基于ＷｅｂＧＩＳ的數字城市規劃發布系統研究及應用

摘要：本文從數字城市規劃及其基礎學科的概念和發展現狀出發，提出了基于萬維網地理信息系統（WebGIS）的數字城市規劃發布系統的研究模型。通過分析ArcIMS平臺的技術優勢，確定ArcIMS為本系統的開發平臺，然后詳細介紹了該模型的數據庫和原型系統結構的設計方法及過程。最后闡述了成果系統的功能和開發研究過程中用到的關鍵技術，并給出了系統的測試結果及評價。

關鍵詞：數字城市；城市規劃；地理信息系統；WebGIS；ArcIMS；數據庫

1 引言

數字城市規劃[1]是傳統城市規劃理論和方法與以地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）為代表的信息技術相結合的產物，面向城市規劃與管理的全過程。目前，隨著我國城市化進程的快速發展，如何全方面掌握各種空間信息，對城市生態的可持續性、行政管理、土地使用、管理結構調整等方面的進行最優的規劃，是數字城市規劃的挑戰和機遇。然而，信息技術的發展，尤其是Internet、GIS、數據庫等技術的發展，使得Web GIS技術成為解決這一問題的新手段。與傳統的GIS相比，WebGIS具有明顯的優勢，用戶通過瀏覽器就可以進行信息交互和業務處理，大大降低了用戶端的經濟和技術負擔，擴大了GIS的用戶范圍。本文正是以WebGIS技術為支持，設計并實現了基于WebGIS的數字城市規劃發布系統。

2 WebGIS平臺選擇

在平臺選擇中，選擇了ESRI最新推出的第二代互聯網地理信息系統平臺ArcIMS9.0和ArcGIS9.0系列產品，考慮到了ArcIMS的以下三個技術優勢[2]：

ArcIMS可以在服務器和瀏覽器或其他客戶間建立\"數據流\"，為用戶和數據發布者提供了一個更廣闊的空間；ArcIMS可以很容易的制作地圖服務（MapServices）、開發與地圖服務進行通訊的Web頁面，并且進行站點管理；ArcIMS對于密級文件的地形圖，在發布系統中刪除了坐標顯示方式，并將矢量數據轉換為GIF或JPG格式，使瀏覽者只能看到圖形，沒有比例尺和坐標顯示的概念，這就使數據的安全性得到了保障，特別適用于公開化的規劃圖展示。

3 系統總體設計

3.1 系統體系結構設計

原型系統采用標準的ArcIMS多層結構[3]。包括展示層（Presentation Tier）、邏輯事務層（Business Logic Tier）和數據存儲層（Data Storage Tier）。展示層是指ArcIMS Viewers；邏輯事務層由Web Server、ArcIMS應用服務器、應用服務器連接器和空間服務器組成；數據存儲層指數據源；各個不同層之間通過ArcXML進行通訊。

3.2系統總體功能結構設計

規劃管理業務涉及城市基礎測繪、城市規劃編制、建設用地、建設工程、市政工程、環境藝術工程的報建審批等方面的內容，根據這些規劃管理業務的需求，系統功能結構設計可分為數字城市規劃系統，地圖操作和辦公系統三個功能子系統。

地圖操作主要以工具條的形式放在主界面上，包括了地圖縮放平移、查看圖例、查詢、緩沖區分析以及打印等功能。

3.3數據庫組織與設計

3.3.1 數據庫的內容和數據分類

城市規劃數據庫包含規劃成果庫和規劃控制庫。規劃成果庫中的內容主要包括城市的總體規劃、分區規劃、控制性規劃、修建性詳細規劃以及各類專項規劃等規劃數據。規劃控制庫的內容主要包括規劃用地紅線和規劃道路紅線。從規劃圖上可以提取不同地塊的空間數據、幾何數據（如地塊面積、周長）、指標參數（指一定空間進行描述各種屬性信息，如地塊的各種經濟指標等）和其他屬性數據[4]。

3.3.2 數據庫的邏輯設計

用UML的思想將城市規劃信息數據先分成不同規劃區域，再分為不同規劃層次--總體規劃、分區規劃、詳細規劃，然后明確各區域數據的不同規劃專題信息，定義各規劃專題間的層次關系。這樣將整個數據庫分成相對獨立的小部分，理清數據之間的邏輯關系。同時還須考慮規劃信息的時態性。為使規劃數據能在時間上和空間上相互銜接，必須建立一個有效的時空索引庫，才能更好地管理規劃數據。

4 系統功能介紹及關鍵技術討論

4.1 系統功能介紹

本系統的主界面工具條里可以實現地圖的縮放平移、查詢、距離量算、道路拓寬和打印等功能。左邊主菜單有規劃成果、政策法規、行政許可、審批查詢、網上辦事、規劃寶典和公眾參與七項，還有動態文本框顯示城市的規劃動態。右邊有圖層信息的顯示和控制留言板，還有辦公登陸框；通過此登陸框，政府工作人員可以進入辦公子系統，實現WebGIS與MIS和OA的結合。

4.2 關鍵技術討論

ArcXML框架

在ArcXML的分級元素系統中，五個元素為ArcIMS部件之間的通訊提供了基本的框架結構，它們是ArcXML、CONFIG、REQUEST、RESPONSE和MARKUP。其中，ArcXML元素包含在ArcXML文檔的聲明部分，而四個根元素CONFIG，REQUEST，RESPONSE和MARKUP則定義了ArcXML聲明的類型。每一個ArcXML文檔都必須包含也只能包含一個根元素[5]。

元數據

ArcIMS Metadata Services與ESRI ArcGIS桌面產品一起滿足用戶執行元數據的所有操作和建立他們自己的geography network的要求，開創了一個在互聯網上發布地理空間元數據的有效方法。使用ESRI提供的元數據獲取工具，數據擁有者可以到元數據交換中心發布他們的元數據。這些元數據將被存儲在一個統一的節點上，這樣的節點好比一個社區的入口；在查詢時不再將這個查詢發布到所有節點上，而僅僅在那個統一的節點上進行查詢，并且可以立即支出所需數據的精確位置。

5 測試結果及評價

面向對象軟件工程模型從對系統需求的表示開始，逐步演化為詳細的類模型、類連接和關系、系統設計和分配，以及對象設計[6]。在每個階段都有測試模型，以試圖在錯誤傳播到下一次遞進前發現錯誤。

一般來說，錯誤的出現比例如下：

功能錯占整個錯誤的27%，是需求分析設計不完整引起的。

系統錯占整個錯誤的16%，是總體設計錯誤引起的。

數據錯占整個錯誤的17%，是由編碼錯誤引起的。

編碼錯占整個錯誤的14%，是由程序員編碼錯誤引起的。

其他錯占整個錯誤的26%，是由文檔錯和硬件錯引起的。

基于WebGIS的數字城市規劃發布系統經測試，系統功能齊全、完善、高效易用，具有良好的兼容性，可采用常用大型數據庫，如Oracle或SQL Server，在安全管理、數據安全、權限管理及防止對程序及數據的非授權故意或意外訪問的能力等方面均可進行有效的管理。

結論

本文針對數字城市規劃系統的實際需求和發展趨勢，以WebGIS為技術支持，采用ArcIMS的多層結構，設計和開發了基于WebGIS的數字城市規劃發布系統，并詳細介紹了該模型的數據庫和原型系統結構的設計方法及過程，分析了相關關鍵技術，系統測試結果表明該系統實現了WebGIS的基礎地圖操作，空間分析，綜合圖件的發布、共享，數字城市規劃的政務公開透明，公眾參與規劃以及網上無紙辦公，有效地提高了城市規劃的水平和效率。

參考文獻

[1]孫毅中，周晟．城市規劃管理信息系統[M]．北京：科學出版社，2004．

[2] ESRI．Using ArcIMS（An ESRI White Paper）[M]．GIS by ESRI，2001．

[3]劉仁義，劉南．ArcGIS開發寶典：從入門到精通[M]．北京：科學出版社，2006．

[4]蔣恒恒．城市規劃數據庫設計[J]．重慶教育學院學報，2004，5．

[5]ESRI．GIS Solutions for Urban and Regional Planning[S]．ESRI，2006．

[6]陳明．軟件工程實用教程[M]．北京：清華大學出版社，2005．