夢(mèng)華

摘 要：WebGIS技術(shù)能在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布空間地理數(shù)據(jù)，為用戶提供數(shù)據(jù)瀏覽、分析、查詢等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的操作與共享。針對(duì)智慧水利系統(tǒng)的特點(diǎn)及搭建技術(shù)，本文提出了一個(gè)基于開源MapServer與PostgreSQL（PostGIS）的信息發(fā)布系統(tǒng)構(gòu)建方法。通過(guò)配置MapFile，實(shí)現(xiàn)基于地圖服務(wù)器MapServer并以開源空間數(shù)據(jù)庫(kù)PostgreSQL（PostGIS）為數(shù)據(jù)源的空間地理信息的發(fā)布。結(jié)果表明：通過(guò)MapServer和PostgreSQL（PostGIS）等WebGIS相關(guān)技術(shù)，能搭建一個(gè)開源地理信息數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)智慧系統(tǒng)的水利信息管理與更新、共享和發(fā)布提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：WebGIS；MapServer；PostgreSQL；PostGIS

中圖分類號(hào)：P283.7；TV87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）23-0028-03

Application of WebGIS Technology in Intelligent Water Conservancy

MENG Hua

（Jilin Province Photo Surveying and Mapping Co.， Ltd.，Changchun Jilin 130012）

Abstract： WebGIS can publish spatial geographic data on the network， provide users with data browsing， analysis， query and other functions， and realize the operation and sharing of geographic information. Aiming at the characteristics and construction technology of intelligent water conservancy system， this paper implemented an information publishing system construction method based on open source MapServer and PostgreSQL （PostGIS）. By configuring Mapfile， the publishing of spatial geographic information based on MapServer and open source spatial database PostgreSQL （PostGIS） was realized. The results showed that an open source geographic information data publishing platform could be built through the related WebGIS technologies， such as MapServer and PostgreSQL （PostGIS）， to provide technical support for the realization of intelligent system of water conservancy information management and update， sharing and publishing.

Keywords： WebGIS；MapServer；PostgreSQL；PostGIS

“智慧水利”的建設(shè)主要依托于通信、3S技術(shù)、虛擬仿真和物聯(lián)網(wǎng)等各種現(xiàn)代化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)某區(qū)域內(nèi)水利信息資源的采集與整合、管理與更新、共享和發(fā)布，建設(shè)統(tǒng)一的支撐、應(yīng)用、決策平臺(tái)，形成較為完善的信息化管理系統(tǒng)，可有效提升區(qū)域水利綜合管理能力和服務(wù)水平，為水利現(xiàn)代化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1，2]。

多樣化的信息獲取手段產(chǎn)生的大量不同種類的數(shù)據(jù)是構(gòu)建“智慧水利”的基石。通過(guò)水利地理信息一張圖，可以對(duì)降雨、災(zāi)害、水利設(shè)施等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，但由于服務(wù)提供商更新不及時(shí)和收費(fèi)高昂，提高了使用成本。隨著信息獲取手段的多樣化，如何對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效管理顯得尤為重要。開源MapServer和數(shù)據(jù)庫(kù)的組合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海量信息數(shù)據(jù)的有效管理和發(fā)布，但國(guó)內(nèi)關(guān)于MapServer管理數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)技術(shù)資料有限。蔡毅[3]實(shí)現(xiàn)了MapServer與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。開源軟件與安裝簡(jiǎn)便、幫助文檔較多的商業(yè)軟件相比，參數(shù)設(shè)置較為復(fù)雜，對(duì)使用者提出了較高的要求。本文歸納總結(jié)了數(shù)據(jù)入庫(kù)、MapServer與空間數(shù)據(jù)庫(kù)連接以及信息發(fā)布的方法，提出了一個(gè)基于開源MapServer與PostgreSQL（PostGIS）的信息發(fā)布系統(tǒng)構(gòu)建方法。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的顯示方式時(shí)，可以采用分層顯示、重要性顯示等多種方式，通過(guò)WebGIS矢量瓦片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)查詢功能的快速響應(yīng)，節(jié)省系統(tǒng)資源，提高瀏覽器訪問(wèn)效率[4]。

1 系統(tǒng)框架

1.1 MapServer

MapServer是具有強(qiáng)大空間數(shù)據(jù)發(fā)布功能的開源軟件，由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）開發(fā)。MapServer是一個(gè)典型的基于胖服務(wù)器端/瘦客戶端模式的CGI實(shí)時(shí)地圖發(fā)布平臺(tái)，當(dāng)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端基于MapFile實(shí)時(shí)地處理空間數(shù)據(jù)，并將產(chǎn)生的地圖數(shù)據(jù)返回給客戶端顯示。其常與客戶端組件OpenLayers、瓦片緩存等相關(guān)技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)完整的WebGIS系統(tǒng)[5]。MapServer支持多種數(shù)據(jù)類型，能方便地將空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)在WebGIS中整合起來(lái)，有強(qiáng)大的空間信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能[6]。同時(shí)，MapServer支持投影變換和字型定制，支持不同比例尺下地圖要素顯示的自動(dòng)控制等。

MapFile作為MapServer應(yīng)用的自定義屬性配置文件，以.map為文件后綴，能定制MapServer的所有屬性，如不同圖層的繪制及其顯示樣式和查詢方式[7]。MapFile的配置由基本設(shè)置、Web設(shè)置、Legend設(shè)置、Scalebar設(shè)置、Layer設(shè)置和Ootputformat設(shè)置等幾部分組成[8]。在Layer的設(shè)置中應(yīng)注意，MapServer發(fā)布的地圖由不同的Layer疊加，疊加的順序與各個(gè)Layer在MapFile中出現(xiàn)的次序相反[9]。如果MapFile配置信息不規(guī)范，MapServer將無(wú)法正常顯示[10]。

MapServer是WebGIS系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其有兩種操作模塊：CGI和MapScript，均可在服務(wù)器端使用[11]。

1.2 MapServer工作流程

MapServer的工作流程（見圖1）為：由Web服務(wù)器將用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求發(fā)送到MapServer；由設(shè)置中定義的MapFile路徑讀取數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行制圖表達(dá)。數(shù)據(jù)庫(kù)將空間數(shù)據(jù)和屬性傳遞給MapServer并進(jìn)行處理，由GD Library將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成JPG或PNG。通過(guò)編輯MapFile中的有關(guān)屬性，就可由指定的Template file進(jìn)行制圖表達(dá)，并對(duì)瀏覽器中MapServer Application的顯示樣式進(jìn)行定制。待制圖完成后，保存至客戶端參數(shù)所指定的路徑，通過(guò)Web服務(wù)器傳回到客戶端進(jìn)行顯示[12-14]。

1.3 運(yùn)行環(huán)境

利用開源軟件便于用戶根據(jù)具體需求來(lái)定制。在此，筆者選用以下軟件搭建了一個(gè)信息發(fā)布系統(tǒng)。

①WebGIS服務(wù)器：MapServer。

②數(shù)據(jù)可視化工具：Quantum GIS。Quantum GIS（QGIS）基于跨平臺(tái)的圖形工具QT軟件包，是一款界面友好的GIS數(shù)據(jù)編輯顯示軟件，可為MapFile文件的各種屬性編輯和顯示提供了平臺(tái)[13]。

③Web服務(wù)器：Apache。Apache是一個(gè)功能強(qiáng)大的Web服務(wù)器，也是最常用的Web服務(wù)器端軟件之一。

④數(shù)據(jù)庫(kù)：PostgreSQL。PostgreSQL是以PostGRES為基礎(chǔ)的開源對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。PostGIS是基于PostgreSQL的空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展，能更方便地管理空間數(shù)據(jù)。

⑤發(fā)布界面：Ka-Map。Ka-Map是一個(gè)界面風(fēng)格類似于Google Map的MapServer前端工具，具有瓦片地圖緩存功能，可提高瀏覽器渲染效率、節(jié)省服務(wù)器資源[4]。其與MapServer結(jié)合緊密，通過(guò)提供的JavaScript API接口，就可利用瀏覽器的特點(diǎn)開發(fā)支持地理空間數(shù)據(jù)的傳輸與表達(dá)的高度交互性Web-Mapping接口[12]。

2 基于MapServer的在線地圖發(fā)布

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇

pgAdminⅢ是一個(gè)管理、維護(hù)PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的圖形界面管理工具。其主要通過(guò)對(duì)postgresql.conf和pgpass.conf等文件進(jìn)行編輯來(lái)優(yōu)化PostgreSQL的性能。在這里用pgAdminⅢ建立一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)（如圖2所示），然后將Shapefile導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2 配置MapFile文件

2.2.1 MapFile的生成。MapFile是一個(gè)結(jié)構(gòu)層次清晰的文件（如圖3所示）。在MapFile的屬性對(duì)象中，最主要的是LAYER對(duì)象。MapFile文件中至少應(yīng)含有一個(gè)LAYER對(duì)象，其在MapFile中的順序與系統(tǒng)生成的圖層順序相反。如果MapFile丟失了LAYER對(duì)象，或者LAYER屬性值發(fā)生錯(cuò)誤，將導(dǎo)致MapServer不能正常運(yùn)行。MapFile中的屬性對(duì)象較多，如WEB、LEGEND、SCALEBAR、LAYER等[9]。

在開發(fā)過(guò)程中，MapFile文件的編輯是地圖配置的重要一步，其控制著MapServer的制圖表達(dá)和顯示樣式。項(xiàng)目中的各類圖層眾多，屬性參數(shù)復(fù)雜，人工編寫MapFile效率不高且容易出錯(cuò)。而通過(guò)Maplab和Quantum GIS也可以來(lái)編寫MapFile，如使用功能強(qiáng)大的輕量級(jí)桌面GIS軟件Quantum GIS，可對(duì)發(fā)布的圖層類型、顏色、顯示樣式、比例等屬性進(jìn)行編輯，最后可得到完整的MapFile。具體過(guò)程為：通過(guò)Quantum GIS導(dǎo)入相應(yīng)的Shapefile文件后，可以在可視化界面上進(jìn)行顯示樣式上的調(diào)整，并保存為.qgs項(xiàng)目，再使用Quantum GIS中的“插件→MapServer Export”選項(xiàng)生成MapFile文檔。但是，通過(guò)Quantum GIS自動(dòng)生成的MapFile需要進(jìn)行人工編輯，去除一些冗余無(wú)用信息[3]。

2.2.2 MapFile的編輯。此處需重新編輯并添加MapFile的部分屬性，將讀取本地的Shapefile文件改為連接postgis，如下所示：

將原屬性DATA "HYDA"修改為以下內(nèi)容：

CONNECTIONTYPE postgis

CONNECTION "dbname='wmapdata' host=localhost port=5432 user='postgres' password='123456' "

DATA 'the_geom FROM "HYDA" USING UNIQUE gid USING srid=-1'

得到基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的在線信息發(fā)布系統(tǒng)界面，如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

水利行業(yè)是一個(gè)數(shù)據(jù)信息較為密集的行業(yè)。面對(duì)海量數(shù)據(jù)，需要建立大型水利信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行分析、處理。這不僅是建立智慧水利信息系統(tǒng)的必要條件，也是部門之間信息共享的基礎(chǔ)。各類信息的共享與融合，在很大程度上能減少重復(fù)生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資金。而基于WebGIS技術(shù)，水利部門可以更好地與其他相關(guān)部門如地質(zhì)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等部門進(jìn)行數(shù)據(jù)分享與綜合，為科學(xué)決策提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹宏文.數(shù)字水利到智慧水利的構(gòu)想[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2013（4）：26-29.

[2]鄭燦堂，王慶華，張洪芳.淺談“智慧水利”[J].山東水利，2012（7）：1-3.

[3]蔡毅.基于WebGIS的路網(wǎng)交通信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[4]唐帥，姬光榮，王連波，等.遼河口濕地管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪科學(xué)，2013（1）：90-92.

[5]高進(jìn).基于MapServer的電子海圖服務(wù)系統(tǒng)研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2013.

[6]趙慧芬.基于MapServer和Openlayer的WebGIS開發(fā)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2013（9）：100-101.

[7] Vatsavai R R，Shekhar S，Burk T E，et al. UMN-MapServer： A High-Performance， Interoperable， and Open Source Web Mapping and Geo-spatial Analysis System[C]// International Conference on Geographic Information Science. Springer Berlin Heidelberg，2006.

[8]韓坤英，龐健峰，逯永光，等.“同一個(gè)地質(zhì)”計(jì)劃的地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享研究——以中國(guó)1∶100萬(wàn)MapGIS格式的地質(zhì)圖數(shù)據(jù)為例[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2011（6）：742-749.

[9]冉祥生.基于MapServer的空間信息發(fā)布技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2008.

[10]劉旭林，趙文芳，劉國(guó)宏.基于WebGIS的氣象信息顯示和查詢系統(tǒng)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2008（1）：116-122.

[11]臧卓，石軍男，趙亮，等.基于MapServer的地圖信息發(fā)布與查詢——以洞庭湖濕地為例[J].濕地科學(xué)，2008（4）：473-478.

[12]熊靜，張?bào)?基于MapServer的遙感影像發(fā)布系統(tǒng)的研究[J].遙感信息，2007（1）：53-57.

[13]李信鵬.基于Mapserver的遙感影像發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國(guó)科學(xué)院中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站，2007.

[14]江宗展，史天元.由自由軟體MapServer探討WebGIS建置[J].地籍測(cè)量，2004（4）：46-79.