基于GIS的市容環衛部件綜合管理平臺設計與實現

曾祥兵

（安徽省地勘局第二水文工程地質勘查院，安徽 蕪湖 241000）

0.引言

近年來，隨著經濟和城市建設的快速發展，人們對生活環境的要求越來越高，城市市容管理部門為此投入了大量的市容環衛部件，用于維護城市市容、市貌的整潔，與此同時導致市容環衛部件管理方面存在部件總體數量、類別和分布不清楚，管理人員職責混亂以及信息更新不及時等問題，嚴重影響了城市市容環衛管理工作的精準化和精細化[1]。因此，為了全面掌握城市市容環衛部件的設置情況，各地都陸續開展市容環衛部件普查、建庫以及平臺建設工作[2]。本文根據實際業務需求，利用GIS、GPS、云計算、移動互聯等先進技術，構建了市容環衛部件管理數據庫，搭建了市容環衛部件綜合管理平臺，實現了市容環衛部件普查數據圖文表一體化管理、二三維一體化展示，動態巡查以及實時更新等功能，逐步建設成技術先進、數據完整、功能完善和服務全面的一體化綜合管理平臺，為市容環衛管理工作提供數據依據和技術支撐，為輔助決策提供真實準確、完整及時地信息支持。

1.建設目標

1.1 市容環衛部件的數字化

利用無人機傾斜攝影、車載移動系統以及移動互聯等先進技術，開展全市范圍內的市容環衛部件普查工作，以基礎地理信息數據為基礎，對市容環衛部件數據進行采集、處理、質檢以及入庫，從而構建市容環衛部件綜合管理數據庫[3]，實現市容環衛部件信息的數字化，直觀展現市容環衛部件的各類信息，如，戶外廣告類等市容環衛部件的名稱、位置描述、所在街路、責任人、設置單位、審批單位、初始時間、變更時間、坐標以及規格等，為城市精細化和信息化發展提供了信息支撐。

1.2 市容環衛部件管理的精細化

構建覆蓋全市范圍內的圖文表一體化、二三維一體化以及時空一體化的“一張圖”市容環衛部件管理模式[4]。強化市容環衛部件位置信息和圖文信息、電子地圖、街景以及三維實景模型等數據的集成管理，在“一張圖”的基礎上，實現市容環衛部件數據圖文表、二三維一體化以及歷史和現狀一體化展示，提高市容環衛部件的全周期精細化管理能力。

1.3 市容環衛部件決策分析的科學化

通過搭建市容環衛部件綜合管理平臺，充分利用GIS、GPS和云計算技術的優點，使市容環衛部件的展示、查詢統計、空間分析、輔助決策、動態巡查以及數據更新融為一體，讓城市市容環衛管理和綜合執法工作人員對市容環衛部件各類信息的了解更為直觀，有助于市容環衛部件的統計分析以及管理決策等。

2.總體設計

2.1 設計思想

平臺基于SOA架構，采用MVC設計模式，搭建基于Cesium的市容環衛部件綜合管理平臺。Cesium是國外一個基于JavaScript編寫的使用Web圖形庫（Web Graphics Library，WebGL）的地圖引擎，是一個跨平臺[5]、跨瀏覽器的展示三維地球和地圖的JS庫，支持2D、2.5D以及3D形式的地圖展示，可以自行繪制圖形、高亮區域并提供良好的觸摸支持，且支持絕大多數的瀏覽器和Mobile。具體設計思路：（1）利用MangoDB進行地理信息數據管理，利用Mysql進行市容環衛部件專題數據管理，采用Mysql和文件系統相結合的方式進行管理；（2）利用MapServer軟件和OpenLayers類庫包實現對地圖服務的發布和訪問；（3）客戶端界面采用HTML、CSS和JavaSrcipt等語言實現，并利用JavaSrcipt向服務端發送請求，服務器端則利用IIS發布Web應用服務。采用此方法設計，可實現無插件、跨平臺以及跨瀏覽器的快速訪問，提高平臺的應用效率。

2.2 框架設計

根據平臺總體設計思想，對平臺的框架結構進行設計，包括核心層、相應的標準規范以及保障和信息安全體系，即基礎設施層、數據資源層、服務層、應用層和用戶層。框架設計示意圖（如圖1所示）：

圖1 框架設計示意圖

基礎設施層為平臺運行提供軟硬件支撐，是在云環境下將Web服務器、空間存儲服務器和文件存儲服務器等進行虛擬化，從而提高服務器和硬件的利用率，并在虛擬服務器上安裝GIS軟件、操作系統、安全軟件以及數據庫軟件等。

數據資源層為市容環衛部件管理提供數據支撐，通過對數據進行普查、處理和入庫等操作，構建市容環衛部件管理數據庫，包括基礎地理信息庫、市容環衛部件空間庫、市容環衛部件專題庫、多媒體庫以及元數據庫等，為市容環衛部件展示、應用及輔助決策提供翔實、可靠的數據支撐。

服務層是SOA架構的基礎，將數據服務、功能服務等核心服務接口集成起來，形成強大的、開放的、堅實的管理平臺，為市容環衛管理提供穩定、高效地支撐，可直接調用目錄服務、WMS服務、WFS服務、空間查詢服務以及空間統計服務等。

應用層是市容環衛部件管理窗口，包括“一張圖”集成顯示、市容環衛部件數據管理、查詢統計、報表管理以及動態巡查管理等，滿足市容環衛日常業務需求。

用戶層是平臺的使用人員，主要包括市容環衛管理人員、綜合執法人員、部件普查人員以及運維人員等。

平臺架構兩側是運行和保障機制，包括數據普查標準規范、平臺管理標準規范、保障體系以及信息安全體系。

3.關鍵技術

3.1 多源異構數據組織管理

平臺涉及的數據量大且數據種類多，具有多源、異構等特點，需對數據進行有效組織和管理。市容環衛部件管理數據庫主要涉及基礎地理信息數據與業務專題數據兩大類，多源異構數據組織管理示意圖（如圖2所示）：

圖2 多源異構數據組織管理示意圖

（1）基礎地理信息數據組織管理，主要包括數據坐標轉換、數據切圖處理和數據調用。數據坐標轉換采用開源的地圖投影庫，實現基礎地理信息數據在統一的坐標參考系下進行轉換，確保數據可以在統一空間下進行展示、查詢和統計；數據切圖處理，第一采用開源的柵格空間轉換庫對數據進行金字塔構建，第二采用Google地圖切片方案進行數據切圖，第三將數據存儲在MongoDB數據庫中；數據調用是Cesium通過ImageryProvider接口調用Web地圖瓦片服務和Web矢量數據服務，實現瀏覽器的客戶端顯示。

（2）業務專題數據組織管理。業務專題數據包括市容環衛部件專題空間數據，屬性數據，照片、視頻等文件數據以及運維管理數據。根據數據的特點進行數據組織管理，市容環衛部件空間數據采用MongoDB數據庫進行組織管理，市容環衛部件屬性和文件數據則采用Mysql關系數據庫和文件系統結合進行組織管理。數據調用流程：首先，通過Ajax技術向服務端發送數據服務請求；其次，服務端利用Ado.net技術訪問市容環衛部件專題數據庫；最后，將成果以Json格式進行返回，并在瀏覽器的Cesium客戶端進行顯示。

3.2 數據動態可視化

為了讓數據顯示效果動態、直觀，平臺采用Cesium進行可視化。根據不同的數據類型，利用Cesium客戶端打造不同的數據可視化流程，具體流程示意圖（如圖3所示）：

圖3 數據動態可視化流程示意圖

Cesium可視化流程步驟如下：（1）通過HTML定義Div元素，創建Cesium；（2）判斷加載數據類型，主要包括基礎地理信息數據切片數據、市容環衛部件的經緯度數據或者shp數據以及多媒體數據；（3）根據不同的數據類型選擇不同的加載方法，實現最終數據的動態可視化展示。如，市容環衛部件的Shp數據是通過SharpMap將矢量數據格式轉換為Geojson，從viewer對象中取得DataSourceCollection類型的屬性DataSources，創建數據結構對象DataSource，最后調用DataSources的Add方法，將新創建的DataSource對象市容環衛部件數據加入到場景渲染中。

3.3 工作足跡定位

工作足跡定位是以電子地圖為依托，利用GPS定位技術，實現日常巡查和部件更新等工作。（1）記錄巡查人員實時的巡查軌跡和歷史軌跡，以便后期巡查人員查看自身巡查行程工作記錄，同時，市容環衛管理人員可以對巡查工作進行指揮調度、監督和工作考核；（2）可以對市容環衛的違法事件進行定位，直觀準確地了解違法情況；（3）實現市容環衛部件位置定期更新，保證市容環衛部件數據的現勢性。日常巡查路徑示意圖（如圖4所示）：

圖4 日常巡查路徑示意圖

4.平臺功能實現

平臺實現采用模塊化開發相應的功能，開發環境采用Java語言相關的開發集成環境平臺，運用Java技術進行開發，數據庫采用MongoDB3.0和MySQL5.7。核心的功能包括“一張圖”集成顯示、市容環衛部件管理、市容環衛部件查詢統計管理、市容環衛部件動態巡查管理以及運維管理等。

4.1 “一張圖”集成顯示

“一張圖”展示實現了基礎地理信息數據和市容環衛部件數據的圖文表一體化展示、二三維一體化展示以及時空一體化展示。圖文表一體化展示是在二維電子地圖的基礎上疊加市容環衛部件空間數據，并與市容環衛部件屬性信息和照片等信息關聯，點選市容環衛部件數據可以在地圖上直觀地查看其詳細信息和照片信息，以環衛部件公廁為例，可以查看公廁部件的標識碼、權屬部門、詳細位置、所在街道、坐標以及設置方式等；二三維一體化展示是將同一屏幕分成兩部分，通過分屏對比，可以查看市容環衛部件的二維信息和三維信息；時空一體化展示可以查看同一位置的市容環衛部件的歷史和現狀情況，通過時間軸，展示其變化過程。市容環衛部件展示效果示意圖（如圖5所示）：

圖5 市容環衛部件展示效果示意圖

4.2 市容環衛部件管理

市容環衛部件管理具備對市容環衛部件二維數據和三維模型的錄入、編輯以及導出等功能。數據錄入是對市容環衛部件普查的成果數據進行自動質檢后，批量導入。平臺數據編輯實現數據增、刪、改等功能，如，點擊修改按鈕，平臺彈出數據修改列表，據此修改數據的部件標識碼、所在地址、負責人、設置日期以及照片等信息，然后點擊“提交”按鈕，完成數據修改功能。此外，還可以對部件三維模型進行編輯和更新。數據導出可以將數據成果以csv、txt、word和excel等格式進行導出，為編寫專題報告或者領導匯報提供決策支持。

4.3 市容環衛部件查詢統計管理

市容環衛部件查詢統計管理的查詢統計功能可以進行關鍵字查詢統計、模糊查詢統計以及空間查詢統計。關鍵字和模糊查詢統計包括在平臺輸入名稱、所在街區、市容環衛部件類別等搜索條件，查詢統計結果以頁面表單的形式展示，點擊某個市容環衛部件結果，可以快速在地圖上進行定位且高亮顯示；空間查詢統計包括多邊形查詢統計和自定義查詢統計，如自定義查詢統計，可以組合選擇市容環衛部件的所在街區域及類型，輸入部件名稱、設置人、所屬地點等選項，查詢統計出數據列表，雙擊選中其中一條想要查詢的數據，通過右側地圖可定位至當前列表屬性所在位置，點擊當前點可以查看當前點附近的部件信息及圖片，如果當前點有多個市容環衛部件，亦支持翻頁查看。左下方會顯示出自定義統計及分析的結果，以柱狀圖、餅狀圖等形式進行展示。

4.4 市容環衛部件動態巡查管理

動態巡查管理是市容環衛綜合執法人員利用移動終端App實現市容環衛部件動態監控和數據更新維護，主要包括的功能有巡查路徑規劃、巡查人員管理和數據編輯及上傳等；巡查路徑規劃是為確保責任網格內的市容環衛部件巡查全覆蓋，根據時間、人員等，事先規劃巡查路徑；巡查人員管理包括巡查人員信息管理以及職責管理；數據編輯及上傳是在巡查過程中，發現有違法事件或者數據有更新時，一方面對違法事件進行說明和拍照，另一方面是對數據有變動后的更新，編輯完成后上傳到平臺。

4.5 運維管理

運維管理是平臺平穩運行的后臺保障，包括用戶列表管理、權限管理和日志管理。用戶列表管理支持用戶名稱的搜索，如新增、刪除、修改用戶名及密碼等；權限管理是將功能模塊定義為角色，通過不同級別的用戶，賦予不同的角色，從而實現權限管理；日志管理是對平臺的操作、訪問以及軟硬件問題等內容進行記錄和統計，方便運維人員后期維護。

5.結束語

本文綜述了利用GIS、GPS、云計算以及移動互聯等技術搭建市容環衛部件綜合管理平臺的方法，實現了對市容環衛部件成果的展示、查詢、統計、分析和巡查等功能。平臺建設后，一是摸清了城市市容環衛部件的數據、類型和分布情況，提高城市管理部門的決策水平；二是讓城市市容環衛部件管理精細化、信息化和智能化。但也存在一定問題，如，數據信息更新不完善、網絡傳輸不穩定等問題。下一步平臺將繼續完善功能，對市容環衛部件進行統籌規劃和管理，提高城市管理的水平。