基于WEBGIS的数字化校园设计与实现

摘　要：摘要：WebGIS可以实现电子地图的网络发布和实施，这样普通用户通过浏览器就可以访问服务器上的电子地图数据资源。本文结合ArcGIS Server、Java和JavaScript技术，实现了一个校园基础设施管理的WebGis。讨论了系统总体框架、关键技术、功能设计、数据库设计以及WEBGIS的实现等多方面内容。

关键词：关键词：WEBGIS；系统框架；技术；数据

中图分类号：TP393.02    文献标识码：A     文章编号：

    1 引言
    近年来, 许多校园的占地面积不断扩大, 建筑物增多, 地上和地下地管网、供电和通信线路更加密集, 用传统的规划与管理模式已不能满足高校的发展需要。通过WebGIS利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统，实现通过图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素，为用户提供各种校园信息的查询、分析和统计操作，为校园基础设施的规划决策和管理提供可靠依据。
    本文以江西财经大学麦庐园校区为例，利用WebGIS技术开发构建了江西财经大学麦庐园校区基础设施管理系统，将此校区地图图形化、信息化，通过图形、图像来表现校园各种空间及属性要素，并提供各种统计操作、空间分析、专题要素输出等功能。
    2 系统分析与设计
    2.1系统需求分析
    随着学校的发展，校区的不断发展扩建，传统的规划已不能满足需求，急需要出现新的管理技术。基于校园基础设施管理系统为麦庐园校区提供地理信息服务，为相关部门提供信息。
    校园基础设施管理系统功能主要包括以下几个部分：
    (1)管道信息管理。对各类管线信息——燃气管道、供水管道、电力输配管道、排污管道等信息进行快速方便的编辑、查询、定位与统计；对各种管道可以实现井盖定位、管道复用、管道铺排等功能，并提供最短路径、最佳路径等分析功能。
    (2)管道井盖信息管理。管道井盖信息提供各种管道井盖的信息的地图进行记录以便查询、分析、统计。同时提供对此类设施的损坏缺失及维修进行记录、跟踪、统计、查询。
    (3) 环卫信息管理。环卫信息管理提供对垃圾箱分布、果壳箱、装饰物、分布等信息的地图进行记录以便查询、分析、统计。
    (4) 路灯信息管理。路灯信息管理提供道路路灯、校区路灯总体分布信息的地图进行记录以便查询、分析、统计。同时对路灯的巡视检查、损坏、维修、检修等信息进行记录、跟踪、统计、查询。
    (5) 建筑信息管理。建筑信息管理提供对办公楼、教学楼、图书馆、广场、食堂、教工宿舍、宿舍楼、商店、体育娱乐场所、主干道路、非主干道路、桥梁施等基础设施的地图信息进行记录以便查询、跟踪、统计。
    (6) 绿化信息管理。绿化信息管理提供对草坪、绿化区、水域等信息的地图进行记录以便查询、跟踪、统计。对草地、绿化区、水域中动植物的巡视检查、损坏、维修、质量检查等信息记录、跟踪、统计、查询。
    (7) 消防信息管理。消防地理信息提供对校内消防设施、设备、通道以及各种设备开关供电、供水、供网开关的地图信息进行记录以便查询、分析、统计。同时对它们的损坏及维修进行记录、跟踪、统计、查询。
    (8) 土地规划信息管理。土地规划信息管理提供对一个校区内要新增的一种校园基础设施所要放置的点位信息的分析。根据地图中已有的各种设施信息，辅以各种设施之间的相互关系，通过数据的计算、空间分析等计算出如何规划才能达到资源利用最大化的各种结果，以供决策人员参考，做出更好的选择。
    2.2系统结构体系
    此系统结构体系主要是以B/S 这种网络架构模式来实现，体系仍采用三层结构设计，即为用户表示层，应用逻辑层，数据层，如图1所示。
 
                                                               图1 系统体系图
    其中用户表示层为标准的Web浏览器，负责与用户交互，根据用户需求，调用应用逻辑层进行数据处理并将结果返回并显示。应用逻辑层为系统关键，它有两部分组成：Web服务器和应用服务器，Web服务器负责接收用户请求，同时将请求传递给应用服务器，应用服务器调用数据层数据进行处理，并将结果返还给Web服务器。数据层是由各种多种数据组成，包括空间数据和属性数据，数据层主要是响应应用服务器处理返还相应数据。三层结构体系，层次上较为清晰，具有一定的灵活性和可维护性，提高系统效率。
    2.3 数据分层
    所谓数据分层就是将各种具备不同空间特征的地理实体抽象为不同的图层，将不同格式的数据存储在不同的层上。隶属于不同图层的地理实体所具有的属性数据不同，数据分层把属性数据相同的实体划分在同一图层中。
    根据江西财经大学麦庐园校区地理现状以及应用需求，我们将具有相同属性特征的某类空间实体数据放在一个图层，因此，将采集到的基础数据库中的数据分为点状数据、线状数据、面状数据三类图层。
    点状数据：具备点状定位特征和表现宏观特性的地理实体，采用点类型进行描述。主要包括一些能够反映井盖、环卫、路灯、消防等基础设施信息的图层数据。
    线状数据：具备线状特征或在一定比例尺下可以抽象为线状特征的地理实体，采用线类型进行描述。主要包括一些面积狭小但偏长的道路交通线、管道等这类信息，这样的表达方式可使数据查找方便，图形美观。
    面状数据：在一定比例此下具有空间区域覆盖特征的地理实体，采用面类型描述。主要包括一些面积偏大的建筑、绿化、草地等能反应区域特征的面状信息数据。
    2.4 数据库分析、建立
    在空间数据库中，地理要素会按照各自抽象的形象以点、线、面的方式存储，设计的原则是直观形象、易于理解。
    在属性数据库中，地理要素会按照不同地理实体对应的不同属性表进行存储。对于属性数据，主要满足用户的属性查询，因此属性表中包含各地理实体的属性信息，如楼栋名、用途、建筑时间等。
    在系统中，采用属性数据与空间数据统一存储的方法，根据属性表中的唯一公共标识符把空间数据和属性数据连接，在系统中数据均采用Shapefile格式存储。
    2.4.1  空间数据库内容组织
    空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。本系统中的空间数据是指地图中的空间信息数据，主要为矢量地图，涉及到点线面三种类型数据。校园中各地理要素的数据类型如下：
    点：路灯、消防栓、灌溉喷头、垃圾桶、路由器、交换机、供电设备、供水设备、电源开关、供水开关、网络开关、雕塑、旗帜。
    线：供水管、排污管、通讯线缆、有线电视线缆、供电线路、电话线缆。
    面：草地、绿化区、水域、道路、教学 楼、宿舍楼、教工楼、办公楼、图书馆、各体育场馆、广场、商店、食堂、医院。
    2.4.2  属性数据库内容组织
    属性数据是指地理要素具有的描述性属性，与空间数据相对应的描述性数据。本系统中的属性数据是指地图中地理要素的属性数据，不同的地理要素所具有的属性不同。校园中个地理要素的数据类型如下：
    建筑属性信息：编号、占地面积、楼层数、总体高度、建设日期、设计年限、设计方、施工方、出资方、状态、楼管员、消防设备、维修信息、活动信息等。
    管道属性信息：编号、管线名、起始端点、结算端点、深度、纵向交叉信息、材质、铺设日期、负责人、检修日期、状态、管线直径、管线长度等。
    小件公共设施管理：编号、设施名、负责人、检修日期、使用期限、状态等。
    2.5 基于WEBGIS的校园基础设施管理系统功能设计
    根据实际需求，将系统分为四个主要功能模块：地图浏览模块，图层控制模块，选择、查询和定位模块，地图打印模块。
    2.5.1地图浏览模块
    在地图浏览模块中主要功能有放大、缩小，漫游、移动，全图显示，鹰眼等几项功能。放大、缩小：通过鼠标，用户可以选定一块区域进行一定程度的放大与缩小。漫游、移动：通过鼠标，用户可以通过选定地图，拖动地图的移动，通过不同视角观察分析地图。全图显示：全图显示可以给用户对整个地图一个整体轮廓信息，了解整个地图上要素的部署信息。鹰眼：当用户对地图进行一定操作后，无法预览地图全景时，可以通过鹰眼来观察当前区域和整个地图的相对位置。
    2.5.2图层控制模块
    整个地图由多个图层组成，通过点、线、面三种描述方式将校园基础设施进行归类并在地图上合理显示。图层控制可以指定地图窗口的不同图层的显示、隐藏和分层信息，同时可以实现对不同图层的编辑，选择，显示，标注等属性修改设置。
    2.5.3选择、查询和定位模块
    1)信息查看功能：针对地中地理要素，用户可以通过移动鼠标于指定要素上，系统将会以提示方式显示要素信息，同时可以通过鼠标点击要素进一步查询要素信息。
    2)双向查询功能：查询功能可以分为空间到属性的查询和属性到空间的查询两种。空间到属性的查询即为点击查询，用户可以通过点击地理要素，查询到其相关属性信息；属性到空间的查询即为条件查询，用户可以根据提供的相关属性信息，通过查询，在地图上对符合条件的地理要素以高亮的形式进行定位。
    3)区域查询：用户可以用矩阵、圆、多边形等方式框选一定范围的要素信息进行查询，系统会将结果以统计的方式进行显示。
    4)设施定位：用户可以通过鼠标点击地图中要素，通过系统给出当前选定要素的坐标信息。
    3 结语
    随着地理信息系统的的越来越受重视，WEBGIS提供空间、属性的管理与分析功能，能给社会带来巨大的效益。
    在系统开发中需要考虑两个方面的内容：一是数据；二是方法和技术。数据方面：校园基础设施数据是实地数据，并且数据多且杂。将基础设施数据分为点、线、面三个层次，能使数据管理更为简单，加快数据的查询、显示、分析速度，提高使用效率。开发方法和开发技术方面：方法上，将系统划分为管理模块和功能模块，理清每个模块间的相互管理以及信息交互，实现系统化管理。技术上，采用JSF开发框架，主要涉及Java编程，JSP编程和JavaScript编程。
    在WEBGIS发展的同时，系统大量的数据传输与网络宽带之间的矛盾日益显现，因此如何平衡网络负载，降低网络流量将是未来WEBGIS将要重点研究的内容。

参考文献：
孙丽, 高飞, 胡小华, 等. ArcEngine插件是GIS二次开发框架的设计与实现. 合肥工业大学土木与水利工程学院, 合肥 230009