盧楚雍　樊紅

摘要：針對(duì)地下管網(wǎng)信息化管理需求，提出了基于Arcgis Server空間信息服務(wù)的地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。闡述了系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)，構(gòu)建了基于B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：空間信息服務(wù)；ArcGIS Server；地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)

DOIDOI：10.11907/rjdk.151389

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）008010602

0 引言

紙質(zhì)地圖結(jié)合AutoCAD的傳統(tǒng)管理方式，已經(jīng)不能滿足地下管網(wǎng)更新變化需求。傳統(tǒng)方式?jīng)]有專門針對(duì)地下管網(wǎng)管理的業(yè)務(wù)功能，如橫斷面分析、縱斷面分析、爆管分析，而這些功能對(duì)實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)信息化管理、高效管理、輔助決策具有重要作用。為了解決上述問題，亟需建立一套專門針對(duì)地下管網(wǎng)的管理系統(tǒng)。基于空間數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)埋藏于地下的不可見管網(wǎng)圖形和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，以實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)的可視化管理和業(yè)務(wù)分析功能，是滿足前述需求的有效解決方案。地理信息系統(tǒng)可以采用單機(jī)版管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這要求在每個(gè)客戶端都安裝軟件，如ArcGIS Desktop等，但這種軟件往往操作復(fù)雜，要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)才能熟練運(yùn)用。此外，整個(gè)地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)本身是分布式的，單機(jī)的管理系統(tǒng)不能滿足分布式的管理工作要求。隨著具有分布式特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)研究提上日程。

1 技術(shù)基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)選型

1.1 ArcGIS Server 空間信息服務(wù)

ArcGIS Server 空間信息服務(wù)遵循Web服務(wù)體系架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供GIS數(shù)據(jù)分析、可視化等功能應(yīng)用[1]。

利用ArcGIS Server發(fā)布的各種空間信息服務(wù)，在客戶端，盡管沒有安裝單獨(dú)的地理信息系統(tǒng)軟件，但只需要按照需求發(fā)送請(qǐng)求調(diào)用相關(guān)服務(wù)，就可以完成傳統(tǒng)桌面GIS軟件完成的任務(wù)，這個(gè)過程就像使用本地資源一樣?？蛻舳丝梢允瞧胀ㄟ\(yùn)行在操作系統(tǒng)上的瀏覽器、自定義的應(yīng)用程序，也可以是ESRI公司提供的桌面應(yīng)用程序，比如ArcMap[2]。通過ArcGIS Server提供的空間信息服務(wù)，客戶端之間共享資源，無需單獨(dú)安裝特定軟件。所有共享資源存儲(chǔ)在服務(wù)器，服務(wù)器還負(fù)責(zé)管理服務(wù)，進(jìn)行地理信息系統(tǒng)相關(guān)工作，將結(jié)果通過通信協(xié)議允許的格式返回給客戶端。

1.2 開發(fā)平臺(tái)選型

地下管網(wǎng)系統(tǒng)采用Windows 2000服務(wù)器版（中文）作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，Tomcat 6.0作為Web服務(wù)器。Web服務(wù)器端采用JSP（Java Server Pages）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，服務(wù)器將接收到的用戶請(qǐng)求交由JSP腳本解釋，然后向GIS服務(wù)器發(fā)出指令，GIS服務(wù)器接到指令執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯并返回計(jì)算結(jié)果。

采用ArcGIS Server作為地下管網(wǎng)系統(tǒng)的GIS應(yīng)用服務(wù)器，包含GIS服務(wù)器和Web應(yīng)用開發(fā)框架（ADF）兩個(gè)主要部件。核心的ArcObjects包含在GIS服務(wù)器中，地下管網(wǎng)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)功能都要通過調(diào)用ArcObjects中的API來完成，ADF包含一個(gè)軟件開發(fā)包[3]。

客戶端通過編寫JavaScript腳本，調(diào)用ArcGIS Server JavaScript API（以下簡(jiǎn)稱JavaScript API）。這組JavaScript API是ESRI公司提供的，可以將地下管網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建成為輕量級(jí)、高性能、純?yōu)g覽器的GIS應(yīng)用[4]。用戶將地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)制作成地圖資源，通過ArcGIS Server發(fā)布為地圖服務(wù)，作為定位框架和空間分析工具；將客戶端的操作和參數(shù)進(jìn)行編碼，通過JavaScript API調(diào)用發(fā)布的地圖服務(wù)和ArcGIS Server提供的其它服務(wù)，完成用戶請(qǐng)求。

這種方式充分利用了基于網(wǎng)絡(luò)的分布式計(jì)算技術(shù)，各相關(guān)部門、人員能并發(fā)式訪問，保證了地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)的一致性和完整性。在各客戶端不需要單獨(dú)安裝軟件，只需要普通瀏覽器，就可以在辦公室或其它可聯(lián)網(wǎng)地點(diǎn)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行管理，因此維護(hù)、操作簡(jiǎn)單，可降低培訓(xùn)、維護(hù)成本。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)GIS的實(shí)現(xiàn)中，傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)可以細(xì)化為兩種模式：局域網(wǎng)下的客戶端/服務(wù)器模式（簡(jiǎn)稱C/S模式）、三層或多層體系結(jié)構(gòu)的瀏覽器/服務(wù)器模式（簡(jiǎn)稱B/S模式）[5]。

本系統(tǒng)構(gòu)建了基于B/S模式的傳統(tǒng)三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括顯示層、Web應(yīng)用層、數(shù)據(jù)庫層。

圖1 基于B/S模式的體系結(jié)構(gòu)

（1）顯示層硬件包括電腦或者手持設(shè)備，是系統(tǒng)用戶與系統(tǒng)的接口，用戶通過顯示層與系統(tǒng)進(jìn)行交互，發(fā)出請(qǐng)求并得到響應(yīng)結(jié)果。系統(tǒng)客戶端軟件是可以運(yùn)行在客戶操作系統(tǒng)上的任何瀏覽器或者應(yīng)用程序，通過網(wǎng)頁或者應(yīng)用程序界面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，通過鍵盤和鼠標(biāo)輸入與系統(tǒng)交互，向部署在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)地下管線空間特征、屬性特征的瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能。

（2）Web應(yīng)用層由Web服務(wù)器構(gòu)成，包括普通的Web服務(wù)器和提供GIS地圖服務(wù)的GIS服務(wù)器，Web應(yīng)用程序部署在Web服務(wù)器和GIS服務(wù)器中，其中系統(tǒng)管理功能模塊部署在普通的Web應(yīng)用程序服務(wù)器中，地圖服務(wù)部署在GIS服務(wù)器中。服務(wù)器接受來自客戶端的訪問，根據(jù)客戶發(fā)出的請(qǐng)求調(diào)用Web服務(wù)器上的Web應(yīng)用程序或者ArcGIS Server發(fā)布的服務(wù)， Web應(yīng)用程序或者服務(wù)根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果返回給客戶端。

（3）數(shù)據(jù)庫層由地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。根據(jù)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，地下管網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)由地圖數(shù)據(jù)庫管理，整個(gè)系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)如用戶賬戶數(shù)據(jù)、權(quán)限數(shù)據(jù)由管理數(shù)據(jù)庫管理。

所有的地圖數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序都放在服務(wù)器端，客戶端只需根據(jù)需要發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器端基于發(fā)布的各種服務(wù)響應(yīng)客戶端請(qǐng)求。因此，系統(tǒng)維護(hù)只需要在服務(wù)器端進(jìn)行，大大降低了客戶端的工作量及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為2大模塊，如圖2所示，分別是系統(tǒng)管理模塊和地圖服務(wù)模塊，地圖服務(wù)模塊分為地圖管理模塊、信息查詢模塊、數(shù)學(xué)計(jì)算模塊、輔助設(shè)計(jì)模塊。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)管理模塊：包括用戶管理、數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)采用安全的用戶認(rèn)證體系，為不同權(quán)限的用戶提供不同的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，如數(shù)據(jù)管理權(quán)限和查詢權(quán)限，保證數(shù)據(jù)安全以及系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，普通用戶的權(quán)限由管理員根據(jù)不同部門和級(jí)別進(jìn)行分配。普通用戶根據(jù)所屬部門和級(jí)別確定操作權(quán)限，用戶可以修改密碼。

地圖管理模塊：地圖被組織為多層，模塊實(shí)現(xiàn)了地圖的放大、縮小、漫游、查看全圖、按比例顯示、圖層顯隱控制、圖層添加、圖層刪除、圖層組的添加、圖層組的刪除，還實(shí)現(xiàn)了地圖的加載、保存、另存為等功能。

信息查詢模塊：查詢功能是信息系統(tǒng)必備而重要的功能，管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)具有雙向查詢功能，即空間查詢和屬性查詢?？臻g查詢是根據(jù)空間圖形查詢屬性信息，屬性查詢是根據(jù)屬性查詢空間圖形。

數(shù)學(xué)計(jì)算模塊：包括統(tǒng)計(jì)模塊和量測(cè)模塊。在地理信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)被組織為點(diǎn)、線、面圖層，統(tǒng)計(jì)模塊分別針對(duì)點(diǎn)、線、面，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示在表格中。量測(cè)模塊是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其它信息系統(tǒng)之處，包括距離量測(cè)、面積量測(cè)、角度量測(cè)，角度量測(cè)又可分為方位角量測(cè)和三點(diǎn)間夾角量測(cè)。

輔助設(shè)計(jì)模塊：包括斷面分析和爆管分析。斷面分析分為橫斷面分析和縱斷面分析。橫斷面分析要求系統(tǒng)可根據(jù)管線數(shù)據(jù)在任意位置生成管線的橫斷面圖，以便于查看管線間的空間位置關(guān)系，并可查詢各個(gè)管線及剖點(diǎn)處的屬性信息，結(jié)果等比例導(dǎo)出成AutoCAD數(shù)據(jù)。縱斷面分析要求根據(jù)管線數(shù)據(jù)生成一段到多段管線的縱斷面圖，查看管線的走向，并可查詢每個(gè)管段的屬性信息。爆管分析要求根據(jù)鼠標(biāo)點(diǎn)擊爆管管線位置，根據(jù)管線的拓?fù)潢P(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算應(yīng)關(guān)閉的閥門，并可定位到相應(yīng)的圖形位置。

3 結(jié)語

隨著WebService技術(shù)的飛速發(fā)展和地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，空間信息服務(wù)正不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的GIS技術(shù)正在變革，大眾化、社會(huì)化成為GIS發(fā)展的新趨勢(shì)。本文介紹了的地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用將改變落后的管理方式，非專業(yè)人員也能使用專業(yè)的管理系統(tǒng)，避免了單機(jī)模式易導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖曉柏.基于MapXtreme的大慶供水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地圖學(xué)與國土研究，2002（18）：3841.

[2] 毛峰.基于REST風(fēng)格地理空間信息服務(wù)的WebGIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[3] 劉光，唐大仕.ArcGIS Server JavaScript API開發(fā)GeoWeb 2.0應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 樂鵬.網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)和服務(wù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2011.

[5] 康玲，傅俊峰.基于ArcGIS Server的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)[J].水電能源科學(xué)，2007 （25）：2629.

（責(zé)任編輯：杜能鋼）