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基于WebGIS廊坊路網(wǎng)地理信息系統的設計分析的論文
0 引言
廊坊道路是廊坊基礎設施的重要組成部分。近年來(lái)，伴隨著(zhù)河北省三年大變樣政策的實(shí)施，公路建設規模急劇擴大，隨之公路相關(guān)信息資料和數據也在快速增加。然而軟件建設（即公路管理技術(shù)）卻遠遠落后于硬件的發(fā)展。公路路況是隨著(zhù)時(shí)間的推移而動(dòng)態(tài)變化的，現有公路路況信息已無(wú)法客觀(guān)、準確地反映實(shí)際路況信息，無(wú)法為道路管理部門(mén)提供準確的決策依據。地理信息系統（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。該應用系統利用計算機技術(shù)對空間數據 進(jìn)行輸入、檢索、顯示、運算、綜合分析和存儲[1]。GIS應用在交通領(lǐng)域即交通地理信息系統。GIS-T的強大的地理數據可視化功能、空間數據庫管理功能、空間分析功能，在技術(shù)領(lǐng)域為交通網(wǎng)絡(luò )實(shí)現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設計與開(kāi)發(fā)為例，介紹其設計與實(shí)現過(guò)程。
1 路網(wǎng)數據的特點(diǎn)
1.1 空間特征 每一空間對象都有其特定的空間坐標，這也代表了它的空間分布特征。
1.2 非結構化特征 現階段常用的關(guān)系數據庫管理系統中的數據記錄通常是結構化的，每一條記錄是定長(cháng)的。而空間數據不能滿(mǎn)足這種結構化要求。
1.3 空間關(guān)系特征 空間數據不僅代表著(zhù)空間分布關(guān)系，而且其記錄的拓撲信息也能表達多種空間關(guān)系。雖然這種拓撲數據結構便于查詢(xún)并分析空間數據，但不利于維護空間數據的完整性與一致性。
1.4 海量數據特征 路網(wǎng)數據量大。一個(gè)城市地理信息系統數據量可能達幾十GB，若考慮影像數據存貯，系統數據量可能達幾百GB。
1.5 數據的實(shí)時(shí)性特征 隨著(zhù)智能交通系統的發(fā)展，在多個(gè)應用領(lǐng)域對交通信息和決策有了實(shí)時(shí)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(jiàn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的存儲、恢復、處理和分析需要更快的數據訪(fǎng)問(wèn)模式、更強大的空間數據融合技術(shù)以及動(dòng)態(tài)路徑算法。
2 系統建設目標
本系統的建設目標是以GIS-T為基礎，選擇適當的GIS平臺軟件和數據庫管理系統，緊密結合廊坊路網(wǎng)信息管理的特點(diǎn)和業(yè)務(wù)流程，在建立全面、準確、系統的路網(wǎng)及相關(guān)要素地理數據庫的基礎上，開(kāi)發(fā)一套具有路網(wǎng)空間及屬性信息輸入、更新、編輯、查詢(xún)及結果可視化、統計計算、專(zhuān)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，實(shí)現廊坊路網(wǎng)及附屬設施的科學(xué)化、信息化管理，為廊坊路網(wǎng)管理部門(mén)提供可靠的決策依據。
3 系統設計
3.1 系統體系結構
3.1.1 網(wǎng)絡(luò )拓撲結構 該系統采用WebGIS模式，即B/S結構�？蛻�(hù)端安裝一個(gè)瀏覽器Intenet Explorer或者其他瀏覽器，服務(wù)器端安裝Oracle大型數據庫管理軟件，瀏覽器通Web Server與數據庫進(jìn)行數據交互。
該模式的優(yōu)點(diǎn)是，數據安全性好、便于路網(wǎng)數據庫的維護和處理海量數據；同時(shí)在任何地方操作不需安裝任何專(zhuān)門(mén)軟件，只需一臺電腦即可。
3.1.2 系統應用服務(wù)體系結構 WebGIS開(kāi)發(fā)工具的選擇是路網(wǎng)信息系統建設的重要因素�？紤]到系統功能的先進(jìn)性、二次開(kāi)發(fā)的靈活性、空間數據管理及網(wǎng)絡(luò )分析等各方面的因素，經(jīng)過(guò)考察和比較，選用全球著(zhù)名GIS廠(chǎng)商ESRI的序列產(chǎn)品作為本系統的GIS支撐平臺，包括ArcIMS[2]、ArcSDE、ArcObjects。ArcIMS是一個(gè)由客戶(hù)端部件和服務(wù)器端部件組成的分布式系統，ArcIMS可以很容易地制作地圖服務(wù)，開(kāi)發(fā)與地圖服務(wù)進(jìn)行通訊的Web頁(yè)面，并且進(jìn)行站點(diǎn)管理。
數據庫管理工具采用大型數據庫管理軟件Oracle，操作系統采用Windows 2000 Server，二次開(kāi)發(fā)工具采用Visual Basic 6.0。整個(gè)系統采用三層體系結構，如圖1所示。
ArcSDE（空間數據庫引擎）[3]定義了一個(gè)連接數據庫系統的開(kāi)放接口，是客戶(hù)端在SQL Server 2000中訪(fǎng)問(wèn)空間數據的橋梁，它將空間數據和屬性數據集成到后臺的標準關(guān)系型數據庫中進(jìn)行統一管理。
3.2 系統開(kāi)發(fā)方式 本系統的開(kāi)發(fā)采用ArcObjects進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。ArcObjects是ArcGIS（包括ArcMap、ArcCatclog、ArcToolbox等）的基本構建平臺，是一系列GIS組件的集合，它應用微軟COM技術(shù)，提供GIS應用開(kāi)發(fā)接口，只要開(kāi)發(fā)工具支持COM技術(shù)，就可以實(shí)施GIS二次開(kāi)發(fā)。我們擬用基于A(yíng)rcIMS平臺的VBA與COM編程相結合的開(kāi)發(fā)模式，也就是直接應用ArcIMS提供的基本GIS功能，無(wú)需由底層開(kāi)發(fā)，提高工作效率，同時(shí)也能通過(guò)ArcObjects的功能和接口開(kāi)發(fā)更多功能模塊，以滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。
3.3 地理數據庫設計 空間數據庫設計與構建是路網(wǎng)地理信息系統的關(guān)鍵，是GIS-T應用開(kāi)發(fā)的基礎。如何設計出合理、高效、穩定、安全的數據庫，是GIS系統成功的決定性因素。
3.3.1 數據來(lái)源 河北省測繪局提供1：25萬(wàn)地形圖上的居民地、道路、水系等空間數據用于構建該數據庫。
3.3.2 地理數據模型 系統采用Arc GIS 9 中的新一代面向對象的空間數據模型——基于RDBMS上的智能化的空間數據庫建立起來(lái)的Geo Database作為路網(wǎng)的空間數據模型。該模型基于面向對象技術(shù)，將現實(shí)世界抽象為包含空間信息的要素類(lèi)與不包含空間信息的對象類(lèi)，對象類(lèi)與要素類(lèi)在行為、規則、屬性方面都各有千秋，要素之間通過(guò)關(guān)聯(lián)類(lèi)、幾何網(wǎng)絡(luò )等對象實(shí)現關(guān)聯(lián)。另外，該模型實(shí)現了線(xiàn)性參考和動(dòng)態(tài)分段。
3.3.3 路網(wǎng)地理要素 系統將地理數據庫由低到高細化為基礎地圖層、交通網(wǎng)絡(luò )層、事件層、應用層。根據路網(wǎng)數據源分析及空間數據模型Geo Database的設計要求，將路網(wǎng)的地理要素歸納如下：
基礎地圖層的要素類(lèi)主要用作專(zhuān)業(yè)信息的背景，其中面要素包括地市區域、縣界區域、居民區、湖泊；線(xiàn)要素包括河流、鐵路等。
交通網(wǎng)絡(luò )層的要素類(lèi)作為事件層的參照層，其中線(xiàn)要素是省道、國道、高速公路；點(diǎn)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(diǎn)事件指的是道路管理和服務(wù)設施、收費站、橋涵設施。線(xiàn)事件涵蓋了路面等級、路面寬度、路面現狀、交通流量監測路段等。由于不含坐標故設計為對象類(lèi)。
應用層，包括事故、活動(dòng)。道路施工活動(dòng)和道路交通事故等均發(fā)生在道路上，會(huì )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數據也屬于對象類(lèi)。
其中每一個(gè)要素類(lèi)對應于GIS應用中的一個(gè)圖層�？臻g數據庫的建立和管理通過(guò)ArcCatalog實(shí)現。
4 系統功能設計
根據路網(wǎng)信息管理及業(yè)務(wù)分析，廊坊市路網(wǎng)空間信息系統功能設計如下。
4.1 系統管理：登錄系統與用戶(hù)管理。系統通過(guò)用戶(hù)名判定用戶(hù)級別，針對用戶(hù)級別賦予其相應的操作權限；數據管理：數據導出與導入，就是將圖層屬性數據以Excel數據的形式導出�；蚴窃贕eo database庫中導入Excel數據。
4.2 地圖管理 本系統可以實(shí)現地圖數據的縮放、漫游、電子鷹眼、距離量算、地圖的增強顯示（動(dòng)態(tài)分段的顯示）、圖層設置等功能。
數據編輯：主要包括路網(wǎng)空間及屬性數據的錄入、編輯、修改、維護、路網(wǎng)設施的增刪修改等功能。
4.3 查詢(xún)功能 系統支持查詢(xún)操作，比如多媒體（路網(wǎng)及設施相關(guān)的各種圖片、視頻信息）查詢(xún)、綜合查詢(xún)、簡(jiǎn)單查詢(xún)、空間查詢(xún)、SQL查詢(xún)等。用戶(hù)通過(guò)查詢(xún)，能對數據性質(zhì)、范圍等相關(guān)信息有一定的了解，并且基于查詢(xún)結果進(jìn)行空間分析，以滿(mǎn)足各個(gè)級別的用戶(hù)的個(gè)性化需求。
4.4 統計分析功能 實(shí)現對某一屬性層中被選擇屬性的數值型屬性字段進(jìn)行統計，統計包括平均值、最大值等。統計結果直接體現在統計圖或報表上。
4.5 打印輸出 對專(zhuān)題圖或查詢(xún)結果進(jìn)行打印設置、預覽、打印輸出。
5 結束語(yǔ)
隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，傳統的管理模式已無(wú)法滿(mǎn)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.地理信息系統原理、方法和應用[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.城市地理信息系統及應用[M].電子工業(yè)出版社，2002.
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