基于ArcIMS的城市供水管网信息发布系统的设计与实现

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1、系统网络结构

　　随着我国经济建设迅速发展，城市规模日益扩大，建立基于地理信息系统（GIS）技术的供水管网信息系统已成为国内各大中城市自来水公司追逐的热点。目前，我国在城市供水管理信息系统中采用的较为先进的技术有[1]：

　　（1）基于C/S（Client/Server）结构的GIS技术。其优点在于采用了网络数据库与GIS技术，用户能利用基于GIS的人机交互界面查询供水管网的空间或属性信息。但在C/S体系结构中，客户端并发用户数量有限制，且每个客户端都要配置昂贵专业的GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，实际上造成了极大的浪费。此外，当客户端用户数较多时，软件的安装和维护不仅费时费力，更容易产生软件运行中的安全隐患。

　　（2）基于Internet的WebGIS技术。其优点在于使用B/S（ Browser/ Server）网络结构，GIS与Web的结合使得空间信息的发布与共享更加简单。GIS通过Internet成为公众服务的手段和社会最基本的信息服务之一，WebGIS成为今后GIS发展的主要趋势[2].

　　ArcIMS[3]是由ESRI公司开发的WebGIS产品，允许用户在Internet和Intranet环境下为浏览器端的客户提供GIS应用和地图数据。笔者基于ArcIMS开发了城市供水管网信息发布系统。

　　2 、ArcIMS的体系结构

　　ArcIMS的结构如图1所示，主要由两大部分组成：客户端（浏览器）和服务器端。客户经过Internet或Intranet服务器向ArcIMS发出请求信息，ArcIMS服务器处理该请求，并将结果返回到客户浏览器。

　　图1 ArcIMS结构示意图

　　客户端浏览器主要有两种：Html viewer和Java viewer.服务器端的最前端是网络服务器，客户端使用普通的IE或Netscape浏览器与之直接交互；网络服务器通过ArcIMS连接器与应用服务器连接，应用服务器请求的数据从空间数据服务器中获得；空间数据服务器是整个ArcIMS的核心，它处理请求的地图数据和相关信息。各组成部分依赖TCP/IP协议通讯，不仅仅是当它们运行在不同的计算机上时是这样，即使其中的多个部分运行在同一台计算机上时依然如此，彼此之间的通讯是通过ArcXML[4]格式传递的。ArcXML是对XML的一个GIS扩展，ArcXML也提供易于使用、强大的方式去定制ArcIMS应用。

　　根据城市供水管网自身的特点，本系统选用HTML viewer作为客户端浏览器进行数据访问和显示。

　　3、GIS环境下供水管网数据的存储管理

　　GIS技术为供水管网提供了有效的数据管理与组织手段。在供水管网这种空间型系统中，系统数据库包括空间数据库和属性数据库两大部分。空间数据库由供水管网数据和背景数据组成，其中供水管网数据包括现状供水管网数据和设计管网数据，背景数据包括基础地形图、索引图、分幅图等。属性数据库主要由供水管网属性数据、管网维修信息和系统信息组成。

　　本系统涉及大量空间和属性数据，且数据还会不断增长，故采用Oracle 9i标准版作为本系统后台数据库管理系统，它是业内公认的高效稳定的大型数据库管理系统之一，并利用空间数据引擎 （Spatial Database Engine，SDE）技术组织和管理数据，通过GIS软件ArcSDE实现空间数据与属性数据在同一关系数据库中实现一体化无缝存储，避免了图幅纠错与图幅拼接的问题，同时实现了高效的数据访问和更好的数据集成，并允许多用户并发读取和写入数据。ArcSDE管理多用户空间数据库，ArcIMS 将ArcSDE提供的空间数据通过Internet进行发布。

　　4、 系统的设计与实现

　　4.1 系统设计思路

　　在由ArcIMS生成WebGIS网站的基础上，利用JavaScript 语言修改WebGIS里面的HTML代码进一步扩展WebGIS的功能，使其更加专业化、人性化，方便用户使用。加之使用了ASP技术，方便完成用户的交互输入功能以及输入数据的处理。由ArcIMS生成的WebGIS网站和ASP都是网页形式的，可以简单有效的联接在一起。

　　4.2 系统的实现

　　系统的实现分为空间数据的组织、新建地图服务、网站设计修改等三部分。ArcIMS管理器提供了基于网络界面并且支持操作的三个主要任务——策划地图服务（Author MapServices）、设计网页（Design Web Pages）及管理站点（Administrator Sites）。管理器存放在网络服务器计算机上，用户可以通过IE或Netscape浏览器远程访问。

　　1.数据组织

　　将数据库里的管网数据以及地理背景数据使用Author按照点、线、面的顺序叠加，生成WSDN.axl文件，该文件采用ArcXML描述数据的组织情况。

　　AXL格式文件定义了数据及HTML页存储时的一种标准，记录格式与XML相同，其详细描述了所要发布的数据及其存储位置和显示方式。如上述的AXL文件主要分为三部分：

　　<PROPERTIES>…</PROPERTIES>记录了地图的显示范围及地图输出单位；

　　<WORKSPACES>…</WORKSPACES>记录了地图数据库服务器名、输出端口、用户名、用户端口以及用户密码等信息；

　　<LAYER type="featureclass" name="SDE.给水管线" visible="true" id="0">…</LAYER>记录了图层的名称、类型、图层是否显示、图层颜色等信息，对于类型为点图层还包括点的类型、大小的设置，线图层包括线宽信息，面图层包括面边缘线颜色和面填充颜色。

　　2.新建地图服务

　　在Administator中新建地图服务WSDN，将Map File指向刚刚生成的WSDN.axl文件，Virtual Server设置为ImageServer，并启动地图服务。

　　3.网站设计修改

　　基于配置好的地图服务，启用Designer提供的接口，客户端浏览器采用HTML viewer.HTML viewer站点是由HTML文件、Image文件和JavaScript文件组成。Image文件夹包含用于网页显示的所有按钮和框架的背景。JavaScript文件夹包含HTML viewer的JavaScript库，它们用于创建ArcXML请求并处理ArcIMS空间服务器的ArcXML的响应。

　　因为系统是基于Web方式的，系统的界面友好性，很大程度影响到该系统的实用性和高效性。系统的用户是多层次的，许多终端用户并不熟悉供水管网和地理信息系统的专业知识及理论，他们更注重系统的可操作性、正确性和直观性等，这些都必须通过用户界面来加以体现。在实现系统功能的基础上，采用网页编辑工具美化操作了操作界面，并根据实际需要调整了网站布局，方便用户操作。此外，对于供水管网的信息发布，还利用javasrcipt编写js文件，实现了废弃管网的删除、管段管点信息的添加等功能。

　　本系统的主界面如图2所示：

　　图2 系统主界面

　　5、 系统功能简介

　　5 .1空间信息共享

　　本系统的重要功能就是数据共享。用户用浏览器就可以制作专题图，或打印当前屏幕的地图。如果用户权限允许，可以直接下载管网基础数据。

　　5 .2信息可视化查询与分析

　　用户可在网上查看管网数据，对调入的地图实现放大、缩小、平移、标注、分层显示、全屏显示以及管线长度的量测等功能。系统还可以通过超链接把图片、图像、视频、声音等媒体信息集中在一起，大大增强了其信息表现能力。

　　信息查询分空间信息的查询和元数据信息查询。元数据信息查询由ASP程序来完成。空间信息查询由ArcIMS的spatial server 处理完成。

　　5 .3用户申请批复

　　用户可在网上进行账号申请，填写申请表，系统校验申请资料的合法性，并给出批复。

　　6、 结束语

　　将WebGIS技术应用到供水管网管理中，开发供水管网信息发布系统，是市政部门供水管理科学化、网络化的一种趋势。本系统利用SDE技术管理GeoDatabase数据模型，一体化无缝存储空间数据与属性数据，并实现了供水管网空间信息共享、信息可视化查询分析以及用户帐号网上申请批复等功能。本项目的开发，对类似系统的构建可提供一定借鉴。此外，本系统侧重于管网图形的浏览查询，网络分析功能不强，管线断面剖面的生成、事故关阀搜索有待深入研究。

　　参考文献：

　　[1] 周吉峰,张 洋。 管网信息系统开发问题研究[J].华北水利水电学院学报,2003,24（3）,63~65.

　　[2] Using ArclMS3.l[Z].ESRI，2001.

　　[3] 姚保华，陶夏新，等。WebGIS的发展与防震减灾信息系统[J].自然灾害学报，2000，9（3）：64~70.

　　[4] 刘冠蓉。 基于ArcXML 的图形发布[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版）,2003,25（3）,91~93.