基于WebGIS廊坊路网地理信息系统的设计分析

　0 引言
　　廊坊道路是廊坊基础设施的重要组成部分。近年来，伴随着河北省三年大变样政策的实施，公路建设规模急剧扩大，随之公路相关信息资料和数据也在快速增加。然而软件建设（即公路管理技术）却远远落后于硬件的发展。公路路况是随着时间的推移而动态变化的，现有公路路况信息已无法客观、准确地反映实际路况信息，无法为道路管理部门提供准确的决策依据。地理信息系统（GIS，Geographic Information System）的发展为路网的信息化管理提供了强有力的工具。
　　GIS是基于计算机硬件技术，综合了计算机科学、城市科学、信息科学、管理科学环境科学、测绘遥感学、空间科学、地理学等多种学科的新兴边缘学科。该应用系统利用计算机技术对空间数据 进行输入、检索、显示、运算、综合分析和存储[1]。GIS应用在交通领域即交通地理信息系统。GIS-T的强大的地理数据可视化功能、空间数据库管理功能、空间分析功能，在技术领域为交通网络实现信息化管理提供了强大的技术支持。
　　本文以廊坊公路地理信息系统设计与开发为例，介绍其设计与实现过程。
　　1 路网数据的特点
　　1.1 空间特征 每一空间对象都有其特定的空间坐标，这也代表了它的空间分布特征。
　　1.2 非结构化特征 现阶段常用的关系数据库管理系统中的数据记录通常是结构化的，每一条记录是定长的。而空间数据不能满足这种结构化要求。
　　1.3 空间关系特征 空间数据不仅代表着空间分布关系，而且其记录的拓扑信息也能表达多种空间关系。虽然这种拓扑数据结构便于查询并分析空间数据，但不利于维护空间数据的完整性与一致性。
　　1.4 海量数据特征 路网数据量大。一个城市地理信息系统数据量可能达几十GB，若考虑影像数据存贮，系统数据量可能达几百GB。
　　1.5 数据的实时性特征 随着智能交通系统的发展，在多个应用领域对交通信息和决策有了实时性的需要。例如，对路面状况、流量管理、对路口信号灯的控制等。由此可见，进行实时数据的存储、恢复、处理和分析需要更快的数据访问模式、更强大的空间数据融合技术以及动态路径算法。
　　2 系统建设目标
　　本系统的建设目标是以GIS-T为基础，选择适当的GIS平台软件和数据库管理系统，紧密结合廊坊路网信息管理的特点和业务流程，在建立全面、准确、系统的路网及相关要素地理数据库的基础上，开发一套具有路网空间及属性信息输入、更新、编辑、查询及结果可视化、统计计算、专题图制作、报表输出、空间及网络分析功能的路网地理信息系统，实现廊坊路网及附属设施的科学化、信息化管理，为廊坊路网管理部门提供可靠的决策依据。
　　3 系统设计
　　3.1 系统体系结构
　　3.1.1 网络拓扑结构 该系统采用WebGIS模式，即B/S结构。客户端安装一个浏览器Intenet Explorer或者其他浏览器，服务器端安装Oracle大型数据库管理软件，浏览器通Web Server与数据库进行数据交互。
　　该模式的优点是，数据安全性好、便于路网数据库的维护和处理海量数据；同时在任何地方操作不需安装任何专门软件，只需一台电脑即可。
　　3.1.2 系统应用服务体系结构 WebGIS开发工具的选择是路网信息系统建设的重要因素。考虑到系统功能的先进性、二次开发的灵活性、空间数据管理及网络分析等各方面的因素，经过考察和比较，选用全球著名GIS厂商ESRI的序列产品作为本系统的GIS支撑平台，包括ArcIMS[2]、ArcSDE、ArcObjects。ArcIMS是一个由客户端部件和服务器端部件组成的分布式系统，ArcIMS可以很容易地制作地图服务，开发与地图服务进行通讯的Web页面，并且进行站点管理。
　　数据库管理工具采用大型数据库管理软件Oracle，操作系统采用Windows 2000 Server，二次开发工具采用Visual Basic 6.0。整个系统采用三层体系结构，如图1所示。
　　ArcSDE（空间数据库引擎）[3]定义了一个连接数据库系统的开放接口，是客户端在SQL Server 2000中访问空间数据的桥梁，它将空间数据和属性数据集成到后台的标准关系型数据库中进行统一管理。
3.2 系统开发方式 本系统的开发采用ArcObjects进行二次开发。ArcObjects是ArcGIS（包括ArcMap、ArcCatclog、ArcToolbox等）的基本构建平台，是一系列GIS组件的集合，它应用微软COM技术，提供GIS应用开发接口，只要开发工具支持COM技术，就可以实施GIS二次开发。我们拟用基于ArcIMS平台的VBA与COM编程相结合的开发模式，也就是直接应用ArcIMS提供的基本GIS功能，无需由底层开发，提高工作效率，同时也能通过ArcObjects的功能和接口开发更多功能模块，以满足用户的个性化需求。
　　3.3 地理数据库设计 空间数据库设计与构建是路网地理信息系统的关键，是GIS-T应用开发的基础。如何设计出合理、高效、稳定、安全的数据库，是GIS系统成功的决定性因素。
　　3.3.1 数据来源 河北省测绘局提供1：25万地形图上的居民地、道路、水系等空间数据用于构建该数据库。
　　3.3.2 地理数据模型 系统采用Arc GIS 9 中的新一代面向对象的空间数据模型——基于RDBMS上的智能化的空间数据库建立起来的Geo Database作为路网的空间数据模型。该模型基于面向对象技术，将现实世界抽象为包含空间信息的要素类与不包含空间信息的对象类，对象类与要素类在行为、规则、属性方面都各有千秋，要素之间通过关联类、几何网络等对象实现关联。另外，该模型实现了线性参考和动态分段。
　　3.3.3 路网地理要素 系统将地理数据库由低到高细化为基础地图层、交通网络层、事件层、应用层。根据路网数据源分析及空间数据模型Geo Database的设计要求，将路网的地理要素归纳如下：
　　基础地图层的要素类主要用作专业信息的背景，其中面要素包括地市区域、县界区域、居民区、湖泊；线要素包括河流、铁路等。
　　交通网络层的要素类作为事件层的参照层，其中线要素是省道、国道、高速公路；点要素是十字路口。
　　事件层，即基于道路网沿路径分布的属性集。其中点事件指的是道路管理和服务设施、收费站、桥涵设施。线事件涵盖了路面等级、路面宽度、路面现状、交通流量监测路段等。由于不含坐标故设计为对象类。
　　应用层，包括事故、活动。道路施工活动和道路交通事故等均发生在道路上，会对交通网络产生一定程度影 响。由于它们都不含坐标数据也属于对象类。
　　其中每一个要素类对应于GIS应用中的一个图层。空间数据库的建立和管理通过ArcCatalog实现。
　　4 系统功能设计
　　根据路网信息管理及业务分析，廊坊市路网空间信息系统功能设计如下。
　　4.1 系统管理：登录系统与用户管理。系统通过用户名判定用户级别，针对用户级别赋予其相应的操作权限；数据管理：数据导出与导入，就是将图层属性数据以Excel数据的形式导出。或是在Geo database库中导入Excel数据。
　　4.2 地图管理 本系统可以实现地图数据的缩放、漫游、电子鹰眼、距离量算、地图的增强显示（动态分段的显示）、图层设置等功能。
　　数据编辑：主要包括路网空间及属性数据的录入、编辑、修改、维护、路网设施的增删修改等功能。
　　4.3 查询功能 系统支持查询操作，比如多媒体（路网及设施相关的各种图片、视频信息）查询、综合查询、简单查询、空间查询、SQL查询等。用户通过查询，能对数据性质、范围等相关信息有一定的了解，并且基于查询结果进行空间分析，以满足各个级别的用户的个性化需求。
　　4.4 统计分析功能 实现对某一属性层中被选择属性的数值型属性字段进行统计，统计包括平均值、最大值等。统计结果直接体现在统计图或报表上。
　　4.5 打印输出 对专题图或查询结果进行打印设置、预览、打印输出。
　　5 结束语
　　随着我国经济建设的飞速发展，传统的管理模式已无法满足路网信息管理的需求。GIS-T技术、计算机技术为路网的科学化、信息化管理提供了强有力的工具，将GIS技术应用到路网的信息管理中可有效地提高道路管理水平和工作效率。
　　参考文献：
　　[1]邬伦，刘瑜，等.地理信息系统原理、方法和应用[M].北京：科学出版社，2002.
　　.河南理工大学学报：自然科学版，2007.
　　[3]郝力，等.城市地理信息系统及应用[M].电子工业出版社，2002.