ArcGISServer管线信息管理论文基于ArcGISServer的综合管线信息发布平台

ArcGISServer管线信息管理论文：基于ArcGISServer的综合管线信息发布平台摘要:以分布式网络地理信息系统(WebGIS)应用开发平台ArcGISServer的体系架构为基础，构建了综合管线空间信息发布平台。采用空间数据互操作技术实现空间数据格式转换，基于简单对象访问协议(SOAP)的Web服务实现空间数据协同管理，瓦片缓存索引技术实现空间数据快速访问。通过实验指出ArcGISServerfor.NET技术平台的优势和不足，提出针对WebGIS实际工程应用应采取的策略。关键词:网络地理信息系统;ArcGIS服务器;.NET;Web服务;瓦片;综合管线0引言随着分布式组件技术的发展、Webservices技术的逐步成熟，网络地理信息系统WebGIS从理论模型构建逐步向工程实际应用转变，并且在各行业得到应用，为用户提供了良好的地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)空间信息的发布、共享平台，实现跨平台和异构网络环境下的空间数据协同管理和空间数据互操作［1］。目前常用的WebGIS应用开发基础平台有:Mapinfo的MapXtreme，ESRI的ArcGISServer和ArcIMS，Intergraph的GeoMediaWebMap，AutoDesk的MapGuide，武汉吉奥的GeoSurf以及北京超图的SuperMap等［2］。作者在研究ArcGISServer开发平台系统架构基础上，对ArcGISServerfor.NETFramework的体系架构进行深入剖析，在ArcGISServerWeb应用模型基础上搭建小区域综合管线空间信息发布平台，以实现综合管线空间信息的Web共享。1ArcGISServer系统架构ArcGISServer用来构建企业级GIS应用平台。GIS的功能在服务器端集中实现和管理，支持多用户负载均衡。同时，ArcGISServer是一个服务器管理器，用来管理各种地理资源:比如地图、定位器以及运行在应用中的各种软件对象。GIS开发人员可以使用ArcGISServer构建运行在标准的.Net和J2EEWeb服务器中的Web应用、Webservices以及其他的企业级应用，也可以用ArcGISServer构建桌面GIS应用，通过Client/Server模式与服务器实现通信［3］，ArcGISServer系统架构可以概括为客户端、Web服务器、GIS服务器、数据资源、管理员以及桌面资源创建人员6类［4］。1.1客户端客户端包括Web客户端、Mobile移动设备、通过HTTP连接到ArcGISServer的Internet服务或通过LAN连接到ArcGISServer本地服务的ArcGIS桌面应用。1.2Web服务器Web服务器包含Web应用的部署和Web服务，它们均使用GIS服务器上的服务资源。1.3GIS服务器GIS服务器是ArcGISServer的核心，管理各种GIS资源，并将各类资源封装为服务提供给客户使用。GIS服务器本身包括两部分:服务器对象管理器(ServerObjectManager，SOM)和服务器对象容器(ServerObjectContainer，SOC)。SOM是一个Windows/UNIX服务进程，它管理着一组分布在一个或多个SOC机器上的服务器对象。当应用程序通过LAN或WAN连接到ArcGISServer的时候，实际上是连接到SOM，连接时提供的参数是SOM所在机器的名称或IP地址。服务器对象真正运行在SOC机器上，SOC是由SOM来控制启动或停止。可执行的SOC内部是多线程的，支持多个并发的服务器对象。Windows支持多线程在多CPU上的自动分配，这样SOC可以充分利用多CPU资源，提高对象服务性能［5］。1.4数据资源数据资源包含GIS服务器上所发布GIS服务资源，可以是.mxd模板文档，地理空间数据库(geodatabase)，或者提供缩放、平移、测量功能的工具箱等。1.5Manager和ArcCatalog管理员Manager管理员和ArcCatalog管理员都可以用来发布GIS服务，并对其进行管理。不同的是Manager管理员是利用Web页面对Web服务器进行管理，ArcCatalog管理员在ArcGIS桌面组件ArcCatalog上对GIS服务器进行管理。1.6桌面资源创建人员包括ArcMap、ArcCatalog、ArcSence和ArcGlobe在内的ArcGIS桌面应用组件，用来创建发布在ArcGISServer上的2D地图、3D地图、地图处理作业、影像以及数字地球等资源。［6］2管线空间信息发布平台关键技术2.1空间数据格式转换从市政管理角度上讲，综合管线数据来源于供水、供电、热力、燃气、电信等多个部门，数据来源复杂，数据获取手段多样，既有人工获取，又有机助获取，冗余数据量达到总数据量的5%～20%，对综合管线空间信息发布平台的数据质量产生影响，所以实现多源数据共享的基础是良好的解决多格式空间数据转换和空间数据互操作问题。目前，实现多格式空间数据转换的方式大致有3种［7］。1)空间数据格式转换模式。是把其他格式的数据经过专门的数据转换程序转换变成本系统的数据格式。由于目前的数据交换标准还不完善，也不能统一为各个层次及不同应用领域的空间数据转换提供统一的标准，还不能解决数据的集中和分布式处理等问题。2)直接数据访问模式。是指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。这种方法建立在对要访问的数据格式充分了解的基础上。3)空间数据互操作模式。即各个系统通过公共的接口相互联系，而且允许各自系统内部数据结构和数据处理可以互不相同。数据互操作模式是OGC制定的规范，而OGC规范得到了OMG和ISO的承认，正在被越来越多的GIS软件和研究者所接收和采纳。由于综合管线空间数据采集系统基于Mapinfo桌面平台，数据格式为Mapinfo标准格式.tab文件，为保证数据质量，采用ArcMap桌面组件的互操作模块，将管线空间数据和属性数据装入，避免数据损失。2.2空间数据协同管理机制Webservices、面向服务的架构(ServicesOrientedArchitecture，SOA)和分布式GIS是构建GIS门户网站的技术基础［8］。ArcGISServer是典型的SOA架构，通过桌面管理组件ArcCatalog实现跨平台、异构网络环境下的空间数据协同管理，即建立基于可扩展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage，XML)核心技术的GISWebservices。ArcGISServer创建多源空间数据Web应用，实际是在多个服务器节点建立各种GISWebservices，通过基于XML消息的简单对象访问协议(SimpleObjectAccessProtocol，SOAP)实现GIS空间数据的协同管理。SOAP是用于交换XML编码信息的轻量级协议。主要包括3个方面内容［9］。1)SOAP包封(envelope)。为描述信息内容和如何处理内容定义了框架。包封定义了整体SOAP消息的表示框架，用于表示消息中的内容、发送、接收、处理过程以及这些处理操作是否必需。2)SOAP编码规则。定义了数据的编码机制，定义了应用程序中需要使用的数据类型，定义了用来交换由这些应用程序定义的数据类型所衍生的实例。3)SOAP远程过程调用(RemoteProcedureCall，RPC)。定义了一个用于表示远程调用和响应的约定，实现HTTP或SMTP协议与SOAP绑定，实现传输过程调用，实现如何使用具体传输协议的哪个部分传输过程响应等。由于SOAP用XML进行消息编码，因此在调用过程的每一步都可以方便处理消息。另外，调试SOAP消息的方便性使各种SOAP执行能快速聚合在一起，这点保证了更大范围的协同工作。借助XML和SOAP，多源空间数据集成和交互的问题从层次上被简化，便于实现高效率的空间数据协同管理。2.3快速访问机制目前，多数WebGIS应用基础开发平台的地图控件均采用无级缩放技术，电子地图客户发出访问请求后，由GIS服务器进行处理，将地图数据以小容量格式(.png)文件实时返回客户端。无级缩放技术适用于数据量小，客户群体单一的WebGIS信息发布，对于管线空间信息发布而言，由于既有普通用户，也有专业用户，而且来自不同行业，考虑到多用户并发访问时的负载均衡问题，须尽量减少GIS服务器的工作负担。基于此，ArcGISServer采用四叉树瓦片索引技术，在GIS服务器上建立瓦片缓冲区(TileCache)，即根据用户需求，依据空间分辨率、地图显示比例尺合理的要求，事先生成规定比例尺的.png格式地图瓦片，存储在Web服务器的缓冲区目录中，用瓦片索引技术实现客户端快速访问空间数据。四叉树瓦片索引技术工作原理是在分析管线空间数据分块规则的基础上，利用目标瓦片快速搜索算法，采用由粗到细、层层推进策略，快速检索出与查询窗口交叠的满足分辨率要求的瓦片，同时采用高效的瓦片逻辑地址与物理地址映射策略，获取符合用户需求的瓦片，由GIS服务器返回客户端。此外，针对大数据量的空间数据服务，进一步采用基于“高”、“中”、“低”优先级的瓦片请求预测方法，通过预测瓦片请求实现数据合理缓冲，从而降低响应时间和提高吞吐率［10］。四叉树瓦片快速访问机制3实验验证基于ArcGISServer的综合管线信息发布系统是对已经使用多年的桌面版综合管线信息管理系统进行网络化改造，保证系统功能逐步完善的情况下，着重实现在多用户并发访问的分布式环境下共享和查询综合管线空间信息，提高系统的开放性和互操作性。综合管线空间数据量大，涉及用户面广，利用层次模型组织数据，数据分类清晰，同时提供良好的导航功能，便于最终用户快速浏览、查询数据。数据装入发布平台之前，首先在ArcMap桌面组件中建立.mxd模板文件，对管线空间数据按照层次结构进行数据组织。具体将实验区域某高校按照行政区划和地理位置分布划分为四个校区，构成管线空间数据的第一层级。各校区管线划分为给水、下水、燃气、电力、供电、电讯、热力、人防和工业等九类管线，构成第二层级。七类管线向下又有子类，如下水管线细分为雨水、污水和雨污合流;燃气分为煤气、天然气，构成第三层级［11］。实验基础平台组成:VisualStudio2005+ArcGISServer9.3for.NETFramework，系统实现Web页面如图3所示。ArcGISServer综合管线信息发布平台通过实际管线空间数据装入，同样硬件条件下，分别在局域网、广域网环境中测试管线空间数据的发布，从客户端提交访问空间数据请求到服务端响应，由服务端建立空间数据服务通道，搜索符合空间分辨率的瓦片和所需的管线属性数据，将用户请求返回客户端，最终以栅格图片形式显示给最终用户，响应时间满足用户预期。4结语通过对ArcGISServer应用开发平台的研究，并与桌面GIS应用平台进行对比，发现ArcGISServer存在空间分析功能弱、缺乏海量数据快速通信机制等问题。对综合管线这样数据量较大的GIS应用系统，利用WebGIS技术能较好的实现地理空间信息的Web发布，方便多部门用户共享管线空间信息(如管线电子地图)，除实现电子地图的缩放、平移、鹰眼、测距和测面积等通用功能之外，还能实现快速查询与之关联的属性信息(如管材、管径、埋深、权属和建成时间等)，但如果做深层次空间分析，如利用管线空间数据拓扑关系进行管线优化，就显得力不从心。目前来看，基于ArcGIS技术的应用，空间数据采集、数据组织和存储以及深层次分析功能放在桌面工作站上进行，而信息发布、信息共享功能放在ArcGISServer平台上，充分发挥ArcGIS各组件的优势，形成一套完整的地理空间信息服务体系。参考文献:1FREHNERMBRANDLIM.VirtualdatabaseSpatialanalysisinaWeb-baseddatamanagementsy