基于在线地理信息服务的专题应用构建研究:地理信息技术的应用
摘要:计算机技术和地理信息技术的发展,为实现地理信息数据的共享提供了条件。基础空 间数据是各类专题地理信息应用的定位基准和内容基础,如何将基础空间数据与专题数据
进行聚合应用成为地理信息领域的一个研究热点。本文在已有网络地理信息服务研究的基
础上,提出了一套结合在线数据服务,快速搭建专题应用的系统体系结构,并进行了系统实
现,具有一定的实际应用价值。
关键词:空间数据服务专题应用构建
1 引言
基础地理信息是各类地理信息应用的定位基准和内容基础,是构建地理信息应用必不可少的基础数据资源。在我国,随着电子政务、数字中国、数字区域、数字城市的建设逐步推进,基础地理信息在社会管理、宏观决策、生产生活等领域的作用日益加强;各政府部门对基础地理数据的需求更加迫切,对基础地理信息服务提出了数据权威、服务实时、接口标准、内容全面、更新快速的新要求。
由于政府部门业务的全局性与复杂性,政府业务信息资源往往具有特定的业务属性,所遵循的标准规范不尽相同,往往无法直接与基础地理信息进行有效整合。因此,需要建立基于基础地理信息的部门业务信息整合工具,以保证部门业务信息不仅可以可视化,而且支持面向各部门业务需求的联合查询与协同分析,使得基础地理信息与部门业务信息深度融合、相得益彰。
2 SOA技术和OGC标准规范
2.1 SOA技术
面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture,SOA)是将软件组织在一起的抽象概念。它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过定义良好的接口和契约联系起来。服务之间具有松耦合的特点。SOA技术的应用使得系统管理可以根据业务的需要清楚地确定什么需要添加、修改或删除相应的服务。SOA技术被提出之初就得到了IBM公司、微软等计算机行业巨擘的强力支持,都迅速的推出了各自的SOA技术和产品。
2.2 OGC标准规范
为了研究和开发开放式地理信息系统技术 ,1996 年在美国成立了开放地理信息联合会(Open GIS Consortium,OGC)。OGC 的开放地理数据互操作规范为在网络环境下访问异构地理数据和地理处理资源提供一致性接口定义。在OGC提出的 OpenGIS 服务框架中,空间信息服务被分为 5 大类,即注册服务、处理服务、绘制服务、数据服务和编码。OGC服务分类体系面向Web环境,重点了研究了基于Http和XML技术的空间信息服务分类和服务接口定义,发布了一系列相关的实现规范,有效地指导了不同层次空间信息服务的开发和实现。目前 OGC 定义的空间信息数据服务接口经过多年的实践和改进,已经相对比较成熟,且得到了 GIS 领域的软件和服务提供商的广泛支持,如 WMS(Web Map Service)、WFS(Web Feature Service)、WCS(Web Coverage Service);通过这 3个接口可以实现 Web 环境下空间数据服务的互操作。
3 应用构建模型设计
从图1可以看出,基础地理信息服务可以满足业务部门对基础地理信息的一般性需求,即浅度应用,如地图可视化、地名查询等;但是要全面满足部门地理信息应用在数据、系统与安全方面的需求,即实现与政府部门的深度应用,则需要在部门专题信息深度整合、业务功能与模块结构定制、业务权限一体化集成等方面进行扩展。
结合在线空间数据服务的专题应用系统由基础地理信息服务接入、专题数据注册与集成、基本功能开发、功能集成封装、系统管理等模块组成,用于实现 “基础数据服务部门业务应用”的一整套业务流程,包括①基础地理信息在线接入②部门专题信息深度整合③部门业务功能定制④专题应用快速搭建⑤业务权限一体化等。
结合部门专题数据的应用系统:基于SOA架构思想设计,采用组件化结构进行开发,以HTTP作为系统模块通讯协议,采用XML/JSON等开放标准作为数据交换格式,因此可以构建出B/S和C/S两种典型的应用系统,本文仅以B/S结构为例进行分析和设计。
4 应用构建框架设计
根据聚合应用模型,采用B/S结构进行聚合系统设计,包括资源层、数据管理层和应用构建层三层,如图2所示。
4.1 资源层:
(1)基础地理信息服务
基础数据服务以OGC标准规范的形式提供,包括WMS、WFS、WCS三种。
(2)专题数据
部门专题数据是专题应用部门的业务数据,包括各种空间和非空间格式的专题信息,如:矢量地图数据、属性数据表、Excel表格数据及其他包含空间信息的数据。
4.2 服务管理层
(1)基础服务配置
根据应用部门的专题需要,对获取到的基础地理信息服务进行配置,包括:(1)连接:通过服务接口信息进行服务的连接和访问。(2)注册:获取服务端响应客户端元数据请求的XML文档,通过解析得到服务的描述信息、服务内容、服务目的的简要说明以及其他补充说明,服务元数据为创建基于客户需求规则的服务目录提供接口。(3)分类:分类的标准可以多样化,例如:平台服务的类别、尺度等。(4)服务状态维护:根据网络连接和服务质量,实时维护服务节点的状态。
(2)专题数据加载
部门专题数据由于数据来源用途等的不同,在加载时需要进行相关处理,包括:(1)专题数据的注册:专题数据的元数据信息应尽可能详细,方便查找和维护。(2)时空基准一致性处理:部门专题数据往往存在与公共平台数据时空基准不一致的问题,例如时间属性描述不一致,应进行时空基准一致性处理。(3)地理对象关联:地理对象关联是指通过专题数据的空间属性与地理对象进行关联。(4)非空间数据空间化:专题数据在经过上述加工后,以数据表的形式存在,将数据表的记录关联空间属性,进行非空间数据的空间化,实现专题数据与公共平台服务的集成。
(3)应用整合发布
图层整合配置主要是面向基础地理信息服务以及专题数据配置后的专题图层。通过多尺度分类和数据集组装,实现待发布图层的整合配置,并通过设置数据源、图层显示风格、图层空间参照、以及显示比例尺等实现基础服务与专题地理信息的协同发布。
4.3 专题应用层
结合部门应用,专题应用层提供基础地理信息系统功能和业务功能的综合应用。主要包括:(1)地理信息可视化:实现以二维及三维地图为主的地理信息可视化表达。(2)动态查询:提供对空间信息、统计型信息、文本信息、多媒体信息以及相互关联信息的查询。(3)地理统计:提供空间信息、统计型信息、文本信息、多媒体信息以及相互关联信息的汇总、分类与统计分析功能。(4)地理标注:支持位置标注和业务信息专题标注,并支持标注信息的保存、修改、重新加载。(5)基础空间分析服务:包括叠加分析、缓冲区分析等。(6)专业模型集成分析:系统提供一定的扩展性,支持与业务关联的专业模型集成分析。(7)打印输出:基于空间与统计信息源数据库,实现各类标注、统计、多媒体数据快速制图,支持地图加载、文本、图片、图名、图例插入、图面编排以及地图打印与屏幕拷贝。
5 应用实例
面向电子政务应用,基于.Net Framework运行环境,开发聚合原型系统,实现了台风专题数据与基础地理信息的聚合应用,为政府灾害应急、评估等提供辅助决策。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 (1)数据准备
专题数据:typhoo.shp,台风数据;
基础空间数据:china_400w.shp,中国1:400万行政区划矢量地图;
(2)开发环境和工具
空间数据入库工具:Shp2DB;基础地理数据服务发布工具:GeoServer;
空间分析服务库:SpatialAnalyzeTool.dll;数据存储:Sql Server2000。
(3)聚合应用流程
采用空间数据入库工具Shp2DB将台风数据进行数据入库,将空间数据进行字段提取,存储到数据库中;用geoserver空间数据服务发布工具将基础空间数据(china_400w.shp)进行发布;选中某个台风,在地图上出现线要素即为台风路径,调用空间分析服务库的求交服务,台风路径与行政区划数据做求交运算,得出台风穿越的省、市、县信息,在地图上高亮显示,进行专题数据的查询、展示和综合分析,并进行损害评估。
台风影响分析
6 结语
作为网络地理信息系统的技术基础,本文首先分析了SOA技术和OGC标准规范,然后结合基础地理信息深度应用的需求,充分考虑了基础数据服务的特点和专题数据的大多面向业务的特殊性,提出了专题数据与基础地理信息搭建应用的模型架构。在此基础上,详细分析了通过符合OGC标准的地理信息服务的发现访问注册机制和专题地理信息的结构化处理与注册机制,在具备规范接口的情况下,结合台风专题数据展开实验论证。本文充分利用了现有的地理信息领域的最新研究成果,结合部门应用的实际,可以指导实践应用。
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