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基于 WebGIS 技术的耕地预警信息系统的初步设计

2007-11-21           作者:张鸿辉 刘友兆 缪瑞林
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一、             引言

 

耕地预警的主要目的是分析影响耕地发展态势的各种自然、社会、经济及政策相关因素,预报耕地系统数量增减与质量升降超过临界值的时空范围和危险程度,在保障粮食安全的前提下,对满足该时段区域社会经济发展需要的耕地状况实行临界警戒;同时探讨耕地系统的演化机理,提出治理方案,对系统进行动态监控,避免耕地资源状况的严重恶化,为土地资源的持续利用管理和耕地总量动态平衡战略的实施提供实时的数据及模型支持服务。耕地预警信息系统是耕地预警工作的辅助工具,可以为耕地预警工作提供及时、动态的数据支持。本文结合WehGIS 技术,对耕地预警信息系统的结构、功能进行了初步设计,提出了系统的总体框架,并阐述了系统实现的关键技术,以期为区域耕地保护工作提供一个可行的系统实现方案。

 

二、系统总体设计

 

(一)           系统开发环境

 

国内外的许多厂商纷纷推出WehGIS 产品。国外的主要有ESRI 公司开发的A , IMS Maplnfo 公司开发的MapXtreme 等等。国内主要有北京超图地理信息技术有限公司的SuPerM IS 、武汉测绘科技大学GIS 研究中心开发的Geosurf 等,采用哪种WehGIS 软件平台,需要综合考虑系统设计的原则和软件平台的性能价格比。根据目前土地管理部门的实际工作情况,并综合考虑各种因素,采用北京超图地理信息技术有限公司的SuPerMap 系列产品进行系统的开发。系统的总体结构采用“浏览器/WEB 服务器/数据库服务器”三层结构,环境支持为SuperMapIS ,图形数据的输人输出采用SuperMap Deskl WEB 服务器选用微软公司的115 5 . 0 ,开发工具选择FrontPage 2000 ,开发语言为ASP ,数据库采用SQL Server 2000

 

(二)           系统设计目标

 

开发耕地预警信息系统的主要目的是希望其能够模拟区域耕地的时序演变,体现耕地“质”与“量”的变化规律,并根据区域土地利用现状及其结构的变化趋势,预测区域耕地利用结构,指导区域耕地保护工作,为区域耕地资源保护提供宏观决策支持。在系统中能够提供以下功能:

 

( l )操作简单、功能强大的查询功能。应包括图查属性、属性查图、SQL 查询、模糊查询等功能;

 

( 2 )对属性数据进行编辑与分析;

 

( 3 )对地图基本的操作功能。诸如缩放、漫游、编辑等功能;

 

( 4 )根据需要对数据进行统计分析,并可将结果以图形的形式显示和输出;

 

( 5 )耕地预警决策,包括耕地数量、质量、人均耕地综合临界预警及耕地质量下降预警等。

 

(三)           系统结构设计

 

根据土地管理部门的业务特点和整个系统的需求,系统将采用由C / S 模式和B / S 模式相结合的结构体系。由C / S 模式实现预警系统跟土地管理各业务部门的接口以及各业务部门所产生的数据的采集和维护,由B / S 模式搭建预警系统与外部交互的接口,实现资源的共享和预警信息的Web 发布。C / s ( Client / Server ,客户端/服务器)模式是一种分布式系统结构,在该体系中,客户端通常是同最终用户交互的应用软件系统,而服务器由一组协作的过程构成,为客户端提供服务。

 

C / S 模式给予简单的请求/应答协议,即客户端向服务器提出信息处理的请求,服务器端接收到请求并将请求解译后,根据请求的内容执行相应操作,并将操作结果传递回客户端(图1 )。C / S 模式的优点在于简单和高效。HTrP FTP 等协议都是遵循C / S 模式。B / S ( Browser / Serve : ,浏览器/服务器)模式是典型的“瘦客户端/胖服务器”结构(图2 )。在这种结构下,用户界面完全通过WWW 浏览器实现,一小部分事务逻辑在前端实现,但是主要事务逻辑在服务器端实现。

 

B / S 模式主要是利用了不断成熟的WWW 浏览器技术,结合浏览器的多种Script 语言(VBScript Javascript 等)、Ac - tivex 或者Java Applet 技术,用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能,并节约了开发成本,是一种全新的软件系统构造技术。

 

1.           系统C / S 结构(图3 )

 

2 .系统B / S 结构(图4 )

 

 

3 .系统总体结构设计

 

基于B / S 模式和C / S 模式相结合的耕地质量预警信息系统采用多层体系结构,包括客户端浏览器、WEB 服务器和地理信息服务器、数据库服务器等,系统总体结构示意图如图5 所示。

(四)           系统功能模块设计

根据系统的设计目标和用户的需求,将系统划分为八个功能模块,系统功能模块的结构图如图6 所示。

( l )数据录入及维护模块:提供各种图形和属性数据的维护。包括增加、移动、删除图形或增加、删除和修改属性数据。此模块提供给局域网内的系统高级用户使用,各个用户可通过远程方式将编辑情况反映到服务器中,以保证数据库中图形和属性数据的时效性和准确性。

 

( 2 )图形浏览模块:提供对图形的浏览,任意的放大、缩小、任意区域的漫游、地图标注、距测、图层控制以及鹰眼等功能。此模块供所有的用户使用。

 

( 3 )查询模块:提供完善的以文查图和以图查文功能。可根据属性数据查找图形,亦可从图形查询相应的属性数据。该模块还提供条件组合查询,用户可通过构造复杂的查询条件,从而达到快速定位到目标的目的。此模块供所有的用户使用。

 

( 4 )统计分析及输出打印功能:将统计结果以统计图、统计表和专题图形式显示并可输出打印。并提供字段统计功能,例如统计某一区域的耕地面积等。

 

( 5 )预警模型应用模块:通过选取耕地预警警兆指标,建立耕地预警模型,从耕地数量和质量两方面人手,分析引起耕地数量、质量变化及发展势态的各种相关因素,预报耕地数量增减与质量升降超越临界值的危险状况,并按照无警、轻警、中警、重警、巨警五个等级对警情进行判定。

 

( 6 )预警决策支持模块:针对在预警模型应用模块中的警情判定,为耕地保护工作提出对应的决策支持。

 

( 7 )系统维护模块:包括对用户的访问权限管理。用户按权限分为三类:一般用户、局级用户和管理员。一般用户具有浏览查询各种预警信息的权限,但无权修改任何信息。部门级用户除了具有浏览查询权限,还具有修改、更新数据,发布预警信息,建立预警模型的权限。管理用户具有最高权限,可以浏览、查询和修改所有的资料和数据。

 

 

三、            系统实现的关键技术

 

(一)           数据库连接技术

 

GIS 的核心就是地理数据库,所以系统中的一项较关键的技术就是地理服务器与数据库的连接方案。为了提高系统的通用性和稳定性,要求这种方案应能支持常用的数据库管理系统。目前的网络数据库连接技术主要有两种:一种是ADO ( ActiveX Data object )与ASP 结合;另一种是Java 数据库连接JDBC :由于本系统主要采用ASP 为开发语言,所以采用ADO ASP 结合的数据库连接方式。ADO ASP 结合能访问WEB 数据库,ADO ASP 内置的ActiveX 服务器组件,ADO 通过在WEB 服务器上设定ODBC ,可建立与多种数据库的连接。本预警系统采用SQL Server 2000 数据库,通过ASP 访问SQL Serve : 2000 的关键代码如下所示:

 

Set objConn = Server . Createohject ( " ADODB . Connection " )

ohjConn . open " driver = { SQL Seoer } ; server = ServerName ; uid = Userid ; pwd = Password ;

database = DataBaseName "

Set objRs = Server . Createobject ( n ADODB . Recordset , ' )

 

(二)           数据的完整性和一致性

 

实现数据的完整性和一致性是应用系统设计的基本要求,它关系到一个系统的成败。该系统是一个B / S 模式和C / S 模式相结合的多用户、分布式的管理系统,当系统高级用户和管理员对数据进行维护时,存在着如何保证数据的完整性和一致性的问题。

 

在该系统中通过两种方法来实现: 在后端数据库建立表约束、规则、缺省和触发器等进行数据完整性和一致性约束; 在程序中对数据的处理进行统一的管理,即在更新地图的同时也更新相关的数据,反之在修改数据时也对地图进行修改以保证数据的一致性。

(三)           WebGIS 技术

 

WebGIS 的优点是在一个集中管理的服务器上运行地图应用,降低了硬件管理成本,同时极大地提高了应用性能、可靠性和安全性。本系统之所以采用Web GIS 技术,主要是基于以下几点考虑:

( l )基于WebGIS 技术,系统能运行于Inter - net / Intranet 环境,既能满足局域网内的高级用户的需求,又能响应一般用户通过Intemet 传过来的请求

( 2 )可将应用分布在不同的机器上,减轻服务器的负担。

( 3 )并发处理多用户请求,保证访问效率。

 

四、            结语

 

本文基于新兴的WebGIS 技术和数据库技术,结合耕地预警的业务背景,对耕地预警信息系统进行了初步设计,系统所采用的B / S 模式和C / S 模式相结合的总体框架,既能处理多用户的并发访问,满足不同层次的用户对耕地保护工作的业务需求;又能实现分布式计算的特性,提高访问效率。但是在本文的设计中还存在着不足之处,主要是Weh 数据库的数据组织方式的问题,因为在预测模型中需要用到以不同年份和以不同空间区域为单位的数据,这就牵涉到时间维和空间维相矛盾的问题。数据的组织方式是以空间单位为主,还是以时间单位为主,是在接下来的系统设计过程中需要重点考虑的问题.

 

参考文献

[1]葛向东张侠璞励杰彭补拙江苏锡山市耕地预警系统研究南京大学学报(自然科学)200238 ( 4 ) 532 538

[2]李满春白清陈刚陈东耕地保护预警信息系统初步设计国土资源遥感2002 ( 3 ) 65 68

[3]范艳华崔杜武基于B / S 的园区公共设施地理信息系统的研究计算机工程与应用2003 (引217 218

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