基于gis网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，涉及地理国情监测领域，利用网络地理信息系统技术、网络服务及富互联网应用等先进技术，通过采用Geodatabase建立地理国情监测数据库；采用ArcGIS for Server发布REST地理国情监测数据服务；使用ComGIS组件库ArcObjects开发服务器端、采用ArcGIS API for Flex开发客户端地理国情监测应用的技术路线构建了一个地理国情监测网络开放平台原型系统。应用结果表明，该系统具有结构灵活，可扩充，负载平衡，客户端应用方便、丰富，开发快捷等优点。
【专利说明】
基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及地理国情监测领域，尤其涉及一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统。
【背景技术】
[0002]地理国情是指那些与地理相关的自然和人文要素的国情，它从空间角度反映一个国家自然、经济、人文的状况。地理国情监测是综合利用航空航天遥感技术(RS)、全球卫星导航定位技术(GNSS)、地理信息系统技术(GIS)等现代测绘技术，综合各时期已有测绘成果档案，对地形、水系、交通、地表覆盖等要素进行动态和定量化、空间化的监测，并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等，形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告的过程。地理国情监测通过对地理国情进行动态的测绘、统计，从地理的角度来综合分析和研究国情，为政府、企业和社会各方面提供真实可靠和准确权威的地理国情信息，从而为科学决策提供更优质的服务。
[0003]地理国情监测的建设内容包括地理国情监测规划与方案设计、监测数据获取与处理、地学计算模型建模、监测结果表达与管理、监测成果共享服务等一系列具有紧密联系的步骤。同时，地理国情监测是一个长期艰巨而浩大的工程，需要各政府、各相关部门的共同协作与配合才能顺利进行。因此，地理国情监测信息的共享与发布以及及时更新就显得尤为重要。地理国情监测信息的共享和发布是关系国民经济与社会发展、重大工程与突发事件应急决策等的重要因素，它主要通过新闻媒体、互联网等媒介进行信息共享和发布，包括统计数据、图表、地图、影像、视频动画、语音、文字报告等基本形式。GIS与网络技术的结合SPWebGIS，为地理国情信息的共享与发布提供了技术支撑。WebGIS利用网络优势向用户提供超媒体、交互式、分布式的空间信息，使得处理海量空间数据的方式从原来的集中、独占走向分布、共享。基于此，建立一个基于WebGIS架构的、具备在线更新、基于网络的地理国情监测信息发布、查询、共享、管理和分析等功能的地理国情监测系统，能够为多部门提供协作与数据更新的工具，并且可构建多层次的包括面向公众、面向政务的地理国情监测信息公共服务平台，从而达到减小地理国情信息使用成本;促进地理国情信息在多部门间共享与集成;更快捷、有效的为相关部门及公众提供权威、客观、准确的地理国情信息服务，为科学决策提供更优质服务的目的。因此，建设基于网络的地理国情监测系统具有重要的现实意义。
[0004]地理国情监测系统应具备与其它信息系统集成的功能，即具备GIS互操作性，从而达到地理信息共享的目的。Web Services(网络服务)技术的出现为解决GIS的异构环境创造了条件。鉴于此，本发明基于企业级网络地理信息系统的开发平台ArcGIS for Server,结合Web Services和RIA(Rich Internet Applicat1ns，富网络应用)技术，构建了一个基于WebGIS架构的、具备在线更新、基于网络的地理国情监测信息发布、查询、共享、管理和分析等功能的地理国情监测系统。
[0005]现有开发技术介绍:
[0006]1.ArcGIS for Server及REST网络服务:
[0007]ArcGIS for Server(以下简称ArcGIS Server)是一款功能强大的基于服务器的GIS产品，是用户创建企业级GIS应用的平台，用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务。ArcGIS Server提供广泛的基于Web的GIS服务，以支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑等GIS功能。ArcGISServer 支持发布基于 SOAP 和 REST (Representat1nal State Transf er，表述性状态转移)的网络服务。目前几乎所有的基于SOAP协议的服务都属于RPC式架构，主要是基于XML-S0AP-WSDL-UDDI技术实现，其体系结构主要是由五种类型的技术层实现的，从顶层到底层依次为发现层、描述层、包装层、传输层和网络层。在这种分层结构中，一种技术依赖相邻的下一种技术。且基于SOAP协议的Web服务和其服务的调用是紧密耦合的。因此，RPC式Web月艮务具有技术架构复杂、接口复杂、可伸缩性差、安全性不好控制、难以支持代理和缓存等问题。与复杂的SOAP和XML-RPC对比而言，基于REST模式的Web服务显得更为简洁。REST是为分布式超媒体系统设计的一种架构风格。REST网络服务是指使用REST式的风格来创建的Web服务，它是面向资源(Resource Oriented Architecture,ROA)的服务，可以通过URI来识别和定位资源，并且针对这些资源而执行的操作是通过HTTP规范定义的。因此基于REST风格的Web应用程序直接利用了HTTP和URI功能，最大限度的发挥了HTTP协议和URI的潜力。REST式Web服务的出现使用户有更多时间关注业务本身，而不再需要花大量的时间和精力在服务的调用和实现上。鉴于REST式Web服务的优点，本发明采用ArcGIS Server发布REST式地理国情监测网络服务。
[0008]2.富互联网应用RIA技术:
[0009]传统网络程序的开发是基于页面的、服务器端数据传递的模式，把网络程序的表示层建立于HTML页面之上，而HTML是适合于文本的，传统的基于页面的系统已经渐渐不能满足网络应用更高的、全方位的要求了，而RIA的出现也就是为了解决这个问题。RIA是集桌面应用程序的最佳用户界面功能与Web应用程序的普遍采用和快速、低成本部署以及互动多媒体通信的实时快捷于一体的新一代网络应用程序。它综合了传统网络应用程序和桌面应用程序的优点，不仅提供了丰富的客户端体验，而且可以通过网络轻松部署，也就是传统B/S应用的部署灵活性与C/S模式下优秀的用户体验和交互性等优势合而为一。因此，富客户端应用RIA成为Web2.0时代最受关注的技术和研究热点之一。
[0010]目前，构建RIA应用的主流技术主要有Adobe的Flex技术和Microsoft的Silverlight技术。Flex技术以其快捷的软件开发环境、统一的界面显示效果、强大的用户体验功能、企业级应用的快速构建、全新的页面导航方式以及多种数据交互方式等优势得到了开发人员的青睐。Flex的另外一个优势在于Flash插件庞大的装机量使其能够轻松运行在绝大部分的客户机上。
[0011]3.ArcGIS API for Flex:
[0012]ESRI公司推出的ArcGIS API for Flex是一个强大的基于Flex的开发框架。它能够在RIA中实现丰富的GIS功能，还可以用访问Web Services的形式调用ArcGIS Server的资源，如地址定位、地图集和地理处理模型等，并且能够以ArcGIS Server为后台并结合ComGIS组件库ArcObjects来开发互联网应用程序。ArcGIS API for Flex由多个包组成，每个包又包含若干个具体的类。
[0013]主要的几个包的作用如下:
[OOM].com.esr1.ags:是所有组件库的核心，它是整个组件库的支撑，所有的功能扩展都是由该包开始的。包括Map、Graphic等重要的类。
[0015].com.esr1.ags.events:事件类，用于对象与对象之间消息的传递。
[0016].com.esr1.ags.geometry:包括点、线、面等基本几何要素。
[0017].com.esr1.ags.layers:提供对ArcIMS图层、网络服务图层和绘画图层的支持和应用。
[0018].com.esr1.ags.symbol:提供符号化工具。
[0019].com.esr1.ags.components:提供如编辑窗口、比例尺等可视化控件。
[°02°].com.esr1.ags.tasks:提供预定义的一些常用数据处理功能，包括查询、定位等。
[0021]本发明以ArcGIS API for Flex为基础进行地理国情监测系统客户端开发，以ComGIS组件库ArcOb jects进行服务器端开发。
【发明内容】
[0022]本发明针对现有技术的不足，提供一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，以解决现有的地理国情监测系统功能单一等问题。
[0023]为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下:一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，采用分布式结构和B/S模式进行系统实现，采用表现层、应用层、数据层的三层结构体系;其中，表现层:提供用户服务，负责系统与用户的交互，为用户提供基于Flex的友好的界面，用来表示地理国情监测信息和接收用户输入，接收并分析服务器传送来的数据，并且在客户端上显示;应用层:根据用户的请求连接数据库，并采用相应的地理国情监测分析模型进行分析处理，将处理结果发回客户；数据层:为系统提供数据服务，接受应用层的数据请求，实现地理国情监测数据库的插入、查询、修改和更新操作;包括地理国情监测数据库Geodatabase和数据库引擎，地理国情监测数据库又包括现势数据库和历史数据库;在三层体系结构中，表现层、应用层、数据层是三个独立的部分，分布在网络上的不同的计算机上，形成分布式体系结构，它们之间通过通讯协议进行连接。
[0024]作为优选，系统采用模块化的结构设计，包括地理国情数据浏览、数据处理、监测分析和数据输出四个功能模块。
[0025]作为优选，地理国情监测数据库存储地理国情监测的现势、历史与监测成果数据，包括遥感影像数据库、地理国情本底数据库、地形地貌数据库、植被覆盖数据库、地理界线数据库和交通网络数据库;其中，遥感影像数据库为最主要的原始数据源，其余地理国情监测数据通过遥感影像提取、地理国情普查方式得到；地理国情监测数据库采用基于面向对象技术和关系数据库的Geodatabase数据模型实现;地理国情监测数据库实现级别为企业级Geodatabase ο
[0026]作为优选，表现层具体包括地理国情监测、监测结果表达、监测数据更新、监测结果输出、监测成果管理和监测数据分析。
[0027]作为优选，应用层包括GIS Server和Web server，其中GIS Server同时宿主地图服务、影像服务以及ArcObjects，在必要时采用ArcObjects处理复杂空间功能;GIS Server包括地理国情监测分析模型和逻辑模型，ArcObjects通过ArcSDE和地理国情监测数据库数据通信。
[0028]本发明的有益效果:开展地理国情监测工作是准确掌握国情国力的重要手段、是实施国家重大工程和重大战略的重要保障。利用遥感技术和全球卫星导航定位技术等实现地理国情信息一体化采集和快速更新，利用地理空间信息技术、多维时空数据挖掘技术、物联网技术、空间信息云计算技术等实现地理国情信息的自动化挖掘和定量化分析，利用网络地理信息系统技术等进行地理国情的实时发布与交互式服务，可为各级政府和有关部门提供权威、客观、准确的地理国情信息服务。以满足面向政府管理决策科学化、国民经济与社会发展信息化、经济增长方式转变等对地理国情信息服务的迫切需求。本发明利用网络地理信息系统技术、网络服务及富互联网应用RIA等先进技术，通过采用以下技术路线:(I)采用Geodatabase建立地理国情监测数据库，(2)通过ArcGIS Server发布REST地理国情监测数据服务，(3)结合CmGIS组件库ArcObjects，设计地理国情监测分析计算模型，(4)采用ArcGIS API for Flex开发客户端地理国情监测应用；构建了一个地理国情监测网络开放平台原型系统。通过该系统，社会公众能够随时随地根据自己的需要对某一区域的自然、社会经济和文化等要素的原始信息和分析成果信息进行高效的检索和查询;各专业部门则可对地理国情监测进行进行在线输入与更新，也可扩充监测分析模型进行专题地理国情监测，从而更好的为管理决策提供支撑服务。
[0029]应用结果表明，该系统具有结果灵活，可扩充，负载平衡，客户端应用方便、丰富，开发快捷等优点。
【附图说明】
[0030]图1是地理国情监测系统架构图；
[0031 ]图2是地理国情监测系统功能模块结构图；
[0032]图3是地理国情监测数据库结构图；
[0033]图4是某石油管道网络示意图；
[0034]图5是加载地图与导航的部分代码示意图；
[0035]图6是地理国情监测数据编辑示意图；
[0036]图7是某工程活动的影响范围缓冲区图；
[0037]图8是缓冲区分析主要代码示意图；
[0038]图9是近期发生的地震和震级示意图(白圈所在位置表示地震发生的地点，圈大小表示震级)。
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0040]为了实现地理国情监测系统，本发明采用了分布式结构和B/S模式进行系统实现，采用表现层、应用层、数据层的三层结构体系。整个系统的架构图如图1所示。
[0041](I)表现层:主要作用是提供用户服务，负责系统与用户的交互，为用户提供基于Flex的友好的界面，用来表示地理国情监测信息和接收用户输入，接收并分析服务器传送来的数据，并且在客户端上显示。由于为RIA应用，故只需在必要时向服务器发送数据请求，从而减轻了服务器和客户端的负担。
[0042](2)应用层:主要作用是根据用户的请求连接数据库，并采用相应的地理国情监测分析模型进行分析处理，将处理结果发回客户。GIS Server同时宿主地图服务、影像服务以及ArcObjects，在必要时(如ArcGIS API for Flex不能胜任的工作)采用ArcObjects处理复杂空间功能。
[0043](3)数据层:主要作用是为系统提供数据服务，它接受应用层的数据请求，实现地理国情监测数据库的插入、查询、修改、更新等操作。由地理国情监测数据库和数据库引擎组成。地理国情监测数据库又包括现势数据库和历史数据库，从而能够实现地理国情数据的追溯和分析比较。数据库引擎ArcSDE是应用程序与数据库之间的数据引擎，用于高效的存储存放在关系数据库中的各种空间数据。ArcSDE支持多用户，支持长事务处理和版本管理，支持流行的DBMS如Oracle、Microsoft SQL Server^IBM DB2等。ArcSDE解决了DBMS的多样性和复杂性，给用户提供了极大的灵活性。值得一提的是，为实现地理国情监测数据的更新，必须采用企业版的Geodatabase来实现地理国情监测数据库。
[0044]在三层体系结构中，表现层、应用层、数据层是三个独立的部分，可以分布在网络上的不同的计算机上，形成分布式体系结构，它们之间通过通讯协议进行连接。这种体系结构提高了整个系统的灵活性和独立性。
[0045]为实现地理国情监测系统的建设目标，该系统应具备在线更新、基于网络的地理国情监测信息发布、查询、共享、管理和分析等功能。为了使系统具有可扩展性，在对系统进行功能设计时，本发明采用了模块化的结构设计方法。整个应用系统目前的设计功能包括地理国情数据浏览、数据处理、监测分析、数据输出等四个功能模块。由于采用了模块化设计，各个功能模块之间应具有较强的独立性，因此必要的功能可方便的进行修改和扩充。整个系统的功能模块结构如图2所示。
[0046]地理国情监测数据库是开放系统的基石，为开放系统提供数据支持，存储地理国情监测的现势、历史与监测成果数据。由遥感影像数据库、地理国情本底数据库、地形地貌数据库、植被覆盖数据库、地理界线数据库、交通网络数据库等子数据库组成。其中，遥感影像数据库为最主要的原始数据源，其余地理国情监测数据通过遥感影像提取、地理国情普查等方式得到。地理国情监测数据库采用基于面向对象技术和关系数据库的Geodatabase数据模型实现，以利用Geodatabase建立在RDBMS之上、统一、智能化、面向对象等优点。地理国情监测数据库实现级别为企业级Geodatabase，这是一种使用大型关系数据库存储数据，而用空间数据引擎管理数据的管理模式，这种方式可以方便的对海量数据进行存储，支持长事务和版本管理，也支持在网络环境下的多用户并发操作。企业级Geodatabase最适合于网络环境下的分布式GIS应用。地理国情监测数据库结构图如图3所示。
[0047]实施例:地理国情监测系统实现与应用
[0048]I创建地理国情监测数据资源
[0049]发布地理国情监测数据服务之前，需通过ArcMap创建地理国情监测数据资源。导入存储在Geodatabase的地理国情监测数据，通过ArcMap的菜单“File” - “Share As” -“Services”-“Save a service definit1n file”存为服务定义文件，扩展名为SD。
[0050]2发布地理国情监测数据服务
[0051 ] 地理国情监测REST数据服务可通过ArcCatalog发布，也可通过ArcGIS ServerManager发布。登录ArcGIS Server Manager，选择发布服务选项，选择刚创建的SD文件，就可以发布数据服务。为了实现地理国情监测数据的编辑，需勾选Feature Access选项，即需发布为地图服务和要素服务。数据服务发布后，可预览地图，也可通过Service Directory查看服务的详细信息。地理国情监测数据分析模型也可发布为网络服务以实现GIS功能的共享。地理国情监测数据服务发布后，可通过ArcGIS API for Flex访问数据服务并实现客户端的业务逻辑。地图数据的加载与浏览主要通过ArcGIS API for Flex的Map、Navigat1nTool等类实现。图4显示了某石油管道网络，图5显示了加载地图与导航的部分代码。
[0052]3地理国情监测数据编辑
[0053]地理国情监测数据的更新与编辑主要用到A 11 r i b u t e I n s P e c t ο r、Fi e I dlnspec tor、Query、Attribute Inspec torEvent、Featur eLayer、Graphi c 等类。其主要过程为当用户点击某要素时，或通过Query查询获取选择集后，弹出对话框并显示要素属性以供编辑。图6显示了某一输油站的可编辑属性。
[0054]4缓冲区分析
[0055]在进行缓冲区分析前必须发布Geometry服务即几何服务，几何服务用于协助应用程序执行各种几何计算，如缓冲区、简化、面积和长度计算以及投影等。此外，ArcGIS WebAPI在Web编辑过程中使用几何服务来创建和修改各要素几何。几何服务为使用细粒度的ArcObjects或地理处理服务执行此类计算提供了一种替代方法。进行缓冲区分析主要用到的类有Graphi C、graph i c sLayer、Geome try Serv ice、BufferParame ter s等。图 7在本底图上显示了某工程活动的影响范围。核心代码如图8所示。
[0056]5地震信息发布
[0057]通过地震局发布的近期发生的地震数据，通过ArcGIS API for Flex，可以在本底图上符号化和显示地震情况，图9显示是近期发生的地震和震级，点击某个地震图标，还能够了解更进一步的信息。
【主权项】
1.一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，其特征在于，采用分布式结构和B/S模式进行系统实现，采用表现层、应用层、数据层的三层结构体系；其中，表现层:提供用户服务，负责系统与用户的交互，为用户提供基于Flex的友好的界面，用来表示地理国情监测信息和接收用户输入，接收并分析服务器传送来的数据，并且在客户端上显示;应用层:根据用户的请求连接数据库，并采用相应的地理国情监测分析模型进行分析处理，将处理结果发回客户;数据层:为系统提供数据服务，接受应用层的数据请求，实现地理国情监测数据库的插入、查询、修改和更新操作;包括地理国情监测数据库Geodatabase和数据库引擎，地理国情监测数据库又包括现势数据库和历史数据库;在三层体系结构中，表现层、应用层、数据层是三个独立的部分，分布在网络上的不同的计算机上，形成分布式体系结构，它们之间通过通讯协议进行连接。2.根据权利要求1所述的一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，其特征是在于，系统采用模块化的结构设计，包括地理国情数据浏览、数据处理、监测分析和数据输出四个功能模块。3.根据权利要求1或2所述的一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，其特征在于，地理国情监测数据库存储地理国情监测的现势、历史与监测成果数据，包括遥感影像数据库、地理国情本底数据库、地形地貌数据库、植被覆盖数据库、地理界线数据库和交通网络数据库;其中，遥感影像数据库为最主要的原始数据源，其余地理国情监测数据通过遥感影像提取、地理国情普查方式得到;地理国情监测数据库采用基于面向对象技术和关系数据库的Geodatabase数据模型实现;地理国情监测数据库实现级别为企业级Geodatabase04.根据权利要求3所述的一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，其特征在于，表现层具体包括地理国情监测、监测结果表达、监测数据更新、监测结果输出、监测成果管理和监测数据分析。5.根据权利要求4所述的一种基于GIS网络服务与富互联网应用的地理国情监测系统，其特征在于，应用层包括GIS Server和Web server，其中GIS Server同时宿主地图服务、影像服务以及ArcObjects，在必要时采用ArcObjects处理复杂空间功能;GIS Server包括地理国情监测分析模型和逻辑模型，ArcObjects通过ArcSDE和地理国情监测数据库数据通?目O
【文档编号】G06Q50/26GK106055578SQ201610341671
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】李贞培, 熊俊楠, 刘福臻, 肖东升
【申请人】西南石油大学