丁 憶 ，蔣陳純 ，周 建

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

第三次全國經(jīng)濟普查要求利用統(tǒng)計電子地理信息系統(tǒng)，全面建立普查區(qū)電子地圖，以確保普查區(qū)全域覆蓋，普查對象不重不漏，并且普查小區(qū)界是在行政區(qū)劃的基礎(chǔ)上再劃分普查小區(qū)，這就需要以最新的高清影像或現(xiàn)勢性強的線劃地形圖作為底圖參考，由分布在各地的基層單位熟悉行政區(qū)劃邊界的工作人員來負責(zé)實施劃分工作。為充分利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，將分散在基層的信息源有效集中，并快速、準確地確定普查區(qū)界線，本文提出了“基于WebGIS的第三次經(jīng)濟普查邊界劃分系統(tǒng)”的設(shè)計方案。在重慶市的經(jīng)濟普查區(qū)劃分工作中以此方案為基礎(chǔ)開發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，配合自上而下的工作組織模式，在短時間內(nèi)高效、高質(zhì)量地完成了全市8.24萬km2的普查區(qū)劃分任務(wù)。

1 系統(tǒng)分析[1,2]

1.1 總體需求

對于重慶市來說，第三次經(jīng)濟普查區(qū)劃分工作時間緊、任務(wù)重，按照“地方分級負責(zé)”原則，在規(guī)定的20 d內(nèi)需要將全省市的幾十個區(qū)縣界、幾千個鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界、上萬個社區(qū)（村）界、幾萬個普查小區(qū)界全部矢量化，工作量相當大。鑒于此次任務(wù)矢量化數(shù)據(jù)多、時間短且普查人員對行政區(qū)劃邊界不熟悉等因素，利用鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）以及社區(qū)（村）工作人員熟悉自己管轄區(qū)域邊界的優(yōu)勢，采取由市級統(tǒng)計部門統(tǒng)籌安排，區(qū)縣級統(tǒng)計部門組織鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）人員以及社區(qū)（村）人員完成行政區(qū)劃的矢量化工作，最后再由普查人員在行政區(qū)劃界的基礎(chǔ)上劃分普查小區(qū)的工作組織模式，以提高工作效率和邊界準確性。采用這種模式，工作人員分散，需要解決集中編輯的問題，這就需要開發(fā)出一個基于Web的在線、高效矢量編輯系統(tǒng)。

1.2 功能需求

為了滿足經(jīng)濟普查區(qū)劃分人員對地圖查看、操作等用戶體驗服務(wù)的需求，滿足用戶對系統(tǒng)的可操作性要求。在線劃分系統(tǒng)除需實現(xiàn)地圖瀏覽、放大縮小、全圖等基本功能外，還需實現(xiàn)：①矢量數(shù)據(jù)的編輯功能，包括面要素的切割、合并功能和點要素的移動、修改、刪除、增加功能。②屬性信息修改和顯示功能，包括區(qū)縣、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）、社區(qū)（村）、普查小區(qū)名稱和代碼的填寫及顯示、查看功能。③程序自動檢查功能，包括同一層級內(nèi)的界線和駐地在數(shù)量、名稱、代碼的邏輯一致性，以及無壓蓋、無縫隙等拓撲檢查功能。④權(quán)限設(shè)置，包括對區(qū)縣級、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）級、社區(qū)（村）級、普查小區(qū)級4個不同級別登錄后，顯示和修改信息的權(quán)限進行分別設(shè)置。

1.3 性能需求

為了保障用戶操作的連續(xù)性、應(yīng)用的可靠性，本系統(tǒng)最重要的性能指標是在一定的負載條件下的響應(yīng)時間（包括最短響應(yīng)時間、平均響應(yīng)時間和最大響應(yīng)時間）。在客戶端連接數(shù)確定的情況下，該指標與客戶端當前的網(wǎng)絡(luò)情況、操作次數(shù)、編輯地圖的復(fù)雜程度、切割和融合面要素的大小、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及投入成本等條件有關(guān)系。

通過分析和整合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，重慶市最大社區(qū)數(shù)約1萬個，假設(shè)每個社區(qū)有1個用戶在此系統(tǒng)進行操作，最大在線人數(shù)約為1萬個，在操作面要素切割以及面要素合并時需滿足最短響應(yīng)時間為2 s，平均響應(yīng)時間為7 s，最大響應(yīng)時間為15 s的要求。為了滿足性能上的需求，并降低成本，要求服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可及時擴展，并在適當?shù)臅r候釋放服務(wù)器和關(guān)閉服務(wù)器，以達到收縮和收回服務(wù)器資源的能力。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

2.1.1 系統(tǒng)框架[3-5]

WebGIS第三次經(jīng)濟普查邊界劃分系統(tǒng)采用的是基于Net3.5平臺與ServLight技術(shù)的3層結(jié)構(gòu)，雖然Servlight技術(shù)為富客戶端模式，但是Servlight可以更好地控制和渲染地圖，有利于地圖在線編輯的開發(fā)與實現(xiàn)。本系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)包括客戶機、應(yīng)用服務(wù)器與Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器與瓦片地圖服務(wù)器。系統(tǒng)以B/S方式為主，后臺數(shù)據(jù)加載備份以C/S方式實現(xiàn)。圖1為系統(tǒng)軟件總框架。

圖1 系統(tǒng)總框架設(shè)計圖

表現(xiàn)層：實現(xiàn)了客戶端開發(fā)的相對獨立。在ArcGIS Server 中，連接器能夠處理ASPX、JSP、ArcXML和Coldfusion式的請求，因此可根據(jù)自己的實際情況選擇ASPX、JSP等開發(fā)方式，不再局限于某一具體開發(fā)工具。本系統(tǒng)采用Servlight + ASPX模式開發(fā)。

邏輯層：連接器與應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器與空間服務(wù)器之間利用ArcXML進行通訊，不管客戶端是以何種方式提供請求，應(yīng)用服務(wù)器和空間服務(wù)器都是處理ArcXML式的請求，減小了應(yīng)用服務(wù)器和空間服務(wù)器的負擔。ArcXML是ESRI公司根據(jù)XML標準開發(fā)的。XML具有良好的數(shù)據(jù)描述方法、可擴展性、半結(jié)構(gòu)化、跨平臺等特點，使得不同的WebGIS系統(tǒng)能夠借助XML實現(xiàn)通訊而不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)層：采用大型數(shù)據(jù)庫存儲網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，利用高性能的空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE支持海量數(shù)據(jù)的高效存儲與檢索，ArcGIS Server還可以針對應(yīng)用需求提供地圖服務(wù)。

硬件層：包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及存儲設(shè)備，采用分布式模式，可動態(tài)添加服務(wù)器設(shè)備，提高服務(wù)端的服務(wù)能力。

2.1.2 功能開發(fā)

本系統(tǒng)是基于ArcGIS Servlight API開發(fā)的WebGIS在線編輯系統(tǒng)，利用ArcGIS Server、ArcGIS SDE、Oracle、IIS作為服務(wù)端，利用ArcGIS Servlight API提供的接口開發(fā)出以下功能以滿足系統(tǒng)的需求。

1）矢量數(shù)據(jù)的編輯功能開發(fā)。此系統(tǒng)首先需考慮網(wǎng)絡(luò)情況、用戶識圖能力、用戶操作能力等因素；其次需重點考慮面要素的壓蓋、縫隙等拓撲關(guān)系處理問題。因此，系統(tǒng)在開發(fā)面要素的處理時，只對用戶提供面要素的切割、合并功能，而不提供刪除、移動、重構(gòu)功能。這樣用戶在對面要素進行操作時，系統(tǒng)就不需要關(guān)注面要素的拓撲問題。由于點要素的編輯不用考慮壓蓋等拓撲問題，所以對點要素提供移動、刪除、添加功能，以確保點位的準確性。

2）屬性信息修改和顯示功能開發(fā)。在屬性信息處理中，本系統(tǒng)只對普查邊界和駐地點必要字段進行修改和顯示，主要字段為區(qū)縣、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）、社區(qū)（村）、普查小區(qū)名稱和代碼，但是不同的層級改動的信息不同。

區(qū)縣界：只有區(qū)縣界面要素層，不可修改，含區(qū)縣名稱、代碼字段。

鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界：包括鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）面要素、駐地點2層，可修改區(qū)縣和鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）的名稱、代碼字段。

社區(qū)（村）界：包括社區(qū)（村）界面要素、駐地點2層，可修改區(qū)縣、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）、社區(qū)（村）的名稱和代碼字段。

普查小區(qū)：只有普查小區(qū)面要素層，可修改區(qū)縣、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）、社區(qū)（村）、普查小區(qū)的名稱和代碼字段。

3）程序自動檢查功能開發(fā)。系統(tǒng)根據(jù)需求設(shè)計自動檢查功能，主要實現(xiàn)的功能有：同一層級內(nèi)的界線和駐地在數(shù)量、名稱、代碼的邏輯一致性檢查；普查邊界不壓蓋、無縫隙等拓撲檢查；統(tǒng)計不同層級下的普查區(qū)個數(shù)。

4）權(quán)限設(shè)置開發(fā)。系統(tǒng)實現(xiàn)了不同層級擁有不同的權(quán)限，上一級對下一級數(shù)據(jù)有修改、管理的權(quán)限。

管理員權(quán)限：可修改所有數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)維護人員掌握。

區(qū)縣層級權(quán)限：可修改鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界、政府駐地矢量和屬性信息，由區(qū)縣統(tǒng)計局人員使用。

鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）層級權(quán)限：可修改社區(qū)（村）界、政府駐地矢量和屬性信息，由鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）人員使用。

社區(qū)（村）層級權(quán)限：可修改普查小區(qū)界矢量和屬性信息，由社區(qū)（村）人員使用。

5）用戶監(jiān)控開發(fā)。本系統(tǒng)對用戶登錄、矢量數(shù)據(jù)修改、屬性修改以及退出等操作全程監(jiān)控，如果有需要可根據(jù)用戶需求以及日志情況進行恢復(fù)。此功能也可實現(xiàn)對服務(wù)器動態(tài)分配與添加等操作，以滿足性能需求。

在服務(wù)器架設(shè)方面，為了滿足低成本、高性能、臨時性的需求，本系統(tǒng)采用短期租用“阿里云”虛擬服務(wù)主機模式，在并發(fā)用戶數(shù)多、服務(wù)器壓力過大的情況下，可以根據(jù)用戶數(shù)量，增加虛擬主機的數(shù)量和資源配置，并對用戶連接進行分流，以保障服務(wù)能力和服務(wù)效率。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計[6]

2.2.1 數(shù)據(jù)構(gòu)成

系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)成主要包含現(xiàn)有區(qū)縣、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）、社區(qū)（村）界與行政駐地矢量數(shù)據(jù)，以及重慶市1︰ 2 000的影像底圖和線劃地形圖。

先對現(xiàn)有邊界數(shù)據(jù)內(nèi)容進行分層分類，建立空間數(shù)據(jù)集，初始化邊界矢量數(shù)據(jù)。將現(xiàn)有鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界、社區(qū)（村）界和駐地作為初始化圖層，在數(shù)據(jù)層級方面是以6位代碼、區(qū)縣身份對鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界以及駐地進行相應(yīng)的修改。以9位代碼、鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）身份對社區(qū)（村）界以及駐地進行修改。以12位代碼、社區(qū)（村）身份對普查小區(qū)進行劃定與修改，如圖2所示。

圖2 第三次經(jīng)濟普查編碼

本系統(tǒng)底圖包括影像底圖和線劃地形圖，通過調(diào)用天地圖·重慶底圖服務(wù)以確保底圖數(shù)據(jù)的權(quán)威性與穩(wěn)定性。用戶可以根據(jù)底圖獲取相對位置以確保切割與合并面要素時的準確性與完整性。

2.2.2 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)存儲[7]

通過對現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Oracle數(shù)據(jù)，建立初始化矢量數(shù)據(jù)，然后進行存儲。針對空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的存儲主要有以下3種方案：數(shù)據(jù)庫混合結(jié)構(gòu)模型；數(shù)據(jù)庫擴展結(jié)構(gòu)模型；數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型。

本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫擴展模型統(tǒng)一存儲空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，這種模式只是在標準的數(shù)據(jù)庫上添加1個空間數(shù)據(jù)管理層。相對于其他2種模式優(yōu)點在于省去了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間的連接關(guān)系，提高了空間數(shù)據(jù)存取速度，保證了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的完整性和關(guān)聯(lián)性。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫擴展結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用的是ESRI ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎 + Oracle的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲與管理空間數(shù)據(jù)，可確?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與統(tǒng)一修改更新。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)與部署

本系統(tǒng)必須滿足單一Web站點配合多地圖編輯服務(wù)站點配置的分布式配置，這樣設(shè)計優(yōu)點在于可以減少單個地圖點擊服務(wù)器的壓力以提高地圖操作時的響應(yīng)速度。

在系統(tǒng)軟硬件運行環(huán)境方面，第一，在滿足多用戶在線的情況下，最短時間響應(yīng)用戶操作需求；第二，在服務(wù)器響應(yīng)不夠情況下，能添加服務(wù)器以及添加其他配套設(shè)備；第三，能快速處理用戶編輯數(shù)據(jù)以及大用戶量并發(fā)操作；第四，在穩(wěn)定性方面具備7×23 h無故障高效運行（其中每天00：00～01：00服務(wù)器停機，做數(shù)據(jù)備份、緩存清理、部分服務(wù)器重啟等操作）。因此，系統(tǒng)硬件設(shè)計應(yīng)具備高可靠性、高可用性、數(shù)據(jù)保密、數(shù)據(jù)保護、可維護性、可擴充性等性能；在軟件方面應(yīng)支撐Windows環(huán)境和集群能力。

本系統(tǒng)采用政務(wù)網(wǎng)瓦片地圖服務(wù)器與地圖編輯服務(wù)器結(jié)合方式，形成一個完善的服務(wù)器集群，可提高服務(wù)能力，解決單一服務(wù)壓力的問題。可以對在線用戶數(shù)以及每個服務(wù)器在線人數(shù)進行實時監(jiān)控，并動態(tài)分配和添加服務(wù)器以滿足需求。地圖編輯服務(wù)器主要采用本地服務(wù)器與租用“阿里云”服務(wù)結(jié)合，提供快速的響應(yīng)速度和良好的用戶體驗。圖4為系統(tǒng)總體部署結(jié)構(gòu)圖。

圖4 系統(tǒng)總體部署結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)應(yīng)用于重慶市第三次經(jīng)濟普查區(qū)劃分工作中，在短時間內(nèi)按時保質(zhì)保量地完成了重慶市經(jīng)濟普查小區(qū)的劃分工作，驗證了系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可保障全市最大257人在線，最多152人同時操作，平均9 s的系統(tǒng)響應(yīng)時間進行劃分工作，完成了重慶市38個區(qū)縣界、1 017個鎮(zhèn)（街、鄉(xiāng)）界、11 014個社區(qū)（村）界、15 371個普查小區(qū)界線劃分工作，為第三次全國經(jīng)濟普查工作順利開展奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)操作界面如圖5、圖6所示。

圖5 系統(tǒng)登錄界面

圖6 系統(tǒng)操作界面

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