胡旭松-基于WEBGIS的数字化校园设计与实现.doc

摘要摘 要伴随着互联网信息技术的极大发展，使得具有巨大应用前景的WebGIS技术走上了历史的舞台。WebGIS技术将传统的GIS功能进行了非常大的扩展，WebGIS以internet网络为平台，大大不同于以往的GIS系统，使其不再是少数专业GIS人员使用的工具，而是成为了能够普及并推广的通用工具。WebGIS具有传统的GIS不能比拟的优越性，是GIS技术的一个重要发展趋势和方向。本论文以电子科技大学清水河校区数字化校园地理信息系统建设为研究实例，设计了数字化校园的WebGIS模型，并予以实现。建设数字化校园就是采用互联网技术、通讯信息技术、计算机技术等对整个学校的科学研究、教学工作、日常管理和生活服务有关的所有信息进行全方位的数字化和信息化，从而把学校建设成为具备不仅面向校园内，而且同时也面向社会的一个超越空间的数字化虚拟大学。基于WebGIS的数字化校园地理信息系统是WebGIS技术的一个具体应用。本文在阐述了电子科技大学数字校园建设的重要性和必要性的基础上，首先讨论了当前国内外现有WebGIS发展现状，详细介绍了WebGIS技术特点和实现方法。并提出了电子科技大学清水河校区数字化校园的WebGIS模型，此模型基于MVC模式，将对地图操作的空间业务和非空间业务逻辑进行分离。同时还介绍了包括电子科技大学清水河校区数字化校园地理信息系统建设的系统需求分析、系统总体设计的指导思想和目标、系统功能设计等内容。其次，论文对系统所采用的WebGIS服务器平台ArcGIS Server 9.3进行了深入研究和讨论，介绍了该平台的基本组成和体系结构，说明了ArcGIS Server 9.3的运行机制。系统整体结构是采用J2EE技术把系统进行了分层设计，在开发上是采用标准的JSF技术和 JavaADF技术，从而提高系统的可维护性，加快了开发速度，降低了开发风险。最后，文章阐述了系统空间数据库的详细设计，分析讨论了电子科技大学清水河校区数字化校园建设地理信息系统的部分功能设计和实现的源代码和论文所做的关键技术研究工作，对系统的各功能某块进行了测试，给出了总结和展望。关键词：地理信息系统，WebGIS，数字校园，ArcGIS Server 77ABSTRACTABSTRACTWith the great development of information technology and the popularization of the network technology, more functions of GIS have been evolved to take huge advantage of the development, resulting in great prosperity of the application of WebGIS. Since the WebGIS is based on network platform, it has changed the traditional GIS. So, it will become the developing tendency for GIS. This article based on the research case of UESTC QingShuihe digital campus GIS, explained the designing and implementing of the WebGIS of digital campus. Constructing a digital campus is making use of internet technolgoy, infomation communication technology, computer technology, etc to digitize and informationize all the information on campus related to research, teaching, management and other services, thereby a virtual campus beyond spaces, which not only opens to insiders of the campus, but opens to the whole society, can be built.Digital campus GIS is an application based on the WebGIS. This artical firstly discussed nowadays theinternational development of the WebGIS and made an introduction of technique feature and implementations of the WebGIS, besides explaining the importance and necessity of constructing digital campus for UESTC. A WebGIS digital campus model of UESTC QingShuihe campus is brought up, which is based on MVC mode, to separate the operate on the map. In the mean time, an introduction of requirements analysis, the guidline and target of the design of the whole system，and functional design of UESTC QingShuihe campus digital campus GIS is made. Next, this article did some research and discussion about the platform of the WebGIS server -ArcGIS Server 9.3 which is used by the system, and introduced the constitution and structure of this platform, explaining the operation mechanism of ArcGIS Server 9.3. System integral structure design used J2EE technique to layer the system, and developed with standard JSF and JavaADF in order to enhance the maintain ability , accelerate the development cycle and lower the risk. lastly, this article explained the designing procedure of geodatabase of the system, analyzed and discussed about part of the code of the functional design and implementation, and the crucial research work related, also, tests are held for all the functions in the system. Conclusion and expectations are given as well.Key words：GIS, WebGIS, Digital campus, ArcGIS Server目录目录第一章绪论11.1数字化校园概要11.2课题的背景和意义21.3国内外发展现状41.3.1GIS发展现状41.3.2WebGIS发展现状41.4本人的主要工作51.5论文的组织结构6第二章相关背景技术知识72.1WebGIS实现技术72.1.1基于服务器端的WebGIS策略72.1.2基于客户端的WebGIS策略72.1.3客户端服务器混合策略82.2平台软件ArcGIS Server 9.3介绍92.2.1GIS Server102.2.2Web Server112.2.3客户端112.2.4GIS桌面应用112.3本章小结11第三章数字化校园系统分析与总体设计123.1数字化校园系统需求分析123.1.1数字化校园建设原则123.1.2数字化校园建设内容133.2基于WebGIS的数字化校园系统总体设计143.2.1基于WebGIS的数字化校园系统总体设计143.2.2基于WebGIS的数字化校园系统网络结构设计143.3系统的应用支撑平台设计143.3.1系统应用平台设计需求163.3.2系统应用平台设计目标163.4系统框架设计183.4.1系统整体IT架构设计183.4.2基于WebGIS的数字化校园地理信息系统模型193.5基于WebGIS的数字化校园地理信息系统功能设计193.5.1地图浏览功能地图放大、缩小功能地图漫游功能鹰眼地图功能全图显示功能233.5.2电子地图控制功能图层控制功能空间数据更新功能243.5.3综合信息查询功能信息查看功能信息查询、定位功能253.5.4其它实现功能距离测量功能地图打印功能2面积测量功能2资源配送功能2最短路径查询功能263.6本章小结26第四章系统空间数据库设计274.1空间数据的采集和整理274.1.1空间数据的采集274.1.2空间数据的整理284.2空间数据库的设计与建立304.2.1空间数据库的设计304.2.2空间数据库的建立3基础数据的表结构3专题数据的表结构3辅助数据的表结构384.3本章小结39第五章系统实现以及关键理论研究405.1系统的框架实现405.1.1客户层实现405.1.2Web层的实现405.1.3WebGIS应用服务层的实现405.1.4数据层的实现415.2系统的部分GIS功能实现415.2.1地图放大、缩小功能实现415.2.2电子地图控制功能实现425.2.3信息查看功能实现435.2.4信息查询、定位功能实现445.2.5面积测量功能实现455.2.6资源配送的实现455.2.7最短路径查询功能实现475.2.8设置障碍点的实现485.3系统关键理论研究505.3.1网络分析50关于Transportation Network50关于Utility Network545.3.2SDE在数据库中的存储结构研究555.3.3分布式Geodatabase的数据分发和复制5Geodatabase和Replication5数据的复制5同步5分布式数据库复制的步骤595.3.4SQL语言对空间数据库的操作60用ST_Geometry表达式创建表6SQL创建空间索引6用ST_Geometry表达式向表中插入一个地理要素6用ST_Geometry表达式对表进行查询6使用空间类型提高ArcGIS的功能性能625.4本章小结63第六章系统测试646.1系统的测试环境和方法646.1.1测试环境646.1.2测试方法656.2系统功能测试656.2.1WebGIS服务器和Web服务器的服务测试656.2.2地图浏览功能测试666.2.3电子地图控制功能测试666.2.4空间信息查询功能测试666.2.5资源配送功能测试676.2.6最短路径查询功能测试676.2.7系统的运行情况测试676.3本章小结68第七章总结与展望69第八章致谢71第一章 绪论第一章 绪论地理信息系统(Geographical Information system，GIS)的主要目标是广泛收集、大量储存、高效管理、综合分析和直观显示各种地理空间信息数据1。它是在现代计算机软硬件和互联网的支持下，以特定的格式支持输入/输出、存储、显示以及进行地理空间信息综合查询、空间网络分析、辅助决策的有效工具。GIS以信息化、数字化的形式反映人类生活的地球空间地理信息和各种各样变化的空间数据以及描述这些空间数据所具有的特征和属性，并采用模型化的方法来模拟地理空间对象的行为特征2。1.1 数字化校园概要计算机信息技术和高等教育事业的高速发展，越来越多的高等院校都开始进行各自数字化校园的建设。1992年克莱蒙特大学肯斯.格力(Keneth Genne) 教授发起并主持的一项大型科研项目“信息化校园”(The Campus of Computing project)，第一次提出了数字化校园的概念。数字化校园是以互联网络为基础，利用先进的信息化方法和软、硬件工具，实现从资源（如公文、图书、讲义、课件等）、学校环境（包括实验室、设备、教室等）到活动（包括教、学、管理、服务、办公等）的全面数字化。后来，在1998年l月31日，美国前副总统在美国加利福尼亚科学中心发表了题目为“数字化地球：21世纪我们认识地球的方式”的演讲，又第一次提出“数字地球”这个概念，从此全世界开始接受数字化这个概念，进而引出了“数字城市”等各种数字化概念。数字化校园具有以下五个数字化的典型特征：数字化的管理方法和工作环境、数字化的生活环境、数字化的教学资源、数字化的网络环境、数字化的教育学习环境 3。数字化校园建设的实质是：学校和教育管理部门通过信息化方法，对校园内的各种信息资源数据进行有效集成、快速整合和充分利用，达到对日常校务管理过程和教育、教学的优化、统一协调，实现教学过程与学习过程的全面优化，为学校的老师和同学创造一个良好的教学、学习及生活环境。从而达到提高学校管理水平、科学研究水平和教学质量的目的4。在学校的传统基础设施上建设一个数字化的空间，以扩展校园的空间和时间维度，提高高等院校的工作效率，拓展传统的学校功能，最终实现高等院校的全面信息化和数字化。1.2 课题的背景和意义建设电子科技大学清水河校区数字化校园的目的是为建立统一的、开放的、先进的、安全的、人性化的、承载综合应用的数字化校园系统，实现“网上办公、网上教学、网上管理、网上服务”全面网络化的目标，对整个教学工作、科学研究、生活管理等各个方面提供高效的计算机信息化、人工智能化管理，为全校老师、同学、职工提供便捷、信息全面互享的服务；实现学校各种信息整合和资源的配置优化，提高学校的管理水平，使电子科技大学信息化建设达到国内一流高校水平5。最近几年来，电子科技大学的发展可以用日新月异来形容，电子科技大学是教育部直属的国家“211 工程”和“985 工程”的重点高校，是一所以电子信息科学为核心，涵盖理工、管理和人文等学科的综合大学。现有教职工 3000 余人，学生29000 余人。主校区设有电子工程、通信工程、计算机等 16 个学院以及软件学院、网络教育学院和职业技术学院。此外还有其他三个校区学院，分别是在成都九里堤校区的继续教育学院、成都高新西区校区的成都学院和中山市校区的中山学院。随着电子科技大学办学发展的需要，学校在新校区的建设中也提出了建设一所高标准、高技术的数字校园的目标。电子科技大学清水河校区面积规模为 3081 亩，计划安排全日制学生 50000 余人及教职工 5000 余人。在筹建清水河校区的同时，电子科技大学特别提出了同步建设清水河校区数字化校园的规划，旨在将清水河校区建设为数字化、人性化、高品质的学习、工作和生活环境，并将学校信息化建设提升到国内一流水平6。清水河校区数字化校园将为实现将电子科技大学建设成“在电子信息领域具有世界先进水平的一流大学”的战略目标打下坚实的基础，提供跨越式发展的平台。电子科技大学清水河校区数字化校园旨在充分利用现代成熟的信息技术和信息化实践经验，结合高校特点，采用总体规划、分布实施策略，在全校范围逐步实现科研设计、教学管理、数据资源的信息化，全面提高教学、科研和管理水平，适应高校的信息发展战略，把电子科技大学建设成一个统一的、先进的、开放的、安全的、人性化的数字化校园，使电子科技大学信息化应用达到国内一流高校的先进水平。在过去的校园信息化建设过程中，学校各个部门基本以开发管理信息系统为主，这样的话就导致了下面两个问题的出现：第一、最早时各个部门的管理信息系统基本是单机版，虽然实现了工作由手工到计算机信息化的飞跃，但是很多系统在设计时都没有考虑到和校园其它部门的系统进行信息共享，这样便造成了信息冗余的问题，并且各部门间要实现信息共享会比较困难，形成了很多的信息孤立点。第二个问题是：传统的管理信息系统对于时间和地理空间数据根本无法处理，这样使得这些系统受到了极大的局限，而GIS系统作为一个专门用于收集、储存、管理、分析和表达地球空间数据信息的系统，把每一个要素的地理位置及其相关属性信息有机的结合起来，根据实际需要精确、真实的反馈给用户7。采用万维网地理信息系统技术，能更高效率、更加直接、更加全面地管理空间数据及相应的属性信息。它相对于单一的基于属性数据库的管理信息系统来说具有更加直观、信息容量更加巨大的优点，它还能更加有效地提高校园的管理水平8。所以，建设这样一个系统对电子科技大学清水河校区的发展具有非常重大、深远的意义。WebGIS技术为电子科技大学清水河校区实现全面动态管理和规划提供了一个有效的、现代化的办法。基于公用GIS平台与数字化校园基础支撑平台可以规划数字化校园面向数字管理、数字经营和数字生活的各种应用系统。GIS平台在该系统中的位置和作用如图1-1所示。图1-1 GIS平台在数字化校园中的作用1.3 国内外发展现状1.3.1 GIS发展现状GIS技术是20世纪60年代中期提出并开始发展的。当时，该技术的提出是为了解决地球环境问题。1963年加拿大科学家Gonlinmson第一个提出地理信息系统（GIS）这一专用术语，并在加拿大建立起世界上第一个GIS系统(加拿大地理信息系统CGIS)，用于加拿大自然资源的管理和规划；随后，美国一所著名大学又开发出了一套比较完整的GIS软件：SYSMAP。这便是GIS技术的起步9。20世纪70、80年代以后，伴随着计算机软硬件设备的高速发展，促使GIS技术向着专业应用的方向发展。随后，计算机网络技术又使地理信息数据的传输效率得到了非常大的提高，很多经济发达国家在那时都建设了许多面向专业应用的GIS系统，这些系统在城市建设规划和自然资源有效管理等方面展示了他们非常特别的作用。上世纪末期，GIS系统渐渐成为高层专业人员辅助决策的工具，并开始转向更加复杂的实际应用，这一发展极大的促进了地理信息产业的形成。市场上也出现了一些具有代表性的软件如ESRI公司的ArcGIS、MapInfo、国内的SurperMAP等。如今，经过近半个世纪的发展，GIS技术己经成为一门涵盖地理测绘学、计算机科学与技术、地球环境科学的综合性学科10。1.3.2 WebGIS发展现状20世纪末，GIS技术进入了一个快速发展的时期。GIS已经在非常多的部门和领域得到了应用，出现了一大批从事地理信息系统学科的企业，他们开发出了很多较好的GIS软件，如：VIEWGIS、MAPGIS、GEOSTAR、CITYSTAR、SURPERMAP等9。全球GIS爱好者对GIS技术开发和研究主要集中在空间数据关系模型、GIS的决策支持、地理信息展示、人工智能控制和专家系统的引入等方面，讨论的更多是如何利用地理信息系统获取更大的经济效益，拓展GIS的应用范围，提升开发水平等问题。但是Web技术的出现和迅猛发展，人们对GIS又开始提出了更高的要求，要求具有提供基于互联网的联机事物处理能力的GIS系统的出现，。通过Web客户端满足用户对空间数据处理、分析的需求，为其提供空间数据浏览、查询和分析功能成为GIS发展的必然趋势。在此情况下，基于Web技术的地理信息系统(WebGIS)随之诞生，这一技术的出现标志着GIS技术的发展进入了一个全面崭新的阶段11。目前来说，虽然WebGIS技术发展很快，但是总的说来还处于初级阶段。它还是面临着分布式数据操作难以实现、数据共享困难并不易解决、数据继承困难、缺乏网络内容交互等几个巨大的挑战，亟待我们解决。但是，WebGIS有着其无与伦比的重要性和它所提供的巨大商业机会，全球各大GIS企业都在推出他们的WebGIS产品12。现在，世界范围内有很多的网站可以为用户提供交互访问远程GIS服务的能力，Internet和GIS都是正在高速发展的技术，这使得GIS软件开发人员能够设计出专业的应用，或者使之接近专业人员甚至普及至大众。一些著名的商业GIS软件。ESRI公司的ArcView和Arc/Info，就是通过运行自己的GIS服务，使用户可以通过特定的服务为自己的需求定做GIS功能，这想必也是基于Web的GIS系统的一条发展之路。1.4 本人的主要工作电子科技大学计算机学院信息安全实验室“清水河校区数字化校园地理信息系统”项目组长。个人职责：(1) 项目管理：主要是对项目的进度、项目相关文档和对项目参与人员所负责的各个功能模块完成情况的监督。(2) 项目的理论研究与分析：主要是对项目的可行性进行分析，并且对系统中所涉及的理论知识、技术难点和关键算法等进行研究(3) 项目设计：负载编写项目的需求分析、概要设计、详细设计、系统测试报告等。(4) 项目实现：个人负责项目功能模块中的综合信息查询模块和网络分析模块的代码实现；整合其它项目组成员的模块实现代码，集成为一个系统。(5) 其它工作：在数据库的设计与实现中，所有的空间数据都以.shp格式存储在ORACLE10g数据库中。数据来源于电子科技大学清水河校园建设的CAD图纸。其中涉及到了大量的数据格式转换问题，比如从CAD图纸到.shp文件的转换，空间坐标系的调整，建筑物的空间坐标校正，空间信息的录入、补充，管线和道路的空间分析等大量而繁琐的工作。在不断解决各种问题中，我和项目组的成员不断学习、积累，付出了大量的时间与努力，也获得了许多宝贵的经验。1.5 论文的组织结构本论文以J2EE和ArcGIS Server技术为基础，设计以ArcGIS Server9.3为GIS软件平台，基于MVC模式的WebGIS模型。项目以该模型为基础，结合WebGIS技术，设计一个基于网络用户在线交互操作的、带有空间信息查询、分析功能的数字化校园地理信息系统。本论文共分为7章，论文结构和主要内容如下：第一章：介绍了数字校园的概要，课题的来源和意义，WebGIS的发展情况和本人的主要工作以及论文的研究内容。第二章：介绍了WebGIS的数字化校园设计与实现中所用技术的相关背景知识，包括WebGIS的实现技术以及系统平台软件ArcGIS9.3。第三章：阐述了系统的需求分析、总体设计、平台设计、框架设计和功能设计。第四章：详细阐述了系统的数据库详细设计。在对Geodatabase进行介绍过后，主要介绍了系统的数据库的存储结构和三种数据资源的表结构。第五章：在介绍了系统部框架实现和部分功能实现及其界面后，最短路径算法进行了讨论，着重研究分析了系统中的关键理论和算法，如SDE在空间关系数据库中究竟是如何存储一个地理要素的、如何用SQL语言操作空间数据库、分布式空间数据库的数据分发等。第六章：介绍了系统所做的测试工作，主要是对系统进行测试的硬、软件环境进行了介绍，对各个功能模块进行了测试说明。第七章：论文总结与展望，对文章所介绍的系统进行了总结，提出了基于WebGIS的数字化校园系统未来发展方向，并对系统尚不完善的地方提出了意见。第二章 相关背景技术知识第二章 相关背景技术知识2.1 WebGIS实现技术2.1.1 基于服务器端的WebGIS策略基于服务器端的WebGIS策略特点是：为了确保数据使用的正确性和合理性，系统在服务器上进行GIS操作和运行复杂的运算，用户不用再去处理大量繁琐的数据，这样使系统具有很高的可维护性和可扩展性。基于CGI技术的WebGIS体系结构如图2-1所示。图2-1 CGI模式的WebGIS体系结构2.1.2 基于客户端的WebGIS策略基于客户端的WebGIS策略是服务器端只负责管理GIS数据，而应用逻辑和表示逻辑都部署在客户端13。当客户端向服务器发出请求后，用户便可接收从服务器端传回的所需数据，根据用户的操作进行数据处理和分析，数据的处理和分析的过程全部在客户端进行。因此，此策略具有操作灵活、反应快速等优点。基于客户端的WebGIS策略体系结构如图2-2所示。图2-2 基于客户端的WebGIS策略体系结构2.1.3 客户端服务器混合策略客户端和服务器的混合策略就是把上诉两种策略结合在一起，以便发挥服务器策略和客户端策略各自的优势。若某些任务需要用户来处理，可以采用插件技术(Plug-in，ActiveX， Java Applet)将服务器上的部分处理功能转移到浏览器上，使得客户端具备部分任务处理能力，而服务器端则负责进行大量的数据运算和复杂分析。这种策略平衡了客户端和服务器的数据负载，合理利用了资源，大大减轻了网络传输的负担14。基于客户端和服务器的混合策略的WebGIS体系结构如图2-3所示。图2-3 基于客户端和服务器端混合策略的WebGIS体系结构以上所诉WebGIS组织形式的三种策略：基于服务器端的WebGIS策略、基于客户端的WebGIS策略、客户端和服务器的混合策略，各有优点。用户可以根不同的网络技术条件与需求据和实际的情况选择。2.2 平台软件ArcGIS Server 9.3介绍地理信息系统软件巨头ESRI公司的ArcGIS 9.3是一个完整的建设GIS软件集合，其中桌面GIS是一个专业GIS应用的完整套件，包括ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox等；ArcGIS Engine为定制开发GIS应用的嵌入式开发组件；服务器GIS包括ArcSDE、ArcGIS Server和Arc IMS；移动GIS指Arc Pad以及为平板电脑使用的 ArcGIS Desktop和Engine15。ArcGIS Server 9.3软件组成如图2-6所示。图2-6 ArcGIS 9.3软件组成ArcGIS Server 9.3是一个分布式系统，它是由共享GIS组件构成的通用组件库实现的，这些通用组件库被称为AO组件(ArcObjectsTM) 16。AO是所有ArcGIS Server 9.3软件的核心，这些AO包含了大量可编程组件和丰富的应用服务程序接口，涉及面极广。ArcGIS Server 9.3系统中的每一个组件都在整个系统中担任特定的角色，如进行管理、激活、挂起以及平衡分配资源到每个给定的服务对象或服务对象组等。ArcGIS Server 9.3由GIS Server、Web服务器、客户端和桌面应用构成17。ArcGIS Server 9.3的体系结构如图2-7所示。图2-7 ArcGIS Server体系结构2.2.1 GIS ServerGIS Server负责管理GIS的资源，比如地图，3D信息等，并把这些资源当成服务发布出去18。GIS Server本身包含了两个部分：SOM(Server Object Manager)和SOCs(ServerObject Containers)，根据配置的不同，SOM和SOC可以分配到不同的机器上。SOM主要管理运行在服务器上的服务，当客户端向服务器请求一个服务时，SOM就分配一个服务让其使用，SOM主要是起到一个负载均衡和管理服务的作用19。SOM连接着一个或者多个SOCs，真正的服务都是在SOC的机器上运行着的， 也就是说SOC才是真正的服务的实现者，所有的客户端的请求通过SOM分配以后都是由某个SOC来负责完成的。2.2.2 Web ServerWeb Server主要是提供Web服务和网络应用20。2.2.3 客户端包括可以通过Http方式或其它方式连到GIS Server上的各种客户端，如浏览器、C/S程序或者移动设备等。2.2.4 GIS桌面应用ArcGIS Server 9.3对ArcGIS系列软件的最大贡献是将高级GIS功能引人到网络环境中，在此之前，ArcGIS体系中高级的GIS功能仅能在桌面端提供。这些功能包括：(l).发布多图层地图服务；(2).对地图进行缩放和漫游；(3).在地图上实现查询、定位功能；(4).查询地理数据的属性信息；(5).根据字段值进行标注；(6).从航片或卫片上提取图像；(7).在地图上画点、线、多边形等；(8).使用SQL查找通过地址定位；(9).通过特定字段生成专题图；(10).动态显示时间或时间序列数值；(11).地图坐标转换；(12).执行高级空间或属性查询；(13).执行网络分析验证拓扑关系。2.3 本章小结本章内容主要介绍了WebGIS的数字化校园设计与实现中所用技术的相关背景知识，包括WebGIS的实现技术和系统的平台软件ArcGIS Server 9.3。第三章 数字化校园系统分析与总体设计第三章 数字化校园系统分析与总体设计3.1 数字化校园系统需求分析3.1.1 数字化校园建设原则根据电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案技术要求书，在清水河校区数字化校园的总体设计过程中，依据清水河校区数字化校园的具体需求，本着高起点、统一全面规划、便于日常维护，又要为将来的扩展与新技术的融合打下基础的原则进行21。在设计过程中应遵循以下总体原则：(1) 先进性电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案应适应新技术发展的潮流，采用目前业界先进的技术架构和技术解决方案，方案不但要保证理论上可行，更重要的是实际上可用，最大限度地满足数字化校园建设需求。(2) 可靠性设计中要选用高可靠性产品，合理设计系统架构，制订可靠的备份策略，保证数据传输的可靠性。要充分考虑到应用系统的具体情况，最大限度地支持清水河校区各应用系统的正常运行。(3) 安全性为了保证清水河校区关键性数据和应用的安全可靠， 需要提供多种方式和层次的访问控制，选用具备安全保护功能的产品，为系统提供高质量的安全保障；并考虑必要的安全防范与灾难应对措施，确保系统安全稳定运行。(4) 扩展性随着系统应用规模的不断扩大，要求系统能方便地扩充容量，支持更多的用户和应用。随着通信技术的不断发展，系统要能平滑地过渡到新的技术和设备，保护现有投资，既照顾到目前的应用需求，又能满足今后系统的发展需要。(5) 开放性与标准化电子科技大学清水河校区数字化校园系统应当建设成一个开放的系统，并遵循相关国际、国内或行业标准。(6) 易维护方案的设计不仅要保证系统能正常稳定运行，设计的系统还要易于管理和维护。(7) 管理性系统设计应选用先进的网络管理平台，提供方便、高效的管理系统，让使用者可以有效地控制和管理整个网络。(8) 统一规划，分步实施对整个清水河校区制定总体规划，协调配置，使之具有良好的伸缩性，可扩充、易升级，保证系统建设的总体性能和投资效率。同时，为保护投资，可以采取分步实施的策略。(9) 人性化 电子科技大学清水河校区数字化校园系统设计必须考虑以人为本原则，能够为用户提供灵活、方便、友好的信息服务。3.1.2 数字化校园建设内容根据电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案技术要求书，清水河校区数字化校园的建设内容主要包括： 1. 基础设施：主要包含园区网络系统、数据中心、安全监控系统、消防监控系统、结构化布线系统、校园广播系统、门禁系统等。 2. 基础服务系统：主要包括数据库、存储与备份服务和其它基础服务系统。 3. 应用支撑平台：建设一个提供统一的、伸展的、安全的、可互操作的、数据共享的应用开发与运行环境支撑平台，实现数据共享与应用集成。 4. 应用系统：建设一个基于Internet/Intranet的校园综合业务/信息系统，实现学校整个业务的“网上办公、网上管理、网上教学、网上服务”。 5. 信息资源：建设丰富的数字化教学资源库、数字化科研信息资源库、数字化图书资源库、数字化人力资源库以及其它资源库。 6. 统一信息门户：为校园网用户提供单点登录、统一身份认证和权限管理功能，提供主动的、快捷的、个性化的信息服务。 7. 数字化校园安全体系：建立数字化校园网络、信息与系统安全体系，确保校园网络、关键数据、关键应用、关键业务部门的安全，实现数字化校园系统高效安全地运行。 8. 数字化校园标准与规范体系：建立数字化校园建设、运行、管理和维护的相关标准和规范体系。 9. 数字化校园相关的机制：建立数字化校园系统的管理、建设、开发、运行与维护的机构与机制，实现数字化校园系统高效有序地运行。3.2 基于WebGIS的数字化校园系统总体设计3.2.1 基于WebGIS的数字化校园系统总体设计电子科技大学清水河校区数字化校园旨在充分利用现代成熟的信息技术和信息化实践经验，结合高校特点，采用总体规划、分布实施策略，在全校范围逐步实现科研设计、教学管理、数据资源的信息化，全面提高教学、科研和管理水平，适应高校的信息发展战略，把电子科技大学建设成一个统一的、先进的、开放的、安全的、人性化的数字化校园，使电子科技大学信息化应用达到国内一流高校的先进水平22。电子科技大学清水河校区数字化校园的总体设计如图3-1所示。3.2.2 基于WebGIS的数字化校园系统网络结构设计电子科技大学清水河校区数字化校园是一个全新的系统，网络用户总数超过8万，它需要与电子科技大学其他校区实现网络互联和资源共享，并且开展远程教学、视频会议、资源共享和远程办公。清水河校区具备多个出口和多个数据分中心，通过有线和无线手段覆盖整个校区。网络设计上要求高带宽、高可靠性、高可扩展性，以及较高的安全保护能力和便于集中管理23。3.3 系统的应用支撑平台设计在数字化校园的总体架构中，应用支撑平台是应用系统层的承载平台，向应用系统层提供所需的各种服务，如资源共享、信息交换、业务访问、业务集成、安全管理和系统管理等通用性的服务24-25。图3-1 数字化校园建设总体设计系统应用支撑平台即通常意义上的中间件，它在网络和基础服务之上、应用系统之下，在信息系统的软件平台中起着承上启下的作用。应用支撑平台架构在基础服务层上，利用基础服务层的各种服务来实现自己的基础功能27。应用支撑平台与基础服务层选用的架构无关，依靠中间件产品强大的跨平台特性，它可以独立于基础服务层，利用成熟的、标准的接口访问基础服务层所提供的服务。3.3.1 系统应用平台设计需求数字化校园应用支撑平台建设需求为：(1) 建立基于面向服务体系结构（SOA）的数字化校园信息系统，以服务的形式构建业务逻辑，实现服务共享、重用和配置，适应业务流程的变化28。(2) 对第三方系统进行有效的服务整合，使之成为数字化校园系统的有机整体。(3) 各个应用系统采用统一体系架构，实现应用互通、互操作与数据共享，支持业务流程按需重组与业务增长。(4) 采用统一的信息门户展现应用系统中的数据和信息资源，实现单点登录和统一权限管理。3.3.2 系统应用平台设计目标清水河校区数字化校园应用支撑平台建设目标为：1. 建立统一应用支撑平台，包括：(1) 统一数据集成平台：采用统一的数据规范，将分布在各个业务系统中的数据进行统一的处理和管理，并提供规范化的数据接口模式，可以将外部系统的数据源集成在统一数据平台之上。通过统一数据平台为应用系统提供透明的数据访问能力和支持决策的可信赖的、一致的数据基础29。(2) 统一应用集成平台：采用基于面向服务的架构（SOA）技术构建实现应用系统。根据SOA的参考模型，一方面整理现有应用系统，将各个应用系统的功能模块封装成标准的服务(WSDL)，另一方面规范新的业务功能的开发。通过企业服务总线（ESB）实现各服务之间的连通性，通过流程的编排实现业务流程自动化。(3) 统一服务提供平台：建立基于门户技术的统一服务提供平台。通过内部和外部的统一门户，为学生和教师提供集成的、可定制的个性化服务门户。统一服务交付平台与核心事务处理平台之间依赖通用的XML标准进行数据传递。可以根据需要将XML转化为HTML，基于浏览器展现，或转化为WML，基于各种移动设备实现信息共享30。(4) 统一业务处理平台：采用基于J2EE的技术标准，市场上成熟、稳定、高性能、主流的应用服务器作为业务运行平台，提供灵活的配置和部署。借助虚拟化，整合计算资源。根据不同业务的性能要求、关键程度，运用策略将计算资源动态分配给业务处理程序，使现有设备上实现最大的吞吐量。自动监控性能统计数据，并动态管理系统资源，以优化性能31。(5) 统一资源管理平台：将分散在数字化校园不同应用上的各种数据、信息进行统一管理。在目录服务的基础之上，根据系统权限策略来管理用户对数字化校园的信息和其它资源的权限。(6) 统一系统管理平台：建立统一高效的系统监控系统，覆盖网络、服务器、数据库、中间件、应用等IT系统的各个方面。对数字化校园计算机系统、网络设备、终端设备以及数据资源进行统一监控与管理，保证整个系统的高可用性和高可靠性，要以集中统一的管理方式，高效率、反应灵敏的技术服务机制，标准化、自动化的管理流程达到提供优质的IT服务。2. 整合资源数字化校园应用支撑平台在为新建系统提供支撑之外，同时也是对旧有资源的充分利用和整合，保证各类资源的合理使用和效用的充分发挥。设备资源：充分利用目前的主机系统、网络带宽、存储备份设备、终端设备。信息资源：将系统积累下来的历史数据与数字化校园新产生的数据进行整合，按不同的应用主题，根据不同层次信息消费对象的需求，有效利用数据仓库和决策支持技术。技术资源：技术在不断发展，技术资源也在不断新陈代谢。各种先进、实用的技术，比如面向服务的架构、流程自动化、统一门户、统一安全策略等，都需要进行合理的选择和有效的整合，避免产品之间的不兼容。人力资源：合理安排不同技能的人力资源组合，利用三层结构带来的基于中心维护优点，减少低层次技术维护人员，增加系统基础设施的建设、规划、业务需求分析和设计、应用系统测试等关键环节的人员。3. 优化架构数字化校园应用支撑平台需要树立SOA理念。数字化校园应用支撑平台技术架构的设计是整个系统的核心和成功的关键。4. 强化应用数字化校园应用支撑平台的建设过程应该明确各个子系统的划分，同时明确每个子系统的功能边界和子系统之间的信息交换模式和内容。每个应用都有明确具体的需求和使用模式，应用之间的信息交互和共享接口也应明确。3.4 系统框架设计3.4.1 系统整体IT架构设计电子科技大学清水河校区数字化校园，要规划未来2-3年的系统的发展，需要采用一个先进而完整的架构设计方法论来将关键领域进行系统地规划和设计。基于Zachman 框架和Web Services的思想，在结合电子科技大学数字化校园本身的业务和系统情况之后，设计了名为EA (Enterprise Framework)的数字化校园整体IT架构。在这个架构的指导下，不仅可以进行数字化校园的规划，也可以进一步针对各个关注领域沿架构视角进行细化和分解设计，直到可供实施的粒度32。该架构将从业务、服务、应用、技术和数据（信息）等几个方面提出更为具体的规划来制订相应的参考模型（Reference Model），以及基于组件、面向服务的架构和业务驱动的系统设计和实施方法论：(1) PRM （Performance Reference Model, 业务绩效参考模型）总体战略发展目标和对应的绩效衡量体系业务岗位责任考核体系(2) BRM （Business Reference Model, 业务参考模型）各部门业务规程与外部用户、合作院校之间的工作规范(3) SRM （Service Reference Model, 服务参考模型）服务层次、服务类型组件、访问和交付渠道(4) DRM （Data Reference Model, 数据参考模型）业务聚焦的数据标准化跨机构数据交换标准(XML) (5) TRM （Technology Reference Model, 技术参考模型）软件与基础设施生命周期管理规程3.4.2 基于WebGIS的数字化校园地理信息系统模型.NET与Java的Web应用开发框架ADF，为开发人员提供了基于GIS服务器端AO组件构建网络应用程序和网络服务的框架。ADF中包括了一系列的用户界面工具和Web控件，使用ADF可以迅速配置GIS的.NET下或JSP应用程序。其中Web控件封装了AO组件的具体实现，通过ADF开发人员能使用所有的ArcObjects软件控件，并利用这些控