基于MapGlS-IMS的武漢城市圈地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：設(shè)計(jì)了B/S模式下的武漢城市圈地理信息系統(tǒng)。以C#.NET為基本開發(fā)環(huán)境，結(jié)合MapGIS-IMS初步開發(fā)出武漢城市圈地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了城市圈空間信息瀏覽、空間信息查詢和交通網(wǎng)絡(luò)分析等基本功能，提供了城市圈城市地理專題服務(wù)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：MapGIS-IMS；地理信息系統(tǒng)；城市圈；網(wǎng)絡(luò)分析

0、引 言

武漢城市圈是指以武漢為圓心，周邊100公里范圍內(nèi)的鄂州、黃石、黃岡、孝感、成寧、天門、仙桃、潛江等八個(gè)城市構(gòu)成的城市群。構(gòu)建智慧城市是信息社會(huì)建設(shè)現(xiàn)代化城市的重要內(nèi)容。作為專門處理與地理空間位置相關(guān)的信息系統(tǒng)——地理信息系統(tǒng)(GIS)，已逐漸成為搭建城市信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。WebGIS是Internet技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，由于Intemet的迅猛發(fā)展，WebGIS已逐漸取代單機(jī)桌面GIS成為用戶構(gòu)建GIS應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。MapGIS-IMS是中地公司推出的基于NET的WebGIS平臺(tái)，它采用成熟的C#語(yǔ)言，結(jié)合靈活多變的JavaScript和VML技術(shù)，無(wú)論在性能還是網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等方面都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。我們借助功能強(qiáng)大的MapGIS-IMS，設(shè)計(jì)和開發(fā)了武漢城市圈網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，為武漢城市圈信息化建設(shè)提供技術(shù)支持。

1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

開發(fā)城市圈地理信息系統(tǒng)的目的是為社會(huì)公眾提供一個(gè)公共的地理信息服務(wù)平臺(tái)。對(duì)于—個(gè)社會(huì)化的用戶群，人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS技術(shù)的理解和掌握存在很大的差異，有相當(dāng)一部分用戶對(duì)GIS可能是完全陌生的。因此，系統(tǒng)的界面要設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單易用。

系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)容以社會(huì)公眾關(guān)心的城市地理信息為中心，旨在提供基于網(wǎng)絡(luò)的城市地理信息查詢?yōu)g覽平臺(tái)，利用完善的網(wǎng)絡(luò)資源和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件，促進(jìn)空間信息的交流與互動(dòng)。該平臺(tái)可以為大眾的日常生活、交通出行、餐飲購(gòu)物提供方便；為企事業(yè)單位的定位查詢與宣傳，提供直觀、快捷的空間信息服務(wù)。

1.1系統(tǒng)目標(biāo)

建立城市圈地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)以下基本功能：城市圈空間信息瀏覽、空間信息查詢和交通網(wǎng)絡(luò)分析。

1.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層的三層B/S結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要負(fù)責(zé)城市圈基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、維護(hù)和共享數(shù)據(jù)的提取，通過空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用邏輯層的交互，接受GIS應(yīng)用服務(wù)等的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并將處理結(jié)果交給應(yīng)用邏輯層服務(wù)器。

業(yè)務(wù)邏輯層是WEBGIS的核心，是數(shù)據(jù)服務(wù)層和表示層之間的橋梁。Web服務(wù)器提供用戶與系統(tǒng)交互的界面，負(fù)責(zé)將來(lái)自客戶端的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換后提交給GIS服務(wù)器，并將后者返回的結(jié)果轉(zhuǎn)換為HTML網(wǎng)頁(yè)返回客戶端。GIS同時(shí)也負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行交互，連接空間數(shù)據(jù)庫(kù)，提供用戶訪問地圖的接口，處理前者發(fā)送的對(duì)地圖放大、縮小、漫游、查詢、分析等有關(guān)空間數(shù)據(jù)的操作請(qǐng)求。

表示層負(fù)責(zé)用戶交互界面的操作與響應(yīng)。該層向客戶端提供—個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器(如IE、Firefox和Maxthon等)，用于向業(yè)務(wù)邏輯層提交請(qǐng)求，并接收和解析由服務(wù)器端返回的響應(yīng)結(jié)果。表示層與業(yè)務(wù)邏輯層的連接通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如HTrP等實(shí)現(xiàn)。

2、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是指GIS在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)上。本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)通過MapGIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎SDE在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server上存儲(chǔ)、管理和維護(hù)。SDE存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間要素的方法，是將空間數(shù)據(jù)類型加到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，不改變和影響現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)或應(yīng)用。

用來(lái)交換的數(shù)據(jù)主要存放在設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中。城市信息點(diǎn)表包含酒店、商場(chǎng)等信息。IP地址表存放各地區(qū)的IP范圍。這兩個(gè)表的結(jié)合可為用戶提供更迅速的空間信息搜索服務(wù)。路線表、站點(diǎn)表和站點(diǎn)交換表三表的關(guān)聯(lián)用于城市交通網(wǎng)絡(luò)分析(圖2)。

3、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能模塊分為三部分：空間信息瀏覽；空間信息查詢；交通網(wǎng)路分析。

(1)空間信息瀏覽。給大眾提供—個(gè)網(wǎng)絡(luò)電子地圖瀏覽窗口，讓大眾了解感興趣的目標(biāo)點(diǎn)；提供城市圈地理位置信息的查詢，用戶可了解圈內(nèi)各地之間的位置關(guān)系。這一模塊的功能以地圖縮放為主，主要向用戶提供地圖的放大、縮小、移動(dòng)、復(fù)位和更新等操作。同時(shí)，對(duì)重要的部分還提供三維瀏覽的功能。

(2)空間信息查詢。該模塊提供圈內(nèi)旅游信息搜索服務(wù)。系統(tǒng)將各類特色飲食、旅游景點(diǎn)、酒店、商場(chǎng)以及公共設(shè)施場(chǎng)所與地理位置信息相關(guān)聯(lián)，提供基于位置信息的搜索服務(wù)。本模塊提供了兩種查詢手段：①通過輸入名字等點(diǎn)屬性信息進(jìn)行查謝；②直接在圖上通過點(diǎn)擊或拉框查詢。

(3)交通網(wǎng)絡(luò)分析。為用戶提供距離量測(cè)和路線查詢的功能。①距離量測(cè)：給用戶提供行程距離的計(jì)算。②路線查詢：為用戶提供城市圈內(nèi)各城市間路線選擇和城市內(nèi)最優(yōu)路線服務(wù)。

4、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用COM技術(shù)、ASP.NET技術(shù)、JavaScript和Aiax相結(jié)合進(jìn)行Web GIS的編程實(shí)現(xiàn)。以COM組件為基礎(chǔ)，通過ASP.NET編程調(diào)用GIS軟件中COM組件提供的功能實(shí)現(xiàn)具體的服務(wù)器端運(yùn)用，通過JavaScript提供更友好的Web交互，Ajax的使用能使用戶的響應(yīng)更加快捷。

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路為：基于ASP.NET函數(shù)，初始化GIS對(duì)象和變量，依據(jù)用戶請(qǐng)求(如放大、縮小、位置點(diǎn)查詢等)，從空間數(shù)據(jù)庫(kù)提取空間數(shù)據(jù)，WebGIS服務(wù)基于GIS的地圖顯示、空間和屬性數(shù)據(jù)查詢、路徑分析和空間分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，將運(yùn)算結(jié)果矢量圖形轉(zhuǎn)化為瀏覽器支持的柵格圖形，返回客戶端(見圖3)。

(1)城市三維景觀瀏覽。本功能的實(shí)現(xiàn)基于三維場(chǎng)景模型，對(duì)重要的區(qū)域進(jìn)行三維建模。同時(shí)也提供簡(jiǎn)單的搜索功能，在搜索欄中輸入要查詢的地方，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)相關(guān)程度把查詢結(jié)果顯示出來(lái)，搜索到的位置會(huì)在地圖中標(biāo)注出來(lái)(圖4)。

(2)區(qū)域地理位置查詢。提供了兩種查詢手段：①通過輸入名字等點(diǎn)屬性信息進(jìn)行查詢；②直接在圖上通過點(diǎn)擊或拉框查詢。用戶選定需要查詢的點(diǎn)文件，點(diǎn)文件會(huì)被裝入專題工作區(qū)，以備對(duì)該點(diǎn)文件進(jìn)行操作。若用戶選擇的是第①種方式，則系統(tǒng)會(huì)對(duì)該文件在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的屬性信息進(jìn)行搜索，找到滿足條件的點(diǎn)圖元；若選擇第②種方式，則系統(tǒng)將用戶在地圖上點(diǎn)擊所獲取的參數(shù)傳遞到處理函數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后。對(duì)該文件在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的空間信息進(jìn)行搜索，找到滿足條件的點(diǎn)圖元，最后獲取找到的點(diǎn)圖元的顯示范圍，按照所給范圍重新顯示地圖(圖5)。

(3)出行路線分析(圖6)。①最優(yōu)路線選擇：為用戶提供城市圈內(nèi)各城市間路線選擇和城市內(nèi)最優(yōu)路線服務(wù)；②車程計(jì)算：給用戶提供行程距離的計(jì)算。計(jì)算的方法是：獲取用戶點(diǎn)擊的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，調(diào)用距離計(jì)算函數(shù)計(jì)算并得出結(jié)果。

5、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以先進(jìn)的WebGIS技術(shù)為基礎(chǔ)，以城市地理信息為核心，實(shí)現(xiàn)了城市圈地理信息的在線瀏覽和查詢，提供了一個(gè)基于位置的城市公共信息展示平臺(tái)。系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。本系統(tǒng)僅僅是一個(gè)武漢市城市圈地理信息系統(tǒng)的基本框架，在多源信息的整合及與用戶的交互手段等方面還有待進(jìn)一步擴(kuò)展。

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