歐德品，譚　琨，張書畢，閆慶武

(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州　221116)

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土地退化因素?cái)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

歐德品，譚琨①，張書畢，閆慶武

(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州221116)

摘要：西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查是一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究工作，為解決調(diào)查數(shù)據(jù)的存儲與共享等問題，需要設(shè)計(jì)一套有效的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。結(jié)合已獲取的煤炭礦區(qū)、金屬礦山和非金屬礦山土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，明確了數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)比較分散、數(shù)據(jù)多種多樣和數(shù)據(jù)的保密性強(qiáng)等特征，采用當(dāng)前主流的B/S結(jié)構(gòu)來滿足用戶的多地點(diǎn)辦公數(shù)據(jù)上傳存儲需求。數(shù)據(jù)控制的后臺采用J2EE主流框架SSH+Tomcat來滿足用戶并發(fā)量，配合ArcGIS Server和ArcEngine對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)用戶管理、數(shù)據(jù)上傳下載、文檔在線瀏覽和地理數(shù)據(jù)在線瀏覽等功能，能滿足用戶的審核和數(shù)據(jù)共享等基本需求。

關(guān)鍵詞：B/S；WebGIS；西部重點(diǎn)礦區(qū)；土地退化因素；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

礦區(qū)土地退化因素可大致分為生態(tài)破壞、環(huán)境污染和自然侵蝕3類[1]。在西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查項(xiàng)目中,需要對這3大類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、編碼處理、入庫和管理。就調(diào)查指標(biāo)而言,主要包括土地毀損類、生態(tài)完整性損失類、土壤元素污染類、土壤養(yǎng)分類、水污染類和自然侵蝕類[1],使用的手段包括遙感技術(shù)、實(shí)地監(jiān)測和實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)等方法[2]。根據(jù)西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查項(xiàng)目的任務(wù)要求,為了實(shí)現(xiàn)不同來源、不同類型和不同服務(wù)對象的數(shù)據(jù)(包括煤炭礦區(qū)、金屬礦山和非金屬礦山等不同礦種類型的土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù))管理需求,該項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)了相應(yīng)的西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素?cái)?shù)據(jù)管理系統(tǒng),以滿足土地退化因素?cái)?shù)據(jù)的共享與發(fā)布。

土地退化因素?cái)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)著重于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。根據(jù)土地退化因素調(diào)查采用的手段,可以明確土地退化因素?cái)?shù)據(jù)中占據(jù)大存儲空間的是遙感影像和其他地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)具有很大差別,需要使用地理空間數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的管理與共享[3]。地理空間數(shù)據(jù)庫目前有開放源碼的PostGIS/PostgreSQL、MySQL Spatial和商業(yè)的Spatial Oracle、ArcSDE等。但PostGIS/PostgreSQL和Spatial Oracle的性能與ArcSDE的性能仍有一定差距。為此,結(jié)合已獲取調(diào)查數(shù)據(jù)的特點(diǎn),選擇比較成熟而穩(wěn)定的ESRI公司的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與共享[4-5],對西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素?cái)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)分析

1.1數(shù)據(jù)特點(diǎn)

西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查項(xiàng)目以我國蒙陜甘寧、云貴高原、四川、新疆、青藏高原和廣西等西部12個(gè)省(市、自治區(qū))的重點(diǎn)礦區(qū)作為調(diào)查區(qū)域,采用GIS、遙感和收集資料等手段開展調(diào)查。總體而言,調(diào)查數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn):(1)數(shù)據(jù)量大;(2)采集到的數(shù)據(jù)比較分散,不夠統(tǒng)一;(3)數(shù)據(jù)多種多樣;(4)數(shù)據(jù)的保密性較強(qiáng),有一些數(shù)據(jù)具有敏感的坐標(biāo)信息等。

重點(diǎn)調(diào)查礦山分為煤炭礦區(qū)、金屬礦山和非金屬礦山,不同類型礦區(qū)采用的調(diào)查方法與獲得的土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)各有特點(diǎn),所調(diào)查的礦山類型與數(shù)據(jù)特點(diǎn)見表1。

1.2數(shù)據(jù)類型

調(diào)查過程中,涉及到基礎(chǔ)地理信息與歷史地理信息等資料與文檔。主要的數(shù)據(jù)類型見表2。

表1不同類型礦山土地退化因素?cái)?shù)據(jù)特點(diǎn)

Table 1Characteristics of the data of driving factors of land degradation relative to type of mining area

調(diào)查任務(wù)主要數(shù)據(jù)類型主要特點(diǎn)西部重點(diǎn)礦區(qū)自然地理與環(huán)境本底調(diào)查數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理、土地利用、土地覆蓋、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)災(zāi)害、土地退化專題、社會經(jīng)濟(jì)和其他8大類數(shù)據(jù)基礎(chǔ)性數(shù)據(jù),以地理數(shù)據(jù)為主,研究成果有圖集等數(shù)據(jù)重點(diǎn)煤礦區(qū)土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)煤礦區(qū)土地退化基本情況數(shù)據(jù),采礦擾動(dòng)而造成土地退化各種直接和間接影響因素?cái)?shù)據(jù),土地?fù)p毀、污染和植被破壞等土地退化因素?cái)?shù)據(jù)等煤礦區(qū)域采集的數(shù)據(jù)類型多,研究成果有水土流失、荒漠化分析等數(shù)據(jù)金屬礦山土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)大量野外調(diào)查、遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù),金屬礦山開采、選礦等過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)破壞數(shù)據(jù)等調(diào)查方法基本一致,礦種類型多,數(shù)據(jù)量大,生態(tài)破壞和環(huán)境污染分析數(shù)據(jù)等非金屬礦山土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)大量野外調(diào)查、遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù),非金屬礦山開采、選礦等過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)破壞數(shù)據(jù)等調(diào)查方法基本一致,礦種類型多,數(shù)據(jù)量大,生態(tài)破壞和環(huán)境污染分析數(shù)據(jù)等

表2土地退化因素調(diào)查主要數(shù)據(jù)類型

Table 2Major types of data to be collected during the survey of driving factors of land degradation

數(shù)據(jù)名稱 數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)格式基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)水系分布數(shù)據(jù)、道路分布數(shù)據(jù)、居民點(diǎn)分布數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)Shape、FileGeodatabaseDEM數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)等柵格數(shù)據(jù)TIFF、HGT、DEM礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)礦產(chǎn)資源情況文檔及表格Word地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)自然災(zāi)害統(tǒng)計(jì)文檔及表格Excel生態(tài)破壞數(shù)據(jù)土地?fù)p毀(挖損、塌陷、壓占)、植被破壞(林地、草地、農(nóng)田)矢量數(shù)據(jù)Shape植被覆蓋度、生物豐度、生物量、水資源等柵格數(shù)據(jù)TIFF水土流失、土地沙漠化等柵格數(shù)據(jù)TIFF土地利用、土地覆被土地利用類型數(shù)據(jù)、生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)Shape礦區(qū)基本情況礦區(qū)概況文檔及表格Word環(huán)境污染數(shù)據(jù)土壤元素污染、養(yǎng)分和水污染等文檔及表格Word

2土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)需求分析

2.1數(shù)據(jù)共享需求

西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查獲取的數(shù)據(jù)大部分都是基礎(chǔ)數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)具有大而多并且保密性較強(qiáng)的特點(diǎn)。獲取到的研究成果數(shù)據(jù)可為礦產(chǎn)開發(fā)、國土綜合整治提供相應(yīng)的參數(shù)和數(shù)據(jù),為礦區(qū)的建設(shè)與規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)獲取的方式,數(shù)據(jù)需要在各土地退化因素調(diào)查單位之間進(jìn)行內(nèi)部共享;而根據(jù)數(shù)據(jù)保密性的特點(diǎn),獲取得到的礦區(qū)土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)和成果對政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等非商業(yè)用途用戶可以免費(fèi)共享發(fā)布,實(shí)現(xiàn)社會共享。內(nèi)部共享指參與的調(diào)查單位及被調(diào)查單位之間的共享。社會共享包括按照科技部要求匯交相關(guān)數(shù)據(jù)至指定共享平臺和出版西部重點(diǎn)煤礦區(qū)土地退化專題地圖集、科考報(bào)告等。

2.2用戶和功能需求

由于數(shù)據(jù)具有保密性較強(qiáng)的特性,而且數(shù)據(jù)分散,系統(tǒng)需要滿足用戶登錄管理、文件管理和文件預(yù)覽等基本功能。系統(tǒng)需要設(shè)置不同的用戶權(quán)限。普通用戶權(quán)限包括個(gè)人信息、文件上傳、查看已上傳文件、查看未通過文件；審核者權(quán)限包括個(gè)人信息、審核文件、查看已審核文件、查看審核不通過文件；管理者權(quán)限包括個(gè)人信息、用戶管理、審核文件、查看全部通過與不通過文件。對用戶角色用面向?qū)ο蟮姆椒▉硌芯俊?/p>

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析,為了方便系統(tǒng)的維護(hù)與管理,設(shè)置登陸模塊、普通用戶模塊、審核者模塊和管理員模塊。

3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)相關(guān)的理論與方法。首先根據(jù)用戶需求完成數(shù)據(jù)字典的構(gòu)建,然后對實(shí)體-關(guān)系模型進(jìn)行構(gòu)建。在將實(shí)體-關(guān)系模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型時(shí)使用數(shù)據(jù)庫第二范式要求。最后將關(guān)系模式轉(zhuǎn)換成物理結(jié)構(gòu),還有表的建立轉(zhuǎn)換,并設(shè)計(jì)主鍵與索引等重要信息。

西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較大,為了保證其查詢效率,在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方面,允許部分?jǐn)?shù)據(jù)冗余,盡可能減少對數(shù)據(jù)的連接和重復(fù)操作,提高查詢速度。數(shù)據(jù)冗余部分通過設(shè)計(jì)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性[6]。

根據(jù)用戶海量數(shù)據(jù)存儲的需求,選擇Oracle 11g 作為后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Oracle可以實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲,并且支持EB(exabyte,百億億字節(jié),艾字節(jié))級別的數(shù)據(jù),提供快速而高效的數(shù)據(jù)查詢解決方案。為了確保西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化調(diào)查因素?cái)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)的安全性與數(shù)據(jù)查詢高效率性,該系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫。

3.3數(shù)據(jù)審核WebGIS功能設(shè)計(jì)

3.3.1ArcGIS Server動(dòng)態(tài)圖層的動(dòng)態(tài)管理和地圖服務(wù)發(fā)布

該系統(tǒng)通過ArcGIS Server來發(fā)布地圖服務(wù),通過ArcGIS API for JavaScript技術(shù)來實(shí)現(xiàn)WebGIS功能。簡單來說,服務(wù)就是 ArcGIS Server發(fā)布的 GIS 資源,不同的資源可以被發(fā)布為不同的服務(wù),不同的服務(wù)具有不同的或類似的功能。

該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)審核功能,當(dāng)審核者審核數(shù)據(jù)時(shí)需將數(shù)據(jù)發(fā)布出來。顯然,一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)布一個(gè)服務(wù)肯定會導(dǎo)致服務(wù)器崩潰,而且動(dòng)態(tài)發(fā)布服務(wù)的速度不佳,容易造成假死狀態(tài)。另一方面,西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化調(diào)查數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)保密性是很強(qiáng)的,不能長期對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布。

ArcGIS Server中有動(dòng)態(tài)圖層功能,能夠在一個(gè)已發(fā)布的地圖服務(wù)上動(dòng)態(tài)地添加相關(guān)圖層。使用動(dòng)態(tài)圖層服務(wù)功能不僅可以動(dòng)態(tài)地發(fā)布圖層,而且還可以對動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)中的圖層進(jìn)行重新排序。通過該功能,可以給當(dāng)前的地圖服務(wù)動(dòng)態(tài)添加矢量和柵格數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)是REST目錄不可見的,這對保護(hù)一些數(shù)據(jù)和需要經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)來說是很有作用的[7]。

對于用戶上傳的地理數(shù)據(jù),需要利用ArcEngine來實(shí)現(xiàn)圖層的分類存儲,并且對圖層進(jìn)行必要的信息提取并返回給用戶。

3.3.2動(dòng)態(tài)圖層設(shè)計(jì)

基于動(dòng)態(tài)圖層技術(shù),可以選擇發(fā)布基礎(chǔ)地圖服務(wù),然后通過將土地退化地圖數(shù)據(jù)解壓至指定的動(dòng)態(tài)工作文件夾并利用ArcGIS Server進(jìn)行識別,最后通過JS接口實(shí)現(xiàn)調(diào)用顯示,具體流程見圖1。

圖1　動(dòng)態(tài)圖層請求處理流程

用戶發(fā)送地圖數(shù)據(jù)預(yù)覽請求時(shí),SSH框架攔截到請求,通過查詢數(shù)據(jù)庫得到該請求相應(yīng)的數(shù)據(jù)包,將數(shù)據(jù)解壓到指定的文件夾。當(dāng)處理完畢后,返回一個(gè)頁面顯示結(jié)果。由于該頁面有ArcGIS JS API相關(guān)函數(shù),故該頁面會向ArcGIS Server服務(wù)器發(fā)送請求,地圖服務(wù)器處理完畢后會返回圖片等格式數(shù)據(jù),最終實(shí)現(xiàn)瀏覽器解析瀏覽[8]。

3.3.3WebGIS功能設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)地將需要顯示的地圖發(fā)布之后,系統(tǒng)就能提供給用戶審核地圖數(shù)據(jù)相關(guān)信息的功能。除滿足用戶的基本地圖操作以外,還需要針對性地加入例如屬性表查看等地圖操作功能。該系統(tǒng)面向用戶設(shè)計(jì)的主要地圖服務(wù)功能如下:

(1)基本地圖瀏覽。用遙感衛(wèi)星圖作為地圖,動(dòng)態(tài)加載需要的圖層,包括圖例顯示、地圖縮放操作、地圖恢復(fù)操作與用戶所在地定位操作等功能。用戶請求查看數(shù)據(jù)時(shí),需要將動(dòng)態(tài)圖層突出顯示,并且加載相應(yīng)的信息。

(2)8大調(diào)查區(qū)屬性查詢。查詢8大礦區(qū)的基本介紹并突出顯示所在位置。

(3)簡單地圖測量。對地圖進(jìn)行簡單的面積量算、距離量算和經(jīng)緯度查詢等操作,讓審核者能更加清晰地審核圖層。

(4)圖層屬性表查看。審核者在審核數(shù)據(jù)是否合格時(shí)需要瀏覽屬性表,檢查是否有突出錯(cuò)誤。圖層屬性表的在線瀏覽功能提供查看動(dòng)態(tài)圖層的全部屬性信息功能。

3.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)最主要的方面是將聯(lián)想ThinkStation S30 小型工作站作為服務(wù)器,利用高校的路由與防火墻來接入網(wǎng)絡(luò)以保證安全性。其中,系統(tǒng)使用Windows Server 2012 64位系統(tǒng),后臺數(shù)據(jù)庫使用Oracle 11g來滿足對數(shù)據(jù)的存儲需求。目前,基于B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)有J2EE中的SSH框架、微軟的ASP.NET技術(shù)、PHP技術(shù)及最新出現(xiàn)的基于Node.js的開發(fā)技術(shù)。該系統(tǒng)采用成熟的開放源碼的SSH框架來實(shí)現(xiàn)土地退化因素調(diào)查數(shù)據(jù)的管理。

網(wǎng)站的設(shè)計(jì)用Eclipse搭建SSH框架,通過Tomcat 8.0來發(fā)布網(wǎng)站。對于地圖數(shù)據(jù)發(fā)布,使用ESRI公司的 ArcGIS Server 10.2來發(fā)布File Geodatabase地圖數(shù)據(jù)。用戶通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問網(wǎng)站內(nèi)容。

3.4.1基于SSH框架的土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

分層式結(jié)構(gòu)常被面向?qū)ο蟮能浖w系采用,這也是最重要的結(jié)構(gòu)。SSH框架可以將系統(tǒng)劃分為客戶層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層、持久層和數(shù)據(jù)庫。這樣就能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“高內(nèi)聚、體耦合”,另一方面也能使系統(tǒng)得到更好的可拓展性和可維護(hù)性。基于SSH框架已經(jīng)成為J2EE中的主流開發(fā)方法[9]。SSH由Spring、Hibernate和struts2 集合而成。總的來說,就是以struts框架為基礎(chǔ)架構(gòu),首先獲取頁面數(shù)據(jù),然后調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析;Hibernate是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問的框架,封裝了JDBC訪問數(shù)據(jù)庫的操作,編寫DAO層來對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作;Spring是用來封裝struts2和Hibernate的,它是以一種低耦合方式來運(yùn)行的,提供Ioc接口來對前端控制器、中間層業(yè)務(wù)邏輯和底層DAO進(jìn)行管理[10]。

Bootstrap是目前最受歡迎的前端框架。Bootstrap 是基于 HTML、CSS和JAVASCRIPT 的,它簡潔靈活,使得 Web 開發(fā)更加快捷。由Twitter設(shè)計(jì)師Mark Otto和Jacob Thornton合作開發(fā)的CSS/HTML框架提供了優(yōu)雅的HTML和CSS規(guī)范,由動(dòng)態(tài)CSS語言Less寫成[11]。

3.4.2數(shù)據(jù)上傳處理邏輯

地理文件數(shù)據(jù)庫管理以ESRI中的File Geodatabase 數(shù)據(jù)庫為主。按地理類型進(jìn)行分類可分為8大類型：土地利用數(shù)據(jù)庫.gdb、土地覆被數(shù)據(jù)庫.gdb、土地退化專題數(shù)據(jù)庫.gdb、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫.gdb、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫.gdb、礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫.gdb、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫.gdb和其他數(shù)據(jù)庫.gdb。

后臺上傳數(shù)據(jù)處理邏輯見圖2。用戶上傳的數(shù)據(jù)是總體的文件地理數(shù)據(jù)庫以及相應(yīng)的元數(shù)據(jù)文檔和數(shù)據(jù)說明文檔,需要后臺進(jìn)行分類。后臺可進(jìn)行簡單的智能分類,為確保正確地理要素與相應(yīng)的元數(shù)據(jù)和說明文檔的映射關(guān)系,用戶需手動(dòng)來進(jìn)行確認(rèn)操作(圖3)。

圖2　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳處理邏輯

圖3　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)映射關(guān)系的確認(rèn)

用戶再次上傳新的地理數(shù)據(jù)時(shí),系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶自定義的要素類所屬類型與相應(yīng)的元數(shù)據(jù)等文檔進(jìn)行自動(dòng)解析并添加到相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)庫。

3.4.3文件管理處理邏輯

用戶上傳的文件都是壓縮包,包括地理文件。當(dāng)前的空間數(shù)據(jù)庫能夠直接通過空間數(shù)據(jù)引擎以二進(jìn)制形式將地理數(shù)據(jù)存儲下來。鑒于目前的數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn),將數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式保存在數(shù)據(jù)庫,會明顯增加數(shù)據(jù)庫的開銷,所以最好的方法就是用數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)路徑,以文件方式將數(shù)據(jù)保存在本地存儲設(shè)備上[12]。系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)是以哈希值散列方式存儲的。

該系統(tǒng)使用的是MD5 HASH值來進(jìn)行文件管理。為保證文件的完整性,當(dāng)用戶上傳文件時(shí),會生成主要文件的MD5值保存在數(shù)據(jù)庫中,供用戶下載后進(jìn)行文件完整性校驗(yàn)。具體的上傳和下載文件管理流程見圖4。

3.4.4WebGIS處理邏輯

WebGIS功能主要是通過ArcGIS JavaScript API進(jìn)行函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的。而ArcGIS JavaScript API是使用Dojo這一面向?qū)ο蟮腏avaScript框架來編寫的。通過REST來訪問發(fā)布的地圖服務(wù),從而實(shí)現(xiàn)連接的無狀態(tài)性,利用Cache機(jī)制來提高性能。在利用REST API進(jìn)行信息傳輸時(shí),采用JSON這一輕量級的數(shù)據(jù)交換格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[13]。WebGIS的處理邏輯圖見圖5。

圖4　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)文件管理邏輯

圖5　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)WebGIS處理邏輯

4系統(tǒng)應(yīng)用與測試

4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)審核

管理員與審核者都有審核上傳數(shù)據(jù)功能,審核功能包括:數(shù)據(jù)列表查看、文檔在線瀏覽、數(shù)據(jù)上傳信息查看和數(shù)據(jù)在線瀏覽等。文件審核界面見圖6。用戶能夠點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕圖標(biāo)來進(jìn)行審核操作。審核頁面按照用戶上傳數(shù)據(jù)時(shí)所確認(rèn)的映射關(guān)系進(jìn)行分類展示。

基本地圖瀏覽為對動(dòng)態(tài)圖層的基本瀏覽功能,地圖為遙感衛(wèi)星圖層,用鼠標(biāo)在圖層上面劃過能夠顯示基本信息,巖層基本信息見圖7。通過鼠標(biāo)滾輪或者左上角“+”與“-”操作能對地圖進(jìn)行縮放。通過HOME圖標(biāo)能恢復(fù)初始狀態(tài),通過定位圖標(biāo)能對當(dāng)前IP位置進(jìn)行定位。

圖6　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)文件審核頁面

4.2系統(tǒng)性能測試

4.2.1單頁面加載時(shí)間測試

利用Chrome瀏覽器中的調(diào)試工具,在局域網(wǎng)條件下,抓取數(shù)據(jù)審核單個(gè)頁面的響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù),該頁面時(shí)間瀑布圖見圖8。由圖8可知,總體的加載完成時(shí)間為386 ms,其中主界面要素需要144 ms,而加載完成到瀏覽器解析完成時(shí)間為513 ms,說明該系統(tǒng)頁面的請求響應(yīng)時(shí)間是非常好的。

4.2.2壓力測試

通過LoadRunner軟件來測試虛擬50個(gè)用戶中服務(wù)器的平均響應(yīng)時(shí)間來檢驗(yàn)該系統(tǒng)的性能。LoadRunner是一種預(yù)測系統(tǒng)行為和性能的負(fù)載測試工具。通過以模擬上千萬用戶實(shí)施并發(fā)負(fù)載及實(shí)時(shí)性能監(jiān)測的方式來確認(rèn)和查找問題,LoadRunner能夠?qū)φ麄€(gè)企業(yè)架構(gòu)進(jìn)行測試。企業(yè)使用LoadRunner能最大限度地縮短測試時(shí)間,優(yōu)化性能,加速應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)布周期。LoadRunner可適用于各種體系架構(gòu)的自動(dòng)負(fù)載測試,能預(yù)測系統(tǒng)行為并評估系統(tǒng)性能。測試結(jié)果見圖9。

圖7　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)要素類在線瀏覽

圖8　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間瀑布圖

根據(jù)壓力測試可以看出,當(dāng)用戶量達(dá)到50、每秒點(diǎn)擊量約達(dá)200次時(shí),網(wǎng)站的響應(yīng)時(shí)間為1.90 s,說明網(wǎng)站的架構(gòu)已經(jīng)完全能夠適用當(dāng)前需求。由響應(yīng)時(shí)間圖也可以看出最快的響應(yīng)時(shí)間能達(dá)到0.19 s,而該系統(tǒng)面向的用戶群比較小,故在使用過程中能夠在0.5 s內(nèi)做出響應(yīng)。

5總結(jié)

該系統(tǒng)是根據(jù)西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化調(diào)查數(shù)據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)行開發(fā)的。經(jīng)過需求分析、總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì),最后完成基于B/S的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開發(fā)。首先,對西部重點(diǎn)礦區(qū)土地退化調(diào)查數(shù)據(jù)來源進(jìn)行詳細(xì)分析,總結(jié)出數(shù)據(jù)特點(diǎn),從而明確數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本需求。在充分調(diào)查了解土地?cái)?shù)據(jù)來源與共享方式前提下,對系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行可行性分析。在獲取具體的需求后,對系統(tǒng)進(jìn)行總體分析、詳細(xì)分析、模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和WebGIS功能模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)等。然后,基于B/S模式的開發(fā),利用SSH框架作為后臺主要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架,結(jié)合前端Bootstrap框架來展示內(nèi)容。而土地退化數(shù)據(jù)庫采用Oracle 11g來滿足對數(shù)據(jù)的管理,結(jié)合哈希值進(jìn)行文件的本地管理。最后,通過ArcGIS Server發(fā)布地圖服務(wù),以滿足用戶對地圖數(shù)據(jù)的瀏覽審核等操作。

圖9　土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)性能測試結(jié)果

各任務(wù)承擔(dān)單位之間能通過內(nèi)網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行訪問和相關(guān)的數(shù)據(jù)操作,并且嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)共享方式來保證數(shù)據(jù)安全性。當(dāng)前土地退化因素調(diào)查系統(tǒng)已經(jīng)滿足用戶普通的數(shù)據(jù)上傳下載、數(shù)據(jù)在線瀏覽、地理數(shù)據(jù)在線審核和地理數(shù)據(jù)單要素類下載等基本功能,但由于系統(tǒng)的開發(fā)周期較短,下一步需要對系統(tǒng)的并行能力做進(jìn)一步提升,控制數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定性,并且實(shí)現(xiàn)續(xù)傳等功能。由于自然本底調(diào)查數(shù)據(jù)與煤炭礦區(qū)、金屬和非金屬礦山的數(shù)據(jù)特點(diǎn)不一樣,需要分別對各類型進(jìn)行特殊處理,故系統(tǒng)還需要拓展適用范圍以滿足更大需求。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Design and Implementation of Database Management System for Driving Factors of Land Degradation.

OUDe-pin,TANKun,ZHANGShu-bi,YANQing-wu

(School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

Abstract:It is a fundamental research to investigate or survey some key mining areas in West China for driving factors of land degradation therein. In order to solve the problem of how to store and share the data obtained in the surveys and investigations, it is essential to design an effective database management system. Based on features of the data already obtained during the surveys and investigations of the coal, metal and non-metal mining areas, the data to be acquired are characterized by enormity in volume, scatterness, diversity and confidentiality. The B/S structure presently in prevelance is chosen to meet the needs of users for uploading and storing data in a number of locations. Moreover, the background for data control adopts SSH+Tomcat, the mainstream frame of J2EE, to satisfy users′ concurrency, and the accompanying ArcGIS Server and ArcEngine to process geographic data. This system is found to have the functions of user management, data uploading and downloading, documents online browsing, and geographic data online browsing etc., and hence is adequate to meet users′ basic demand for examination and data sharing.

Key words:B/S; WebGIS; important mining area in West China; land degradation factor; database designing

作者簡介：歐德品(1991—),男,廣東羅定人,碩士生,從事遙感數(shù)據(jù)處理研究。E-mail: oudepin@163.com

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.011

中圖分類號：X87

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)02-0235-08

通信作者①E-mail: tankuncu@gmail.com

基金項(xiàng)目：國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY110800)

收稿日期：2015-11-09