由三个 ArcIMS 应用服务器连接器 Servlet ColdFusion ActiveX 中的一个继续处理 由 Servlet 连接器处理完的 ArcIMS 的请求被迅速地交给 ArcIMS 应用服务器 应用服务器负责负载分发并跟 踪记录哪个地图服务运行在哪个空间服务器上 当使用 ColdFusion 和 ASP 时 请 求相应地交给 ColdFusion 和 ASP 应用服务器 处理过的请求通过连接器交给应用 服务器 ArcIMS 的核心是空间服务器 服务器提供五种功能 影像表达 矢量数据流 地址匹配 查询和数据提取 空间服务器并不被直接访问而是通过虚拟服务器 虚 拟服务器为了管理的方便由一个或多个空间服务器组成 对某个地图服务的请求由 指派给该地图服务的虚拟服务器组中的一个空间服务器来完成 ArcIMS 监控器 Monitor 和 ArcIMS 任务分配器 Tasker 作为两个中间 进程在后台运行 支持 ArcIMS 空间服务器 它们可以作为 Windows NT 的服务 或者 UNIX 的后台进程存在 2 客户端部件 ArcIMS 支持 HTML Viewer 和 Java Viewer 在 ArcIMS 软件包中包含三种 Viewers ArcXML 客户端 HTML DHTML Viewers 和包括 ArcExplorer 3 在内的 Java Viewers Java Viewer 使用 Java 2 Applet 并同时支持影像和矢量地图服务 Java Viewer 提供更丰富的客户端的处理能力 支持矢量数据流 同时支持多个地图服务以及在 同一窗口加入本地数据 HTML Viewer 是瘦客户端 但同时只支持一个影像地图 服务 HTML Viewer 可以使用 Servlet 连接器 也可以利用 ColdFusion 和 ActiveX 连接器 二 ArcIMS 的特点 1 简单的基于向导的界面 ArcIMS 在创建 设计 管理 GIS 站点上提出了一套简便易行的解决方案 它 的便捷然而强大的管理构架可以帮助你完成建立 Web 服务以及优化站点的工作 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 2 强大的智能化的客户端 ArcIMS 同时推出 HTML 和 Java 两种版本的强大的客户端 ArcIMS Java 客户 端支持真正的客户服务器方式 它允许客户直接使用本地缓冲中的数据 许多操作 可以直接在客户端快速高效地执行 3 地图编辑和地图注释功能 ArcIMS 客户端还支持动态地编辑和标注地图信息 它允许用户将编辑结果返 回给服务器 并帮助记录下对服务器端数据库所做的改变 地图注释功能还允许在 地图上标注符号用来提示其他人的注意或以备今后查看 这大大提高了网上 GIS 数据的交互能力 4 方便的定制功能 ArcIMS 的客户端可以通过标准语言如 VBScript 和 JavaScript 方便地定制以适 用于不同的功能需求 它可以为最终用户和希望自己定制界面和应用的开发商提供 广阔的空间 5 高质量的制图显示功能 由于 ArcIMS 支持矢量数据流 因此获得了更清晰的屏幕显示效果 6 开放的 可伸缩的结构 ArcIMS 独特的结构提供了一个开放的 灵活的平台 你可以很容易地扩展原 有的网上 GIS 应用 无须重新构建 此外 ArcIMS 与很多其他流行的 Internet 技 术兼容 如 ColdFusion Microsoft Transaction Server Active Server Pages 等 2 Java 对对 ArcIMS 的二次开发的二次开发 在项目实施过程中 我们需要实现一些基于地理信息系统的分析功能 例如 等值线等 但咨询了 ESRI 公司的有关技术人员后得知 在 ArcIms 地图发布平台 上 很难实现这些分析功能 只有 ArcGis server 才具有这些性能 但是 ArcGis Server 高昂的价格将使我们的产品生产成本加大 同时使我们产品的市场竞争力降 低 经过技术研究 评估 我们认为使用 Java 对 ArcIms 进行二次开发是可行的 一 实现目标和模式一 实现目标和模式 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 采用构件技术 基于 ArcIms 进行二次封装 对简单操作和复杂运算功能都进 行封装 业务开发人员只需了解函数的使用 即可开发出专业的应用系统 大大提 高开发效率 并且无需了解 ArcIMS 相关技术 需要达到的目标如下 采用内存共享和高效的图像压缩技术 可以完全满足低速网络访问的需要 适应多用户访问 地图控制功能 包括放大 缩小 地图漫游 全图显示 显示图层控制 查询功能 包括点查询 矩形查询等 地图标注功能 包括单个 智能 标注 复合标注以及动态标注 等值线和等值面的制作功能 Java 对 ArcIMS 开发有两种模式 一种是 Bean 另一种是标签 这两种模式 一般都是使用 JSP 作为显示层 我们将使用 Bean 的模式开发 ArcIMS 提供了对 地图操作的类以及 JSP 开发 ArcIMS 的例子 我们的目的是将原有的类进行封装 使得每个功能的使用变得简单 并添加相应的地图分析功能 如等值线 渲染图 二 实现简介及其类设计二 实现简介及其类设计 我们在开发过程中参考了 ESRI 公司提供的 JSP 使用 JavaConnector classes API 开发 ArcIMS 例子 以下是开发技术难点解决方法 a 二次封装大部分开发使用了 Java 开发 ArcIMS 的 API 即 JavaConnector Classes API 在用户安装 ArcIms 时必须选择安装连接器 Java Connector 非默认安装 b 等值线 等值面 shape 文件的生成使用了 MapObjects Classes API 的接口 c 为解决多用户的问题 为每个用户建立一个地图对象 并且开辟一个工作目 录 用户的操作如制作等值线 渲染图等都在自己的目录下进行 彼此不受影响 下图为具体的类设计图 从图 2 7 1 可以看出 地图拥有多个图层 即图层 集合 而图层又拥有多个元素 换言之 地图实质是根对象 图层为地图的子对 象 元素又是图层的子对象 所有的操作都从地图出发 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 图2 7 1 地图 图层 元素关系附属图 图2 7 2 地图类涉及 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 3 双调和样条插值用于等值线的生成双调和样条插值用于等值线的生成 地图套件将双调和方程模型应用于等值线生成过程的关键步骤 网格生成 从本质上克服了以往算法存在的缺点 一 等值线绘制的通常方法一 等值线绘制的通常方法 等值线的绘制 在水利 土木 地质等工程和技术领域内有着极其广泛的应用 在许多实际应用中 我们能得到的数据集往往是散乱分布且较为稀疏的 例如 在 分析某区域降雨量时 数据只能由地理位置分布散乱 数目不可能很多的观察站提 供数据 人们为研究其变化规律 得到形象的全局概念 将绘制等值线作为重要的 手段之一 等值线生成的一般步骤为 离散数据网格化 三维网格数据生成和等值线追踪 其中三维网格数据生成是最关键的步骤 直接影响等值线生成的效果和速度 这里 笔者采用的网格为正方形网格 与三角网格相比 正方形网格更为直观 直接与直 角坐标对应 生成的正方形网格除了可用于生成等值线 还可方便地用于其它数据 分析 如生成渲染图等 在传统地等值线绘制过程中 一般采用代数插值法生成网格 其原理为根据边 界点 采样数据点 的值 通过代数方法对网格点数据进行插值 如 距离平方倒 数法 趋势面法 克立格法等 虽然这些方法比较简单 但边界点上的不连续性易 导致内部点误差 同时得到的插值结果不位于同一光滑曲面上 其结果是生成的等 值线分布不协调 甚至会出现等值线相交的情况 本地图套件引入双调和方程模型生成三维网格的方法 不仅彻底解决了代数插 值的弊端 而且有以下的优点 得到的偏微分方程解为多阶可微的连续函数 具有 极佳的光滑性 可在任意坐标点上生成数据 使得网格的密度和区域划分具有灵活 的可控性 例如 为了绘制某一地区降雨量等值线 我们可以充分利用全省观测站 的数据集拟合曲面模型 再在该地区的范围内进行高密的网格数据插值 这样既充 分利用了全局数据 使曲面模型更为合理 同时又不必生成该地区范围以外的网格 数据 大大地提高了等值线生成的效率 具有很高的实用价值 二 双调和方程数值拟合原理二 双调和方程数值拟合原理 通常 离散数据拟合可以用下式表示 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 1 21N xxxxZ j 1 2 N 2 jj xZ 其中为连续的 m 维矢量 和分别为输入的离散采样 xN xxx 21N ZZZ 21 点 边界点 的坐标和数值 为映射关系 为输出的连续响应 xZ 对 1 式建立双调和方程 3 N j jj xxWx 4 其中为双调和操作符 为加权数 为采样函数 4 j W x 该方程的通解可写为 4 N j jmj xxGWx 1 其中为 m 维双调和格林函数 其表达式如下表所列 m G 表二 双调和格林函数 维数 m双调和格林函数 1 3 x 2 1 2 xx 3x 4xln 5 1 x m m x 4 其中表示 m 维矢量的模值 x 根据 2 式 此方程边界条件显然为 j 1 2 N 5 jj Zx 将 5 式代入通解 4 可得 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 i 1 2 N 6 N j jimji xxGWZ 1 6 式为一个 N 维线性方程组 解此方程组 可得加权数 j 1 2 N j W 至此 输出响应已唯一确定 可根据任意输入坐标 x 得到相应插值 x 对于一维和二维双调和方程 都有明确的物理意义 一维双调和方程可以看成一根 无限长的均匀弹力直线在 N 点处受力时的纯弯曲形变 二维双调和方程则可看成 一张无限大的均匀弹力薄板在 N 点处受力时的纯弯曲形变 由此可见 由二维双 调和方程拟和的曲面具有自然 协调的特性 由此曲面插值网格生成的等值线应是 高质量的 三 二维双调和插值用于等值线生成算法三 二维双调和插值用于等值线生成算法 当 m 2 时 4 式可写为 N j jjj yyxxyxGWyx 1 7 N j jjj yyxxGW 1 其中 x y 表示直角坐标 根据表 6 1 8 1ln 2 2222 yxyxyxG 为叙述方便 我们定义 jijiji yyxxGG 式 6 可写为 i 1 2 N N j jimji xxGWZ 1 N j jijij yyxxGW 1 9 N j jijG W 1 将 9 式改写为矩阵形式 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 10 WGI I Z 其中为输入采样点数值矢量 T NI ZZZZ 21 为格林函数矩阵 11 NNNN N N I GGG GGG GGG G 2 1 22 21 2 12 11 1 为权矢量 T N WWWW 11 显然 有以下性质 ji G ijji GG 当时 0 ji G ji 当时 0 ji G ji 所以为对称矩阵 且只有对角线上元素为 0 因此对于方程组 10 可用 I G 对称方程组的 HouseHolder 变换法求得解 W 7 同样 可将 7 式写成矩阵形式 12 Wgyx I 其中格林函数矢量 i 1 2 N 21NI gggg iii yyxxGg 13 由 12 式所得函数既是曲面拟合函数 由可在任意坐标点插值 yx yx 从而生成正方形网格 综上所述 我们二维双调和插值用于等值线生成算法流程概述如下 a 输入 N 个采样点坐标和数值 b 根据 8 式及 11 式构建格林函数矩阵 I G c 采用 HouseHolder 变换法解方程组 10 求得权矢量 W d 在特定的操作区域内 逐点进行以下两步 e 根据 8 式及 13 式计算该点的格林函数矢量 AI g f 根据 12 式计算该点的插值 B g 在该区域内 若上一步生成的网格较密 则可以直接连接最近等值点生成等 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 值线 或者对网格数据二值化后抽取骨架得到等值线 若网格较稀 则应选用某 8 一通用的矩形网格等值线追踪算法追踪并保存等值线 9 2 5 1 3 WEB 技术技术 本系统基于 B S 结构 即 Browser Server 浏览器 服务器 结构 是随着 Internet 技术的兴起 对 C S 结构的一种变化或者改进的结构 在这种结构下 用户界面 完全通过 WWW 浏览器实现 一部分事务逻辑在前端实现 但是主要事务逻辑在 服务器端实现 B S 结构利用不断成熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用 软件才能实现的强大功能 并节约了开发成本 是一种全新的软件系统构造技术 这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构 用于实现 B S 结构应用系统的 WEB 技术有很多 系统在具体实现上选用了成 熟的 J2EE 框架 把系统分为客户机浏览器 动态内容的处理 JSP SERVLETS 以及 XML 来实现 业务逻辑 用 JavaBean 封装 部署于 水文信息服务平台上 来实现 2 5 1 4 中间件技术中间件技术 应用服务中间件是一种可以重复利用的资源 新开发的应用系统可以很方便 地使用它 可以大大加快软件开发速度 节约成本 在显示层 用户浏览器端 存在很多复杂的报表 图形等在 WEB 上难以实现 的元素 为了保证系统功能的完整性和可操作性 在系统中大量运用了 Applet ActiveX 等在客户端运行的控件 整个系统页面风格同一 操作便捷 本系统中的数据库访问 测站选择 过程线 雨洪图 GIS 应用等做成了通 用的中间件 部署于水文信息服务平台上 提高了系统性能 增强了系统扩展性 2 5 1 5 网格技术网格技术 网格是一种新兴的技术 正处在不断发展和变化当中 但可以简单地说 网 格是一种信息社会的网络基础设施 它将实现互联网上所有资源的互联互通 包括 计算资源 存储资源 通信资源 软件资源 信息资源 知识资源等 它是一种新 型的 以服务为导向的架构 网格将连通一个个信息和资源孤岛 让人们的工作和 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 生活变得更方便 通过一些网格开放标准的使用 这种架构可以在互联网或专网内融合各种异 类的 IT 系统 并支持分布式的计算 正如电力网为千家万户供电一样 网格计算 的核心是实现跨部门 企业和政府资源的虚拟共享 管理和访问 无论这些资源的 运行特点如何 用户也无需关心这些资源在哪里 网格应用可以带来三方面的好处 1 节省资源 资料显示 目前我们的宽带利用率只有 5 软件也是 5 服务器是 20 一方面强调要降低成本 一方面却又是资源的巨大浪费 网格恰恰可以解决这个矛 盾 2 分布式计算 网格是一种分布式计算模式 这种模式可获得负载平衡 避免网络的拥堵和 宕机 把数据分别存储 还可容错容灾 就近服务 3 打破信息孤岛 实现信息的多元一体化服务 网格技术主要涵盖以下几个方面 1 高性能调度技术 在网格系统中 大量的应用共享网格的各种资源 如何使得这些应用获得最 大的性能 这就是调度所要解决的问题 网格调度技术比传统高性能计算中的调度 技术更复杂 这主要是因为网格具有一些独有的特征 例如 网格资源的动态变化 性 资源的类型异构性和多样性 调度器的局部管理性等 所以网格的调度需要建 立随时间变化的性能预测模型 充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动 在网格调度中 还需要考虑移植性 扩展性 效率 可重复性以及网格调度和本地 调度的结合等一系列问题 2 资源管理技术 资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源 高效分配涉及到资源分配和 调度两个问题 一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现 而系统模型则是潜 在资源的一个抽象 系统模型为分配器及时地提供所有节点上可见的资源信息 分 配器获得信息后将资源合理地分配给任务 从而优化系统性能 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 3 网格安全技术 网格计算环境对安全的要求比 Internet 的安全要求更为复杂 网格计算环境 中的用户数量 资源数量都很大且动态可变 一个计算过程中的多个进程间存在不 同的通信机制 资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织 正是由于这 些网格独有的特征 使得它的安全要求性更高 具体包括支持在网格计算环境中主 体之间的安全通信 防止主体假冒和数据泄密 支持跨虚拟组织的安全 支持网格 计算环境中用户的单点登录 包括跨多个资源和地点的信任委托和信任转移等 本软件系统在开发过程中 使用网络理论 采用异构数据服务技术跨越多个 数据库管理系统 DBMS 对水利数据进行多库联合分析 同时根据查询条件的不同 智能化判断数据来源目的库 实现了将分布于多台主机上的资源 如数据库 统一 调度 实现资源的共享 最终实现用户对于资源的透明访问 基本库服务器基础库服务器实时库服务器遥测库服务器 水文综合管理维护系统 遥测水雨 情数据库 实时水雨 情数据库 基础水文 数据库 基本数据 库 水文信息服务平台 数据透明访问 安全控制 权限管理 图2 8 本系统网格技术结构 当用户对数据进行查询和提出分析要求时 水文管理维护系统 智能解析为 对分布于多台服务器上的数据库数据访问要求 通过 水文信息服务平台 针对不 同的数据库软件系统 提出独立的数据库请求 最终实现用户对于数据的透明访问 以及多机间数据共享 2 5 1 6 领域驱动设计领域驱动设计 DDD Domain Driven Design 理论理论 2004 年 Eric Evans 发布著作 Domain Driven Design Tackling Complexity in the 水文综合信息服务系统项目可行性研究报告 Heart of Software 引发人们对于领域对象模型的重视 领域模型及其设计 提出已 经一 二十年 许多优秀的软件设计师都表现出对于领域模型的重视 领域驱动设 计 为面对复杂的领域模型的软件项目提供了系统的领域分析和设计方法 当前 多数的软件项目面对的问题不是技术而是领域本身 它基于两个假设 1 大多数的软件项目应当关注领域和领域逻辑 2 复杂的领域设计应当基于一个模型 同开发过程不同 领域驱动设计关注和解决的复杂的领域和领域逻辑 最终 构造和形成完善和正确的需求模型 在模型驱动的开发过程中 同敏捷编程相似 采用以下基本要求 1 迭代开发 2 开发人员和领域专家需要紧密联系 领域驱动设计十分重视领域知识 表现于软件设计时会单独设立领域层次 具体如下表 表 5 1 6 领域驱动设计系统层次结构 层次层次功能介绍功能介绍 用户界面 层 表示层 负责向用户显示信息 并且解析用户命令 外部的执行者有时可能会是其他的 计算机系统 不一定非是人 应用层 定义软件可以完成的工作 并且指挥具有丰富含义的领域对象来解决问题 这 个层所负责的任务对业务影响深远 对跟其他系统的应用层进行交互非常必要 这个层要保持简练 它不包括处理业务规则或知识 只是给下一层中相互协作 的领域对象协调任务 委托工作 在这个层次中不反映业务情况的状态 但反