基于SOA的城市道路橋梁巡查GIS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

蔣許鋒，李承鑫，王冬

(1.北京大學(xué)，北京 100871； 2.天津市測(cè)繪院信息中心，天津 300381)

基于SOA的城市道路橋梁巡查GIS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

蔣許鋒1，2?，李承鑫2，王冬2

(1.北京大學(xué)，北京 100871； 2.天津市測(cè)繪院信息中心，天津 300381)

本文論述了使用GIS、RS、GPS技術(shù)在城市道路、橋梁日常巡查的應(yīng)用；采用面向服務(wù)的架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)別、跨地域的部門之間的數(shù)據(jù)交換，基于上述技術(shù)的城市道橋巡查GIS系統(tǒng)提高了城市道路橋梁的維護(hù)和管理水平。

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)；地理信息系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；遙感影像；道路橋梁巡查；城市網(wǎng)格管理；ArcGIS

1 引 言

城市的道路和橋梁承載著整個(gè)城市的交通運(yùn)輸，是城市的生命之脈。在道路和橋梁的維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，其日常的巡查是發(fā)現(xiàn)病害問題的基本方法之一。地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)在城市管理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是近年來(lái)的城市網(wǎng)格應(yīng)用取得了巨大的成功，因此將3S技術(shù)應(yīng)用到道橋的巡查系統(tǒng)是必然的趨勢(shì)，亦會(huì)改變道橋維修養(yǎng)護(hù)的管理模式。

3S技術(shù)集成，同時(shí)結(jié)合GPRS及相關(guān)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確的獲取道路橋梁發(fā)生的病害將地理位置，采用PDA的照相、聲音、錄像及簡(jiǎn)單的文字描述能夠詳細(xì)的描述病害，完整地收集病害信息，為維修養(yǎng)護(hù)計(jì)劃及預(yù)算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源。

城市網(wǎng)格系統(tǒng)也是道路橋梁病害的重要來(lái)源之一，但是市政道橋設(shè)施只是網(wǎng)格管理的一部分，而且往往與道橋管理部門是分離的。同時(shí)，道路橋梁管理業(yè)務(wù)本身，存在著要與上、下級(jí)部門，如審批、預(yù)算、施工、甚至人事考核等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而這些部門也往往不在同一個(gè)地點(diǎn)和同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)。解決它們之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換最好方案無(wú)疑是基于面向服務(wù)的架構(gòu)。

2 相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 3S集成

3S即GIS(地理信息系統(tǒng))、RS(遙感)、GPS(美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱，GPS主要是實(shí)時(shí)、快速的提供目標(biāo)的空間位置，RS用于實(shí)時(shí)、快速的提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與地理信息及各種變化，GIS則是多種來(lái)源時(shí)空數(shù)據(jù)的綜合處理和應(yīng)用分析的平臺(tái)。

2.2 SOA與WebService

SOA，即Service－Oriented Architecture，面向服務(wù)架構(gòu)。所謂軟件架構(gòu)，在計(jì)算機(jī)界存在很多定義，而且沒有完全一致的共識(shí)，但是基本上可以理解為:“軟件架構(gòu)(software architecture)是一系列相關(guān)的抽象模式，用于指導(dǎo)大型軟件系統(tǒng)各個(gè)方面的設(shè)計(jì)。軟件架構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)的草圖。軟件架構(gòu)描述的對(duì)象是直接構(gòu)成系統(tǒng)的抽象組件。各個(gè)組件之間的連接則明確和相對(duì)細(xì)致地描述組件之間的通訊。在實(shí)現(xiàn)階段，這些抽象組件被細(xì)化為實(shí)際的組件，比如具體某個(gè)類或者對(duì)象。在面向?qū)ο箢I(lǐng)域中，組件之間的連接通常用接口(計(jì)算機(jī)科學(xué))來(lái)實(shí)現(xiàn)”。SOA作為一種架構(gòu)模型，“它可以根據(jù)需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用”，SOA的關(guān)鍵是“服務(wù)”，W3C將服務(wù)定義為:“服務(wù)提供者完成一組工作，為服務(wù)使用者交付所需的最終結(jié)果。最終結(jié)果通常會(huì)使使用者的狀態(tài)發(fā)生變化，但也可能使提供者的狀態(tài)改變，或者雙方都產(chǎn)生變化”。

SOA實(shí)際上就是解決大型軟件中不同模塊、不同功能的互相調(diào)用，也就是解決不同企業(yè)、不同部門、不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)互相使用的問題；從而提高所謂系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中的敏捷性、數(shù)據(jù)交換的靈活性、程序和數(shù)據(jù)的重復(fù)利用性、系統(tǒng)地可擴(kuò)充性等。

如何實(shí)現(xiàn) SOA，最好的方法就是 WebService。WebService完全基于 XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)、XSD (XMLSchema)等獨(dú)立于平臺(tái)、獨(dú)立于軟件供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，可以在Microsoft平臺(tái)下用.Net非常方便的實(shí)現(xiàn)，也可以用Java實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到跨平臺(tái)、分布式、可互操作的目標(biāo)。WebService因?yàn)椴捎肏ttp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以跨防火墻和不同網(wǎng)段，從而在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)方面非常容易；其次是界面與數(shù)據(jù)完全分離，具有非常好的集成性。

OGS在 WebService標(biāo)準(zhǔn)之上，提出了 WMS和WFS，即柵格地圖服務(wù)和要素地圖服務(wù)。

3 系統(tǒng)的整體功能與結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)分為中心系統(tǒng)與部門子系統(tǒng)。中心子系統(tǒng)主要是采用GIS管理地形圖、遙感數(shù)據(jù)，并且實(shí)時(shí)接收城市網(wǎng)格系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和道橋巡查人員的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)投影換算以及屬性數(shù)據(jù)的自動(dòng)填充，增加到地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后發(fā)布為標(biāo)準(zhǔn)的WMS和WFS服務(wù)以及相關(guān)的WebService。部門子系統(tǒng)主要是使用WMS和WFS實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)的基本功能，調(diào)用其業(yè)務(wù)WebService獲取需要的數(shù)據(jù)，結(jié)合各部門自身的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)道路橋梁的維修養(yǎng)護(hù)工作的管理。

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

4.1 實(shí)時(shí)調(diào)用WebService實(shí)現(xiàn)與城市網(wǎng)格的數(shù)據(jù)交換

已建成的城市網(wǎng)格系統(tǒng)提供基于SOA的網(wǎng)格巡查數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)和接收服務(wù)，中心系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用程序按照設(shè)定的時(shí)間輪詢分發(fā)收服務(wù)，下載其提供的XML文件，然后解析XML文件，將需要的數(shù)據(jù)包括多媒體信息通過(guò)GIS接口導(dǎo)入到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中；同時(shí)將橋巡、路巡中發(fā)現(xiàn)部分不屬于本系統(tǒng)管理而是城市網(wǎng)格管理的信息，調(diào)用接收上傳至城市網(wǎng)格管理系統(tǒng)。

該程序采用VC＋＋開發(fā)，其主要的部分包括Web-Service的調(diào)用、XML文件的解析、空間數(shù)據(jù)入庫(kù)3個(gè)部分。

VC＋＋調(diào)用WebService有很多種方式，第一種是通過(guò)底層的TCP/IP協(xié)議，使用Socket編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較麻煩，第二種是通過(guò)調(diào)用SOAP控件實(shí)現(xiàn)，還有調(diào)用WinInet控件實(shí)現(xiàn)，此外，VC＋＋.net可以通過(guò)托管等實(shí)現(xiàn)。

本文采用的類似于 Ajax實(shí)現(xiàn)的方式，調(diào)用msxml3.dll組件實(shí)現(xiàn)，該組件一般Windows98及以后版本的操作系統(tǒng)都具備，不用安裝額外的程序，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單。主要代碼如下:

獲取數(shù)據(jù)后，需要將其提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)通過(guò)特定的投影公式轉(zhuǎn)換為與平臺(tái)一致的平面坐標(biāo)系，并寫入到空間數(shù)據(jù)。

4.2 GIS系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)

該系統(tǒng)的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)采用ArcGIS。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是Oracle 10G，使用ArcSDE管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)包括矢量地形數(shù)據(jù)，遙感影像采用金字塔方式存儲(chǔ)。

主要的管理程序采用VC＋＋結(jié)合ArcEngine開發(fā)，開發(fā)過(guò)程中主要采用的技術(shù)是Atl實(shí)現(xiàn)ICommand和Itool接口的方式，達(dá)到程序的可重用性、系統(tǒng)架構(gòu)的靈活性、開發(fā)的管理耦合性等都比較高。

WMS、WFS及相關(guān)的Web程序的實(shí)現(xiàn)是采用C＃. net結(jié)合ArcServer開發(fā)，主要的技術(shù)是將地圖切片，實(shí)用文件緩存的方式提高地圖的訪問速度。

ArcGIS作為業(yè)界應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)，各項(xiàng)技術(shù)均非常成熟，本文不再贅述。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了道路橋梁巡查地理GIS系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要功能，著重討論面向服務(wù)的技術(shù)在該平臺(tái)的應(yīng)用。通過(guò)WebService技術(shù)，該系統(tǒng)的各子系統(tǒng)與中心系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，該系統(tǒng)與外部系統(tǒng)(城市網(wǎng)格系統(tǒng))互相交換數(shù)據(jù)。同時(shí)介紹了該系統(tǒng)的主要技術(shù)。

面向服務(wù)的架構(gòu)，目前技術(shù)上可以松散而簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)各種功能，而業(yè)務(wù)上能高度的耦合集成，既能保證系統(tǒng)的整體性，又能保證系統(tǒng)的靈活性，SOA是下一代GIS發(fā)展方向之一。

[1]http://miiceic.org.cn/phrase/200602281452595.html[DB/ OL]

[2]http://www.ibm.com/developerworks/rational/library/ feb06/eeles/index.html[DB/OL]

[3]李德仁.論RS，GPS與GIS集成的定義、理論與關(guān)鍵技術(shù)[J].遙感學(xué)報(bào)，F(xiàn)ebl，1997:66

[4]李德仁.基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的城市網(wǎng)格化管理與服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2006 (66)

[5]宋關(guān)福.Service GIS引發(fā)地理信息服務(wù)共享革命[J].地理信息世界，2008(06)

[6]邱春霞.城市網(wǎng)格化管理系統(tǒng)平臺(tái)初步設(shè)計(jì)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(01)

[7]蔣許鋒.XML在金宇信息化辦公軟件中的應(yīng)用[C].2007年全國(guó)城市勘測(cè)新技術(shù)研討交流會(huì)，2007

Implementation of Urban Road and Bridge Patrol Management GIS Based SOA

Jiang XuFeng1，2，Li ChengXin2，Wang Dong2
(1.Peking University，BeiJing 100871，China； 2.TianJin Mapping and Surveying institute，TianJin 300381，China)

This paper discusses the use of GIS and RS and GPS to improve the management of urban road and bridge patrolling.SOA technology can solve the data exchanges in different level department in depart area.

SOA；GIS；GPS；RS；Urban Road and Bridge Patrol Management；Urban Grid Management System；Arc-GIS

1672－8262(2010)04－67－03

P208

B

2010—05—11

蔣許鋒(1980—)，男，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)開發(fā)工作。