袁懷月,侯澄宇,楊 恒

(中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北 武漢 430080)

基于A rcGIS Flex API的工廠基礎地理信息共享服務系統(tǒng)設計

袁懷月,侯澄宇,楊 恒

(中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北 武漢 430080)

分析傳統(tǒng)B/S模式下WebGIS應用存在的問題,提出一種新型基于A rcGIS Flex API技術構建的 WebGIS開發(fā)框架。采用該框架開發(fā)的工廠基礎地理信息共享服務系統(tǒng)相對傳統(tǒng)WebGIS系統(tǒng)具有可靈活擴展、交互能力強、運行效率高、表現(xiàn)力豐富、用戶體驗好的特點。根據(jù)工廠基礎地理信息管理的需求,系統(tǒng)成功實現(xiàn)了圖文一體化、查詢統(tǒng)計、空間分析和地圖申請與下載等高級 GIS功能。

地理信息系統(tǒng);工廠;A rcGIS Server;Flex

1 概 述

隨著 GIS軟件技術的發(fā)展,地理信息技術在工廠的應用也大致經(jīng)歷了3個發(fā)展階段,第一代 GIS系統(tǒng)是單機版程序,以文件系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù),以圖形管理為主,數(shù)據(jù)管理復雜,數(shù)據(jù)量小。第二代 GIS系統(tǒng)采用Client/Server架構,即客戶端/服務器結構,服務器通常采用高性能的PC工作站或小型機,并采用大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),如O racle、Sybase、Info rmix等,客戶端需要安裝專用軟件。在這種構架中,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化管理,通常有一部分數(shù)據(jù)或邏輯處理會被放在客戶端進行。是一種典型的“胖客戶”類型,這種 GIS系統(tǒng)的布署、升級、維護均較困難。第三代 GIS系統(tǒng)采用Brow ser/Server架構,客戶機上只要安裝一個瀏覽器 ,如 Internet Exp lo rer 或 Netscape Navigato r,就可以同服務器進行數(shù)據(jù)交互。Web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器承擔了絕大部分的客戶請求處理,客戶端只是將處理結果以網(wǎng)頁的形式表現(xiàn)出來,基本不承擔數(shù)據(jù)邏輯處理的任務。這也就是所謂“瘦客戶端”的模式。

但是,隨著B/S模式越來越廣泛應用,其弊端也隨之顯露,客戶端事件處理能力低,只能通過服務器更新頁面數(shù)據(jù),這使WebGIS不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步更新和脫機處理,造成響應速度慢;基于 H TML無法擴展,不利于地理信息的共享和互操作,影響了WebGIS的開發(fā)性和擴展性?？梢?合理分配Web-GIS服務器端和客戶端的資源,提高WebGIS的性能和交互能力,是 WebGIS更加實用的關鍵。富互聯(lián)網(wǎng)應用程序(Rich Internet App lication,RIA)正是為了填補服務器端與客戶端之間的“鴻溝”所設計的一種全新Web應用解決方案,能夠?qū)崿F(xiàn)更加直觀、響應快速、用戶體驗好的應用服務,可以開發(fā)出將桌面軟件的強交互性和豐富內(nèi)容與Web的廣度結合在一起的應用程序。

2 系統(tǒng)采用的關鍵技術介紹

2.1 RIA與Flex技術

RIA是一種具有近似于傳統(tǒng)桌面應用功能和特性的網(wǎng)絡應用。與傳統(tǒng)的將大部分交互應用集中在服務器端的網(wǎng)絡應用程序不同的是,RIA將大部分業(yè)務邏輯從服務器端移植到客戶端,僅保留一些基礎的業(yè)務邏輯在服務器端。這種新的網(wǎng)絡應用架構方式的關鍵機制在于在客戶端與服務器端之間引入了通常被叫做“客戶端引擎”的中間層。這種客戶端引擎通常作為應用初始化的一部分或后續(xù)的程序補丁被下載,從而在瀏覽器的支持下來承擔用戶界面以及與服務器端進行通信的職責。RIA相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡應用的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在:客戶端表現(xiàn)力豐富,RIA界面的反應迅速,可使客戶端和服務器端對資源的需求更加平衡,用戶可在客戶端引擎與服務器端通信的同時異步地進行頁面瀏覽或交互、信息傳輸?shù)男矢摺?/p>

Flex是M acromedia公司(該公司后來被A dobe公司收購)于2004年推出的 RIA客戶端開發(fā)產(chǎn)品,它利用了Flash客戶端在全世界的高普及率(高達98%以上),Flash相比 H TML而言豐富的展現(xiàn)能力這些已有優(yōu)勢,在服務器端動態(tài)地生成 Flash SW F文件返回給瀏覽器客戶端。這樣,如果將Flex的強大客戶端表現(xiàn)能力和服務器端的數(shù)據(jù)邏輯處理能力相結合,就可以向用戶提供超過C/S的用戶體驗。Flex作為RA I構架的解決方案,吸取了C/S和B/S構架的優(yōu)點,同時最大程度避免了兩者的缺點。

2.2 A rcGIS Server

A rcGIS Server是一個發(fā)布企業(yè)級 GIS應用程序的綜合平臺,支持的 GIS軟件可以集中管理并且支持多用戶。A rcGIS Server提供了創(chuàng)建和配置GIS應用程序和服務的框架,這樣可以滿足各種客戶端的各種需求。A rcGIS Server 9.3版本支持使用REST接口發(fā)布 GIS服務,所有的資源和操作都由REST API暴露,這些資源和操作的訪問都是通過A rcGIS Server發(fā)布的 GIS服務的URL得到。

2.3 A rcGIS APIfor Flex

A rcGIS Server Flex開發(fā)接口基于Adobe的RIA技術,ESRI推出的A rcGIS Flex API,它集成了REST API,簡化了在 Web上對 GIS資源的訪問。使用A rcGIS Flex API開發(fā)的Flex應用,可以非常便捷地使用地圖功能和REST接口提供的GIS查詢及分析功能,開發(fā)人員可快速創(chuàng)建出功能豐富、操作便利并具備極強視覺沖擊力的WebGIS應用程序。

2.4 Flex數(shù)據(jù)通信服務

Flex中提供了3種方式與數(shù)據(jù)庫通信:Http S-ervice、WebService和 Flash Remoting。系統(tǒng)主要使用了后2種通訊技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫查詢,簡單介紹如下:

WebService對象位于m x.rpc.soap包。從用戶的角度看,WebService就是一個應用程序,它向外界暴露出能夠通過Web進行調(diào)用的API集合,用戶可以通過調(diào)用這些 API來實現(xiàn)某些功能。WebService采用 WSDL(WebService描述語言),用來描述WebService的相關信息及其函數(shù)、參數(shù)和返回值。WSDL使用XM L語法,并定制了嚴格的格式。在WSDL中,包括了 WebService程序的路徑、所有的函數(shù)以及每個函數(shù)所要求的參數(shù)等信息。

Flash Remoting是一種連接Flash客戶端和服務端的技術,它采用基于二進制的AM F協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換,其最大特點是在信息交互時可以自動完成客戶端數(shù)據(jù)類型到服務端數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換,由于它采用二進制對數(shù)據(jù)進行編碼,傳送效率高,遠遠超過 H TTPService、WebService等方式,因此,采用Flash Remo ting方式可以大大地提高頁面響應速度。系統(tǒng)利用開源的第三方軟件 Fluorinefx和.NET平臺來實現(xiàn)對遠程服務的訪問,Fluo rinefx作為Flash客戶端與.NET交互的應用網(wǎng)關,負責Flex與.NET之間的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換,部署在J2EE/.NET應用服務器上,連接客戶端與遠程服務;遠程服務則在.NET環(huán)境中編碼實現(xiàn),并以類庫的形式駐留在應用服務器上供客戶端RemoteObject組件調(diào)用。

3 系統(tǒng)框架設計與實現(xiàn)

基于A rcGIS Flex API的工廠基礎地理信息共享服務系統(tǒng)開發(fā)框架設計如圖1所示。

3.1 數(shù)據(jù)層

圖1 基于ArcGIS Flex API的工廠基礎地理信息共享服務系統(tǒng)開發(fā)框架

數(shù)據(jù)層主要包括空間數(shù)據(jù)引擎A rcSDE以及工廠基礎地形圖、各種管線專題圖(如:生產(chǎn)上水、生活上水、消防水、供電、高爐煤氣等)和其他業(yè)務數(shù)據(jù)(如:用于位置搜索的道路名稱、重點建筑物名稱等)?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存取在Oracle10g中,由A rcSDE進行統(tǒng)一維護管理;其他一些數(shù)據(jù),如系統(tǒng)配置文件、圖片、視頻等不便于數(shù)據(jù)庫存儲管理的數(shù)據(jù)以文件的方式存放在服務器端,供服務層調(diào)用。

3.2 服務層

服務層作為整個框架的核心,提供 GIS地圖服務和遠程服務。A rcGIS Server作為 GIS應用服務器,為客戶端提供柵格地圖服務、矢量地圖服務、屬性查詢服務等 GIS服務,并通過A rcSDE連接空間數(shù)據(jù)庫。基于J2EE/.NET的應用服務器則提供各種遠程服務,方便客戶端與后臺進行業(yè)務數(shù)據(jù)交互。用戶對空間對象的信息查詢將通過各種地圖服務對空間數(shù)據(jù)進行查詢,而對業(yè)務數(shù)據(jù)的查詢將利用基于WebServer或基于AM F協(xié)議的Flash Remoting技術調(diào)用遠程服務進行查詢統(tǒng)計。

3.3 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層借助 A rcGIS API fo r Flex和 Flex Framework來設計與實現(xiàn)。為了保證系統(tǒng)框架的簡易性、靈活性、可重用性、可擴展性,根據(jù)功能對整個表現(xiàn)層進行組件劃分,每個組件完成不同的應用邏輯,但各個組件又可以互相通信,協(xié)同工作。表現(xiàn)層主要包含AppManager(應用管理器)、AppConfig(應用配置器)、AppU I(界面管理器)、EventM anager(事件管理器)、M apContainer(地圖容器)、W idgetsContainer(工具集容器)6個組件。

AppManager作為一個容器管理整個富客戶端,實例化客戶端組件,并對處于生命期的組件進行維護,在組件之間建立通信。

AppConfig負責對基于XML格式的應用配置文件進行解析、維護、管理,為其他組件提供相關的配置信息。

AppU I利用界面配置信息,建立整個WebGIS應用框架客戶端的用戶界面,比如界面CSS樣式、控制條、菜單選項、工具欄等,同時實現(xiàn)菜單、工具欄與其他組件的交互接口。

MapContainer是整個WebGIS應用框架的地圖管理核心,響應用戶對地圖的操作和交互。通過請求地圖服務,實現(xiàn)對地圖的顯示、信息查詢、分析,并在客戶端對地圖進行渲染。

W idgetsContainer是 W idget(小工具)的容器和管理器,實例化各個獨立的Widget,安排其布局,完成 Widget在生命期中與其他組件的通信與交互,基于這樣的模式,開發(fā)者可以擴展或自定義Widget,并交WidgetsContainer組件托管。

EventM anager負責整個 WebGIS應用框架富客戶端的事件分發(fā)和監(jiān)聽。AppM anager組件通過調(diào)用它的消息分發(fā)、消息監(jiān)聽方法來實現(xiàn)各種組件之間的通信交互。

從用戶啟動富客戶端到與富客戶端進行交互,表現(xiàn)層經(jīng)過了如下的生命周期:

1)Flash Player通過加載和運行容器Flash文件,在瀏覽器里啟動Flash應用程序;

2)客戶端開始實例化,AppManager從 Web Server加載XML配置文件和皮膚 Flash文件應用于整個應用程序;

3)基于配置文件,M apContainer容器從地圖服務器加載Map Services。容器同時也構建并且在控制條上顯示菜單和來自配置文件的標記信息;

4)WidgetsContainer根據(jù)在配置文件中指定的 URL s加載 W idget Flash Files;

5)用戶操作Widgets運行各種業(yè)務邏輯。

表現(xiàn)層這種設計方法的優(yōu)點是:

1)使開發(fā)人員擺脫地圖管理、地圖導航、應用配置、組件間的通信、數(shù)據(jù)管理等繁重復雜的編程工作,專注于核心業(yè)務功能開發(fā)。

2)只需要在應用程序的配置文件中增加配置項,就可以將功能以 W idget的形式快速部署到已有的應用中。

3)容器由一系列高粘性、低耦合組件組成。容器會把關注的任務交給相應的組件去完成,這樣不但簡化了代碼維護和定制,而且縮小了模塊編寫過程中產(chǎn)生的阻力。

系統(tǒng)的交互界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的交互界面

4 系統(tǒng)主要功能模塊描述與實現(xiàn)

根據(jù)大型工廠基礎地理信息管理的需求,系統(tǒng)設計了下列功能:

1)地圖瀏覽。用戶可以使用多種方式瀏覽地圖,常用的工具有放大地圖、縮小地圖、平移地圖、顯示全圖,用戶還可直接拖動比例尺條來縮放地圖。

2)鷹眼地圖。用戶通過鷹眼地圖了解系統(tǒng)當前界面范圍相對于整個工廠地圖所處的大概位置。在鷹眼地圖中使用鼠標移動矩形框,系統(tǒng)界面范圍便會放大到相應位置。

鷹眼地圖實現(xiàn)方法是:將小比例尺的地圖(如1∶50 000)發(fā)布成地圖服務,在 Widget工具放入一個Map地圖控件,地圖控件加載該服務即可。當用戶移動或縮放系統(tǒng)主視圖時,系統(tǒng)發(fā)送消息給鷹眼地圖,鷹眼地圖收到消息后重新根據(jù)主視圖Map的Extend屬性繪制矩形框,矩形框表示當前主視圖范圍相對于整個工廠地圖所在的地理位置;反過來,當用戶移動鷹眼地圖的矩形框時,系統(tǒng)發(fā)送消息給主視圖,通知主視圖更新Extend屬性,實現(xiàn)地圖的移動。

3)圖層控制。使用 A rcGISTiledM ap Service-Layer標簽來獲取瓦片圖層數(shù)據(jù)服務,使用A rcGISDynamicMap ServiceLayer標簽來獲取動態(tài)地圖的數(shù)據(jù)服務,因為瓦片圖層是作為底圖來顯示,動態(tài)地圖是疊加到瓦片圖層上顯示的,所以標簽放置的順序就應該是瓦片圖層在前,動態(tài)圖層在后。動態(tài)地圖顯示如否、圖層的透明度可由終端用戶自由控制。

4)專題地圖。對于一些經(jīng)常被調(diào)閱的專題地圖,如生產(chǎn)上水專題、工業(yè)循環(huán)水專題、供電系統(tǒng)等,在A rcMap中渲染好,采用瓦塊圖層方式發(fā)布成地圖服務,這樣地圖顯示速度快,用戶體驗好。

5)信息查詢。查詢功能中主要實現(xiàn)了屬性到圖形查詢、圖形到屬性查詢、空間關系查詢。例如從圖形查詢屬性這個功能的實現(xiàn),首先要接收用戶點擊處的坐標,然后遍歷當前視圖上的所有層,獲取靠近點擊處一定范圍內(nèi)的要素目標。組合條件查詢要求選擇字段名和字段值構成組合條件來查詢地理要素。

6)位置搜索。系統(tǒng)可針對道路名稱、重點建構筑物名稱進行快速定位搜索。實現(xiàn)方法是將位置信息發(fā)布成一個地圖服務,終端用戶直接針對該地圖服務進行搜索,開發(fā)時使用A rcServer的 Find Task來實現(xiàn)。

7)區(qū)域圖定位。將工廠按生產(chǎn)工藝分成若干個區(qū)域,用戶選擇特定區(qū)域名稱后,系統(tǒng)界面范圍可快速定位該區(qū)域,如選擇高爐區(qū),則界面范圍縮放到高爐區(qū)的范圍。實現(xiàn)這個功能主要是要獲取用戶選擇的范圍(各區(qū)域范圍值存儲在配置文件中),然后將用戶選擇的范圍賦給M ap地圖控件的 Extent屬性,這樣就實現(xiàn)定位了。

8)緩沖分析。緩沖區(qū)就是地理空間目標的一種影響范圍或服務范圍,系統(tǒng)可以根據(jù)圖層中的點、線、面要素,在選定的地理要素周圍根據(jù)設定的緩沖距離產(chǎn)生緩沖區(qū)多邊形。如對拆遷范圍進行20 m的緩沖,求出其緩沖區(qū)范圍,以供進一步處理計算。

9)經(jīng)濟技術指標統(tǒng)計。該模塊提供了對建(構)筑物的建筑面積、占地面積、建筑密度、數(shù)量,綠化面積、綠化率,道路面積、長度,鐵路長度、占地面積等工廠總圖設計經(jīng)濟技術指標進行快速計算和統(tǒng)計的功能,同時還提供了全廠范圍、指定區(qū)域、用戶輸入坐標范圍、用戶選擇范圍等多種統(tǒng)計方式。

由于需要統(tǒng)計在指定范圍內(nèi)的地物面積,因此,對于部分落在指定范圍內(nèi)的地物需要先裁剪再計算面積,而不是簡單的查詢統(tǒng)計。同時考慮到效率問題,在服務器端并沒有使用A rcGIS Server提供的ITopologicalOperato r接口和 IRelationalOperato r接口,而是利用 A rcSDE提供的 sde.st_intersection、sde.st_intersects、sde.st_area 等 sql函數(shù)直接對數(shù)據(jù)庫中st_geometry進行空間關系判斷和裁剪操作。其實現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3 實現(xiàn)流程

10)綜合管線統(tǒng)計。在大型工廠廠區(qū)內(nèi),往往密布各種地上地下管線,種類往往達到幾十種之多。該統(tǒng)計功能通過鼠標指定統(tǒng)計范圍,對區(qū)域范圍內(nèi)的各種管線的長度、管線附屬設施的數(shù)量進行快速統(tǒng)計,使用 Geop rocessing Services來完成管線的裁切工作,在flex中實現(xiàn)裁切后的統(tǒng)計工作,最終結果在客戶端以樹形結構予以表示。

11)管線縱橫斷面繪制?，F(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中,往往充滿了各種縱橫交錯的空中與地下管線,管線在企業(yè)的正常生產(chǎn)和維護中,發(fā)揮著極其重要的作用。選擇的單一管線或首尾相連的幾條管線的縱斷面進行分析,通過地表模擬線插值進行管線縱斷面分析,能讓用戶直觀地看到管線的空間分布;通過對用戶繪制的線段與所相交的管線進行橫斷面分析,能讓我們對管線的相互位置與關系一目了然。

12)地圖申請與下載。遠程用戶可以申請指定范圍的地圖數(shù)據(jù)。用戶填寫申請單,得到管理員審批后,就可以下載AutoCAD格式的地圖數(shù)據(jù)到本地。這些地圖數(shù)據(jù)由后臺服務程序從A rcSDE的空間數(shù)據(jù)切割而來。

后臺服務程序 FileConvertServer采用A rcGISEngine開發(fā),數(shù)據(jù)通訊技術采用 WebServer。該服務程序接收要下載的圖層參數(shù)(各圖層用“,”分隔開的字符串)和范圍參數(shù)(坐標對字符串),實現(xiàn)數(shù)據(jù)裁剪和轉(zhuǎn)換功能,結果以Dxf格式文件保存服務器的特定目錄,供終端用戶下載時使用。

13)信息管理與發(fā)布。發(fā)布的信息包括企業(yè)規(guī)劃設計部門和工作人員的辦公信息、各類文件通報、工作計劃、日程安排、會議通知、統(tǒng)計資料、法律法規(guī)等。

14)權限管理。根據(jù)崗位角色,使不同級別和部門的用戶具有不同的權限。按照對信息系統(tǒng)的操作權力和對數(shù)據(jù)訪問權限,設置功能表對應所屬的功能權限。將各部門人員按級別和職責劃分為不同的崗位,通過創(chuàng)建角色表和操作權限表確定操作人員所屬角色及其所具有的操作和訪問權限。

5 網(wǎng)絡環(huán)境和安全

5.1 網(wǎng)絡環(huán)境

系統(tǒng)使用兩臺服務器:一臺作為數(shù)據(jù)庫服務器,安裝有Oracle10g和A rcSDE空間數(shù)據(jù)引擎;另一臺作為應用服務器,安裝A rcGIS Server,部署系統(tǒng)應用程序。由于工廠基礎地理信息反映了工廠的總圖布置等各種信息,屬于工廠的保密資料,故終端用戶局限在企業(yè)內(nèi)部的規(guī)劃設計部門、能源中心、土地管理和房產(chǎn)管理等相關部門,只允許在企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)使用,不對工廠以外范圍開放。

5.2 安全認證機制

系統(tǒng)設置了較嚴格的安全認證機制。首先,用戶在登錄頁面上輸入用戶名和密碼后,系統(tǒng)會將其與用戶信息表中的用戶名和密碼字段匹配,如果相符就將用戶名保存到會話(Session)中,進入主頁面,不匹配的話則顯示錯誤信息。其次,如果用戶繞過登錄頁面直接輸入主頁面的地址,每個頁面初始化時都會檢查會話中是否有用戶名的信息,沒有則直接跳回到登錄頁面,所以不可能出現(xiàn)未經(jīng)登錄就查看到主頁面的情況。

6 結束語

本文探討了在B/S模式下基于Flex技術的企業(yè)級Web發(fā)布的GIS應用開發(fā)方式,設計并實現(xiàn)了某工廠基礎地理信息共享服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于Flex的WebGIS的系統(tǒng)框架,克服了原有 WebGIS開發(fā)中存在的交互性差、響應速度慢等缺陷,它能夠呈現(xiàn)更加豐富、體驗性更強的用戶界面,為WebGIS的應用提供了一種嶄新的表現(xiàn)機制。事實證明基于A rcGIS Flex API的可重用、可擴展的框架設計,使得功能擴展成為可能,大大地提高了開發(fā)和部署效率,為WebGIS應用的開發(fā)提供了新的思路。系統(tǒng)利用網(wǎng)絡和A rcGIS Server進行地圖數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的發(fā)布,能夠?qū)崿F(xiàn)工廠地圖信息的廣泛共享,并實現(xiàn)了各種復雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,特別是矢量地圖數(shù)據(jù)的下載功能改變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)依靠人工面對面溝通的方式,系統(tǒng)為用戶提供高質(zhì)量的基于空間信息的服務。

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Design of basic geographic information sharing and serving system used in factory based on ArcGIS Flex API

YUAN Huai-yue,HOU Cheng-yu,YANG Heng
(W uhan Surverying-Geotecthnical Research Institute Co.,L td of MCC,W uhan 430080,China)

The paper analyzes the issues of WebGIS app lication based on B/S,and p roposes a rich Internet WebGIS framework based on A rcGIS Flex API.U sing this design framewo rk,we develop a factory Basic Geographic Information Sharing And Serving System w hich is extensible neatly,efficient and inter-operation efficiently,w ith rich p resentation and user rich experience.This system design may advance GIS functions,such as graphics w ith context,GIS query and statistics,spatial analysis,dow nload a map after app lication and so on.

Geographic Information System;factory;A rcGIS Server;Flex

P208

A

1006-7949(2011)02-0061-05

2010-08-15

袁懷月(1978-),男,工程師.

[責任編輯劉文霞]