基于WebGIS的校园地理信息系统的研究与应用

2008年4月第6卷第2期地理空间信息

GEOSPATIAL INFORMATION

Apr.,2008

Vol.6,No.2

基于WebGIS的校园地理信息系统的研究与应用

张长锁，袁永博

(大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116023)

摘要：以大连理工大学校园地理信息系统为例，对利用Web技术构建校园地理信息系统进行了研究，阐述了基于中间件的B/S多层结构的系统总体结构，对系统数据库和系统功能进行了设计，并说明了校园地理信息系统对于校园实现自动化、科学化、网络化和智能化管理的作用以及对于数字化城市建设的借鉴意义。

关键词：地理信息系统；数字校园；WebGIS；ArcIMS

中图分类号：P208文献标志码:B文章编号:1672-4623(2008)02-0108-03 Geography Information System for Campus Based on WebGIS

ZHANG Changsuo,YUAN Yongbo

(School of Civil&Hydraulic Engineering Dalian University of Technology,Dalian116023,China)

Abstract:By using WebGIS for scientific and effective management of campus，campus information can be solved in the course of constructing the mapping service and the release,integration and sharing of teaching information services,providing basic platform for release of space information in campus by https://www.360docs.net/doc/2819011430.html,ing Web technique, B/S multi-storey based Middleware to be established,and Dalian University of Technology campus management information system to be researched and designed.

Key words：GIS；digital campus；WebGIS；ArcIMS

校园地理信息系统是城市地理信息系统的一个缩影。它用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素，为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素，为校园的发展预测、规划决策以及管理提供可靠依据。校园WebGIS系统是网络地理信息系统的一个重要应用，它可以解决校园信息化建设过程中的地图服务与教学信息服务的发布、集成与共享问题，为校园网上空间信息发布等服务提供基础平台。

1WebGIS结构与工作原理

整个WebGIS按照功能可分为服务器和用户两大部分,二者通过网络联结起来,构成服务和被服务的关系。服务器可分解为两部分：Web服务器和GIS服务器。GIS服务器又由数据服务器和应用服务器组成。数据服务器包含GIS元数据、地理信息数据和用户信息数据，应用服务器则包含这些数据的管理及服务系统。

WebGIS的主要构造模型分为C/S三层结构和基于中间件的B/S多层结构。

1）C/S三层结构通常由三部分组成：客户端的浏览器、中间层的Web服务器、GIS服务器和后台的数据库服务器。WebGIS的客户端是一个标准的Web浏览器，负责与用户交互，向中间的Web服务器发出请求，解释Web服务器返回的数据并显示出来；中间层是Web 服务器和服务器扩展程序，Web服务器接受浏览器传来的请求，同时激活服务器扩展程序并把请求信息传递给它，服务器扩展程序将请求信息转换成数据库能够接受的形式(SQL)，再把它们送到数据库服务器；数据库服务器接受到查询请求后执行相应的操作，并把结果返回给服务器扩展程序。服务器扩展程序把结果进行GIS空间分析处理并转换成浏览器能够接受的形式(HTML)后送给Web服务器，最后Web服务器把包括信息的HTML文档返回给Web浏览器，如图1。

图1三层C/S结构WebGIS模型

收稿日期:

2007-01-18

第6卷第2期109

2）B/S多层结构由客户端的浏览器、相互调用的GIS多层中间件、分布式数据库服务器组成。B/S多层结构主要特点在于用户的请求由中间件来处理。GIS应用服务器不是一个进程，而是由多个中间件组成的分布式的多个进程。中间件的相互调用，一个进程是另外进程的客户同时又是别的进程的服务，调用关系比较复杂。进程所访问的地理数据库也不是在单个数据库，可能是一个分布式的异构数据库，如图2。

图2基于中间件的B/S多层结构

2系统总体设计

2.1系统的总体目标

系统总体目标是以大连理工大学基础地理数据库为依据，以GIS技术的理论和方法为支撑，结合其他技术手段，建立基于Web技术的大连理工大学GIS。该系统是以大比例尺数字地图为核心，通过对空间数据的分层管理实现对校园地理信息的浏览、查询、定位、量测、空间分析等功能；面向大连理工大学学生以及来学校参观、学习和工作的客人，提供网上电子地图服务，实现网站与客户之间的空间信息互动功能。2.2系统的总体结构

本系统拟使用ESRI公司推出的第二代网络地理信息系统平台ArcIMS，属于基于中间件的B/S多层结构。ArcIMS的组件构成主要有Web服务器、Servlet Engine、Servlet Connectors和Java Runtime Environment。

1）客户端。客户端是通过HTTP协议从服务器获取另一台计算机服务并接受服务器响应的一个计算机系统。客户端可以是Internet Explorer/Netscape浏览器，甚至是无线接受设备。

2）中间件。中间件是协调应用程序和网络之间的软件。它使用了Java Servlet技术，合成了GIS应用模块，管理不同计算平台程序之间的交互。在ArcIMS 中，客户和服务器之间的通讯是通过Web浏览器、Ser-vlets、Servlet Engine、Servlet Connectors、ArcIMS应用服务连接器、应用服务器和ArcIMS Monitor来实现的。

①Web服务器接受客户端请求，并创建网页在客户端发布。

②Servlets是能响应客户请求的一个JA V A程序，它最常的功能就是能够扩展Web服务器的功能使之动态地调整网页的内容。它还可以用来接受客户请求，获取并处理客户所需要的数据以及将结果返回客户端。Web服务器正是通过Servlets与ArcIMS进行通信的，所以需要安装支持Servlet通信的组件，包括Servlet En-gine和Servlet Connector。

③ArcIMS应用服务连接器是用来连接Web浏览器和ArcIMS应用服务器的。连接器主要有ArcIMS Ser-vlet Connector、Java Connector、ColdFusion Connector、ActiveX Connector和.NET Link五种。Servlet Connector 是ArcIMS标准连接器。

④ArcIMS应用服务器是处理输入请求负载平衡的程序。它是Java语言编写的应用程序，并作为一种后台程序来运行。此外，它还能够提供跟踪地图服务及地图服务运行所在的ArcIMS空间服务器的目录。应用服务器正是在这种信息的基础上，合理分配空间服务器的。多个Web服务器可以同时和应用服务器进行通信。

⑤ArcIMS Monitor是一个与空间服务器一起在后台运行的程序，其作用是启动新的地图服务和空间服务器，并在空间服务器或计算机出现故障时重新启动地图服务。

3）服务器。数据存储层提供了对其他桌面式GIS 应用系统的访问，便于对空间数据库进行管理。客户和服务器之间的连接一般是通过网络上经过编码的请求和响应来传递信息的。ArcIMS空间服务器是接受处理客户请求并向客户返回地图的程序。服务器始终运行着，等待客户端向其发出请求。服务器端包括ArcIMS 空间服务器、数据服务器和ArcIMS Tasker。

ArcIMS空间服务器是ArcIMS的主要处理中心。空间数据在ArcIMS的空间服务器中进行处理，并将输出的地图与数据返回给Web服务器。此外，还有查询服务器允许进行数据库搜索、地理编码服务器进行地址匹配操作、提取服务器允许对数据进行剪裁提取子集。Tasker是整理服务器的清道夫。它根据用户在每个地图服务设置中指定的间隔时间，删除影像地图服务生成的临时文件。

2.3系统软硬件配置

以IIS6.0+ArcIMS9.0为平台，以Microsoft InterDev 6.0为主要开发工具，中心服务器采用Windows2000 server（含IIS）、SQL Server2000数据库，客户端采用系统为Windows XP(含IE浏览器)。外设有扫描仪、数字化仪和打印机。

３数据库设计

在本项目中，采用属性数据库与空间数据库的独立存储的结合方法，空间数据以ArcIMS的Shapefile格式为主，属性数据库存放在微软的SQL Server2000大

张长锁等：基于WebGIS 的校园地理信息系统的研究与应用

地理空间信息

3.1数据采集

本系统使用现有的大连理工大学地图资料。由于地图资料距现在有一定时间，必须在现有地图资料的基础上更新数据。首先打印出现有的校园地图,接着组织小组成员，制定行走路线，依照图对校园进行普查。对变动的地物，如果拆除了的，则直接在图上标明“已拆除”；如果是新增的，则通过全站仪测量建筑物的特征点，将坐标信息和建筑物的名称记录下来。地图普查完毕后，按照之前的数据库设计，确定建筑物的划分类型。在此基础上，组织新的普查小组，根据不同类型收集各建筑物的属性资料。

3.2内业处理

对于采集到的数据作内业处理的时候，分为空间数据录入和属性数据录入两部分。对于空间数据，采用ArcMap工具来输入。最后通过数据转换的工具将其转换成系统所需要的Shapefile格式。

至于属性数据方面，则可以先录入到Excel表中，在Excel表中编辑好，然后通过SQL Server2000的数据转换功能，直接导入到数据库中各自的表格里。3.3构建网络分析

校园WebGIS系统，需要网络分析功能。但ArcIMS 9.0并不能直接提供网络分析功能，网络分析模块必须利用其他软件进行二次开发。在ArcGIS中，只有Coverage和GeoDatabase提供网络数据集，Shapefile不支持拓扑关系，而且Coverage和GeoDatabase的网络数据集的数据结构是不公开的，所以，无法在ArcGIS 的网络数据集的基础上进行二次开发。本系统采用北京SuperMap公司的SuperMap Object5.0来达到目的。

3.4整理成图

利用ArcMap来组织地图数据，因为ArcIMS9.0支持ArcMap的mxd和pmf格式。

4系统功能设计

根据设计目标和应用需求，系统功能包括：

1）系统管理与数据维护。系统管理包括系统设置、用户管理和系统信息。其中用户管理用于存贮、管理本地或远程访问的用户基础信息，为整个系统提供合法的校验功能。数据维护完成对系统地理图形或各种属性的增加或修改。

2）地图浏览与查询。采用分层管理的方法，对校园内的建筑物、道路、控制点等不同种类的地图要素分别进行管理。地图具备放大、缩小、全幅显示、漫游、分层浏览、地图鹰眼、距离量测等功能。采用分层管理可以突出重点，便于查询。系统丰富的空间查询功能可以快速的对空间信息和属性信息进行双向查询，空间信息将以图片的形式传给客户端。

将学生信息或是教职工信息与地图相结合，以实现学生（教职工）信息和其宿舍地理位置等图上信息的互查及维护，从而改善了学生（教职工）档案信息的管理，实现了档案信息的地理定位。

3）地下管线综合管理。校园地下管网系统是校园基础设施中的生命线，主要包括上水、消防、污水、雨水、暖气、地下电力、地下宽带网、地下电信等。一般成树状或环状分布于校园各处。树状管网大多是重力管网，特点是有向网络，方向由起始点的高程值决定，如污水、雨水等地下管网就属于此类。而另一种环状管网的设计则主要考虑尽可能减少事故造成的影响，如暖气管网、上水管网等，并且这些管网一般都采用多个源头，使得这些管网大多以多源环状分布。

考虑到地下管网的自身特点，本系统可以定位到学校内每段管线的位置和详细情况，方便寻找，使之能对各种管线迅速进行网络分析，以满足用户的需求。此外，增加了简单的缓冲区分析操作，为校园的规划设计提供了一定的辅助分析功能。

4）网上追踪分析。网上实时追踪分析的工作原理是系统(Trace Server)根据来自监控对象(如带定位功能的手机、PDA或GPS移动对象等)的位置信息计算其实际地理方位，并在监控中心网络发布，实时反映在电子地图上，浏览器用户可以任意设置目标显示频率和追踪路径间隔等。

5）三维显示。利用DEM对建筑物建模，然后在其表面进行纹理贴图。对大学的重点局部进行三维显示，如国家重点实验室，有特色的教学基地等。

5结语

将WebGIS技术应用到高校校园这一特殊人文社会环境，开发具有实用价值的校园管理信息系统，是高校管理自动化、科学化、网络化和智能化的一种趋

2008年4月第6卷第2期

地理空间信息

GEOSPATIAL

INFORMATION

Apr.,2008Vol.6,No.2

遥感影像用于城市扩展监测的研究

潘洁晨，胡友健，王冬梅，杨明东

（中国地质大学信息工程学院，湖北武汉430074）

摘

要：通过焦作市城市扩展监测的实践，对以多时相遥感影像监测城市扩展进行了研究，阐述了以地形图及TM 遥感影

像为数据源，利用RS 和GIS 软件进行图像处理，提取城区扩展的变化信息，并对其扩张变化的主要方向、速度及规律进行监测和分析；论述了交通建设、政策法规、经济投资区的建设和当地的自然地理环境对城市的扩展速度和方向的影响。关键词：卫星遥感；TM 影像；城市扩展；动态监测；多时相中图分类号：P237.9

文献标志码:B

文章编号:1672-4623(2008)02-0111-03

Application of Remote Sensing Image to the Monitoring of Urban Expansion

PAN Jiechen,HU Youjian,WANG Dongmei,YANG Mingdong

（Faculty of Information Engineering,China University of Geosciences,Wuhan 430074,china ）

Abstract ：The essence of the urban expansion is the dynamic change of the usage of land.Taking Jiaozuo as an example,this paper uses the soft-ware of RS and GIS to process the multi-time-phase TM remote sensing images （1988,1992,2001）and extract the information of city expansion change to monitor and the analyze the main di-rection of the expansion change of the city and its speed.The valuable information is offered for the future planning and development of the city.The result indicates that since 1992,Jiaozuo has entered the stage of fast development,and expands toward the Hi-tech Developmental Zone in the southern city on large scale during which the traffic con-struction,policy laws and regulations,the construction in economic investment districts as well as the natural ge-ographic environment all greatly contributes to the speed and direction of urban expansion.

Key words ：satellite remote sensing;TM image;urban extension;dynamic monitoring;multi-temporal 遥感影像具有多时相、高分辨率和信息丰富的特点，用多时相遥感图像研究城市扩展是当今遥感技术应用的热点之一。遥感技术为研究城市扩展动态变化提供巨大、丰富而精确的信息；地理信息系统具有强大的数据处理、空间分析功能，二者结合并通过GIS

对不同时相遥感图像的叠置分析，可以清晰地反映城市空间结构的动态变化，且具有精度高、效率高、费用低等特点。为此，利用遥感（RS ）和地理信息系统（GIS ）等空间信息技术进行城市时空扩展监测和动态模拟分析，是研究城市扩展的重要技术手段。

收稿日期:2008-01-21

势。本文基于AreIMS 技术开发的校园WebGIS 系统，是实现校园空间信息发布与服务的基础平台，对于数字化城市建设也具有一定的借鉴意义。

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第一作者简介：张长锁，硕士研究生，研究方向为GIS 应用技

术，市政工程。