【毕业学位论文】（Word原稿）基于WebGIS的城市管线地理信息系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 院（系）： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2010 年 月 日 基于 城市管线 地理信息系统的设计与实现 （专业学位） 姓 名： 学 号： 所在院系： 软件学院 职业类型： 工程硕士 学科领域： 软件工程 指导教师： 校外导教师： 二 一二年三月 A in 2012 摘要 I 摘要 随着 网络化进程的不断加速，网络已经深入到各行各业，并应用到日常办公，日益增长的需求已经不满 足于基于单机版或者 C/S（客户端 /浏览器）模式的系统 。网络技术的不断成熟， 术的不断发展，促使了 出现并越来越受到热捧，人们可以通过一个简单的浏览器就可获得越来越丰富的信息 。对于繁琐、复杂的管网信息管理，管理者也开始对其进行思考，于是基于 使得 本文 是 从城市管线信息管理与使用的实际需要出发， 分析了城市地下管线管理 的现状 ， 找出了现状中存在的问题 ，并以此对基于 管线信息管理系统进行了设计和研究，本文主要内容如下： （ 1） 研究了 国内外在本课题方面的研究现状，并对 开发基于 城市地下管线信息管理系统所需要的关键技术 进行学习和研究 。 （ 2） 阐述了系统的需求情况， 主要从对系统总体需求（如开发平台、运行环境、框架及安全性等方面）及系统的功能需求两大方面进行说明。 （ 3） 进行了系统的总体方案设计，如 系统的体系结构、数据库设计、模块组成、系统 功能 以及运行环境等进行了 设计 。 （ 4） 对基于 台上系统实现的 整体技术、 关键模块的设计 与实现思路 进行了详细的介绍 ,并对系统 部分 功能 实现的效果进行了展示 。 关键词 ： 城市 管线 ， I of to of is on / S ( to IS to a of a To of to so of OA of of in to it D of is as (1) of on by (2)is of as a so is (3) as as as (4) of in of of in 录 录 第 1 章 绪论 . 1 文研究背景 . 1 内外发展现状 . 1 题的研究意义 . 2 文主要工作及论文结构 . 3 第 2 章 关键技术介绍 . 5 发技术 . 5 . 5 系结构 . 6 点 . 7 术 . 8 念 . 8 成 【 5】 . 9 作原理 . 11 . 12 术 【 9】 . 13 第 3 章 系统需求分析 . 16 . 16 发平台与运行环境要求 . 16 统性能需求 . 16 架的需求 . 17 安全性与权限需求 . 17 . 18 本的 能 . 18 网数据的查询统计 . 19 网分析 . 21 图打印 . 21 务发布 . 22 统设置 . 22 第 4 章 系统总体方案设计 . 24 统总体设计 . 24 统体系架构 . 24 统网络 架构 . 25 统开发架构 . 26 统安全架构 . 27 目录 系统模块设计 . 28 统的界面设计 . 29 统的运行环境 . 30 据库设计 . 31 数据库设计 . 31 间数据库设计 . 37 第 5 章 系统实现 . 42 发环境 . 42 . 42 面框架设计 . 42 图的加载与操作 . 45 . 47 编写与调用 . 47 键功能的实现 . 48 层实现 . 53 第 6 章 结论与展望 . 55 论 . 55 一步工作的方向 . 56 致 谢 . 57 参考文献 . 58 个人简历 在读期间发表的 学术论文与研究成果 . 60 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 文研究 背景 城市地下管线一直被我们视为城市发展的“血管”或者生命线，它是城市发展 的命脉，担负着保障城市人民正常生活、工业生产顺利进行的重要责任 。但地下管线种类多、分布广、管线敷设时间跨度大，需要不断更新和维护，并且伴随着城市规划建设的发展而日益增多，由于管线信息管理不善而导致的管线事故频发，所以，对管线数字化管理的需求愈来愈强烈 ， 地下管网将面临管理上更高要求和严峻考验 1。 在信息技术发展日新 月异的今天，人们的信息化技术越来越发达，从网络上方便地获取各种各样的信息已经成为越来越多的习惯。地理信息是告诉我们事物位置的信息，地理信息技术的兴起与受关注信息化发展的必然。传统的地理信息系统是基于客户端 /服务器（ C/S）模式，用户需要先安装客户端软件，而 览到各类与空间位置有关的数据、制作专题图、实现空间数据的网络共享、完成各种空间信息检索和空间分析功能，具有传统 2,3】 。 此外，城市地下管线交错复杂、种类繁多且埋藏在地下位置不明，由于人们 对其掌握的缺乏，管线事故频频发生，不仅造成了巨大的经济损失，而且还给人们的生活造成不便，这给城市信息化管理带来了困难和挑战 4。本课题便是在这一情况下被提出，并力争提出一套可行、完善的实施方案来满足人们的更高需求。而 术和 术的不断发展和日渐成熟，便为更好地解决上述问题成为提供了技术保障。 内外发展现状 进入 21 世纪后，互联网技术的迅速普及使 发展发生了质的变化，的操作平台 6。 改变了地理信息的获取、传输、发布、共享和应用的方式。近年来， 用作为一门新兴产业得到了极大地发展，大量的 国内外主流的 件和产品来看，目前各方对于 件开发所采用的技术路线、开发手段和产品原则上大体相同。在技术思路上基本集中在对空间数据模型、空间数据结构、空间数据传输协议、分布式体系结构、网络环境下空间信息的组织和管理等方面 7。 第 1 章 绪论 2 在实现技术上，国内外所使用的技术基本一致 ，开发的方法也有多种 。 从硬件角度来讲，在实现的过程上可从服务器端和客 户端两方面着手，目前基于服务器端的实现技术有通用网关接口 务器端应用程序编程接口 于客户端的实现技术有插件 件等 【 8】 。此外 ， 也有 利用分布式对象技术如 者 9】 ，但是无论哪种技术， 他们 都是基于 用 术和 B/S 体系结构 来进行架构和实现的。 虽然 用户对空间信息服务的要求也越来越高，所以 然面临着一些问题 10。 比如 以下 两 个方面： 1、 网络带宽与数据量的冲突。 面对海量的空间信息数据，网络带宽面临巨大的挑战，糟糕的网络状况可以使得 以面对二者的对立，我们需要研究出更加成熟的技术来解决这一问题，使系统能在有限的带宽下获得满意的数据访问速度。 2、 空间数据资源共享问题。由于空间数据结构复杂、存储形式多样，各部门之间的同一类数据又各不相同，以致造成了不同程度的“信息鸿沟”，使得大量的空间数据重复建设，造成资源浪费。 虽然现在提出不少数据共享的解决方案，但是从数据层面上 来实现数据统一的却还没有。 随着管线信息化的不断成熟， 引入并不断发展，如今全国越来越多的大中小城市开始采用基于 基本的管线应用系统及越来越受推崇的公共地理信息服务平台等。 但是多采用 台进行二次开发，比如国外的 内的 采用平台的好处的是，开发人员可以减少对平台的开发时间，更多地关注系统业务功能的开发与设计。 题的研究意义 基于 线信息系 统的设计和研究是信息化建设发展的需求，有着极为重要的研究价值和现实意义。主要表现在以下几个方面： （ 1） 增加了用户使用的便利性 。 基于 ，用户不需安装任何软件或支撑环境便可以通过浏览器使用系统，简单、方便。这对拥有众多管线权属单位的管线行业来说不得不说是一个 福音 。 （ 2） 使 管线数据统一管理，统一发布， 初步 实现了管线数据的资源 共享 。 基于 章 绪论 3 源，甚至可以直接调用系统所发布的数据服务再进行搭 建自己的系统，这使得公共资源不必要在每个单位重复的存放，且能 使用到最新的数据，这不仅带来了便利性更带来了不可小视的经济效益。 （ 3） 使得管线管理的方式 多元 化 。 传统的管线管理基于单机版或者 C/S 模式，他们虽然为管线管理工作做出了极大的贡献，但有其不足之处，基于 管理系统的出现弥补了这些系统的不足，为管线管理的方式提供了多元化的途径。 文主要工作及论文结构 本论文所设计的系统拟 采用 立 基于 城市管网地理信息系统 ，实现地下 管线信 息的 查询统计 、地图定位 、 管网分析、出图打印以及权限控制 等 功能 ，为城市的 管线信息 的管理和应用提供便利 。 本论文 的工作主要集中在以下几个方面： （ 1） 论文首先 对 城市地下管线信息化建设发展 进行了阐述，分析了 管线信息化发展过程中存在的不足和问题 ，并在此基础上，提出了本文的研究设计目标 。 （ 2） 分析现有管 线信息系统的不足，从城市地下管线信息化管理实际需要的角度，进行了需求分析 ，提出了系统的总体设计思想，并对系统的功能模块进行了划分和实现 。 （ 3） 研究了基于 开发实现，本文对系统架构、网络架构、开发架构、安全架构等进行设计，对系统功能模块进行了设计和实现。 （ 4）对于系统后台的空间数据和元 数据的存储数据库系统 ，根据需求分析设计系统的数据库结构 和数据存储方式 。 论文结构如下： 第 1章介绍了课题的研究背景、 系统所涉及的技术发展现状 、 基于 及本文的主要工作和论文结构。 第 2 章介绍了系统开发所 涉及 的 关键 技术。 第 3 章对系统进行了需求分析 ， 对系统 功能需求、 性能 需求和 框架需求 进行阐述 。 第 4 章 对系统的总体设计和数据 库 设计进行了阐述。总 体设计方面阐述了系统体系架构、网络架构、开发架构、安全架构以及模块设计；数据库设计方面阐述了 数据库系统 结构 设计 ，包括对管线空间数据结构， 地形数据、影像数据 以及系统 的 元数据结构设计 。 第 1 章 绪论 4 第 5 章介绍的是系统功能模块 的实现， 主要介绍 系统关键功能模块的实现 方式 及实现效果 。 第 6章对 本文 课题做出的 结论和展望。 第 2 章 关键技术介绍 5 第 2 章 关键 技术 介绍 发技术 国 司集 40余年地理信息系统（ 询和研发经验 所开发的 一套 完整的 台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。 支持移动平台、台、企业级环境、以及云计算架构。 时为开发人员提供了丰富多样、基于 您轻松构建个性化的 系结构中的一个重要成员 （ 图 ， 是一个发布企业级 供了创建和配置 用程序和服务的框架 ，可以满足 浏览器模式的 各种客户端的各种需求 。 有了 有的 我们不需要再 考虑 数据 的来源，无论 是 档、 档、还是，我们 都可以 用服务的概念来对它们进行描述 （ 这些服务可以是 ）。 当需要在 据 时， 使用该地图的 可 。 所以 ，主各种服务，并为客户端应用提供这些服务资源 ；另一方面，它 提供了一个管理程序来对服务进行控制与管理。 图 11】 第 2 章 关键技术介绍 6 系结构 客户端浏览器以及桌面产品等组成 ，其体系结构如图 示 。 图 关键部分， 是宿主和运行 服务器。服务器对象实际上是一种粗粒度的 过它来访问细粒度的件对象 【 12】 。 包括两部分 ，即 服务器对象管理器 )和 服务器对象容器 )。 从字面意思来看， 以 有 多个 ，客户端发送请求到 分配的资源提供给客户端，通过 其原理如图 示。 第 2 章 关键技术介绍 7 图 含 用的部署，以及 务，它们均使用 客户端可支持多种样式 ， 比如可以 是 户端、 过 接到 务或通过 接到 面应用 等 。 含 所发布服务的 源，可以是 档、。 者都可以用来将 源作为服务发布，并进行管理，不同的是一个是在一个在桌面 图上可以看出，它们所针对的层次有所不一样。 种 果需要为地图服务生成缓存，可以用 存（ 。 点 术为基础，具有 摆脱了传统 式的限制，使得以前只能在桌面 件上完成的 能，限制可以依托与 构，仅依靠浏览器来实现。同第 2 章 关键技术介绍 8 时，它采用集中式管理，数据的维护与更新，应用程序的不熟与开发都只在服务器端进行，降低了系统的开发成本，因此只要 数据域应用程序在服务器端得到更新，对于用户所使用的东西就永远是最新的。除此之外，它 还有以下特点 【 11】【 12】 ： 1、 更多的资源共享。 够与桌面 统共享 源 ， 发布的地图等资源都可以依靠 。 2、 良 好的 资源 管理 方式 13。 以使得 用户可以在不知情的情况下使用分布于不同地点或不同服务器上的数据资源， 从而实现分布式管理；也可以支持集中管理企业级的 而实现集中管理；此外，还 可以将大量的并发访问进行负载平衡，从而充分利用数据资源、提高系统的响应速度和并发访问量。 3、 更 便利的开发方式。 ,包含了一组可以直接利用的 件和工程模板，甚至可以使得用户零代码快速开发出一个基本 能齐全的 统。此外，以使得用户能够根据自己的需求定制出丰富的应用系统。 4、 支持标准的开发语言。 括 +，允许开发人员在多种开发工具中选择自己熟悉的编程语言进行开发。 术 念 通俗地来讲， 系统封装的一些对外的结构 ,它 描述了一些操作的接口，通过标准化的 息传递机制，可以通过网络访问这些操作。 用标准的、规范的基于 言描述的，这称为 一描述囊括了与服务交互所需要的全部细节，包括消息格式 （详细描述操作的输入输出消息格式）、传输协议和位置。该接口隐藏了服务实现的细节，允许通过独立于服务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写服务所用的编程语言的方式使用该服务。这使得基于 应用程序具备松散耦合、面向组件和跨技术实现的特点。 履行一项特定的任务或一组任务。起用于实现复杂的商业交易。 从 开发使用用户 的角度而言， 一种部署在 组件，它具 备以下特点 【 14】 ： 完好 的封装性 ： 然具备对象第 2 章 关键技术介绍 9 的良好封装性。对于使用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列表。对于调用者来说，只要 调用接口不变， 至当 2户都可以对此一无所知。 跨平台性 ： 因为 用 装数据的， 而 一种文本 ， 任何语言 、 任何操作系统都 可以支持 ，所以它是 不仅是 跨平台的 ， 也是跨语言的。此外，使用 可以实现跨防火墙的通信。 高 可用性 ：由于 取简单的、易理解的标准 议作为组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，因此，无论是 是 可以通过这一种标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下最高的可集成性 ，且不受程序语言和平台的限制 。 高集成性： 对于开发者，我们对系统集成都并不陌生 ，企业里经常都要把用不同语言写成的、在不同平台上运行的各种程序集成起来，而这种集成将花费很大的开发力量。应用程序经常需要从运行在 机上的程序中获取数据；或者把数据发送到主机或 使在同一个平台上，不同软件厂商生产的各种软件也常常需要集成起来。通过 用程序可以用标准的方法把功能和数据 “ 暴露 ” 出来，供其它应用程序使用。 软件和数据重用 ： 软件重用是 我们在开发过程中经常关注的一个方面， 重用的形式 有 很多，重用的程度 也 有大有小。 使用的重用是 封装成一定的功能对外提供，使用者只需要发送请求连接便可使用，而不用再花费大量的时间进行算法的编写。 成 13 过制定新的协议和标准、提出新的技术来实现的。 它由 简单对象访问协议 ） 、 以及 通用描述、发现与集成服务 ）三 大部分组成， 其中 间的基本通信协 议 ； 定义了 什么，怎么做和查询的信息 ；发布的 样便于使用者查询和使用 。 在分布式的环境中交换信息并执行远程过程调用的轻量级协议，是一个基于 用 用考虑任何特定的传输协议（最常用的还是 章 关键技术介绍 10 协议），可以允许任何类型的对象或代码，在任何平台上，以任何一种语言相互通信。 全继承了 开放性和描述可扩展性 ,它 使用基于 P 的应 用层协议 （ 如 我们常见的 ，可以与现有通信技术最大程度地兼容。为 在松散、分布的环境中 使用 等地交换结构化和类型化信息 ， 供了一个简单的机制。 身并不定义任何应用语义 ， 它只定义一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模块中特定格式编码的数据重编码机制来表示应用语义。 编码规则、 及 部分组成。封装 定义了整体 息 的表示框架，可用于 表示相应的内容是怎么发送的 ； 谁应当接收并处理它以及这些处理操作是否必需 等问题。 码规则定义了数据的编码机制，通过它来定义应用程序中需要使用的数据类型，并可用来交换由这些应用程序定义的数据类型所衍生的实例。 义了一个用于表示远程调用和响应的 协 定，例如 ： 如何使用 议与 何传输过程调用，在具体传输协议的哪个部分传输过程响应等。 而 定 是 定义了一种使用底层传输协议来完成在节点间交换 图 6】 描述语言， 用 档来描述 务的标准 ， 是一种接口定义语言，用于描述 由 2 章 关键技术介绍 11 它在 型 （ 、 消息 (操作（ 、 端口类型 ( 绑定 ( 端口 ( 服务(七个基本元素 。 其中，“类型”是消息的数据类型定义，通常用来描述交换消息；“消息”代表待传输数据的抽象 定义，由一个或多个部分组成；“端口类型”表示抽象操作的集合；“绑定”使操作和消息的具体协议与数据格式规范关联；“端口”指定一个用于绑定的地址，由此定义一个通信端点；“服务”则是相关端口的集合。 他们 之间的 关系如图 册中心的实现标准和规范 ，它就像我们的电话本，不同的是 电话本里记录的是电话信息，而 我们可以不把服务注册到 是如果我们想让其他人看到我们的服务，就必须注册，所以 创建 册中心 的目的是实现 发布和发现。范文本定义了 作入口站点 (够支持的 口和 用 述的数据结构的具体定义。 册中心是对所有提供公共册服务站点的统称，在逻辑上它是一个统一体，但在物理上则以分布式系统架构实现，不同的站点之间采用对等网络结构实现，因此访问其中任意一个站点就等同于访问 册中心。一般情况下，访问 作入口站点所获得的结果是整个 息查询无需身份认证，但在 必须通过该 作入口站点的用户，方能实施，同时，以后的更新、删除都必须通过这个操作入口站点，并使用初始发布时使用的用户名进行权限认证。 册中心的信息内容分为白页信息、黄页信息 和绿页信息。白页中存放企业的地址、联系方式、企业身 份识别等企业信息；黄页中存放基于标准分类的行业类别信息；绿页中 存放 务的技术子言息。多个合作站点之间一可以无缝地共享注册信息、商业实体信息、服务信息、绑定信息、和服务调用规范 (。说明信息是四种主要信息类型，它们是技术人员在需要使用合作伙伴所提供的 这些元素构成 构。 作原理 个基本概念就是：所有东西都是服务，这些服务发布一个 且封装了实现细节。简单地说， 务提供者就是