基于Flex和REST的WebGIS防汛信息管理系統

潘立武,扈少華,劉 奎

(1.河南牧業經濟學院,河南鄭州450011;2.華中科技大學水電與數字化工程學院,湖北武漢430074)

基于Flex和REST的WebGIS防汛信息管理系統

潘立武1,扈少華1,劉 奎2

(1.河南牧業經濟學院,河南鄭州450011;2.華中科技大學水電與數字化工程學院,湖北武漢430074)

針對傳統的WebGIS系統研究開發中存在的人機交互性差、運行速度慢等缺陷,提出了基于Adobe Flex框架和表述性狀態傳遞(Representational State Transfer,REST)的WebGIS系統的解決方案,并應用于防汛信息管理系統的開發中。系統采用Flex實現表示層的呈現,降低了系統的開發難度,增強了系統的用戶體驗性；使用REST技術框架解決了矢量地圖的發布繁瑣、服務器端和瀏覽器端之間響應速度慢的問題,為WebGIS的應用開發提供了新的思路。

富網絡應用；防汛信息管理系統； Flex；表述性狀態傳遞； WebGIS；Web服務

0 引 言

我國是一個洪災多發的國家,加強防汛管理信息化建設,構建智能防汛指揮體系,能有效提高防汛的準確性、及時性和協作性,對防災減災、保護人民群眾生命和財產安全有重要意義[1-2]。傳統的人工防汛指揮方式存在效率低,不能充分合理地利用人力和物力資源的不足,難以適應防汛現代化的要求。隨著地理信息系統(Geographic Information System,GIS)和計算機網絡技術的飛速發展,將GIS 技術應用到防汛信息化建設之中,為構建以地理信息為基礎的防汛指揮系統提供了新的思路[3]。

WebGIS是利用Web技術對GIS的擴展和完善,它利用因特網來實現客戶端和服務器之間的信息交換(包含地理信息)。通常,WebGIS是一個分布式系統,用戶和服務器可以分布在不同的地點和不同的計算機平臺上,實現地理信息的分布式、跨平臺傳輸。將WebGIS技術應用到防汛信息化建設之中,就是充分利用現有的各類資源,通過對空間地理、水雨情等數據的采集、組織與管理,構建防汛信息資源共享的網絡平臺,實現防汛信息的分析、模擬和顯示。借助于GIS軟件的空間處理和分析功能,能動態展示防汛地理信息的時空變化及其聯系,為防汛指揮和決策提供定性和定量的技術支持[4-5]。

然而,傳統的WebGIS系統在具體應用中常存在交互性差、地圖界面操作體驗不佳、響應速度慢、代碼模塊化程度低及開發維護復雜等問題。針對以上問題,唐芝青等[6]提出了基于Microsoft Silverlight跨平臺技術和Windows 通訊開發平臺WCF服務的WebGIS應用框架,但WCF框架系統過于龐大,不利于開發和部署,服務器負擔重,維護成本高。張帆[7]和劉俊等[8]提出基于Flex RIA富客戶端的WebGIS應用。

本文以吉林省白山市松江河智能化水電廠信息化建設為背景,將表述性狀態傳遞(Representational State Transfer,REST)技術引入WebGIS中,開發出基于Flex和REST技術的松江河WebGIS防汛信息管理系統。系統采用Flex富客戶端技術構建表示層頁面,提高用戶的使用體驗,增強了WebGIS系統的交互性[9]。為實現Flex與服務器端的通信,采用面向服務的Web Services技術,構建松散耦合的防汛信息管理平臺。Web Services具有跨語言、跨平臺、易于集成的特點,因此,基于Flex和Web Services能有效解決異構數據集成的問題,開發的系統具有跨平臺和易于部署的優點[10-11]。

1 系統采用的關鍵技術

1.1 Flex

在松江河防汛信息管理系統中,采用Flex技術實現表示層的設計開發,主要完成地理信息和業務數據的友好展示,以及改善人機交互中的相關邏輯,提高用戶的使用體驗,加快系統的響應速度。Flex是基于Flash開發語言的一個基于WEB瀏覽器富客服端(RIA)的應用程序開發框架。開發者使用MXML來定義用戶界面。MXML是基于XML的,最后由Flex服務器生成SWF格式文件,在Flash Player中運行。

在整個系統結構中,Flex除了實現富應用界面以及增強用戶體驗外,還負責與后臺服務器的通信。Flex表示層接收用戶在瀏覽器發出的請求,并進行分析處理。處理的形式分為2種：一是用戶請求只涉及到簡單的數據處理和邏輯請求時,不需要服務器來處理,可以直接由Flex進行處理,減輕了服務器的負擔；二是用戶請求需要后臺服務處理時,Flex就將請求發送給后臺服務器,后臺服務器響應并處理完之后將結果返回,Flex根據返回的結果生成頁面呈現給用戶。

1.2 REST

借助于ArcGIS API for Flex提供的REST接口,可以方便地訪問GIS地圖和使用REST接口提供的查詢及分析功能。REST是基于HTTP協議的,最大的特點就是將數據和服務抽象為資源,用統一資源標識符(Uniform Resource Identifier,URI)來進行訪問操作。通過HTTP協議提供的GET、POST、PUT和DELETE方法,對資源進行獲取、創建、修改和刪除,能通過Internet方便地實現對地圖資源的操作。Flex與ArcGIS Server的通信只需通過MXML和ActionScript腳本代碼,調用ArcGIS Flex API中的類編寫代碼調用每個資源的URI,就可獲取ArcGIS Server中的資源。Flex應用REST接口獲取地理信息的流程見圖1。在本系統中，創建、發布和使用地理服務的流程見圖2。

圖1 Flex應用REST接口獲取數據

圖2 創建、發布和使用地理服務流程

1.3 WEB SERVICES

由于Flex頁面不能直接與后臺數據庫進行交互,本文提出使用Web Services來解決這個問題,通過Web Services的中轉作用最終實現Flex與后臺的間接通信。Web Services基于簡單對象訪問協議SOAP通訊協議,在客戶端的SWF格式文件中設定了需要訪問的Web Services服務器的地址,根據這個地址向Web Services服務器提出訪問請求；Web Services服務器收到請求后,分析請求內容,并將數據以XML文件的形式存儲在客戶端的Web Services對象之中；Flex調用Web Services,解析返回的XML文件,獲得相關數據信息。調用Web Services服務的過程見圖3。

圖3 Web Services服務調用過程

2 基于Flex的WebGIS系統設計

2.1 系統體系結構設計

根據系統需求和涉及到的關鍵技術,松江河防汛信息管理系統采用R/S(RIA/Services)架構進行設計和開發。系統硬件體系結構分為表示層、Web服務層、應用服務層和數據服務層4個部分(見圖4)。表示層直接面向用戶,并且向Web服務器發送請求；Web服務器處理表示層發來的請求和 Web Services請求,根據請求內容,向應用服務層的GIS服務器獲取相關服務,或者通過Web Services與數據服務層的數據庫交互；GIS服務器主要負責地圖服務的發布,通過REST接口,可以在Flex環境下開發應用系統。本系統使用Flex 作為前端展現,后臺連接ArcGIS Server REST Services。客戶端只需安裝了Flash Player插件的瀏覽器即可,服務端選用的是ArcGIS Server 10。系統邏輯體系采用典型的三層結構模式(見圖5)。

圖4 系統硬件結構

圖5 系統體系結構

2.2 系統功能結構設計

松江河防汛信息管理系統是松江河智能化水電廠建設的一個重要內容,是提高松江河防汛指揮數字化和信息化的重要體現。根據需求分析,系統功能分為防汛值班管理系統和防汛物資儲備與隊伍管理系統2個子系統。系統功能結構見圖6。通過該系統,實現了水雨情監測、救援路徑規劃、分布式防汛物資管理、防汛人員自動值班管理、防汛調度數字化方案模型等功能。

圖6 系統功能結構

借助WEBGIS和REST 技術,WebGIS防汛系統除了實現一般信息管理系統的功能外,還增加了許多地理信息處理功能。如可結合示范區的地理信息生成電子地圖,在電子地圖上標注搶險隊伍、防汛物資、防汛搶險點的分布位置,并且實時更新分布情況；根據人員的分工(如防汛領導和主要防汛人員等),實時跟蹤和顯示防汛人員地理位置,并提供行動路線GIS查詢功能,為搶險隊伍人員的合理分配提供科學依據；將實際搶險調度工作與電子地圖跟蹤相結合,能及時掌握現場實際調度搶險情況,提高防汛工作效率和險情快速反應能力；根據示范區險情信息和實際工程需求,制定防汛調度方案,擬定合適的人員物資撤離路線和工程救援路線等。

圖7 庫存信息查詢

3 系統的實現

根據需求,本防汛信息管理系統采用Flex進行WebGIS系統的表示層開發,頁面開發采用EXTJS+Structs2,服務器端采用Java技術實現。GIS服務器選擇ARCGIS Server 10,數據庫管理系統使用的是Oracle 10g Enterprise Edition,WEB服務器是Apache-Tomcat 6.0。以站點信息查詢模塊為例,用GIS服務器提供地圖服務,用Web服務器提供數據服務,根據數據處理和地圖操作的不同,客戶端和服務器端分別以不同的協作方式進行處理。表示層的設計是在Flex Builder中完成,將GIS服務器地址配置正確,并且解析Web Services的數據,最后編譯生成SWF格式文件,以URL地址的形式在HTML網頁文件中使用。將開發完成后的系統部署在網絡上,就能順利使用系統功能了。

庫存信息查詢見圖7。站點信息查詢見圖8。防汛調度方案結合電子地圖顯示見圖9。在圖9中,防汛調度方案顯示在電子地圖上并標記出受災位置的地理信息,受災區基本信息可以彈出框的形式出現,可以直觀地標注和分配的防汛物資。

4 結 語

基于Flex和REST的WebGIS的防汛信息管理系統作為防汛決策系統的重要組成部分,為松江河當地的防汛工作提供了技術支持。系統克服了傳統的WebGIS系統應用開發中遇到的用戶體驗性差、響應速度慢等缺陷。Flex為用戶提供了頁面表現力更豐富、交互性更強的操作界面,提高了對圖形元素的處理功能,為WebGIS提供了一種全新的表現機制。REST技術框架的應用，解決了系統開發過程中遇到的開發效率低、服務器負擔重、維護成本高等問題。設計開發的WebGIS防汛信息管理系統具有操作簡單、跨平臺、可擴展、信息分布共享、高效的負載平衡等特點[12-14],實現了防汛信息的實時更新和共享,提升了防汛指揮的信息化水平,提高了工作效率。隨著Flex技術框架的不斷完善,REST風格的系統架構不斷豐富和發展,Flex和REST將會在WebGIS的研究開發中得到越來越多的應用。

圖8 站點信息查詢

圖9 防汛調度方案結合電子地圖顯示

[1]吳頔, 軒瑋. 建議加強防汛管理信息化建設[N]. 中國水利報, 2015-03-10(4)．

[2]汪洋. 切實增強責任感緊迫感 全面做好防汛抗洪工作[J]. 中國應急管理, 2016(6)： 27．

[3]劉奎. 基于WEB2.0的松江河防汛信息管理系統研究與設計[D]. 武漢： 華中科技大學, 2013．

[4]韋朝振, 鄭偉. 基于WebGIS的河南作物適宜性分析系統的設計與實現[J]. 地礦測繪, 2016, 32(1)： 12-15．

[5]李建國. 基于GIS的防汛信息監測與分析系統的設計與實現[D]. 濟南： 山東大學, 2015．

[6]唐芝青, 吳斌輝, 黃逸帆, 等. 基于Silverlight技術和WCF服務的WebGIS應用框架研究[J]. 國土資源導刊, 2014, 11(10): 137-142．

[7]張帆. 基于RIA的構件式WebGIS的研究與實現[D]. 鄭州： 鄭州大學, 2011．[8]劉俊, 譚建軍, 邵長高. 基于Flex的WebGIS框架設計與實現[J]. 計算機工程, 2010, 36(10)： 242-244．

[9]王麗君. 基于RIA技術的縣級山洪預警WEBGIS發布系統[D]. 長春： 吉林大學, 2014．

[10]鄔倫, 唐大仕, 劉瑜. 基于Web Service的分布式互操作的GIS[J]. 地理與地理信息科學, 2003, 19(4)： 28-32．

[11]王非. Web Services在Flex系統中的應用實現[J]. 微型電腦應用, 2009, 27(3)： 30-32．

[12]張元棟, 楊聯安. 主流WebGIS構建方法的研究分析[J]. 陜西師范大學學報： 自然科學版, 2008, 36(S1)： 168-170．

[13]吳博, 吳俐民. WebGIS的防汛抗旱信息管理系統設計與實現——以曲靖市麒麟區為例[J]. 地下水, 2012, 34(6)： 137-139．

[14]李海奔. 基于WebGIS的聊城市水情信息系統平臺建設研究[D]. 濟南： 山東農業大學, 2015．

(責任編輯 楊 健)

WebGIS Flood Control Information Management System Based on Flex and REST

PAN Liwu1, HU Shaohua1, LIU Kui2

(1. Henan University of Animal Husbandry & Economy, Zhengzhou 450011, Henan, China; 2. School of Hydropower and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, China)

As the defects of traditional research and development on WebGIS, such as poor man-machine interaction and slow response and so on, a solution based on Flex and Representational State Transfer (REST) technologies is introduced to build flood control information management system. The presentation layer of the system is implemented by means of Flex, which can reduce the difficulty of system development and enhance user experience. Some problems of WebGIS application system, such as complicated release of vector map and slow interaction between server side and the client side, is solved by using REST technical framework. The application of Flex and REST provide a new thought for the application and development of WebGIS．

Rich Internet Application(RIA); flood control system; Flex; Representational State Transfer(REST); WebGIS; Web Service

2016-09-27

河南省科技廳重點科技攻關項目(152102210320);河南牧業經濟學院科技創新團隊(HUAHE2015006)

潘立武(1971—)，男，河南杞縣人，副教授，博士，研究方向為系統集成、軟件開發、嵌入式等.

TP311.52

A

0559-9342(2017)02-0094-05