基于WebGIS的校园地理信息系统的构建

2012-06-01浙江工业职业技术学院计算机分院邢红刚阮胜利

电子世界 2012年1期

浙江工业职业技术学院计算机分院邢红刚阮胜利

浙江工业职业技术学院计算机分院邢红刚阮胜利

21世纪以来，数字化趋势越来越明显，随着数字地球概念的提出，各国的数字化建设也突飞猛进，与此同时，校园的数字化建设也在不断的发展，数字图书馆，办公自动化系统等的发展大大提高了高校办事的效率，节约了大量的人力和物力。但是我们应该清醒的看到，现今的数字化校园建设大多数是各种管理信息系统的建设，仅仅是对属性数据的管理，而缺乏对校园空间数据的管理和维护，而基于互联网的地理信息系统的建设则可以将属性数据和空间数据有机的结合在一起，从而实现真正的校园数字化。因此为加快校园信息化步伐，提高工作效率，强化各种信息的管理，建立基于WebGIS校园地理信息系统势在必行。

一、校园WebGIS系统设计的建设目标

基于WebGIS技术的地理信息系统是以大比例尺数字地图为核心，通过对空间数据的分层管理实现对地理信息的浏览、查询、定位、图层控制、空间分析等功能，还可以以专题图的形式为管理者提供决策依据。整个系统以地图为主索引，同时系统将为教学楼、学生宿舍、教工宿舍等学校设施管理提供各种管理手段。系统建成后，预期能够和其它信息化项目或各管理软件实现无缝集成，成为整个信息系统不可分割的重要组成部分。利用地理信息技术的强大空间分析能力，对所有设施和人文信息进行综合应用，全面、系统的进行统计分析、预测决策、规划，给领导部门的决策提供准确的数据支持。

二、系统开发环境和开发工具的选择

前面我们了解到目前国内外桌面制图GIS软件层出不穷，就国外而言，占市场份额较大的有Intergraph公司的GeoMedia、AutoDesk公司的AutoCADMap2000、MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ARC/INFO等。国内GIS领域的研究虽然起步较晚，但发展非常迅猛，目前国产GIS软件在国内的市场占有率从以前的8%猛增为28%之多，国内的GIS软件主要有北京超图地理信息技术有限公司的SuperMap、武汉吉奥信息工程技术有限公司的GeoStar、武汉中地的MapGIS等。随着WebGIS技术的出现及流行，各厂家毫不示弱，纷纷推出了相应的WebGIS解决方案，例如Intergraph公司的GeoMediaWebMap，AutoDesk公司的AutodeskMapGuide，MapInfo公司的MapXtreme、国家遥感应用工程技术研究中心的GeoBeans、武汉吉奥的GeoSurf、北京超图的SuperMapIS等。

由于各种GIS软件相差迥异，不同产品的开发难度、适用领域各不相同，因此选择合适的平台是非常重要的。考虑到美国MapInfo公司是世界标准桌面地图信息系统领导者，它利用数据的空间属性，实现了地图与数据的完美结合，以数据可视化、思维可视化，提供崭新的决策支持方式，并且该公司产品线长、技术成熟先进、应用范围广，提供的开发工具全、技术资料齐备。结合课题的实际情况综合考虑决定采用该公司的产品：MapInfo作为制图工具，MapXtreme作为地图服务器。

三、系统开发体系结构的建立

在开发互联网数字校园地理信息系统时，二次开发平台可以选择Mapinfo公司的MapXtremeforJAVA作为地图应用服务器，开发语言可以采用JSP加JAVA编制相结合的方式因为DreamWeaver开发JSP较方便，故综合使用Jbuilder和DreamWeaver以简化开发工作；通过使用MSSQLServer和Mapinfo建立属性数据库和空间数据库，并通过JDBC与SQLServer数据库相联；Web服务器可以采用ApacheTomcat；地图应用服务器通过MapXtremeforJAVA为客户端提供网络接口。目前开发WebGIS广泛采用的是基于B/S的3层体系结构，该结构由数据库、应用服务器（包括Web服务器和地图服务器）和浏览器组成。所有服务器放在网络中心，客户端浏览器为分布在校园网各处的计算机，首先客户端通过浏览器向Web服务器提交HTTP请求，递交Form表单，Web服务器收到该请求后，把地图操作请求提交给地图应用服务器，地图应用服务器（WebGIS服务器）在内部调用MapX服务器响应用户的操作请求并通过访问数据库进行相应的空间分析和处理后产生新的操作结果，此后把结果返回给Web服务器，Web服务器再把该结果嵌入到HTML页面中并返回到客户端的浏览器上，这样客户端就看到了自己操作后的地图。根据前文所讲该开发方式属于瘦客户端方式。整个系统体系结构如下图1所示。

四、校园地理信息系统的具体实现

（一）校园地图矢量化

为了将现有的校园地图转变为可进行查询、分析、统计的电子信息，必须进行校园地图的矢量化。栅格地图矢量化是地理信息系统设计的前提和基础。这是因为：纸质地图经扫描仪扫描后，初步保存为栅格图像（常见的格式有TIFF，BMP，PCX，JPEG等）。

在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、面）或多个矢量单位的结合体。基于这样的数据结构，我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物、将地物归类，以及求解各地物之间的空间关系，并有利于地图的浏览、输出。矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形，或离不开矢量图形的参与，如AutoCAD，ARC/INFO，CorelDraw，MapInfo等等。

获取矢量化地图通常有以下几种途径：

1.从地图销售商处购买GIS软件所支持的矢量化电子地图（如ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件，AutoCad的DXF/DWG格式等）；

2.利用扫描仪将纸质地图扫描为TIF等栅格图像格式后存入计算机，再利用矢量化软件进行手工矢量化，把需要的内容在计算机上重新画出，这样工作量大而且烦琐。

3.将图纸扫描成栅格图像存入计算机，再用专业数字化软件自动将栅格格式的文件转化成矢量格式的文件，并进行必要的手工修图处理，这样就得到了理想的可再编辑的电子工程图纸。

4.使用特殊的数字化扫描仪将图纸内容自动数字化，这样扫描和矢量化同时进行，扫描的结果就能以矢量化的格式存盘。

图1 系统体系结构

图2 系统数据分类设计

5.在GIS软件中直接绘制与录入空间数据、属性数据。

由于校园地图数据量不是很大，加之目前我们没有数字化仪等可将地图矢量化的设备和软件。因此我们采用第二种方式，即使用MapInfo软件自身的数字化功能，将现有的校园栅格图手工矢量化。

栅格地图矢量化，对于我们得到的校园栅格图形，需要对其进行矢量化以得到我们需要的矢量图形。一般栅格图像常见的格式有TIFF，BMP，JPEG等。然而栅格图像在地理应用领域存在着许多的缺陷，而矢量图形则不同。在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、而）或多个矢量单位的结合体。基于这样的数据结构，便可以很方便地在地图上编辑各个地理要素，将地理要素归类，以及求解各地理要素之间的空间关系，并有利于地图的浏览、输出。如下为在MapInfo中矢量化地图的大体步骤：

（1）首先我们将学校的栅格地图用JPG格式存盘，然后得到一个中间产品的栅格地图。

（2）在MapInfo中打开栅格地图将自动生成一个与该栅格文件同名的TAB文件，并在地图窗口中显示，此时的图层被称为栅格图层如图5.1.2.在生成TAB文件的同时也生成了其他几个文件，即每一个图层生成了四个文件，*.tab，*.dat，*.id，*.map。

（3）在MapInfo中利用保存修饰层的方法建立一个新图层，并将该图层设为可见、可以编辑。利用修饰层来生成新图层可以保证各层尺寸等参数的统一。接下来在新建的图层上参考栅格图层调用MapInfo提供的绘制点、线、折线、圆弧、多边形、矩形、文本、符号等工具进行路径描绘。

（4）每个新图层都是多边形、折线等对象的集合，可以调用MapInfo提供的工具对各对象进行分割、合并、擦除、拖拉等操作，可以对每个对象设置属性信息。

（5）将绘制好的图层汇总到一起。启动MapX的地图管理工具Geoset Manager，在该软件中打开所有图层，保存为一个mapxtreme所需的GST文件（要存放在MapX的Maps目录下）。再将画好的地图注册。至此，矢量化地图的生成工作就结束了。

（二）地理信息系统数据库的建设

在将地图矢量化以后，我们需要将得到的空间数据和属性数据使用数据库的方式存储起来，以便系统使用。但是地理信息系统所需的数据量大，种类烦杂，数据组织是否合理将直接影响到系统性能，所以数据组织是系统设计的关键。我们知道系统的数据分为两种：与地理位置相关的空间数据和与空间位置相关的属性数据，二者通过关键字索引进行连接，如图2。空间数据展示实物的地理位置信息，属性数据记录实物的具体属性。在进行数据库设计时，通过数据分层、图层管理、属性编码和空间索引设计等，建立空间数据库，然后进行属性数据库设计，最后建立空间数据库与属性数据库的连接关系。

本系统的空间数据库主要指地图中的空间信息数据库。其中包括矢量地理底图库、各种专题地图库等，涉及点、线、面等多种类型的文件，以及一些坐标点信息。

考虑到现在流行的GIS系统平台通常仅支持Point，Line和Polygon几种空间数据格式，不同格式的数据存储在不同的层上，本系统根据实物的空间特点以及功能将地图具体分为教学楼、办公用房、教工宿舍、学生宿舍、道路、绿地、后勤服务设施等几层。为方便系统对数据的管理，各类空间数据以Mapinfo的.tab格式（矢量形式）进行存储。