劉發(fā)勇，熊康寧，蘭安軍，詹鳳麗，王小林，艾　玉

(1.貴州師范大學(xué) 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽550001；2.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550001)

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基于C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)的石漠化信息管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

劉發(fā)勇1,2，熊康寧1,2，蘭安軍2,3，詹鳳麗3，王小林3，艾玉3

(1.貴州師范大學(xué) 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽550001；2.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550001)

[摘要]針對石漠化綜合治理信息管理滯后、成果共享困難等，基于ArcGIS Engine、Microsoft Visual Studio和Dreamweaver開發(fā)環(huán)境，采用C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建石漠化管理信息系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)組織等。C/S桌面應(yīng)用系統(tǒng)以ComGIS技術(shù)進(jìn)行組建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、分析與統(tǒng)計等?；贗nternet的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)通過ArcGIS Server技術(shù)實(shí)現(xiàn)石漠化綜合治理數(shù)據(jù)及成果信息的共享與發(fā)布，為石漠化的綜合治理提供技術(shù)支撐。

喀斯特石漠化是我國南方亞熱帶喀斯特地區(qū)典型的生態(tài)問題[1-4]。隨著GIS與RS技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者將其引入到喀斯特石漠化問題的研究中來，并取得了較好的成果。Leszek Litwin以WebGIS為支撐，使用地圖服務(wù)器和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，建立了阿特拉斯的喀斯特信息網(wǎng)站，提供了建立喀斯特信息管理系統(tǒng)的方案[5]；胡順光、廖赤眉、譚啟宇等在地理統(tǒng)計分析方法的基礎(chǔ)上，借助ArcGIS軟件中的空間疊加分析功能，實(shí)現(xiàn)了從地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到石漠化專題數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化[6-8]；閻熙睿等以南川區(qū)石漠化治理數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，提出了石漠化治理成果信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立的具體流程與方法，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行了介紹[9-10]；王鈺從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)功能等方面探討了貴州省石漠化監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)的設(shè)計方法，并實(shí)現(xiàn)了石漠化治理信息的有效管理與數(shù)據(jù)共享[11]。綜合上述研究成果，目前學(xué)術(shù)界關(guān)于石漠化綜合治理成果數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫建設(shè)和成果共享等方面的專題研究不多，本次研究在國家“十二五”科技支撐計劃重大課題的支持下，通過建立基于C/S(Client/Server結(jié)構(gòu))與B/S(Browser/Server結(jié)構(gòu))混合結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)，以期能為示范區(qū)石漠化綜合治理提供一個有效的數(shù)據(jù)管理體系，為石漠化治理工作的開展、數(shù)據(jù)集成和成果共享等提供參考。

1系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)據(jù)組織

1.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

C/S系統(tǒng)與B/S系統(tǒng)分別有各自的優(yōu)勢與不足。傳統(tǒng)的C/S應(yīng)用系統(tǒng)積累了大量的應(yīng)用和信息，但其在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)共享，而借助Internet能充分利用這些已有的應(yīng)用和信息；B/S模式是一種基于Internet的適用于信息發(fā)布與信息查詢的系統(tǒng)模式，但隨著地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用，其在線數(shù)據(jù)處理功能的實(shí)現(xiàn)尚存在一些困難[12]。基于上述原因，本研究建立的石漠化信息管理系統(tǒng)以石漠化空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)來構(gòu)建系統(tǒng)，其中C/S桌面應(yīng)用系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、更新和空間分析等，而B/S網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽和成果發(fā)布等。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)服務(wù)層、邏輯應(yīng)用層、用戶視圖層三層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建：用戶視圖層是系統(tǒng)與用戶的交互層，用戶根據(jù)需求發(fā)送指令；邏輯應(yīng)用層是系統(tǒng)的中間連接，在接收到用戶發(fā)送的請求后，通過ArcSDE連接到數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用；數(shù)據(jù)服務(wù)層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，在邏輯應(yīng)用層接收到用戶層的需求指令后，向數(shù)據(jù)服務(wù)層調(diào)用數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果返回用戶層。邏輯應(yīng)用層能根據(jù)用戶的不同需求，提供不同的服務(wù)內(nèi)容。桌面用戶以C/S系統(tǒng)為主，而當(dāng)切換至IE用戶時，系統(tǒng)則轉(zhuǎn)為B/S系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)彼此獨(dú)立運(yùn)行，但又通過數(shù)據(jù)層緊密聯(lián)系。系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)見圖1。

1.2系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)功能的完整性決定了系統(tǒng)的實(shí)用性。與傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)不同，地理信息管理系統(tǒng)的主體是地理數(shù)據(jù)，地理數(shù)據(jù)具有空間屬性和時間屬性，因此在數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系方面存在明顯的區(qū)別，具體系統(tǒng)功能根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系的不同也存在差異。

圖1　系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)

C/S系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的基本操作、統(tǒng)計分析、空間查詢，以及地圖制圖等功能；B/S系統(tǒng)分為普通網(wǎng)頁與WebGIS網(wǎng)頁兩大模塊，普通網(wǎng)頁以文本、圖片、報表等形式實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢，但要詳細(xì)查詢大量空間數(shù)據(jù)庫則要采用WebGIS網(wǎng)頁服務(wù)技術(shù)。ArcGIS Server技術(shù)是在Internet與地圖查詢技術(shù)相結(jié)合前提下發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，其通過ArcSDE技術(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫，在Internet平臺上為用戶提供地理空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢和分析功能，實(shí)現(xiàn)基于Web的空間數(shù)據(jù)發(fā)布與共享。

1.3數(shù)據(jù)組織與管理

石漠化綜合治理是一項復(fù)雜的工作，需要多源數(shù)據(jù)的支持，包括基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)，以及從各類專題圖形數(shù)據(jù)中提取的信息等。根據(jù)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)分為三大類，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、石漠化專題數(shù)據(jù)。根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，再進(jìn)一步將數(shù)據(jù)細(xì)分為自然環(huán)境數(shù)據(jù)與社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)兩類，其中社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)通常以表格形式存儲。但在GIS應(yīng)用系統(tǒng)中為了能直觀地對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，通常以行政區(qū)為單元將社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)連接到行政區(qū)數(shù)據(jù)屬性表中，賦予其地理空間信息，在進(jìn)行地圖顯示的時候便可以直觀地以餅狀圖和柱狀圖等形式進(jìn)行顯示。由此建立的主體數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)體系見圖2。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1ComGIS

ComGIS技術(shù)又稱組件式GIS，是在局域網(wǎng)上開發(fā)C/S模式地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[12]。組件技術(shù)的使用使近年來興起的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)技術(shù)進(jìn)入到成熟的實(shí)用化階段，很好地解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)中代碼重用的問題，不僅可以集成到開發(fā)者的GIS應(yīng)用軟件中，而且能為系統(tǒng)用戶提供二次開發(fā)的機(jī)會，用戶可以根據(jù)自己的需求利用組件提供的接口進(jìn)行再開發(fā)，設(shè)計出符合自己需求的GIS軟件。

圖2　主體數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)體系

2.2ArcGIS Server

ArcGIS Server是ESRI公司在其主導(dǎo)產(chǎn)品ArcGIS的基礎(chǔ)上推出的用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶、具備高級GIS功能的企業(yè)級GIS應(yīng)用平臺[13]。ArcGIS Server不僅為用戶提供了簡單快速的服務(wù)器端配置和集中的服務(wù)管理，而且為用戶提供了大量用于地理空間數(shù)據(jù)操作和分析的組件，通過運(yùn)行并管理運(yùn)行在GIS服務(wù)器上的服務(wù)對象提供GIS資源從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。ArcGIS Server的服務(wù)器對象是管理和提供GIS資源服務(wù)的軟件對象。服務(wù)器對象本身是一種粗粒度的ArcObjects組件[14-15]。

2.3ArcSDE

ArcSDE是ArcGIS應(yīng)用軟件調(diào)用DBMS數(shù)據(jù)的通道，是ArcGIS的空間數(shù)據(jù)引擎(Spatial Database Engine)，其為DBMS提供了一個開放的接口，從而為用戶提供空間和非空間數(shù)據(jù)庫的高效率操作服務(wù)。ArcSDE采用客戶端/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，客戶端是用戶選擇的運(yùn)行軟件，服務(wù)器端即為ArcSDE應(yīng)用服務(wù)器和RDBMS服務(wù)器，以及用戶基于ArcCatalog所建立的地理數(shù)據(jù)庫(Geo Database)。ArcSDE是ArcGIS軟件通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫調(diào)用地理空間數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。ArcSDE還提供了與其他應(yīng)用程序的接口，用戶可以根據(jù)自己的需求將空間數(shù)據(jù)的檢索和分析等功能通過這一接口集成到自己的應(yīng)用系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)功能的模塊化組建[16-18]。

3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

結(jié)合系統(tǒng)決策者與系統(tǒng)運(yùn)行的需要，系統(tǒng)開發(fā)采用可視化、面向?qū)ο?、事件觸發(fā)方式的開發(fā)語言——VB實(shí)現(xiàn)。開發(fā)選用Microsoft Visual Studio環(huán)境，ArcGIS軟件選用ArcGIS 10.0與ArcGIS Engine 10.0的組件模塊進(jìn)行集成二次開發(fā)，系統(tǒng)界面設(shè)計、GIS接口等采用VB語言進(jìn)行組建，地理空間數(shù)據(jù)的輸入、處理、輸出和數(shù)據(jù)的圖形可視化等采用ArcEngine實(shí)現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)通過網(wǎng)站進(jìn)行信息共享，由普通圖文信息和WebGIS空間地圖服務(wù)信息共同組成。普通網(wǎng)頁開發(fā)設(shè)計工具采用Dreamweaver和Flash實(shí)現(xiàn)，WebGIS地圖信息采用ArcGIS Server平臺發(fā)布。

3.2石漠化系統(tǒng)應(yīng)用

關(guān)嶺-貞豐花江喀斯特高原峽谷中-強(qiáng)度石漠化綜合治理示范區(qū)位于貴州省關(guān)嶺縣與貞豐縣交界處的北盤江峽谷花江段，是貴州高原上一個典型的喀斯特峽谷區(qū)域。該示范區(qū)總面積5 161.65 hm2，其中喀斯特面積占87.92%，海拔450～1 450 m，相對高差1 000 m，冬春溫暖干旱，夏秋濕熱多雨，年均降水量1 100 mm，熱量資源豐富，多年平均氣溫18.4 ℃。以山地為主，耕地資源不足，耕地土層淺薄、分布不連續(xù)且保水性與耐旱性差，長期高強(qiáng)度的土地墾殖和亂墾濫伐使土地生產(chǎn)力下降、土壤養(yǎng)分流失。農(nóng)業(yè)產(chǎn)出與生存需求之間的矛盾演變成惡性循環(huán)，加劇了石漠化的演化過程，對人類生存造成了嚴(yán)重威脅。經(jīng)過多年的石漠化綜合治理，示范區(qū)在實(shí)踐中探索出轉(zhuǎn)變土地利用方式(由原先以糧食種植為主轉(zhuǎn)為以栽植經(jīng)果林為主)，并總結(jié)出了以特色產(chǎn)業(yè)為主的循環(huán)經(jīng)濟(jì)石漠化綜合治理模式。示范區(qū)石漠化管理信息系統(tǒng)以示范區(qū)石漠化數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，集石漠化空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、查詢統(tǒng)計、空間分析和專題制圖于一體，能為石漠化綜合治理決策部門提供便利服務(wù)?；ń痉秴^(qū)C/S桌面應(yīng)用系統(tǒng)與B/S網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)見圖3。

4討論與結(jié)論

本研究以C/S和B/S模式混合結(jié)構(gòu)體系建立喀斯特石漠化信息系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)具有很強(qiáng)的針對性，通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系、數(shù)據(jù)組織，以及系統(tǒng)功能的介紹與分析，實(shí)現(xiàn)了石漠化綜合治理成果數(shù)據(jù)的管理與網(wǎng)絡(luò)共享，是對新技術(shù)的一種嘗試，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域石漠化綜合治理模式的推廣應(yīng)用提供了有效的途徑。同時，采用組件式GIS開發(fā)技術(shù)與基于ArcGIS Server的地圖發(fā)布技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，大大提高了軟件的可操作性。在以后的研究中可加強(qiáng)治理成果數(shù)據(jù)的WebGIS共享應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)石漠化綜合治理信息數(shù)據(jù)的更新，為用戶更快地掌握最新研究動態(tài)提供便利。本次系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了基本的地圖功能服務(wù)，但系統(tǒng)功能還有許多有待完善與改進(jìn)的地方。在今后石漠化管理信息系統(tǒng)開發(fā)工作中，應(yīng)加強(qiáng)桌面系統(tǒng)空間分析功能與WebGIS在線數(shù)據(jù)分析功能的應(yīng)用，并建立石漠化專題數(shù)據(jù)制圖技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)石漠化專題信息的快速制圖。

圖3　花江示范區(qū)C/S桌面應(yīng)用系統(tǒng)與B/S網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)

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(責(zé)任編輯李楊楊)

[基金項目]貴州省科技計劃重大專項(黔科合重大專項字〔2004〕6007號)；國家“十二五”科技支撐計劃重大課題(2011BAC09B01)

[中圖分類號]S157;TP311

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1000-0941(2016)01-0066-04

[作者簡介]劉發(fā)勇(1991—)，男，貴州黔西縣人，碩士研究生，研究方向為喀斯特生態(tài)環(huán)境；通信作者熊康寧(1958—)，男，貴州威寧縣人，博導(dǎo)，教授，碩士，主要從事喀斯特與洞穴、資源與環(huán)境和石漠化生態(tài)治理等方面的研究。

[收稿日期]2015-05-05

[關(guān)鍵詞]C/S；B/S；石漠化；管理信息系統(tǒng)