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控制点资料管理信息系统设计探究

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摘要:控制点资料管理信息系统构建是一项系统工程,包括数据采集、处理、建库以及软件开发、集成和部署等多项内容,还要满足后期扩展应用的需要,所以系统设计尤为重要。系统地、全面地探讨控制点资料管理信息系统的体系架构、系统功能和技术流程等内容,并对构建系统时应用的关键技术进行详细分析和总结。

关键词:控制点管理信息系统;系统设计;服务体系架构;富客户端;空间数据组织管理;地图服务;安全管理

多年来,随着基础测绘事业的蓬勃发展,基础测绘成果资料越来越丰富,积累了大量的基础测绘控制资料,特别是在第二次全国土地调查、地理国情普查等重大项目建设中积累了大量的控制点资料。随着社会各界对地理信息日益旺盛的需求,地理信息成果的应用领域和深度在不断拓展,控制资料的使用范围在不断扩大,频度在不断增强。为了将珍贵的控制点成果资料完整、科学地存储,并有效、合理地进行管理和利用,使之发挥应有的测绘价值,更高效地服务于社会,需要对这些控制资料进行规范化整理,科学建库,开发方便实用的应用系统。

1系统总体设计

控制点资料管理系统的设计理念是基于开放性的面向服务体系架构(SOA),采用网络设施层、软硬件平台层、数据集成层、服务层、系统支撑层、用户层等多层结构进行构建。它以计算机软硬件及网络平台为依托,以标准规范及法规制度体系为保障,以控制点数据为枢纽,在系统平台支撑下将各类控制资料以WebService的方式向用户提供各种数据服务及功能服务。

1)网络设施层主要包括系统运行所必须的网络环境和网络设施,如生产内网、存储设施、路由设施、安全设施等。

2)软硬件平台层主要包括平台运行所依赖的GIS平台、数据库平台等,是整个系统构建和运行分析的基础。

3)数据集成层是依据统一技术规范构建的一体化控制资料资源体系,是系统建设的核心。数据集成层由一系列数据库及数据实体组成,其中数据库包括控制点空间库、控制点属性库,数据实体包括电子地图数据和控制点影像数据。数据之间紧密关联,形成逻辑上集中的有机整体。

4)服务层主要实现系统地理空间信息资源及控制点专题资源的对外发布和共享功能。服务是根据业务逻辑对数据进行组织、重构,以服务的方式对外发布,满足客户端的应用需求,具体包括地图服务、图层服务、空间查询服务、数据服务等各类服务。其中数据操作服务采用微软公司的SOA实现技术WCF来进行服务封装和发布,地理信息则采用ESRI公司的ArcGISRESTAPI来实现空间数据、空间分析功能的封装和发布。

5)系统支撑层主要通过控制点资料管理信息系统提供的各项业务功能,实现控制资料的管理、展示、查询、更新及使用。

6)用户层为相关用户,主要涉及内部生产用户。

2系统功能设计

本系统基于B/S体系结构构建,主要以电子地图为支撑环境,通过视图管理、用户管理、成果查询、成果管理、数据编辑等相关模块,为控制点的展示、查询、管理、更新及使用等日常业务需求提供技术平台。

3技术流程

系统的实现主要涉及二维电子地图制作、控制点资料整理、控制点资料建库和应用系统开发4个流程。

3.1二维电子地图制作

首先将1∶250000DLG数据经过数据提取、格式转换、投影转换、组织重构、分类代码转换等操作,整合处理其境界、道路、水系、地名等数据,形成无尺度的电子地图数据;然后,按照在线电子地图生产作业规范,经过数据抽取、分层分类、符号设计、色彩设计、注记配置和缓存制作等工序,制作成可供Web环境下软件系统快速访问的缓存电子地图,作为控制点展示的基础底图。

3.2控制点资料整理

3.2.1控制点资料

为了便于控制点资料整理,按照用户需求将控制点资料分为等级控制点(即大地测量控制点)、1∶10000基础测绘控制点(是省级用户特有的,即1∶10000地形图测图控制点)、大比例尺测图控制点和地理国情普查控制点(即影像控制点)4种类型,其中部分控制点还包括了控制点对应的小影像。

3.2.2控制点资料整理

根据管理需求,对现有的控制资料进行全面梳理,分别形成不同类别的成果录入模板,并以录入模板为标准,分类进行控制资料的信息提取和录入,形成规范化的控制点资料台账。同时,对控制点对应的图像数据(小影像)进行目录整理和规范存储,为后续程序的自动调取奠定基础。

3.3控制点资料建库

以整理后的控制点资料台账为基础,一方面创建关系型属性数据库,对控制点资料台账进行数据入库;另一方面,对控制点资料台账进行空间化,形成控制点空间数据,并创建空间数据库,将其入库,最终形成互相关联的控制点空间数据库和属性数据库。

3.4应用系统开发

应用系统开发主要包括用户需求分析、系统设计、功能开发、系统测试、文档编写等内容。

4关键技术的应用

系统构建中跟踪分析了计算机技术和地理信息系统领域中众多先进、成熟的技术,并根据本项目目标和特点选用多项先进的技术进行构建。

4.1多层架构和SOA架构模型

多层架构可以搭建松散耦合、易于复用、可扩展性强的应用,除方便软件研发的组织和实施外,最主要的是便于日后的维护和扩展。SOA是基于开放的Internet标准和协议,支持对应用程序或应用程序组件进行描述、发布、发现和使用的一种应用架构,支持将可重用的数据应用作为应用服务或功能进行单独开发集成,并可在需要时,通过网络访问这些服务或功能,可更好地满足平台组件化、互操作、模块化、可伸缩等特性。通过SOA系统可对不同服务或功能进行组合,以完成一系列的业务逻辑与展现,最终可让用户像使用本地桌面业务组件一样方便地调用服务或功能等各种资源。实现SOA服务,需要使用SOAP和REST这2种体系结构类型。SOAP功能强大且较全面,但较复杂,难以应用。REST类型的SOA服务无需引入SOAP消息传输层,其轻量级和高效率的HTTP格式可以直接被应用,具有灵活性和易用性。系统在设计上遵循多层架构和开放性的面向服务体系架构理念,根据逻辑将系统划分为多层(网络设施层、软硬件平台层、数据集成层、服务层、系统支撑层、用户层等),多层架构之间松散耦合,提高系统的可伸缩性、可重用性,满足系统今后扩展的需要。同时采用REST方式,使信息共享的途径更直接,在用户层提供更丰富的体验。

4.2基于RIA的富客户端应用技术

RIA是一种将桌面应用程序交互的用户体验与传统Web应用的部署灵活性结合起来的网络应用程序,结合音频、视频和实时对话等综合通信技术使RIA具有前所未有的网络用户体验;它充分利用客户端计算资源,构建更直观,易于使用,反应更迅速且可以脱机使用的应用程序。RIA具有桌面应用程序的特点,在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面,在无刷新页面下提供快捷的界面响应时间,提供通用的用户界面特性以及在线和离线操作能力。RIA还具有Web应用的大部分特点,如立即部署,跨平台,因而可采用逐步下载来检索内容和数据,充分利用被广泛采纳的互联网标准。客户机在RIA中的作用不仅是展示页面,还可以在幕后与用户请求异步地进行计算、传送和检索数据,显示集成的用户界面和综合使用音频和图像,这一切都可以在不依靠客户机连接的服务器或后端的情况下进行。Silverlight是当前主要的一种RIA客户端开发技术,是微软推出的跨浏览器、跨平台的解决方案,带来基于.NET的下一代媒体体验和丰富的交互式网页程序。它利用跨浏览器Web技术进行设计,以实现多操作系统,甚至是移动设备上的无缝运行。Silverlight采用已在.NET3.0和vista中使用的XAML语言,使Web内容与桌面内容的开发语言一致,兼容了大量其他标准和现有技术,包括ASP.NET、AJAX和.NET3.0。基于Silverlight技术的富互联网应用程序给网络GIS的表现层带来了一种全新的模式,将Silverlight特效引入地图,特别是对空间要素点、线、面的渲染,为客户端的地图显示带来良好的视觉效果。系统采用基于Silverlight的RIA技术,既实现了客户端的部分计算,减轻了对服务器的运行需求,较好地做到服务器负载均衡,又充分利用了Silverlight的丰富特效,使各种应用和分析结果的展示更绚丽,可以获得较佳的用户体验。

4.3基于Geodatabase的空间数据组织管理

Geodatabase是一个表达要素和要素之间空间关系以及其他专题关系的对象关系模型的第三代地理数据模型,是建立在DBMS之上的、统一的和智能化的空间数据库。与前几代地理数据模型相比,它大大扩展了带有行为关系和属性的表达能力,允许在数据模型中使用规则定义更多的GIS应用功能。Geodatabase可在商用关系型数据库中存储地理空间数据,所有数据一起存储在商业DBMS中,这意味着可以有一个完整的数据管理策略,可以利用信息技术的发展集中进行管理,极大地简化了支持和维护过程。Geodatabase模型的要素具有内置状态,能完全存储在一个数据库中,大型的地理要素类型可进行无缝存储,不需分割,即支持连续的地理延伸。Geodatabase使用地理数据库数据模型,要素在数据库中被存储为记录,使物理数据模型和逻辑数据模型更加接近;允许多用户通过使用版本管理和长事务处理访问数据库,多个用户可以读写同一个和共享的数据库。系统采用Geodatabase技术进行控制点空间数据库建设,将空间数据和静态属性数据合二为一,可借助其索引及检索机制极大地提高空间数据应用效率。

4.4基于静态和动态缓存的地图服务模式

系统作为一个日常的业务系统,在应用中首先要解决的问题就是如何提高地图传输和显示效率,提供更优化的地图服务。网络通信代价和数据存取是影响平台效率的主要因素,在现有网络及设备的约束条件下,主要通过减少网络传输量来实现高效通信,目前主要的解决方案就是基于瓦片技术的地图服务缓存,通常是基于金字塔模型来分层组织地图。系统在设计时对于基础地理信息,采用静态地图缓存技术,基于金字塔模式预先生成不同显示比例尺下的地图瓦片,每级地图瓦片都有相应的坐标值和索引。当来自客户端的地图操作要求显示不同比例尺下的地图时,客户端可以根据地图显示范围进行计算,得出请求范围覆盖到的瓦片数据的层次号和行列号,服务器端通过索引检索出所需瓦片数据的范围,并将该范围数据推送到客户端。对于控制点数据,则由服务器端根据客户端的显示范围实时生成地图缓存,极大地减少了数据推送的数据量,提高了系统运行的整体效率。

4.5基于角色的安全管理模式

系统的访问与管理通过角色的方式来控制,不同角色具有不同的权限。通过角色分类可将用户分为系统管理角色、数据管理角色和数据使用角色。系统管理角色具有用户管理、角色分配、系统配置的管理权限,通过日常的系统管理、维护,保证系统正常运行。数据维护角色具有控制点数据编辑的权限,可进行补充和更新控制点数据等维护工作。数据使用角色可以通过系统提供的多种方式查询控制点,并能根据工作需要进行数据下载,为影像纠正、DEM检测等生产提供服务。

5结语

控制点资料管理系统的设计集成了GIS、Web-GIS、空间数据库、计算机及网络等相关技术,通过处理、整合、规范现有控制点资料数据,构建控制点数据库,实现各类控制点资料的一体化管理。同时采用开放性的、面向服务的体系架构,开发集地图展示、信息查询、成果下载、数据更新等为一体的省级基础测绘控制点资料管理信息系统,为控制点的展示、查询、管理、更新及使用等日常业务需求提供技术平台,还可对省级基础测绘控制点资料进行科学、高效的管理和应用,为国土资源管理,城市建设,铁路、公路、水利、电力基础设施建设等提供测绘服务保障。

参考文献

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[6]孙伟,李治庆,焦孟凯,等.瓦片地图动态缓存中间件的优化设计及实现[J].测绘通报,2014(1):37-40

作者:张雪颖;李桢;李璐 单位:国家测绘地理信息局陕西基础地理信息中心

控制点资料管理信息系统设计探究责任编辑:张雨    阅读:人次