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基于WebGIS廊坊路網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計分析的論文
0 引言
廊坊道路是廊坊基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。近年來，伴隨著河北省三年大變樣政策的實施，公路建設(shè)規(guī)模急劇擴大，隨之公路相關(guān)信息資料和數(shù)據(jù)也在快速增加。然而軟件建設(shè)（即公路管理技術(shù)）卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硬件的發(fā)展。公路路況是隨著時間的推移而動態(tài)變化的，現(xiàn)有公路路況信息已無法客觀、準(zhǔn)確地反映實際路況信息，無法為道路管理部門提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）的發(fā)展為路網(wǎng)的信息化管理提供了強有力的工具。
GIS是基于計算機硬件技術(shù)，綜合了計算機科學(xué)、城市科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)環(huán)境科學(xué)、測繪遙感學(xué)、空間科學(xué)、地理學(xué)等多種學(xué)科的新興邊緣學(xué)科。該應(yīng)用系統(tǒng)利用計算機技術(shù)對空間數(shù)據(jù) 進行輸入、檢索、顯示、運算、綜合分析和存儲[1]。GIS應(yīng)用在交通領(lǐng)域即交通地理信息系統(tǒng)。GIS-T的強大的地理數(shù)據(jù)可視化功能、空間數(shù)據(jù)庫管理功能、空間分析功能，在技術(shù)領(lǐng)域為交通網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息化管理提供了強大的技術(shù)支持。
本文以廊坊公路地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)為例，介紹其設(shè)計與實現(xiàn)過程。
1 路網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點
1.1 空間特征 每一空間對象都有其特定的空間坐標(biāo)，這也代表了它的空間分布特征。
1.2 非結(jié)構(gòu)化特征 現(xiàn)階段常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄通常是結(jié)構(gòu)化的，每一條記錄是定長的。而空間數(shù)據(jù)不能滿足這種結(jié)構(gòu)化要求。
1.3 空間關(guān)系特征 空間數(shù)據(jù)不僅代表著空間分布關(guān)系，而且其記錄的拓?fù)湫畔⒁材鼙磉_多種空間關(guān)系。雖然這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)便于查詢并分析空間數(shù)據(jù)，但不利于維護空間數(shù)據(jù)的完整性與一致性。
1.4 海量數(shù)據(jù)特征 路網(wǎng)數(shù)據(jù)量大。一個城市地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)量可能達幾十GB，若考慮影像數(shù)據(jù)存貯，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量可能達幾百GB。
1.5 數(shù)據(jù)的實時性特征 隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，在多個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)煌ㄐ畔⒑蜎Q策有了實時性的需要。例如，對路面狀況、流量管理、對路口信號燈的控制等。由此可見，進行實時數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強大的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及動態(tài)路徑算法。
2 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
本系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是以GIS-T為基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)腉IS平臺軟件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，緊密結(jié)合廊坊路網(wǎng)信息管理的特點和業(yè)務(wù)流程，在建立全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的路網(wǎng)及相關(guān)要素地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套具有路網(wǎng)空間及屬性信息輸入、更新、編輯、查詢及結(jié)果可視化、統(tǒng)計計算、專題圖制作、報表輸出、空間及網(wǎng)絡(luò)分析功能的路網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)廊坊路網(wǎng)及附屬設(shè)施的科學(xué)化、信息化管理，為廊坊路網(wǎng)管理部門提供可靠的決策依據(jù)。
3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)采用WebGIS模式，即B/S結(jié)構(gòu)�？蛻舳税惭b一個瀏覽器Intenet Explorer或者其他瀏覽器，服務(wù)器端安裝Oracle大型數(shù)據(jù)庫管理軟件，瀏覽器通Web Server與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。
該模式的優(yōu)點是，數(shù)據(jù)安全性好、便于路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的維護和處理海量數(shù)據(jù)；同時在任何地方操作不需安裝任何專門軟件，只需一臺電腦即可。
3.1.2 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)體系結(jié)構(gòu) WebGIS開發(fā)工具的選擇是路網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)的重要因素�？紤]到系統(tǒng)功能的先進性、二次開發(fā)的靈活性、空間數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)分析等各方面的因素，經(jīng)過考察和比較，選用全球著名GIS廠商ESRI的序列產(chǎn)品作為本系統(tǒng)的GIS支撐平臺，包括ArcIMS[2]、ArcSDE、ArcObjects。ArcIMS是一個由客戶端部件和服務(wù)器端部件組成的分布式系統(tǒng)，ArcIMS可以很容易地制作地圖服務(wù)，開發(fā)與地圖服務(wù)進行通訊的Web頁面，并且進行站點管理。
數(shù)據(jù)庫管理工具采用大型數(shù)據(jù)庫管理軟件Oracle，操作系統(tǒng)采用Windows 2000 Server，二次開發(fā)工具采用Visual Basic 6.0。整個系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
ArcSDE（空間數(shù)據(jù)庫引擎）[3]定義了一個連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開放接口，是客戶端在SQL Server 2000中訪問空間數(shù)據(jù)的橋梁，它將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成到后臺的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中進行統(tǒng)一管理。
3.2 系統(tǒng)開發(fā)方式 本系統(tǒng)的開發(fā)采用ArcObjects進行二次開發(fā)。ArcObjects是ArcGIS（包括ArcMap、ArcCatclog、ArcToolbox等）的基本構(gòu)建平臺，是一系列GIS組件的集合，它應(yīng)用微軟COM技術(shù)，提供GIS應(yīng)用開發(fā)接口，只要開發(fā)工具支持COM技術(shù)，就可以實施GIS二次開發(fā)。我們擬用基于ArcIMS平臺的VBA與COM編程相結(jié)合的開發(fā)模式，也就是直接應(yīng)用ArcIMS提供的基本GIS功能，無需由底層開發(fā)，提高工作效率，同時也能通過ArcObjects的功能和接口開發(fā)更多功能模塊，以滿足用戶的個性化需求。
3.3 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與構(gòu)建是路網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵，是GIS-T應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)。如何設(shè)計出合理、高效、穩(wěn)定、安全的數(shù)據(jù)庫，是GIS系統(tǒng)成功的決定性因素。
3.3.1 數(shù)據(jù)來源 河北省測繪局提供1：25萬地形圖上的居民地、道路、水系等空間數(shù)據(jù)用于構(gòu)建該數(shù)據(jù)庫。
3.3.2 地理數(shù)據(jù)模型 系統(tǒng)采用Arc GIS 9 中的新一代面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型——基于RDBMS上的智能化的空間數(shù)據(jù)庫建立起來的Geo Database作為路網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)模型。該模型基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將現(xiàn)實世界抽象為包含空間信息的要素類與不包含空間信息的對象類，對象類與要素類在行為、規(guī)則、屬性方面都各有千秋，要素之間通過關(guān)聯(lián)類、幾何網(wǎng)絡(luò)等對象實現(xiàn)關(guān)聯(lián)。另外，該模型實現(xiàn)了線性參考和動態(tài)分段。
3.3.3 路網(wǎng)地理要素 系統(tǒng)將地理數(shù)據(jù)庫由低到高細(xì)化為基礎(chǔ)地圖層、交通網(wǎng)絡(luò)層、事件層、應(yīng)用層。根據(jù)路網(wǎng)數(shù)據(jù)源分析及空間數(shù)據(jù)模型Geo Database的設(shè)計要求，將路網(wǎng)的地理要素歸納如下：
基礎(chǔ)地圖層的要素類主要用作專業(yè)信息的背景，其中面要素包括地市區(qū)域、縣界區(qū)域、居民區(qū)、湖泊；線要素包括河流、鐵路等。
交通網(wǎng)絡(luò)層的要素類作為事件層的參照層，其中線要素是省道、國道、高速公路；點要素是十字路口。
事件層，即基于道路網(wǎng)沿路徑分布的屬性集。其中點事件指的是道路管理和服務(wù)設(shè)施、收費站、橋涵設(shè)施。線事件涵蓋了路面等級、路面寬度、路面現(xiàn)狀、交通流量監(jiān)測路段等。由于不含坐標(biāo)故設(shè)計為對象類。
應(yīng)用層，包括事故、活動。道路施工活動和道路交通事故等均發(fā)生在道路上，會對交通網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一定程度影響。由于它們都不含坐標(biāo)數(shù)據(jù)也屬于對象類。
其中每一個要素類對應(yīng)于GIS應(yīng)用中的一個圖層�？臻g數(shù)據(jù)庫的建立和管理通過ArcCatalog實現(xiàn)。
4 系統(tǒng)功能設(shè)計
根據(jù)路網(wǎng)信息管理及業(yè)務(wù)分析，廊坊市路網(wǎng)空間信息系統(tǒng)功能設(shè)計如下。
4.1 系統(tǒng)管理：登錄系統(tǒng)與用戶管理。系統(tǒng)通過用戶名判定用戶級別，針對用戶級別賦予其相應(yīng)的操作權(quán)限；數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)導(dǎo)出與導(dǎo)入，就是將圖層屬性數(shù)據(jù)以Excel數(shù)據(jù)的形式導(dǎo)出�；蚴窃贕eo database庫中導(dǎo)入Excel數(shù)據(jù)。
4.2 地圖管理 本系統(tǒng)可以實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的縮放、漫游、電子鷹眼、距離量算、地圖的增強顯示（動態(tài)分段的顯示）、圖層設(shè)置等功能。
數(shù)據(jù)編輯：主要包括路網(wǎng)空間及屬性數(shù)據(jù)的錄入、編輯、修改、維護、路網(wǎng)設(shè)施的增刪修改等功能。
4.3 查詢功能 系統(tǒng)支持查詢操作，比如多媒體（路網(wǎng)及設(shè)施相關(guān)的各種圖片、視頻信息）查詢、綜合查詢、簡單查詢、空間查詢、SQL查詢等。用戶通過查詢，能對數(shù)據(jù)性質(zhì)、范圍等相關(guān)信息有一定的了解，并且基于查詢結(jié)果進行空間分析，以滿足各個級別的用戶的個性化需求。
4.4 統(tǒng)計分析功能 實現(xiàn)對某一屬性層中被選擇屬性的數(shù)值型屬性字段進行統(tǒng)計，統(tǒng)計包括平均值、最大值等。統(tǒng)計結(jié)果直接體現(xiàn)在統(tǒng)計圖或報表上。
4.5 打印輸出 對專題圖或查詢結(jié)果進行打印設(shè)置、預(yù)覽、打印輸出。
5 結(jié)束語
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的管理模式已無法滿足路網(wǎng)信息管理的需求。GIS-T技術(shù)、計算機技術(shù)為路網(wǎng)的科學(xué)化、信息化管理提供了強有力的工具，將GIS技術(shù)應(yīng)用到路網(wǎng)的信息管理中可有效地提高道路管理水平和工作效率。
參考文獻：
[1]鄔倫，劉瑜，等.地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2002.
.河南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007.
[3]郝力，等.城市地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2002.
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