利用WebGIS建立城市地下管线管理系统.doc

利用WebGIS建立城市地下管线管理系统摘要: 基于传统地理信息系统技术的地下管线管理系统一般是单机版或基于CPS 网络模式运行的,往往会造成重复建设和资源浪费,不利于资源的共享。Web GIS 是一种基于InternetPIntranet 技术的地理信息系统,既满足了管理的需要,又使已有的资源在最大范围内得到共享。本文简单介绍了Web GIS 的原理和特点,结合实例着重阐述了应用该技术建立应用系统的方法,并讨论了如何在MapXtreme 平台上开发和建立地下管线管理系统。 关键词: Web GIS; 地下管线管理系统; MapXtreme1 概述 Web GIS 是GIS(Geographic Information System) 和WWW(World Wide Web) 技术相结合的产物。由于Internet 的快速发展,使得Web 技术已经成为一种高效率信息发布和数据交换的方法。作为城市基础地理信息系统的一部分,地下管线管理系统的建设也同样面临这样的问题。如果我们能够把地下管线信息在Web页面上发布,用户就可以方便、快捷地从网络上访问管线数据,也可以在任何时间、任何地方访问地下管线数据。目前国内外众多GIS 厂商推出Web GIS 的解决方案,如ESRI 公司的Map Objects IMS、ArcIMS , MapInfo公司的MapXtreme 、Discovery ,超图的SuperMap IS 等,这些软件在功能上基本都能满足Web GIS 的需要,但是在开发方式、运行环境、数据等方面上还存在着一定的差别。在实际应用中,必须根据实际功能需求和应用环境、数据等情况,选择适合的解决方案。本文通过某市网络版地下管线管理系统的建立,详细论述了如何基于MapInfo MapXtreme 平台下开发、建立Web GIS 应用系统。2 研究思路2.1 Web GIS 的实现方式2.1.1 采用CGI 和Server API 技术 CGI 和Server API是较早应用于Web GIS 开发的方法。其中CGI(Common Gateway Interface) 是通用网关接口,Server API是经过扩充的CGI 工具。在Web GIS 的开发方案中,在服务器端大多需要安装IIS 或Netscape Server 等多个软件,采用CGI 和Server API 技术,提供专用空间数据库的Web 接口,通过HTTP 和WWW服务器来协调客户机和Web GIS 服务器之间的交互。所有数据处理均可以在服务器端进行,客户端即浏览器端无任何限制。但由于CGI 机制本身固有的缺陷,CGI 操作方式非常繁琐、低效、运行速度很慢,并且随着同时的TCPPIP 连接数目的增加,Web 服务器会过载。因此,服务器负担过重,容易造成较长时间等待。2.1.2 采用插件技术 插件技术可以很好的解决服务器过载的问题,它主要是把服务器的一些功能移植到客户端完成,合理分配系统负荷,不再受CGIPHTTP瓶颈的约束。插件一般无需在客户端安装,在运行过程中下载到客户端。目前主要有Java Applet 和Microsoft Active X 两种方式, 与Java Applet 相比,Microsoft Active X插件文件较大,下载时间长,给用户的使用带来一定的影响,同时Microsoft Active X还没有完全解决非常重要的网络安全问题。Java Applet 技术较好地处理了上述问题,即很好地解决了系统的负荷平衡,而且经过编译、压缩后的Java Applet 插件一般只有几十K字节,另外,Java Applet 还继承了Java 的跨平台特性。因此,我们在基于Web GIS 的地下管线管理系统中采用了Java Applet 技术。2.2 服务器端平台软件的选择 在根据客户需求设计Web GIS 系统的时候,考虑了以下几方面重要因素:用户数据、功能模块、用户界面、运行速度、系统环境和整个方案的资金投入等,系统必须易学易用,能随硬件、软件、网络环境升级扩展功能。因此,我们选择了MapInfo 公司的MapXtreme 作为平台软件。MapXtreme 是一个提供Web GIS 数据交换和服务的公共平台,是基于InternetPIntranet 的地图应用服务器。MapXtreme 能够提供在极短时间内提供多客户的并行访问,并通过Web 服务把客户请求返回到客户端的浏览器上。2.3 地下管线管理系统运行模式 网络版城市地下管线管理系统是一个基于WebGIS 的应用系统,集成了MapXtreme 地图服务器技术、SQL Server 服务器技术、Microsoft ASP (Active ServerPages) 技术和组件技术(COM) 等,系统管理的数据包括地图数据和属性数据。地图对象以图层或地图集的方式保存在MapXtreme 地图服务器中。这些图层数据与属性数据库一起以可视化的形式表现地下管线管理系统的信息。系统需要安装Microsoft IIS ( InternetInformation Server) 的Web 服务器的支持,才能实现用户通过浏览器使用地下管线管理系统的功能。用户通过浏览器访问地图数据时,首先是Web 服务器接受用户的HTTP 请求,Web 服务器通过应用程序把参数传递给MapXtreme ,MapXtreme 应用程序把用户需求的矢量数据转换为栅格图,传递给Web 服务器,最终由Web服务器把结果嵌入HTML 页面中,显示在用户的浏览器中(图1) 。图1 MapXtreme 应用系统运行模式2.4 系统功能结构 城市地下管理系统是城市基础地理信息系统的重要组成部分,通过网络实现城市地下管线数据的发布。由于城市地下管线一般采用由规划局集中管理,管理员采用专门的管理工具,通过ServerPClient 模式可以直接操作矢量数据,各管线权属单位通过浏览器查看所辖范围内的地下管线图形数据,这些图形数据都是通过服务器转换成栅格图片来传输的。各管线权属单位定期向管理员提供数据更新信息,由管理员实施统一的数据更新。所有的数据不对公众开放,施工或建设单位需要使用时,可以向主管部门提出使用申请,并由专人办理。该系统主要功能见图2。图2 地下管线管理系统功能结构2.4.1 基础数据管理 系统的基础数据按存储方式分为图形数据和数据库数据两个部分,这部分功能实现对数据的浏览、更新请求等,具体包括: 图形浏览,即放大、缩小、移动、全图浏览、图层管理、图形窗口设置等; 数据库浏览,即按管线类型列表浏览、从属性调用图形数据; 根据需要,向系统管理员发送关于本部门数据更新的请求。2.4.2 查询分析 主要是通过地下管线图形或地形图数据或它们所对应的属性数据进行空间分析、信息查询、数据统计等,如: 根据图形进行查询; 按属性查询; 按地形图查询统计。2.4.3 业务办理 接收施工建设单位对地下管线资料的使用申请,并遵循相关流程,辅助工作人员办理业务,最终通过该系统相应的所申请的数据,主要功能有: 申请受理: 在系统中,根据日常业务办理的需要,输入施工建设单位申请地下管线的基本情况; 数据需求分析:根据申请信息分析所需要的数据,包括管线中类、比例尺大小、范围等; 给出结果:根据审批意见,系统生成审批结果,向申请单位提交所申请的数据。2.4.4 系统维护 这部分功能只对系统管理员开放,主要用来对系统运行的日常维护、安全管理、用户管理等,如: 日常维护:用户建议回复、定期数据备份、系统运行日志管理、用户讨论版管理等; 安全管理:在线用户监控、用户重要操作记录、病毒监控等; 用户管理:新建用户、现有用户管理、删除用户。3 系统开发步骤3.1 数据准备 系统数据按类型分,主要包括电子地理底图部分和地下管线属性数据库,它是系统数据的核心部分。此外,还包含为系统运行服务的数据以及其它数据,如项目申请数据库、城市规划红线图、有关规划管理法规等。 电子地理底图是反映城市地物地貌特征的地形数据,是地下管线图形的背景图,缺少背景图,地下管线数据也毫无地理意义。可以采用MapInfo Professional进行数字化采集,也可以由其它格式数据转换而来。根据城市地下管线分布稠密的特点,采用1 :500 沿道路的带状地形图。地理底图按照不同的要素分为图框及装饰图、道路、水系、建(构) 筑物、地形地貌、文字注记等图层,还可以根据需要细化或简化分层。 地下管线数据则按不同种类的管线分层存放,并建立属性数据库,数据来源于城市地下管线探测成果。主要包含以下字段:测点编号、X 坐标、Y 坐标、地面高程、管线名称、埋深、沟截面宽、沟截面高、管径、材质、走向、铺设年代等;图形以MapInfo 格式保存,而数据库则在SQL SERVER 中保存,通过数据绑定技术实现数据库和图形的关联。3.2 数据集成 MapXtreme 的地图引擎核心是MapX ,它直接管理的图形数据可以是一个Geoset ,也可以是MapInfo 的表数据,但是在运行过程中必须要以一个Geoset 来管理。Geoset 是一系列MapInfo 表的集合,同时包含了这些MapInfo 表的设置。所有的数据准备完成后,按照一定顺序和显示、标注设置在MapInfo 公司提供的工具Geoset Manager 中, 建立不同用户使用的Geoset 。在SQL Server 中建立相应的属性数据库。初始化系统运行所需要的数据库。3.3 软件开发过程3.3.1建立Java Applet 小程序 Java Applet 在JBuilder 环境中开发。通过编译、压缩成Zip 文件,大小只有几十K字节,供用户在客户端浏览器使用软件过程中下载,浏览器自带的Java 虚拟机能够直接读取并解释执行Zip 文件中Java Applet 小程序。主要实现以下功能: 图形操作,如拉矩形框、画圆、折线、任意形等; 对鼠标事件的监听,包括区分左、右键,单击、双击等; 对MapXtreme 传递的栅格图像的显示设置、刷新等。3.3.2 建立ASP应用程序和HTML页面 主要包括MapXtreme 标准库文件、应用程序文件、参数定义文件的编写以及用户所看到的HTML 页面的定制。由于VBScript 具有语法简单、维护方便以及和Microsoft 技术兼容性好等特点, 在服务器端, 我们全部采用了VBScript 语言编写;而在编写客户端程序时,大多采用了JavaScript ,这样,可以使浏览器端具有良好的用户界面。在采用HTML 语言定制页面时,由专门的美工人员对页面进行了设计, 编写了CSS ( Cascading StyleSheets) 文件,使所有的页面能保持统一的风格(图3)。图3 地下管线管理系统( 网络版) 主界面3.4 系统运行环境需求3.4.1 系统硬件的需求 网络服务器- 512 MBRAM, 40 GB HDD ; 客户端- Pentium II 以上; IISWeb 服务器、数据库服务器、应用程序服务器、地图服务器、网络。3.4.2 系统软件的需求 HTTP Web 服务器-Microsoft Internet Information Server ( IIS) 4.0 或更新; 应用程序服务器- Microsoft Transaction Server (MTS)2.0 ; 数据库组件- Microsoft Data Access Component(MDAC) 2.0 SP1 ; 地图数据维护- MapInfoProfessional 4.5 或更新; 地图服务器- MapXtreme(NT) 2.0 或更新; 数据库服务器- SQL Server 2000 ;用户浏览器- Microsoft Internet Explorer 510 或更新。4 系统应用4.1 系统应用背景 该市城市建成区面积35km2 ,中心城市主次干道84 条,长约70km。铺设给水、排水、通信、燃气、电力共5 种地下管线470km ,在MapInfo 中分5 层建立了地下管线分布图,并在SQL Server 中建立相对应的属性数据库; 地形图采用1 :500 的大比例尺,共设计300 多幅,分19 层建立了地形图图库和相应的属性数据库。该市采用了MapInfo 系列产品建立地下管线管理系统,除了建立基于Web GIS 的应用系统外, 还配备了MapInfo Professional 作为数据处理工具,形成了一个整体的解决方案。4.2 系统应用分析 通过地下管线管理系统的建立,城市规划部门掌握了全部的城市基础地理数据和城市主要干线的地下管线分布状况,并且能够通过网络适时查询、统计地下管线的相关信息。在政府服务职能上,能够在最短的时间内为建设单位提供详细、具体的地下管线数据,给决策者提供了一个有力的工具。5 结论(1) 基于Web GIS 技术的城市地下管线管理系统的应用,可以大规模地降低成本,在较大范围内实现数据共享。(2) 基于Web GIS 的城市地下管线管理系统是城市的规划、建设不可缺少的工具之一,它可以将城市各部门的合作与交流与GIS 专业人员有机结合起来,构成整个城市现代化管理的群体生产力。(3) 基于Web