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基于WebGIS廊坊路網地理信息系統的設計分析的論文
0 引言
廊坊道路是廊坊基礎設施的重要組成部分。近年來，伴隨著河北省三年大變樣政策的實施，公路建設規模急劇擴大，隨之公路相關信息資料和數據也在快速增加。然而軟件建設（即公路管理技術）卻遠遠落后于硬件的發展。公路路況是隨著時間的推移而動態變化的，現有公路路況信息已無法客觀、準確地反映實際路況信息，無法為道路管理部門提供準確的決策依據。地理信息系統（GIS，Geographic Information System）的發展為路網的信息化管理提供了強有力的工具。
GIS是基于計算機硬件技術，綜合了計算機科學、城市科學、信息科學、管理科學環境科學、測繪遙感學、空間科學、地理學等多種學科的新興邊緣學科。該應用系統利用計算機技術對空間數據 進行輸入、檢索、顯示、運算、綜合分析和存儲[1]。GIS應用在交通領域即交通地理信息系統。GIS-T的強大的地理數據可視化功能、空間數據庫管理功能、空間分析功能，在技術領域為交通網絡實現信息化管理提供了強大的技術支持。
本文以廊坊公路地理信息系統設計與開發為例，介紹其設計與實現過程。
1 路網數據的特點
1.1 空間特征 每一空間對象都有其特定的空間坐標，這也代表了它的空間分布特征。
1.2 非結構化特征 現階段常用的關系數據庫管理系統中的數據記錄通常是結構化的，每一條記錄是定長的。而空間數據不能滿足這種結構化要求。
1.3 空間關系特征 空間數據不僅代表著空間分布關系，而且其記錄的拓撲信息也能表達多種空間關系。雖然這種拓撲數據結構便于查詢并分析空間數據，但不利于維護空間數據的完整性與一致性。
1.4 海量數據特征 路網數據量大。一個城市地理信息系統數據量可能達幾十GB，若考慮影像數據存貯，系統數據量可能達幾百GB。
1.5 數據的實時性特征 隨著智能交通系統的發展，在多個應用領域對交通信息和決策有了實時性的需要。例如，對路面狀況、流量管理、對路口信號燈的控制等。由此可見，進行實時數據的存儲、恢復、處理和分析需要更快的數據訪問模式、更強大的空間數據融合技術以及動態路徑算法。
2 系統建設目標
本系統的建設目標是以GIS-T為基礎，選擇適當的GIS平臺軟件和數據庫管理系統，緊密結合廊坊路網信息管理的特點和業務流程，在建立全面、準確、系統的路網及相關要素地理數據庫的基礎上，開發一套具有路網空間及屬性信息輸入、更新、編輯、查詢及結果可視化、統計計算、專題圖制作、報表輸出、空間及網絡分析功能的路網地理信息系統，實現廊坊路網及附屬設施的科學化、信息化管理，為廊坊路網管理部門提供可靠的決策依據。
3 系統設計
3.1 系統體系結構
3.1.1 網絡拓撲結構 該系統采用WebGIS模式，即B/S結構�？蛻舳税惭b一個瀏覽器Intenet Explorer或者其他瀏覽器，服務器端安裝Oracle大型數據庫管理軟件，瀏覽器通Web Server與數據庫進行數據交互。
該模式的優點是，數據安全性好、便于路網數據庫的維護和處理海量數據；同時在任何地方操作不需安裝任何專門軟件，只需一臺電腦即可。
3.1.2 系統應用服務體系結構 WebGIS開發工具的選擇是路網信息系統建設的重要因素。考慮到系統功能的先進性、二次開發的靈活性、空間數據管理及網絡分析等各方面的因素，經過考察和比較，選用全球著名GIS廠商ESRI的序列產品作為本系統的GIS支撐平臺，包括ArcIMS[2]、ArcSDE、ArcObjects。ArcIMS是一個由客戶端部件和服務器端部件組成的分布式系統，ArcIMS可以很容易地制作地圖服務，開發與地圖服務進行通訊的Web頁面，并且進行站點管理。
數據庫管理工具采用大型數據庫管理軟件Oracle，操作系統采用Windows 2000 Server，二次開發工具采用Visual Basic 6.0。整個系統采用三層體系結構，如圖1所示。
ArcSDE（空間數據庫引擎）[3]定義了一個連接數據庫系統的開放接口，是客戶端在SQL Server 2000中訪問空間數據的橋梁，它將空間數據和屬性數據集成到后臺的標準關系型數據庫中進行統一管理。
3.2 系統開發方式 本系統的開發采用ArcObjects進行二次開發。ArcObjects是ArcGIS（包括ArcMap、ArcCatclog、ArcToolbox等）的基本構建平臺，是一系列GIS組件的集合，它應用微軟COM技術，提供GIS應用開發接口，只要開發工具支持COM技術，就可以實施GIS二次開發。我們擬用基于ArcIMS平臺的VBA與COM編程相結合的開發模式，也就是直接應用ArcIMS提供的基本GIS功能，無需由底層開發，提高工作效率，同時也能通過ArcObjects的功能和接口開發更多功能模塊，以滿足用戶的個性化需求。
3.3 地理數據庫設計 空間數據庫設計與構建是路網地理信息系統的關鍵，是GIS-T應用開發的基礎。如何設計出合理、高效、穩定、安全的數據庫，是GIS系統成功的決定性因素。
3.3.1 數據來源 河北省測繪局提供1：25萬地形圖上的居民地、道路、水系等空間數據用于構建該數據庫。
3.3.2 地理數據模型 系統采用Arc GIS 9 中的新一代面向對象的空間數據模型——基于RDBMS上的智能化的空間數據庫建立起來的Geo Database作為路網的空間數據模型。該模型基于面向對象技術，將現實世界抽象為包含空間信息的要素類與不包含空間信息的對象類，對象類與要素類在行為、規則、屬性方面都各有千秋，要素之間通過關聯類、幾何網絡等對象實現關聯。另外，該模型實現了線性參考和動態分段。
3.3.3 路網地理要素 系統將地理數據庫由低到高細化為基礎地圖層、交通網絡層、事件層、應用層。根據路網數據源分析及空間數據模型Geo Database的設計要求，將路網的地理要素歸納如下：
基礎地圖層的要素類主要用作專業信息的背景，其中面要素包括地市區域、縣界區域、居民區、湖泊；線要素包括河流、鐵路等。
交通網絡層的要素類作為事件層的參照層，其中線要素是省道、國道、高速公路；點要素是十字路口。
事件層，即基于道路網沿路徑分布的屬性集。其中點事件指的是道路管理和服務設施、收費站、橋涵設施。線事件涵蓋了路面等級、路面寬度、路面現狀、交通流量監測路段等。由于不含坐標故設計為對象類。
應用層，包括事故、活動。道路施工活動和道路交通事故等均發生在道路上，會對交通網絡產生一定程度影響。由于它們都不含坐標數據也屬于對象類。
其中每一個要素類對應于GIS應用中的一個圖層�？臻g數據庫的建立和管理通過ArcCatalog實現。
4 系統功能設計
根據路網信息管理及業務分析，廊坊市路網空間信息系統功能設計如下。
4.1 系統管理：登錄系統與用戶管理。系統通過用戶名判定用戶級別，針對用戶級別賦予其相應的操作權限；數據管理：數據導出與導入，就是將圖層屬性數據以Excel數據的形式導出。或是在Geo database庫中導入Excel數據。
4.2 地圖管理 本系統可以實現地圖數據的縮放、漫游、電子鷹眼、距離量算、地圖的增強顯示（動態分段的顯示）、圖層設置等功能。
數據編輯：主要包括路網空間及屬性數據的錄入、編輯、修改、維護、路網設施的增刪修改等功能。
4.3 查詢功能 系統支持查詢操作，比如多媒體（路網及設施相關的各種圖片、視頻信息）查詢、綜合查詢、簡單查詢、空間查詢、SQL查詢等。用戶通過查詢，能對數據性質、范圍等相關信息有一定的了解，并且基于查詢結果進行空間分析，以滿足各個級別的用戶的個性化需求。
4.4 統計分析功能 實現對某一屬性層中被選擇屬性的數值型屬性字段進行統計，統計包括平均值、最大值等。統計結果直接體現在統計圖或報表上。
4.5 打印輸出 對專題圖或查詢結果進行打印設置、預覽、打印輸出。
5 結束語
隨著我國經濟建設的飛速發展，傳統的管理模式已無法滿足路網信息管理的需求。GIS-T技術、計算機技術為路網的科學化、信息化管理提供了強有力的工具，將GIS技術應用到路網的信息管理中可有效地提高道路管理水平和工作效率。
參考文獻：
[1]鄔倫，劉瑜，等.地理信息系統原理、方法和應用[M].北京：科學出版社，2002.
.河南理工大學學報：自然科學版，2007.
[3]郝力，等.城市地理信息系統及應用[M].電子工業出版社，2002.
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