摘 要：采用先進成熟的地理信息技術(shù)和城市管理理念，整合信息資源，建設(shè)標準統(tǒng)一、功能完善、數(shù)據(jù)共享、高效快捷、安全可靠的廣州城管委電子地圖網(wǎng)站系統(tǒng)，向市民提供基于電子地圖網(wǎng)站的城管服務(wù)，以城市管理地理信息化促進我市城管工作現(xiàn)代化，通過電子政務(wù)推進城管部門政務(wù)公開，進一步提高行政決策水平和行政管理效能。

關(guān)鍵詞：電子地圖 組件式GIS 分級顯示 移動GIS

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0017-04

廣州市城市管理委員會作為城市綜合管理部門，涉及到為市民服務(wù)的事項較多，采用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段提升服務(wù)水平是當前該委的迫切任務(wù)。目前，該委已開通了政務(wù)網(wǎng)站，提供政務(wù)信息公開、網(wǎng)上在線申報、網(wǎng)上投訴等服務(wù)功能。為進一步提高城管委服務(wù)水平，需要依托政務(wù)網(wǎng)站，在綜合運用計算機、WEBGIS、嵌入式移動GIS和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以廣州市基礎(chǔ)地理信息框架要素和數(shù)字城管專題數(shù)據(jù)為主體內(nèi)容，建立覆蓋全廣州市的多尺度、多要素、多用途、定期更新的數(shù)字城管專題要素管理與信息發(fā)布平臺，并通過Internet或嵌入式移動設(shè)備（PDA、智能手機等）向公眾或城管工作人員提供城管專題要素或服務(wù)機構(gòu)的瀏覽、查詢、定位、標注、投訴和現(xiàn)場辦公等服務(wù)。

廣州城管委電子地圖網(wǎng)站的建設(shè)是數(shù)字化城市管理綜合平臺的重要組成部分，能顯著提高城管專題要素管理的信息化水平，提高工作效率，在為數(shù)字化城市管理規(guī)劃提供服務(wù)和決策支持，提高數(shù)字城管的社會化服務(wù)水平，增加城市管理的透明度。

該文主要闡述廣州城管委電子地圖網(wǎng)站實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)框架、數(shù)據(jù)庫、功能、接口等設(shè)計。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 組件式、構(gòu)件化開發(fā)技術(shù)

組件式GIS是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件在GIS軟件開發(fā)中的應(yīng)用。組件的構(gòu)件化就是將多個組件組織在一起形成不同的構(gòu)件，隨著構(gòu)件的積累，利用這些構(gòu)件開發(fā)軟件就像搭積木一樣容易。組件技術(shù)是迄今為止最優(yōu)秀也是發(fā)展最快的一種軟件重用技術(shù)，它比較徹底地解決了軟件開發(fā)中存在的重用性、適應(yīng)性差和周期長等問題。組件式GIS具備以下特點：（1）小巧靈活、價格便宜；（2） 直接嵌入MIS開發(fā)工具；（3） 強大的GIS功能；（4） 開發(fā)簡捷。

基于構(gòu)件的軟件開發(fā)（Component-Based Software Development， CBSD，有時也稱為基于構(gòu)件的軟件工程CBSE）是一種基于分布對象技術(shù)、強調(diào)通過可復用構(gòu)件設(shè)計與構(gòu)造軟件系統(tǒng)的軟件復用途徑。基于構(gòu)件的軟件系統(tǒng)中的構(gòu)件可以是COTS（Commercial-Off-the-Shelf）構(gòu)件，也可以是通過其它途徑獲得的構(gòu)件（如自行開發(fā)）。CBSD體現(xiàn)了“購買而不是重新構(gòu)造”的哲學，將軟件開發(fā)的重點從程序編寫轉(zhuǎn)移到了基于已有構(gòu)件的組裝，以更快地構(gòu)造系統(tǒng)，減輕用來支持和升級大型系統(tǒng)所需要的維護負擔，從而降低軟件開發(fā)的費用。

開發(fā)基于構(gòu)件的軟件系統(tǒng)受到以下幾方面因素的影響：（1）COTS構(gòu)件質(zhì)量的提高和種類的增加；（2）要求降低系統(tǒng)開發(fā)和維護成本的經(jīng)濟壓力；（3）構(gòu)件集成技術(shù)的出現(xiàn)；（4）軟件開發(fā)組織內(nèi)可以用于新系統(tǒng)開發(fā)的已有軟件制品的數(shù)量增加。

CBSD整個過程從需求開始，由開發(fā)團隊使用傳統(tǒng)的需求獲取技術(shù)建立系統(tǒng)的需求規(guī)約。在完成體系結(jié)構(gòu)設(shè)計后，并不立即開始詳細設(shè)計，而是確定哪些部分可由構(gòu)件組裝而成。此時開發(fā)人員面臨的設(shè)計決策包括“是否存在滿足某種需求的COTS 構(gòu)件”，“是否存在滿足某種需求的內(nèi)部開發(fā)的可復用構(gòu)件”，“這些可用構(gòu)件的接口與體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否匹配”等。對于那些無法通過已有構(gòu)件滿足的需求，就只能采用傳統(tǒng)的或面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄩ_發(fā)新構(gòu)件。對于那些滿足需求的可用構(gòu)件，開發(fā)人員通常需要進行如下活動：

構(gòu)件鑒定（qualification）：通過接口以及其它約束判斷COTS構(gòu)件是否可在新系統(tǒng)中復用。構(gòu)件鑒定分為發(fā)現(xiàn)和評估兩個階段。發(fā)現(xiàn)階段需要確定COTS 構(gòu)件的各種屬性，如構(gòu)件接口的功能性（構(gòu)件能夠提供什么服務(wù)）及其附加屬性（如，是否遵循某種標準）、構(gòu)件的質(zhì)量屬性（如，可靠性）等。構(gòu)件發(fā)現(xiàn)難度較大，因為構(gòu)件的屬性往往難以獲取、無法量化。評估階段根據(jù)COTS構(gòu)件屬性以及新系統(tǒng)的需求判斷構(gòu)件是否可在系統(tǒng)中復用。評估方法常常涉及分析構(gòu)件文檔、與構(gòu)件已有用戶交流經(jīng)驗、甚至開發(fā)系統(tǒng)原型。構(gòu)件鑒定有時還需要考慮非技術(shù)因素，如構(gòu)件提供商的市場占有率、構(gòu)件開發(fā)商的過程成熟度等級等。

構(gòu)件適配（adaptation）：獨立開發(fā)的可復用構(gòu)件滿足不同的應(yīng)用需求，并對運行上下文做出了某些假設(shè)。系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)定義了系統(tǒng)中所有構(gòu)件的設(shè)計規(guī)則、連接模式和交互模式。如果被復用的構(gòu)件不符合目標系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)就可能導致該構(gòu)件無法正常工作，甚至影響整個系統(tǒng)的運行，這種情形稱為失配（mismatch）。調(diào)整構(gòu)件使之滿足體系結(jié)構(gòu)要求的行為就是構(gòu)件適配。構(gòu)件適配可通過白盒、灰盒或黑盒的方式對構(gòu)件進行修改或配置。白盒方式允許直接修改構(gòu)件源代碼；灰盒方式不允許直接修改構(gòu)件源代碼，但提供了可修改構(gòu)件行為的擴展語言或編程接口；黑盒方式是指調(diào)整那些只有可執(zhí)行代碼且沒有任何擴展機制的構(gòu)件。如果構(gòu)件無法適配，就不得不尋找其它適合的構(gòu)件。

構(gòu)件組裝（composition）：構(gòu)件必須通過某些良好定義的基礎(chǔ)設(shè)施才能組裝成目標系統(tǒng)。體系風格決定了構(gòu)件之間連接或協(xié)調(diào)的機制，是構(gòu)件組裝成功與否的關(guān)鍵因素之一。典型的體系風格包括黑板、消息總線、對象請求代理等。

構(gòu)件更新（update）：基于構(gòu)件的系統(tǒng)演化往往表現(xiàn)為構(gòu)件的替換或增加，其關(guān)鍵在于如何充分測試新構(gòu)件以保證其正確工作且不對其它構(gòu)件的運行產(chǎn)生副面影響，對于由COTS 構(gòu)件組裝而成的系統(tǒng)，其更新的工作往往由提供COTS 構(gòu)件的第三方完成。

1.2 基于SOA的Service GIS

在面向服務(wù)構(gòu)架中，服務(wù)是自包含、模塊化的軟件實體，具有網(wǎng)絡(luò)可尋址的粗粒度接口，服務(wù)的位置對于服務(wù)請求者是透明的，可以被動態(tài)發(fā)現(xiàn)綁定。服務(wù)是松散藕合的，強調(diào)互操作，可以按照某種方式與組件、應(yīng)用程序或其他服務(wù)組合。

ISO/TC2l1中給出了服務(wù)、操作和接口的定義，并給出了者之間的關(guān)系（ISO19119）：

①服務(wù)：由實體通過接口提供的明確功能；

②接口：體現(xiàn)一個實體行為特征的具有名稱的操作集；

③操作：調(diào)用某個對象可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換或查詢的描述，操作具有名稱和參數(shù)列表。

接口的集成形成服務(wù)，其目的是為用戶提供有價值的功能，接口中操作的集成與接口的定義，目的是為了軟件可重用。

GIS服務(wù)可以定義為：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一組與地理信息相關(guān)的軟件功能實體，通過接口暴露封裝的功能。GIS服務(wù)包括GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS功能服務(wù)，GIS數(shù)據(jù)服務(wù)通過接口向外提供空間數(shù)據(jù)，GIS功能服務(wù)通過接口向外提供空間數(shù)據(jù)處理功能。

GIS服務(wù)根據(jù)服務(wù)提供的內(nèi)容不同，可以劃分為GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS功能服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)通過服務(wù)接口向外提供空間數(shù)據(jù)，功能服務(wù)通過接口向外提供對空間數(shù)據(jù)的操作和處理功能，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的增值。

GIS功能服務(wù)和GIS數(shù)據(jù)服務(wù)一起構(gòu)成了GIS服務(wù)鏈集成的服務(wù)基礎(chǔ)。OGG的OWS啟動項目中定義的一系列GIS數(shù)據(jù)服務(wù)的接口定義，如WMS、

WFS、WCS，得到GIS業(yè)界的廣泛認可和采納，為GIS功能服務(wù)接口的定義提供了經(jīng)驗和參考。目前對GIS功能服務(wù)接口的研究剛剛起步，尚不成熟，OGG的Web處理服務(wù)（Web Processing Service（WPS） Specification）提供了空間數(shù)據(jù)操作和計算的總體模型，但是沒有定義具體的功能服務(wù)接口和參數(shù)（OGG 05-007）。GIS功能服務(wù)是通過網(wǎng)絡(luò)向外提供GIS處理功能的Web服務(wù)，與傳統(tǒng)的GIS服務(wù)相比，它的數(shù)據(jù)可以來源于網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過功能服務(wù)的處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。因此GIS功能服務(wù)的特點是服務(wù)處理的數(shù)據(jù)既可以來自本地數(shù)據(jù)，也可以來自網(wǎng)絡(luò)或者其他GIS數(shù)據(jù)服務(wù)。GIS功能服務(wù)的處理結(jié)果可以通過網(wǎng)絡(luò)返回給調(diào)用的用戶或應(yīng)用服務(wù)。分布式GIS功能服務(wù)的特點要求其接口定義與現(xiàn)有GIS系統(tǒng)和GIS服務(wù)中的功能操作（服務(wù)）接口定義不同。

面向服務(wù)的軟件架構(gòu)（Service-Oriented Architecture），SOA是一種組件模型，它通過應(yīng)用程序功能單元（稱為服務(wù)）之間定義完善的接口和契約，來聯(lián)系應(yīng)用程序中的不同服務(wù)。

Service GIS是一種基于面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系，它支持按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來，可以跨平臺、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語言地被多種客戶端調(diào)用，并具備服務(wù)聚合能力以集成來自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。既是地理空間信息（數(shù)據(jù)）的服務(wù)平臺，也是GIS能力（功能）的服務(wù)平臺，還是GIS服務(wù)的聚合和集成平臺。

1.3 基于服務(wù)端和客戶端的雙智能緩存技術(shù)實現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的快速瀏覽

數(shù)據(jù)智能緩存采用服務(wù)器端緩存和客戶端混合緩存的技術(shù)：①服務(wù)器端緩存基于地圖切片的地圖緩存原理，地圖切片之后將其放置于服務(wù)器的虛擬目錄中，在需要顯示某個范圍的地圖時，借助客戶端顯示技術(shù)將這些圖片無縫地拼接在一起，即可得到用戶需要的地圖；②客戶端緩存將服務(wù)器最常訪問的地圖圖片復制到本地存儲器中，當用戶請求該頁面時，直接從本地高速緩存中返回該頁面圖片，從而減少了網(wǎng)絡(luò)通信流量和縮短訪問所需要的時間。

1.4 基于中文分詞和Lucene的全文搜索引擎技術(shù)實現(xiàn)智能化檢索和匹配

Lucene作為一個強大的全文索引引擎工具包，它的全文檢索技術(shù)是信息檢索領(lǐng)域廣泛使用的基本技術(shù)，具有訪問索引時間快、多用戶訪問、跨平臺使用的特點。但是，Lucene是用Java寫的全文檢索引擎工具包，并不是一個完整的全文檢索引擎，而是一個全文檢索引擎的架構(gòu)，可以提供多個應(yīng)用程序編程接口函數(shù)和數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，并能方便地嵌入到各種應(yīng)用中，從而實現(xiàn)針對應(yīng)用的全文索引/檢索功能。

本項目的地圖網(wǎng)站將在深入剖析Lucene的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和索引機制的基礎(chǔ)上，通過集成式二次開發(fā)，將其嵌入到網(wǎng)站的“全站檢索”功能中。應(yīng)用表明：基于Lucene的檢索的結(jié)果由結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)組成，描述針對性強、響應(yīng)速度快、查準率高。

2 總體框架

系統(tǒng)從下往上，共劃分為5層，分別是：硬件設(shè)備、系統(tǒng)層、服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)層、展現(xiàn)接收入層。其中硬件設(shè)備主要是指系統(tǒng)運行所需的基礎(chǔ)環(huán)境及各種硬件設(shè)備；系統(tǒng)層則是系統(tǒng)運行的軟基礎(chǔ)，包括：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件；服務(wù)層：是復雜的應(yīng)用系統(tǒng)抽象出通用的公共部分，這一層的功能是為了降低應(yīng)用開發(fā)的復雜程度，避免應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)重復建設(shè)的問題，廣州市城市管理委員會電子地圖網(wǎng)站的相關(guān)接口都依賴中間件這一層次上的各項功能；應(yīng)用層包括地圖瀏覽、專題數(shù)據(jù)查詢、接受投訴、系統(tǒng)維護更新、數(shù)據(jù)接口功能以及移動GIS服務(wù)功能；展現(xiàn)接入層是系統(tǒng)的可視化表現(xiàn)以及與用戶的交互界面（如圖1）。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 廣州市電子地圖數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

廣州市電子地圖數(shù)據(jù)是由地理實體數(shù)據(jù)構(gòu)成，它是依托廣州市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，通過地理空間框架數(shù)據(jù)的提取、擴充和重組加工得到，主要分為行政區(qū)劃、水系、房屋、道路、植被、鐵路、注記等（如圖2）。

3.2 城管委專題數(shù)據(jù)庫設(shè)計與數(shù)據(jù)制作

城管專題數(shù)據(jù)一方面是與市民生活密切相關(guān)的信息，另一方面也是城市管理規(guī)劃的重要依據(jù)。首先，必須依據(jù)相關(guān)國家標準或行業(yè)規(guī)范制定專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，然后進行專題數(shù)據(jù)的整理、加工、查錯，最后入庫為數(shù)據(jù)的發(fā)布、應(yīng)用打好基礎(chǔ)（如圖3）。

3.3 電子地圖分級顯示的尺度設(shè)計

電子地圖作為地圖網(wǎng)站的背景底圖，從宏觀到細節(jié)按9個尺度進行分級顯示，每一尺度考慮地圖的載負量和圖面配置，顯示適宜的地圖要素細節(jié)。比例尺從小到大分別為1∶60萬、1∶30萬、1∶15萬、1∶6萬、1∶3萬、1∶1.5萬、1∶6000、1∶3000和1∶1500。其中1∶60萬為廣州市全區(qū)域表達尺度，反映地勢起伏、行政區(qū)劃等總體信息；1∶30萬為中小尺度，主要反映區(qū)域內(nèi)主要的水系、山峰，鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)主干交通網(wǎng)絡(luò)；1∶15萬、1∶6萬、1∶3萬、1∶1.5萬為中尺度，主要反映城市內(nèi)的交通框架、主要水系，政府機關(guān)，重要企事業(yè)單位，鄉(xiāng)村等；1∶6000、1∶3000和1∶1500為大尺度，可反映城市內(nèi)的主干道、次干道、街區(qū)，甚至小區(qū)內(nèi)的道路、房屋面、綠地、水系等；且下一級比例尺的要素包含了上一級的要素（如圖4）。

4 功能設(shè)計

4.1 功能結(jié)構(gòu)

如圖5所示。

4.2 基礎(chǔ)查詢

主要提供基礎(chǔ)地理要素查詢，包括按道路名查詢、按單位名查詢、按地名查詢

4.3 城管委專題查詢與統(tǒng)計分析

主要提供城管委專題查詢與統(tǒng)計分析，包括燃氣站點、汽車加氣站、環(huán)衛(wèi)公廁、市政道路施工點、戶外廣告、流動商販準許擺賣點、嚴禁亂擺賣區(qū)域、零星余泥排放點等的插敘與統(tǒng)計分析。

4.4 接收投訴

接受投訴功能是實現(xiàn)城市管理工作政務(wù)公開，接收民眾監(jiān)督、傾聽民意，提升城管工作社會化服務(wù)水平的重要功能，可以通過地圖定位進行投訴，也可以直接進行投訴。

5 接口設(shè)計

系統(tǒng)接口是系統(tǒng)不同部分之間業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系的紐帶，也是不同組件間相互訪問的入口。城管委電子地圖網(wǎng)站主要的接口方式有以下三種：開發(fā)與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)的接口；開發(fā)與行政審批系統(tǒng)的接口；開發(fā)與流動商販公共服務(wù)系統(tǒng)的接口（如圖6）。

6 移動GIS軟件功能開發(fā)

將電子地圖網(wǎng)站及相關(guān)的城管委專題設(shè)施數(shù)據(jù)等遷移到手機等移動終端，通過無線移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)隨時隨地的辦公環(huán)境將極大提升城市管理工作的便捷性、極大提高城管工作的反應(yīng)速度。具體包括支持互聯(lián)網(wǎng)電子地圖在手機終端的瀏覽、支持城管專題數(shù)據(jù)在手機終端的顯示查詢、支持城市管理問題投訴功能以及支持定位和導航。而且手機終端可以通過GPRS在線訪問電子地圖網(wǎng)站服務(wù)器，與電子地圖網(wǎng)站共用同樣的服務(wù)端，移動GIS軟件支持目前主流的手機及手持設(shè)備（如圖7）。

參考文獻

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