基于C/S与B/S混合结构的石漠化信息管理系统研究与应用

2016-07-27刘发勇熊康宁兰安军詹凤丽王小林

中国水土保持 2016年1期

刘发勇，熊康宁，兰安军，詹凤丽，王小林，艾　玉

(1.贵州师范大学中国南方喀斯特研究院，贵州贵阳550001；2.国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心，贵州贵阳 550001；3.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州贵阳550001)

刘发勇1,2，熊康宁1,2，兰安军2,3，詹凤丽3，王小林3，艾玉3

[摘要]针对石漠化综合治理信息管理滞后、成果共享困难等，基于ArcGIS Engine、Microsoft Visual Studio和Dreamweaver开发环境，采用C/S与B/S混合结构体系构建石漠化管理信息系统，介绍了系统体系结构、系统功能、数据组织等。C/S桌面应用系统以ComGIS技术进行组建，实现数据的查询、分析与统计等。基于Internet的WebGIS应用系统通过ArcGIS Server技术实现石漠化综合治理数据及成果信息的共享与发布，为石漠化的综合治理提供技术支撑。

喀斯特石漠化是我国南方亚热带喀斯特地区典型的生态问题[1-4]。随着GIS与RS技术的发展，许多学者将其引入到喀斯特石漠化问题的研究中来，并取得了较好的成果。Leszek Litwin以WebGIS为支撑，使用地图服务器和空间数据库应用程序，建立了阿特拉斯的喀斯特信息网站，提供了建立喀斯特信息管理系统的方案[5]；胡顺光、廖赤眉、谭启宇等在地理统计分析方法的基础上，借助ArcGIS软件中的空间叠加分析功能，实现了从地理基础数据到石漠化专题数据的转化[6-8]；阎熙睿等以南川区石漠化治理数据为主要数据源，提出了石漠化治理成果信息系统数据库建立的具体流程与方法，并对系统功能进行了介绍[9-10]；王钰从系统结构、数据库和网络功能等方面探讨了贵州省石漠化监测与管理信息系统的设计方法，并实现了石漠化治理信息的有效管理与数据共享[11]。综合上述研究成果，目前学术界关于石漠化综合治理成果数据管理、数据库建设和成果共享等方面的专题研究不多，本次研究在国家“十二五”科技支撑计划重大课题的支持下，通过建立基于C/S(Client/Server结构)与B/S(Browser/Server结构)混合结构的管理信息系统，以期能为示范区石漠化综合治理提供一个有效的数据管理体系，为石漠化治理工作的开展、数据集成和成果共享等提供参考。

1系统设计与数据组织

1.1系统体系结构

C/S系统与B/S系统分别有各自的优势与不足。传统的C/S应用系统积累了大量的应用和信息，但其在网络环境下很难实现共享，而借助Internet能充分利用这些已有的应用和信息；B/S模式是一种基于Internet的适用于信息发布与信息查询的系统模式，但随着地理数据的应用，其在线数据处理功能的实现尚存在一些困难[12]。基于上述原因，本研究建立的石漠化信息管理系统以石漠化空间数据为基础，采用C/S与B/S混合结构来构建系统，其中C/S桌面应用系统能实现数据的处理、更新和空间分析等，而B/S网络系统能实现数据的查询、浏览和成果发布等。系统采用数据服务层、逻辑应用层、用户视图层三层体系结构进行搭建：用户视图层是系统与用户的交互层，用户根据需求发送指令；逻辑应用层是系统的中间连接，在接收到用户发送的请求后，通过ArcSDE连接到数据库，实现数据的调用；数据服务层是系统的基础，为系统提供基础数据支持，在逻辑应用层接收到用户层的需求指令后，向数据服务层调用数据，最后将结果返回用户层。逻辑应用层能根据用户的不同需求，提供不同的服务内容。桌面用户以C/S系统为主，而当切换至IE用户时，系统则转为B/S系统。两个系统彼此独立运行，但又通过数据层紧密联系。系统总体框架结构见图1。

1.2系统功能分析

系统功能的完整性决定了系统的实用性。与传统管理信息系统不同，地理信息管理系统的主体是地理数据，地理数据具有空间属性和时间属性，因此在数据的层次结构与数据之间的联系方面存在明显的区别，具体系统功能根据数据结构体系的不同也存在差异。

图1　系统总体框架结构

C/S系统能实现地理数据的基本操作、统计分析、空间查询，以及地图制图等功能；B/S系统分为普通网页与WebGIS网页两大模块，普通网页以文本、图片、报表等形式实现信息的快速查询，但要详细查询大量空间数据库则要采用WebGIS网页服务技术。ArcGIS Server技术是在Internet与地图查询技术相结合前提下发展起来的一种新兴技术，其通过ArcSDE技术调用数据库，在Internet平台上为用户提供地理空间数据的浏览、查询和分析功能，实现基于Web的空间数据发布与共享。

1.3数据组织与管理

石漠化综合治理是一项复杂的工作，需要多源数据的支持，包括基础图件数据、表格数据、文本数据，以及从各类专题图形数据中提取的信息等。根据管理系统的特点，将数据分为三大类，即基础数据、生态环境数据、石漠化专题数据。根据基础数据的特点，再进一步将数据细分为自然环境数据与社会经济数据两类，其中社会经济数据通常以表格形式存储。但在GIS应用系统中为了能直观地对数据进行展示，通常以行政区为单元将社会经济数据连接到行政区数据属性表中，赋予其地理空间信息，在进行地图显示的时候便可以直观地以饼状图和柱状图等形式进行显示。由此建立的主体数据库结构体系见图2。

2系统关键技术

2.1ComGIS

ComGIS技术又称组件式GIS，是在局域网上开发C/S模式地理信息系统的关键技术[12]。组件技术的使用使近年来兴起的面向对象的开发技术进入到成熟的实用化阶段，很好地解决了传统系统开发中代码重用的问题，不仅可以集成到开发者的GIS应用软件中，而且能为系统用户提供二次开发的机会，用户可以根据自己的需求利用组件提供的接口进行再开发，设计出符合自己需求的GIS软件。

图2　主体数据库结构体系

2.2ArcGIS Server

ArcGIS Server是ESRI公司在其主导产品ArcGIS的基础上推出的用于构建集中管理、支持多用户、具备高级GIS功能的企业级GIS应用平台[13]。ArcGIS Server不仅为用户提供了简单快速的服务器端配置和集中的服务管理，而且为用户提供了大量用于地理空间数据操作和分析的组件，通过运行并管理运行在GIS服务器上的服务对象提供GIS资源从而实现相应功能。ArcGIS Server的服务器对象是管理和提供GIS资源服务的软件对象。服务器对象本身是一种粗粒度的ArcObjects组件[14-15]。

2.3ArcSDE

ArcSDE是ArcGIS应用软件调用DBMS数据的通道，是ArcGIS的空间数据引擎(Spatial Database Engine)，其为DBMS提供了一个开放的接口，从而为用户提供空间和非空间数据库的高效率操作服务。ArcSDE采用客户端/服务器体系结构，客户端是用户选择的运行软件，服务器端即为ArcSDE应用服务器和RDBMS服务器，以及用户基于ArcCatalog所建立的地理数据库(Geo Database)。ArcSDE是ArcGIS软件通过关系数据库调用地理空间数据的关键技术。ArcSDE还提供了与其他应用程序的接口，用户可以根据自己的需求将空间数据的检索和分析等功能通过这一接口集成到自己的应用系统中，从而实现功能的模块化组建[16-18]。

3系统的实现与应用

3.1系统开发环境

结合系统决策者与系统运行的需要，系统开发采用可视化、面向对象、事件触发方式的开发语言——VB实现。开发选用Microsoft Visual Studio环境，ArcGIS软件选用ArcGIS 10.0与ArcGIS Engine 10.0的组件模块进行集成二次开发，系统界面设计、GIS接口等采用VB语言进行组建，地理空间数据的输入、处理、输出和数据的图形可视化等采用ArcEngine实现。空间数据和非空间数据通过网站进行信息共享，由普通图文信息和WebGIS空间地图服务信息共同组成。普通网页开发设计工具采用Dreamweaver和Flash实现，WebGIS地图信息采用ArcGIS Server平台发布。

3.2石漠化系统应用

关岭-贞丰花江喀斯特高原峡谷中-强度石漠化综合治理示范区位于贵州省关岭县与贞丰县交界处的北盘江峡谷花江段，是贵州高原上一个典型的喀斯特峡谷区域。该示范区总面积5 161.65 hm2，其中喀斯特面积占87.92%，海拔450～1 450 m，相对高差1 000 m，冬春温暖干旱，夏秋湿热多雨，年均降水量1 100 mm，热量资源丰富，多年平均气温18.4 ℃。以山地为主，耕地资源不足，耕地土层浅薄、分布不连续且保水性与耐旱性差，长期高强度的土地垦殖和乱垦滥伐使土地生产力下降、土壤养分流失。农业产出与生存需求之间的矛盾演变成恶性循环，加剧了石漠化的演化过程，对人类生存造成了严重威胁。经过多年的石漠化综合治理，示范区在实践中探索出转变土地利用方式(由原先以粮食种植为主转为以栽植经果林为主)，并总结出了以特色产业为主的循环经济石漠化综合治理模式。示范区石漠化管理信息系统以示范区石漠化数据库为基础，集石漠化空间数据管理、数据采集、查询统计、空间分析和专题制图于一体，能为石漠化综合治理决策部门提供便利服务。花江示范区C/S桌面应用系统与B/S网络应用系统见图3。

4讨论与结论

本研究以C/S和B/S模式混合结构体系建立喀斯特石漠化信息系统，系统开发具有很强的针对性，通过对系统结构体系、数据组织，以及系统功能的介绍与分析，实现了石漠化综合治理成果数据的管理与网络共享，是对新技术的一种尝试，为实现区域石漠化综合治理模式的推广应用提供了有效的途径。同时，采用组件式GIS开发技术与基于ArcGIS Server的地图发布技术进行系统设计，大大提高了软件的可操作性。在以后的研究中可加强治理成果数据的WebGIS共享应用，实现石漠化综合治理信息数据的更新，为用户更快地掌握最新研究动态提供便利。本次系统设计实现了基本的地图功能服务，但系统功能还有许多有待完善与改进的地方。在今后石漠化管理信息系统开发工作中，应加强桌面系统空间分析功能与WebGIS在线数据分析功能的应用，并建立石漠化专题数据制图技术体系，实现石漠化专题信息的快速制图。