裴伟霞,李晓亮,刘远飞,李 丽

(1.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安 710054; 2.空军工程大学,陕西西安 710038)

基于WebGIS的地质遗迹管理信息系统设计与实现
——以关中城市群地质遗迹为例

裴伟霞1∗,李晓亮1,刘远飞2,李 丽1

(1.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安 710054; 2.空军工程大学,陕西西安 710038)

地质遗迹是珍贵的地质自然遗产,对地质遗迹信息缺乏统一的组织和管理,公共参与性少,不利于地质遗迹的保护和开发。针对地质遗迹信息管理中的现实需求,以关中城市群地质遗迹为例,设计并实现了基于WebGIS的地质遗迹管理信息系统。该系统的建立实现了地质遗迹信息的统一存储和管理,满足了管理决策和科研业务人员日常工作的需要,并为社会大众提供了一个学习相关科学知识的窗口。

WebGIS;地质遗迹;管理信息系统;关中城市群;Geodatabase

1 引 言

地质遗迹(Geological Relic)是指在地球演化的漫长地质历史时期,在地质内外应力的作用下形成、发展并遗留下来的珍贵的地质自然遗产[1,2]。作为一种兼具科研价值、科普价值、旅游价值和社会经济价值的资源,它已越来越引起人们的重视[2],世界不少国家把地质遗迹比较集中的区域建成地质公园,形成保护与开发的良性循环[3]。2005年8月,中国第四批国家地质公园申报工作结束,至此中国共有12个世界地质公园和130个国家地质公园,地质遗迹的保护与可持续开发利用有了长足的发展[1]。尽管如此,但目前对地质遗迹的保护、开发和管理还存在许多不足,具体表现为:①对地质遗迹调查、评价的结果缺乏统一的组织和管理;②地质遗迹的调查、保护以及开发仅靠政府和科研人员主导,公众参与较少;③地质遗迹信息管理的方法和技术手段落后,没有充分利用GIS和网络等现代信息技术,缺少面向管理决策及地质遗迹科研人员服务的平台和面向社会大众展示地质遗迹的窗口。鉴于此,开发并建立集地质遗迹调查、评价、保护和管理于一体,公众广泛参与的地质遗迹管理信息平台是目前地质遗迹研究和管理工作面临的现实需求。

针对目前地质遗迹研究和管理中存在的现实问题和需求,本文充分利用网络和GIS等信息技术,以关中城市群地质遗迹为例,设计并实现了集信息存储和管理于一体,公众广泛参与的地质遗迹管理信息系统。与传统方法和手段相比,采用WebGIS技术建立地质遗迹管理信息系统具有如下优势:①可以在统一的平台下实现对地质遗迹数据的规范组织和管理;②实现地质遗迹信息的可视化显示,直观展示地质遗迹的空间分布,便于地质遗迹的评价、开发和保护;③实现地质遗迹信息的网络发布,便于公众的广泛参与,有利于宣传地质遗迹,普及相关科学知识。

2 系统设计

2.1 需求分析

系统需求分析是在充分调研的基础上进行的,系统主要面向三大群体,包括地质遗迹管理决策部门、相关科研业务人员以及社会大众。在各潜在用户群体中通过座谈交流、问卷调查等形式,最终确定了系统的数据需求、功能需求和性能需求。并据此明确系统建设的目标为:满足地质遗迹管理决策部门和相关科研业务人员日常管理和实际业务工作的需要,实现对地质遗迹数据的采集、存储、管理和分析,并面向社会公众提供地质遗迹相关信息的查询和浏览等服务。

2.2 系统架构设计

系统架构设计基于业界标准的3层体系架构[4],分为表现层、业务层和数据层,如图1所示。

图1 系统3层体系架构图

(1)表现层

表现层是人机交互的接口,通过可视化的用户界面实现用户和计算机之间的交互。

(2)业务层

业务层是实际业务逻辑的执行层,主要接收用户提交的业务请求,通过应用服务器和GIS服务器实现地质遗迹管理信息系统相关业务的执行处理。

(3)数据层

数据层是地质遗迹相关数据和基础地理数据的存放地,采用Personal Geodatabase模型统一管理空间数据和非空间数据。

2.3 功能模块设计

根据前期调研和系统需求分析的结果,地质遗迹管理信息系统主要由数据采集与管理、地质遗迹决策分析、地质遗迹公众服务以及用户管理4个功能模块组成,系统功能结构如图2所示。

图2 系统功能模块结构图

(1)数据采集与管理模块

该模块由系统登陆和数据录入管理两个页面组成,业务人员通过用户名和密码登录页面后可实现对地质遗迹相关数据的添加、删除、修改以及查询浏览等操作。

(2)决策分析模块

该模块主要面向地质遗迹管理决策和相关科研业务人员,由系统登录和决策分析两个页面组成,相关用户登录系统后可实现对地质遗迹相关信息的查询统计、缓冲区分析以及专题图制作等功能。

(3)公众服务模块

该模块主要面向社会公众提供地质遗迹相关信息的查询和浏览等功能。页面功能包括5个部分,分别为:①地图操作,实现对页面地图的放大、缩小、漫游以及全图显示等操作;②地图查询:实现由属性查找地质遗迹以及通过图形查属性,所查信息均由气泡显示;③地图量测:实现图上距离和面积的量测;④地质遗迹详细信息显示:通过该页面显示某一地质遗迹点的详细信息,包括:地质遗迹名称、照片、地质遗迹描述信息、地质成因、科学价值、观赏价值以及保护现状等。

(4)用户管理模块

该模块主要实现对系统用户的管理,包括添加、删除用户,设置用户权限(系统管理员、普通用户)以及更改登录密码等。

2.4 数据库设计

该系统数据主要包括陕西省基础地理数据、关中城市群地质遗迹数据以及系统管理数据等,即包含空间数据又包含非空间数据,为了便于数据的统一组织和管理,系统采用Personal Geodatabase模型统一管理空间数据和非空间数据,数据库设计和内容分别如图3和表1所示。

图3 系统数据库设计

表1 系统数据库内容

(1)基础地理数据库分为矢量数据库和栅格数据库,其中矢量数据库包括陕西省行政区划数据、道路以及河流数据,栅格数据库存储陕西省影像数据。

(2)地质遗迹数据库也分为矢量数据库和栅格数据库,矢量数据库存储地质遗迹点信息,栅格数据库存储地质遗迹点的照片等数据。

(3)系统管理数据库主要存储系统用户信息等数据。

地质遗迹数据库主要包含矢量与栅格两种类型数据,本文着重对矢量数据库进行详细说明。矢量数据主要说明地质遗迹点的信息,包含地质遗迹点所在的园区名称、园区编号、遗迹点编号、景区编号地理位置、经度、纬度、遗迹类型、所属保护区、地质背景与成因、标识内容、照片等,如表2所示,列出地质遗迹点的部分属性字段:

表2 地质遗迹点属性数据结构

3 系统关键技术

3.1 数据的无缝集成与管理

系统涉及的数据既有空间数据又有非空间数据, ArcGIS的Geodatabase是实现系统数据无缝集成与管理的理想工具,Geodatabase支持非空间的表格数据、GIS矢量数据及栅格数据。系统数据库采用Personal Geodatabase模型,建立了要素数据集(feature dataset)、栅格数据集(raster dataset)以及Table表,并分别存储系统中的矢量数据、栅格数据和系统用户表等。

3.2 面向服务架构(SOA)的GIS Server

服务器GIS可以更好的以集中的方式利用GIS专业人员创建和管理的信息和资源[5]。为了在企业内部共享空间信息和功能,原有的桌面GIS应用逐渐发展为基于服务器的GIS解决方案,它基于Web Services向外提供内容和功能[6]。本系统利用Esri提供的面向服务架构的解决方案ArcGIS Server技术,设计了数据查询、统计分析以及缓冲区分析等模型,实现了对空间信息和功能的共享。

3.3 地质遗迹点编码

对数据库中每一个园区中每个景区的地质遗迹点要素进行编码,确保每个遗迹点的唯一性,实现空间数据与属性数据的关联。地质遗迹点的编码为:园区编号(3位)+景区编号(2为)+顺序号(2位)。

4 系统实现

本系统采用B/S架构,基于ArcGIS Server 9.3平台以及C#、JavaScript、HTML语言,在Visual Studio 2008环境下开发完成,页面布局采用DIV+CSS+Table实现,系统地质遗迹公众服务模块主页面以及地质遗迹详细信息显示页面如图4、图5所示。系统主要实现内容:

(1)数据采集与管理

通过使用先进的空间数据引擎和WebGIS技术,地图数据访问与处理得到极大改善,为用户提供快捷方便的查询与浏览,实现地图数据共享编辑处理,提高工作效率[7]。该模块主要面向地质遗迹调查研究业务人员,用户通过浏览器打开页面,输入正确的用户名和密码后登录系统,可实现对地质遗迹信息的录入、修改、删除以及查询浏览操作。

(2)地质遗迹决策分析

该模块是面向地质遗迹管理和科研业务人员使用的,用到的主要控件有:MapResourceManger、Map、Map-Tips、Toc、Toolbar以及TaskManger等。通过该模块,用户可以实现对地质遗迹相关信息的统计分析、缓冲区分析以及专题图制作等功能[8]。

(3)地质遗迹公众服务

该模块是系统面向公众提供服务的主界面,界面及所使用的相关控件与地质遗迹决策分析模块类似,主要实现地图操作、地图量测、地图查询等功能。在该页面中,用户可以通过模糊查询实现对相关内容的查询,查询结果以热点图标的形式在地图页面中显示,点击图标,通过Maptips显示该地质遗迹点的名称、地质成因、科学价值以及观赏价值等相关信息,并提供链接使网页跳转到其详细信息显示界面。Maptips显示的内容及格式可以通过HTML标记语言进行调整,从Maptips由地图显示页面跳转到详细信息显示页面代码为:＜A href="ShowInformation.aspx?ID={ID}"target=_blank＞点击查看详细信息＜/A＞,同时,在HTTP Cookie中提取地质遗迹点ID,以便通过ID查询并读取数据库内容。

地质遗迹详细信息页面提供地质遗迹点的详细描述信息,不仅包括属性信息的描述,同时也提供该地质遗迹的照片等,其中利用Ajax技术,通过JavaScript语言编写的SlideShow控件实现了多张地质遗迹图片以幻灯片形式的连续播放。

(4)用户管理模块中,系统管理员具有最高权限,通过该模块系统管理员可以实现对普通用户的添加、删除以及权限设置操作。

图4 地质遗迹公众服务主页面

图5 地质遗迹详细信息显示页面

5 结 论

本文在对系统建设进行充分调研的基础上,进了系统的需求分析,提出了系统的总体架构,并根据数据需求分析,设计实现了结构合理的系统数据体系结构,最后基于ArcGIS Server 9.3平台以及C#、JavaScript、HTML语言,在Visual Studio 2008环境下实现了B/S结构的地质遗迹管理信息系统。此系统构建改变原有传统的、静态信息管理方式,实现对地质遗迹数据的规范组织和管理,便于地质遗迹的评价、开发和保护;对地质遗迹信息的网络发布并进行可视化显示,直观展示地质遗迹的空间分布,便于公众的广泛参与,可以对地质遗迹景区进行有效的宣传,提高景区知名度,方便游客查询景区信息,提高景区服务水平,推进地质公园的信息化建设,普及相关科学知识。

本系统在取得成绩的同时还存在许多的不足,主要表现在:系统界面有待进一步优化,系统的功能不够完善,特别是公众服务模块与公众缺乏交互等。以上不足,笔者将在今后的研究中逐步解决。

[1] 左仁广,方世明.基于MapGIS的地质遗迹管理信息系统的设计与实现[J].地质通报,2007,26(2):223～230.

[2] 张国庆,田明中,刘斯文等.地质遗迹资源调查以及评价方法[J].山地学报,2009,27(3):361～366.

[3] 赵汀,赵逊,田娇荣等.地质遗迹数据库及网络电子地图系统建设——以庐山地质公园数据库和河北省地质遗迹WEBGIS系统为例[J].地球学报,2010,31(4):600～604.

[4] 刘涛,彭清山,张淼.基于GIS的城市规划管理信息系统的研究[J].测绘通报,2011(6):57～59.

[5] 钟广锐.基于GISWebServices的城市污染源管理信息系统的设计与实现[J].测绘通报,2009(8):50～52.

[6] 杨骥,林继贤,汤坚.基于GIS的用户终端水质服务保障系统的设计与实现[J].测绘通报,2011(03):62～64.

[7] 吴晓佳,李卫红.基于WebGIS技术的旅游自助地理信息系统[J].城市勘测,2004(5):26～29.

[8] 安广荣,陈琦.基于模糊综合评判地质遗迹保护等级评价——以新疆富蕴县五彩湾丹霞地貌地质遗迹为研究对象[J].西部探矿工程,2010(9):142～144.

Design and Realization of the Geological Relic Management Information System Based on WebGIS——Case Studies in Geological relics of Guanzhong City Group

Pei Weixia1,Li Xiaoliang1,Liu Yuanfei2,Li Li1
(1.College of Geology Engineering and Geomatics,Chang’an University,Xi’an 710054,China; 2.The Air Force Engineering University,Xi’an 710038,China)

The geological relics are precious natural heritage of geology,it is not conducive to the protection and development of geological relics that geological information is lack of unified organization and management and public participation is less.According to the actual demand in information management of geological relics,geological relics to Guanzhong City Group as an example,the management system of geological information is designed and implemented Based on WebGIS.This system realizes the unified storage and management of geological information,and meet the needs of management and decision-making and scientific research personnel daily work,and provides a window to learn related scientific knowledge for the public.

WebGIS;geological relic;management information system;Guanzhong city group;geodatabase

2013—11—07

裴伟霞(1988—),女,硕士研究生,主要从事GIS应用研究。

国家自然科学基金重点项目(41130753);全国地面沉降监测与防治综合研究与信息系统建设工作项目(12120113011700)