基于ARCGIS API FOR FLEX的污染源WEBGIS研究

陳光炎 陳松喬

（中南大學軟件學院，湖南長沙 410083）

引言

隨著我國經濟和社會的迅速發展，城市化步伐日益加快，各種污染問題也隨之而來，尤其是空氣污染和水污染會直接影響到人們的生產、生活甚至身體健康。因此，污染源信息管理逐漸引起人們的關注，其中應用信息技術及時、準確、形象地面向公眾展示污染源信息也成為一個熱點。污染源數據不僅具有行業、時間等特征，還具有明顯的地域特征，這從客觀上要求數據的處理和操作采用時空處理的手段，而GIS技術的發展適應了這樣的需要，從簡單的污染源數據處理、查詢、專題圖制作到空間分析、建模和三維仿真等都為污染源管理和規劃提供技術支撐手段。

本文基于ARCGIS SERVER平臺，引入了能夠創建高交互性富客戶端的FlEX技術，提出了以三層模型為基礎的污染源管理信息系統的設計方案和思路，著重闡述了分布式地圖服務器的管理、地圖服務的管理和數據庫架構等技術的功能和實現，簡要介紹的系統在B/S模式下的操作等功能的開發流程。

1.系統設計思路

1.1 污染源數據特點

污染源數據的根本特征是數據量大，數據存儲介質多樣化，即數據來源于不同存儲設備的多種類型空間數據和屬性數據，具體表現在以下四個方面：

1)多數據源,即數據格式、數據模型的多樣化，要求包括有監測數據、統計數據、圖形數據、遙感數據以及其他類型數據等；

2)涉及行業廣，根據普查[2],我國污染源涉及到259個小類行業；

3)多時段和多時相,即從不同的時刻反映同一區域空間信息的變化；

4) 污染源排放位置和環境監測都具有空間坐標，具有明顯的空間特征。

此外,污染源數據還具有分布不集中、不統一等特點,因此傳統的集中式數據庫很難滿足各個信息中心之間數據共享的要求。如何有效地管理分布污染源空間數據和監控數據,成為污染源地圖服務管理系統在設計中丞須解決的問題。

1.2 系統設計原則與特征

系統設計原則是根據系統行業數據特點來決定的，在定位上要考慮到系統是以污染源專題為主，按照系統的模塊功能為主要依據,在遵循一般MIS系統常用原則如可行性、實用性、可靠性、界面友好，操作簡單，效率高，具有高質量等特點外，還應該考慮系統便于維護、能留有模塊接口、便于二次開發以及安全等特征。

1.3 系統體系框架

根據污染源數據特點和系統設計目標，本文采用數據層、服務層以及應用層的三層構建模式，針對污染源數據涉及行業多，需要國家、省市等多級單位共享的特點，系統提出了在數據層和服務層都采用了分布式的部署方式。

1.3.1 分布式數據庫架構

污染源管理信息系統采用在邏輯上是一個統一的整體，在物理上則是分別存儲在不同的物理節點上的分布式數據庫架構。每個污染源站點可以單獨擁有自己的局部的數據庫和DBMS的一份完整拷貝副本，這些污染源站點就形成一系列的網絡節點，它們在自身獨立的同時，也通過網絡連接成為一個整體，共同組成了一個全局的完整數據庫，在使用每個節點數據庫時,用戶就像對集中式數據庫一樣來訪問分布式數據庫,而不用考慮數據存儲的具體物理位置[3,4]。

1.3.2 分布式服務器架構

傳統的WebGIS的一個重要瓶頸就是應用層的用戶響應速度，在客戶端用戶請求出現并發的情況下，地圖服務器端產生的處理時延要比數據庫端所需的處理時延大得多,因此，縮短客戶端響應時間的關鍵是減少服務器端用戶請求的處理時間。系統在設計時，也考慮到同分布式數據庫一樣，服務器也采用分布式服務器架構，這樣污染源數據和程序可以分散到多個服務器上，將若干個網絡節點上的服務器通過網絡連接起來,使這些在物理位置上分散服務器成為一個邏輯上的統一的整體。在使用時,通過服務調度的方式將客戶端并發的用戶請求分配給多個地圖服務器處理，這樣既可以有利于客戶端請求在整個計算機系統上進行合理有效地分配與優化，克服了集中式系統會導致中心主機資源緊張與響應瓶頸的缺陷，同時更重要的是實現了各站點污染源信息共享，數據實現最大利用的目的。

圖1 分布式數據庫結構

1.3.3 系統體系結構

污染源WebGIS采用瀏覽器/服務器(B/S)模式，由數據層、服務層和應用層構成應用系統，如圖2所示。

圖2 數據層、服務層和應用層構成應用系統

應用層是借助ArcGIS API for Flex和Flex Framework來設計與實現的。它負責響應Flex富客戶端請求，并根據用戶請求類型做出響應。利用ARCGIS API for FLEX提供的REST接口和應用程序提供的Servlet接口，響應客戶端發出的請求和返回服務器端的處理結果，并將結果借助Flash播放器進行展示。

服務層由Web服務器和GIS服務器組成。Web服務器主要負責讓用戶通過Web瀏覽器和Web Services發送的請求，并根據用戶請求從GIS服務器中獲取相應的地圖服務對象，同時也可利用Web Services(Web服務)直接與后臺數據庫進行交互，獲取信息[5]。GIS服務器主要承擔兩方面作用：一是GIS服務器動態地圖渲染和地圖切片技術對于底層不經常變化的地圖數據和地圖背景，利用地圖切片技術，可以讓系統快速響應用戶對地圖的請求，并將請求得到的地圖圖片與地圖進行疊加，這樣可以盡可能地減少了服務器的計算負載；GIS服務器另一個作用是提供用戶訪問地圖的REST接口，它由服務器對象管理器Server Object Manager ( SOM)以及一個或多個服務器對象容器ServeObject Container ( SOC)組成，通過這些接口服務，再配合使用ArcGIS FLEX API，這樣就可以將ArcGIS Server和Flex結合起來在Flex環境下開發應用系統。

數據層是系統的底層，負責污染源站點空間數據和站點監控屬性數據的存取機制，維護各種數據之間的關系，并提供數據備份、數據存檔、數據安全機制，為整個系統提供數據源的保障。數據層主要包括空間數據引擎ArcSDE以及存儲空間數據、屬性數據和文件數據等關系型數據庫系統。空間數據主要負責為SOC提供相應的關系型數據庫(ArcSDE)中的數據或者是基于文件形式存貯的空間數據,如Geodatabase，ShapeFile等，采用ArcSDE進行管理，屬性數據由Oracle進行存儲主要用來存儲污染源普查信息，其他文件數據，如文檔、圖片、監控視頻等不便存儲的直接存放于服務器端，供應用層調用。

2.系統實現功能模塊

2.1 信息展示

污染源具有很典型的空間分布特征，因此污染源WebGIS系統在空間數據表達上顯得尤為重要。系統應該具備常用地圖操作功能，包括地圖瀏覽功能，如地圖放大、縮小、漫游、全圖、前一視圖、后一視圖等。此外，系統還應具有鷹眼功能，讓用戶在地圖操作時可以更方便定位到相應的位置，更好地對污染源信息進行查看和監測。

2.2 圖層控制

污染源涉及行業多，產生的數據量大，既有空氣監測站、國控污染源信息、普通污染源等自身信息，也有污染源產生的監測信息。正由于龐大而復雜的數據，在污染源WebGIS系統中，需要使用圖層控制功能對數據進行管理，并且根據需要有針對性地顯示或隱藏地圖圖層，突出用戶感興趣的污染源圖層信息。

2.3 查詢模塊

查詢統計模塊包括空間數據查詢、屬性數據查詢和專題屬性數據查詢等功能。空間數據查詢有點擊信息查詢、拉矩形框選取、不規則多邊形選取等方式，還有利用行政區劃圖元進行地域的選取方式，查詢區域內的污染源圖層信息，如圖3，利用行政區劃查詢婁底市污染源站點信息；屬性數據查詢是利用關系符號、邏輯符號、算術符號的任意組合，進行滿足條件的屬性信息及相關圖形信息的查詢，如查詢湖南省2010年各空氣自動站中的SO2因子在某段時間內的數值情況，包括最大值、最小值、均值、總和、標準差等參數，并將查詢結果以圖表的方式進行呈現和輸出，如圖4所示，2010年湖南省所有空氣自動站可吸入顆粒物第四季度的API。

圖3 行政區劃查詢婁底市污染源站點

圖4 湖南省2010年空氣自動站可吸入顆粒物API

2.4 專題圖模塊

專題圖是表達和展示空間對象屬性信息的理想的可視化分析工具。利用空間數據相關聯的屬性信息制作專題圖，可以直觀的反映各種專題信息，該模塊提供的專題圖類型包括：單值專題圖、統計專題圖、點密度專題圖等。

ArcGIS API for Flex本身并沒有提供專題圖組件，它是利用FLEX中的chart組件做為symbo1來渲染graphic，再將graphic插入到Graphic Layers圖層中，這樣就可以用形形色色的專題圖來展示污染源信息。

2.5 空間分析模塊

空間分析模塊主要包括空間量測、緩沖分析、疊加分析等GIS空間分析方法，其中空間量測主要用于距離量算和面積量算。緩沖區分析是將緩沖查詢的結果再做分析，包括由圖到文和由文到圖兩部分，由圖到文是根據指定的距離在點、線、面實體周圍自動建立一定寬度區域范圍并查詢和現實該范圍的污染源信息；由文到圖是查詢某個站點，將查詢的結果按照指定的距離在地圖上顯示。疊加分析是在兩個或者多個污染源圖層之間按照一定的幾何運算，實現同時顯示的目的，如污染源取水口、排污口和斷面圖層進行疊加。

3.結束語

本文介紹了基于ArcGIS Server和Flex的污染源網絡地理信息系統的研究思路與方法，在分析污染源數據特點的基礎上提出了系統實行三層模型架構、分布式數據庫、分布式服務器部署和富客戶端等技術，并由此實現了污染源WEBGIS系統。實踐證明，通過本文研究的WEBGIS系統具以下特點：

首先，改變了傳統環保行業的建設思路，真正實現在注重環境信息和數據庫建設的同時，還將地理空間數據和污染源監控數據有效結合起來，使系統更加實用；其次，系統減少了與服務器之間通信的次數，交互性強，響應速度快，流暢而富有更強的表現力；再次，界面豐富而友好，更為詳細地展示污染源數據的細節；系統實現更為廣泛的數據共享，并可以最大程度地挖掘和發揮空間數據的效用。

[1] 周炳喜，周堅華，王珂.基于ArcGIS Flex API的電網企業信息可視化系統研究[J].測繪與空間地理信息，2010，33(2)：123-127。

[2] 第一次全國污染源普查工業污染源產排污染系數手冊.

[3] 邵佩英.分布式數據庫系統及其應用[M].北京：科學出版社， 2005。

[4] 錢郭鋒，劉波，陳珺.分布式數據庫系統的設計與實現[J].現代測繪，2010，33(3):23-25。

[5] 劉俊，譚建軍.基于ArcGIS Server的網絡農田地理信息系統設計與實現[J].廣東農業科學，2009，(9)：224-227。