裴偉霞,李曉亮,劉遠(yuǎn)飛,李 麗

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安 710054; 2.空軍工程大學(xué),陜西西安 710038)

基于WebGIS的地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
——以關(guān)中城市群地質(zhì)遺跡為例

裴偉霞1?,李曉亮1,劉遠(yuǎn)飛2,李 麗1

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西西安 710054; 2.空軍工程大學(xué),陜西西安 710038)

地質(zhì)遺跡是珍貴的地質(zhì)自然遺產(chǎn),對(duì)地質(zhì)遺跡信息缺乏統(tǒng)一的組織和管理,公共參與性少,不利于地質(zhì)遺跡的保護(hù)和開(kāi)發(fā)。針對(duì)地質(zhì)遺跡信息管理中的現(xiàn)實(shí)需求,以關(guān)中城市群地質(zhì)遺跡為例,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)遺跡信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理,滿足了管理決策和科研業(yè)務(wù)人員日常工作的需要,并為社會(huì)大眾提供了一個(gè)學(xué)習(xí)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的窗口。

WebGIS;地質(zhì)遺跡;管理信息系統(tǒng);關(guān)中城市群;Geodatabase

1 引 言

地質(zhì)遺跡(Geological Relic)是指在地球演化的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期,在地質(zhì)內(nèi)外應(yīng)力的作用下形成、發(fā)展并遺留下來(lái)的珍貴的地質(zhì)自然遺產(chǎn)[1,2]。作為一種兼具科研價(jià)值、科普價(jià)值、旅游價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的資源,它已越來(lái)越引起人們的重視[2],世界不少國(guó)家把地質(zhì)遺跡比較集中的區(qū)域建成地質(zhì)公園,形成保護(hù)與開(kāi)發(fā)的良性循環(huán)[3]。2005年8月,中國(guó)第四批國(guó)家地質(zhì)公園申報(bào)工作結(jié)束,至此中國(guó)共有12個(gè)世界地質(zhì)公園和130個(gè)國(guó)家地質(zhì)公園,地質(zhì)遺跡的保護(hù)與可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用有了長(zhǎng)足的發(fā)展[1]。盡管如此,但目前對(duì)地質(zhì)遺跡的保護(hù)、開(kāi)發(fā)和管理還存在許多不足,具體表現(xiàn)為:①對(duì)地質(zhì)遺跡調(diào)查、評(píng)價(jià)的結(jié)果缺乏統(tǒng)一的組織和管理;②地質(zhì)遺跡的調(diào)查、保護(hù)以及開(kāi)發(fā)僅靠政府和科研人員主導(dǎo),公眾參與較少;③地質(zhì)遺跡信息管理的方法和技術(shù)手段落后,沒(méi)有充分利用GIS和網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù),缺少面向管理決策及地質(zhì)遺跡科研人員服務(wù)的平臺(tái)和面向社會(huì)大眾展示地質(zhì)遺跡的窗口。鑒于此,開(kāi)發(fā)并建立集地質(zhì)遺跡調(diào)查、評(píng)價(jià)、保護(hù)和管理于一體,公眾廣泛參與的地質(zhì)遺跡管理信息平臺(tái)是目前地質(zhì)遺跡研究和管理工作面臨的現(xiàn)實(shí)需求。

針對(duì)目前地質(zhì)遺跡研究和管理中存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和需求,本文充分利用網(wǎng)絡(luò)和GIS等信息技術(shù),以關(guān)中城市群地質(zhì)遺跡為例,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了集信息存儲(chǔ)和管理于一體,公眾廣泛參與的地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)。與傳統(tǒng)方法和手段相比,采用WebGIS技術(shù)建立地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì):①可以在統(tǒng)一的平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)的規(guī)范組織和管理;②實(shí)現(xiàn)地質(zhì)遺跡信息的可視化顯示,直觀展示地質(zhì)遺跡的空間分布,便于地質(zhì)遺跡的評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)和保護(hù);③實(shí)現(xiàn)地質(zhì)遺跡信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布,便于公眾的廣泛參與,有利于宣傳地質(zhì)遺跡,普及相關(guān)科學(xué)知識(shí)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

系統(tǒng)需求分析是在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,系統(tǒng)主要面向三大群體,包括地質(zhì)遺跡管理決策部門(mén)、相關(guān)科研業(yè)務(wù)人員以及社會(huì)大眾。在各潛在用戶群體中通過(guò)座談交流、問(wèn)卷調(diào)查等形式,最終確定了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求、功能需求和性能需求。并據(jù)此明確系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)為:滿足地質(zhì)遺跡管理決策部門(mén)和相關(guān)科研業(yè)務(wù)人員日常管理和實(shí)際業(yè)務(wù)工作的需要,實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理和分析,并面向社會(huì)公眾提供地質(zhì)遺跡相關(guān)信息的查詢和瀏覽等服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)基于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的3層體系架構(gòu)[4],分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)3層體系架構(gòu)圖

(1)表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是人機(jī)交互的接口,通過(guò)可視化的用戶界面實(shí)現(xiàn)用戶和計(jì)算機(jī)之間的交互。

(2)業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層是實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯的執(zhí)行層,主要接收用戶提交的業(yè)務(wù)請(qǐng)求,通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器和GIS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)的執(zhí)行處理。

(3)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是地質(zhì)遺跡相關(guān)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的存放地,采用Personal Geodatabase模型統(tǒng)一管理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)。

2.3 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)前期調(diào)研和系統(tǒng)需求分析的結(jié)果,地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與管理、地質(zhì)遺跡決策分析、地質(zhì)遺跡公眾服務(wù)以及用戶管理4個(gè)功能模塊組成,系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

(1)數(shù)據(jù)采集與管理模塊

該模塊由系統(tǒng)登陸和數(shù)據(jù)錄入管理兩個(gè)頁(yè)面組成,業(yè)務(wù)人員通過(guò)用戶名和密碼登錄頁(yè)面后可實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡相關(guān)數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改以及查詢?yōu)g覽等操作。

(2)決策分析模塊

該模塊主要面向地質(zhì)遺跡管理決策和相關(guān)科研業(yè)務(wù)人員,由系統(tǒng)登錄和決策分析兩個(gè)頁(yè)面組成,相關(guān)用戶登錄系統(tǒng)后可實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡相關(guān)信息的查詢統(tǒng)計(jì)、緩沖區(qū)分析以及專(zhuān)題圖制作等功能。

(3)公眾服務(wù)模塊

該模塊主要面向社會(huì)公眾提供地質(zhì)遺跡相關(guān)信息的查詢和瀏覽等功能。頁(yè)面功能包括5個(gè)部分,分別為:①地圖操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)頁(yè)面地圖的放大、縮小、漫游以及全圖顯示等操作;②地圖查詢:實(shí)現(xiàn)由屬性查找地質(zhì)遺跡以及通過(guò)圖形查屬性,所查信息均由氣泡顯示;③地圖量測(cè):實(shí)現(xiàn)圖上距離和面積的量測(cè);④地質(zhì)遺跡詳細(xì)信息顯示:通過(guò)該頁(yè)面顯示某一地質(zhì)遺跡點(diǎn)的詳細(xì)信息,包括:地質(zhì)遺跡名稱(chēng)、照片、地質(zhì)遺跡描述信息、地質(zhì)成因、科學(xué)價(jià)值、觀賞價(jià)值以及保護(hù)現(xiàn)狀等。

(4)用戶管理模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶的管理,包括添加、刪除用戶,設(shè)置用戶權(quán)限(系統(tǒng)管理員、普通用戶)以及更改登錄密碼等。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括陜西省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、關(guān)中城市群地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等,即包含空間數(shù)據(jù)又包含非空間數(shù)據(jù),為了便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織和管理,系統(tǒng)采用Personal Geodatabase模型統(tǒng)一管理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和內(nèi)容分別如圖3和表1所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容

(1)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)分為矢量數(shù)據(jù)庫(kù)和柵格數(shù)據(jù)庫(kù),其中矢量數(shù)據(jù)庫(kù)包括陜西省行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、道路以及河流數(shù)據(jù),柵格數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)陜西省影像數(shù)據(jù)。

(2)地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)庫(kù)也分為矢量數(shù)據(jù)庫(kù)和柵格數(shù)據(jù)庫(kù),矢量數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)地質(zhì)遺跡點(diǎn)信息,柵格數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)地質(zhì)遺跡點(diǎn)的照片等數(shù)據(jù)。

(3)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶信息等數(shù)據(jù)。

地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含矢量與柵格兩種類(lèi)型數(shù)據(jù),本文著重對(duì)矢量數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。矢量數(shù)據(jù)主要說(shuō)明地質(zhì)遺跡點(diǎn)的信息,包含地質(zhì)遺跡點(diǎn)所在的園區(qū)名稱(chēng)、園區(qū)編號(hào)、遺跡點(diǎn)編號(hào)、景區(qū)編號(hào)地理位置、經(jīng)度、緯度、遺跡類(lèi)型、所屬保護(hù)區(qū)、地質(zhì)背景與成因、標(biāo)識(shí)內(nèi)容、照片等,如表2所示,列出地質(zhì)遺跡點(diǎn)的部分屬性字段:

表2 地質(zhì)遺跡點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成與管理

系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)既有空間數(shù)據(jù)又有非空間數(shù)據(jù), ArcGIS的Geodatabase是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)縫集成與管理的理想工具,Geodatabase支持非空間的表格數(shù)據(jù)、GIS矢量數(shù)據(jù)及柵格數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Personal Geodatabase模型,建立了要素?cái)?shù)據(jù)集(feature dataset)、柵格數(shù)據(jù)集(raster dataset)以及Table表,并分別存儲(chǔ)系統(tǒng)中的矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和系統(tǒng)用戶表等。

3.2 面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的GIS Server

服務(wù)器GIS可以更好的以集中的方式利用GIS專(zhuān)業(yè)人員創(chuàng)建和管理的信息和資源[5]。為了在企業(yè)內(nèi)部共享空間信息和功能,原有的桌面GIS應(yīng)用逐漸發(fā)展為基于服務(wù)器的GIS解決方案,它基于Web Services向外提供內(nèi)容和功能[6]。本系統(tǒng)利用Esri提供的面向服務(wù)架構(gòu)的解決方案ArcGIS Server技術(shù),設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析以及緩沖區(qū)分析等模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間信息和功能的共享。

3.3 地質(zhì)遺跡點(diǎn)編碼

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中每一個(gè)園區(qū)中每個(gè)景區(qū)的地質(zhì)遺跡點(diǎn)要素進(jìn)行編碼,確保每個(gè)遺跡點(diǎn)的唯一性,實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。地質(zhì)遺跡點(diǎn)的編碼為:園區(qū)編號(hào)(3位)+景區(qū)編號(hào)(2為)+順序號(hào)(2位)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),基于ArcGIS Server 9.3平臺(tái)以及C#、JavaScript、HTML語(yǔ)言,在Visual Studio 2008環(huán)境下開(kāi)發(fā)完成,頁(yè)面布局采用DIV+CSS+Table實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)地質(zhì)遺跡公眾服務(wù)模塊主頁(yè)面以及地質(zhì)遺跡詳細(xì)信息顯示頁(yè)面如圖4、圖5所示。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容:

(1)數(shù)據(jù)采集與管理

通過(guò)使用先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)引擎和WebGIS技術(shù),地圖數(shù)據(jù)訪問(wèn)與處理得到極大改善,為用戶提供快捷方便的查詢與瀏覽,實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)共享編輯處理,提高工作效率[7]。該模塊主要面向地質(zhì)遺跡調(diào)查研究業(yè)務(wù)人員,用戶通過(guò)瀏覽器打開(kāi)頁(yè)面,輸入正確的用戶名和密碼后登錄系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡信息的錄入、修改、刪除以及查詢?yōu)g覽操作。

(2)地質(zhì)遺跡決策分析

該模塊是面向地質(zhì)遺跡管理和科研業(yè)務(wù)人員使用的,用到的主要控件有:MapResourceManger、Map、Map-Tips、Toc、Toolbar以及TaskManger等。通過(guò)該模塊,用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)分析、緩沖區(qū)分析以及專(zhuān)題圖制作等功能[8]。

(3)地質(zhì)遺跡公眾服務(wù)

該模塊是系統(tǒng)面向公眾提供服務(wù)的主界面,界面及所使用的相關(guān)控件與地質(zhì)遺跡決策分析模塊類(lèi)似,主要實(shí)現(xiàn)地圖操作、地圖量測(cè)、地圖查詢等功能。在該頁(yè)面中,用戶可以通過(guò)模糊查詢實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)內(nèi)容的查詢,查詢結(jié)果以熱點(diǎn)圖標(biāo)的形式在地圖頁(yè)面中顯示,點(diǎn)擊圖標(biāo),通過(guò)Maptips顯示該地質(zhì)遺跡點(diǎn)的名稱(chēng)、地質(zhì)成因、科學(xué)價(jià)值以及觀賞價(jià)值等相關(guān)信息,并提供鏈接使網(wǎng)頁(yè)跳轉(zhuǎn)到其詳細(xì)信息顯示界面。Maptips顯示的內(nèi)容及格式可以通過(guò)HTML標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)整,從Maptips由地圖顯示頁(yè)面跳轉(zhuǎn)到詳細(xì)信息顯示頁(yè)面代碼為:＜A href="ShowInformation.aspx?ID={ID}"target=_blank＞點(diǎn)擊查看詳細(xì)信息＜/A＞,同時(shí),在HTTP Cookie中提取地質(zhì)遺跡點(diǎn)ID,以便通過(guò)ID查詢并讀取數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。

地質(zhì)遺跡詳細(xì)信息頁(yè)面提供地質(zhì)遺跡點(diǎn)的詳細(xì)描述信息,不僅包括屬性信息的描述,同時(shí)也提供該地質(zhì)遺跡的照片等,其中利用Ajax技術(shù),通過(guò)JavaScript語(yǔ)言編寫(xiě)的SlideShow控件實(shí)現(xiàn)了多張地質(zhì)遺跡圖片以幻燈片形式的連續(xù)播放。

(4)用戶管理模塊中,系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限,通過(guò)該模塊系統(tǒng)管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通用戶的添加、刪除以及權(quán)限設(shè)置操作。

圖4 地質(zhì)遺跡公眾服務(wù)主頁(yè)面

圖5 地質(zhì)遺跡詳細(xì)信息顯示頁(yè)面

5 結(jié) 論

本文在對(duì)系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,進(jìn)了系統(tǒng)的需求分析,提出了系統(tǒng)的總體架構(gòu),并根據(jù)數(shù)據(jù)需求分析,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)合理的系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu),最后基于ArcGIS Server 9.3平臺(tái)以及C#、JavaScript、HTML語(yǔ)言,在Visual Studio 2008環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)。此系統(tǒng)構(gòu)建改變?cè)袀鹘y(tǒng)的、靜態(tài)信息管理方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)的規(guī)范組織和管理,便于地質(zhì)遺跡的評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)和保護(hù);對(duì)地質(zhì)遺跡信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布并進(jìn)行可視化顯示,直觀展示地質(zhì)遺跡的空間分布,便于公眾的廣泛參與,可以對(duì)地質(zhì)遺跡景區(qū)進(jìn)行有效的宣傳,提高景區(qū)知名度,方便游客查詢景區(qū)信息,提高景區(qū)服務(wù)水平,推進(jìn)地質(zhì)公園的信息化建設(shè),普及相關(guān)科學(xué)知識(shí)。

本系統(tǒng)在取得成績(jī)的同時(shí)還存在許多的不足,主要表現(xiàn)在:系統(tǒng)界面有待進(jìn)一步優(yōu)化,系統(tǒng)的功能不夠完善,特別是公眾服務(wù)模塊與公眾缺乏交互等。以上不足,筆者將在今后的研究中逐步解決。

[1] 左仁廣,方世明.基于MapGIS的地質(zhì)遺跡管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地質(zhì)通報(bào),2007,26(2):223～230.

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Design and Realization of the Geological Relic Management Information System Based on WebGIS——Case Studies in Geological relics of Guanzhong City Group

Pei Weixia1,Li Xiaoliang1,Liu Yuanfei2,Li Li1
(1.College of Geology Engineering and Geomatics,Chang’an University,Xi’an 710054,China; 2.The Air Force Engineering University,Xi’an 710038,China)

The geological relics are precious natural heritage of geology,it is not conducive to the protection and development of geological relics that geological information is lack of unified organization and management and public participation is less.According to the actual demand in information management of geological relics,geological relics to Guanzhong City Group as an example,the management system of geological information is designed and implemented Based on WebGIS.This system realizes the unified storage and management of geological information,and meet the needs of management and decision-making and scientific research personnel daily work,and provides a window to learn related scientific knowledge for the public.

WebGIS;geological relic;management information system;Guanzhong city group;geodatabase

2013—11—07

裴偉霞(1988—),女,碩士研究生,主要從事GIS應(yīng)用研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41130753);全國(guó)地面沉降監(jiān)測(cè)與防治綜合研究與信息系統(tǒng)建設(shè)工作項(xiàng)目(12120113011700)