基于WebGIS的校園地理信息系統的構建

浙江工業職業技術學院計算機分院 邢紅剛 阮勝利

基于WebGIS的校園地理信息系統的構建

浙江工業職業技術學院計算機分院 邢紅剛 阮勝利

21世紀以來，數字化趨勢越來越明顯，隨著數字地球概念的提出，各國的數字化建設也突飛猛進，與此同時，校園的數字化建設也在不斷的發展，數字圖書館，辦公自動化系統等的發展大大提高了高校辦事的效率，節約了大量的人力和物力。但是我們應該清醒的看到，現今的數字化校園建設大多數是各種管理信息系統的建設，僅僅是對屬性數據的管理，而缺乏對校園空間數據的管理和維護，而基于互聯網的地理信息系統的建設則可以將屬性數據和空間數據有機的結合在一起，從而實現真正的校園數字化。因此為加快校園信息化步伐，提高工作效率，強化各種信息的管理，建立基于WebGIS校園地理信息系統勢在必行。

一、校園WebGIS系統設計的建設目標

基于WebGIS技術的地理信息系統是以大比例尺數字地圖為核心，通過對空間數據的分層管理實現對地理信息的瀏覽、查詢、定位、圖層控制、空間分析等功能，還可以以專題圖的形式為管理者提供決策依據。整個系統以地圖為主索引，同時系統將為教學樓、學生宿舍、教工宿舍等學校設施管理提供各種管理手段。系統建成后，預期能夠和其它信息化項目或各管理軟件實現無縫集成，成為整個信息系統不可分割的重要組成部分。利用地理信息技術的強大空間分析能力，對所有設施和人文信息進行綜合應用，全面、系統的進行統計分析、預測決策、規劃，給領導部門的決策提供準確的數據支持。

二、系統開發環境和開發工具的選擇

前面我們了解到目前國內外桌面制圖GIS軟件層出不窮，就國外而言，占市場份額較大的有Intergraph公司的GeoMedia、AutoDesk公司的AutoCADMap2000、MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ARC/INFO等。國內GIS領域的研究雖然起步較晚，但發展非常迅猛，目前國產GIS軟件在國內的市場占有率從以前的8%猛增為28%之多，國內的GIS軟件主要有北京超圖地理信息技術有限公司的SuperMap、武漢吉奧信息工程技術有限公司的GeoStar、武漢中地的MapGIS等。隨著WebGIS技術的出現及流行，各廠家毫不示弱，紛紛推出了相應的WebGIS解決方案，例如Intergraph公司的GeoMediaWebMap，AutoDesk公司的AutodeskMapGuide，MapInfo公司的MapXtreme、國家遙感應用工程技術研究中心的GeoBeans、武漢吉奧的GeoSurf、北京超圖的SuperMapIS等。

由于各種GIS軟件相差迥異，不同產品的開發難度、適用領域各不相同，因此選擇合適的平臺是非常重要的。考慮到美國MapInfo公司是世界標準桌面地圖信息系統領導者，它利用數據的空間屬性，實現了地圖與數據的完美結合，以數據可視化、思維可視化，提供嶄新的決策支持方式，并且該公司產品線長、技術成熟先進、應用范圍廣，提供的開發工具全、技術資料齊備。結合課題的實際情況綜合考慮決定采用該公司的產品：MapInfo作為制圖工具，MapXtreme作為地圖服務器。

三、系統開發體系結構的建立

在開發互聯網數字校園地理信息系統時，二次開發平臺可以選擇Mapinfo公司的MapXtremeforJAVA作為地圖應用服務器，開發語言可以采用JSP加JAVA編制相結合的方式因為DreamWeaver開發JSP較方便，故綜合使用Jbuilder和DreamWeaver以簡化開發工作；通過使用MSSQLServer和Mapinfo建立屬性數據庫和空間數據庫，并通過JDBC與SQLServer數據庫相聯；Web服務器可以采用ApacheTomcat；地圖應用服務器通過MapXtremeforJAVA為客戶端提供網絡接口。目前開發WebGIS廣泛采用的是基于B/S的3層體系結構，該結構由數據庫、應用服務器（包括Web服務器和地圖服務器）和瀏覽器組成。所有服務器放在網絡中心，客戶端瀏覽器為分布在校園網各處的計算機，首先客戶端通過瀏覽器向Web服務器提交HTTP請求，遞交Form表單，Web服務器收到該請求后，把地圖操作請求提交給地圖應用服務器，地圖應用服務器（WebGIS服務器）在內部調用MapX服務器響應用戶的操作請求并通過訪問數據庫進行相應的空間分析和處理后產生新的操作結果，此后把結果返回給Web服務器，Web服務器再把該結果嵌入到HTML頁面中并返回到客戶端的瀏覽器上，這樣客戶端就看到了自己操作后的地圖。根據前文所講該開發方式屬于瘦客戶端方式。整個系統體系結構如下圖1所示。

四、校園地理信息系統的具體實現

（一）校園地圖矢量化

為了將現有的校園地圖轉變為可進行查詢、分析、統計的電子信息，必須進行校園地圖的矢量化。柵格地圖矢量化是地理信息系統設計的前提和基礎。這是因為：紙質地圖經掃描儀掃描后，初步保存為柵格圖像（常見的格式有TIFF，BMP，PCX，JPEG等）。

在矢量圖形中每個目標均為單個矢量單位（點、線、面）或多個矢量單位的結合體。基于這樣的數據結構，我們便可以很方便地在地圖上編輯各個地物、將地物歸類，以及求解各地物之間的空間關系，并有利于地圖的瀏覽、輸出。矢量化則是利用數字圖像處理算法，將源圖上的各種柵格陣列識別為矢量對象，最后以一定格式保存的過程。矢量圖形在工業、制圖業、土地利用部門等行業都有廣泛的應用。在這些領域的許多成功軟件都基于矢量圖形，或離不開矢量圖形的參與，如AutoCAD，ARC/INFO，CorelDraw，MapInfo等等。

獲取矢量化地圖通常有以下幾種途徑：

1.從地圖銷售商處購買GIS軟件所支持的矢量化電子地圖（如ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件，AutoCad的DXF/DWG格式等）；

2.利用掃描儀將紙質地圖掃描為TIF等柵格圖像格式后存入計算機，再利用矢量化軟件進行手工矢量化，把需要的內容在計算機上重新畫出，這樣工作量大而且煩瑣。

3.將圖紙掃描成柵格圖像存入計算機，再用專業數字化軟件自動將柵格格式的文件轉化成矢量格式的文件，并進行必要的手工修圖處理，這樣就得到了理想的可再編輯的電子工程圖紙。

4.使用特殊的數字化掃描儀將圖紙內容自動數字化，這樣掃描和矢量化同時進行，掃描的結果就能以矢量化的格式存盤。

圖1 系統體系結構

圖2 系統數據分類設計

5.在GIS軟件中直接繪制與錄入空間數據、屬性數據。

由于校園地圖數據量不是很大，加之目前我們沒有數字化儀等可將地圖矢量化的設備和軟件。因此我們采用第二種方式，即使用MapInfo軟件自身的數字化功能，將現有的校園柵格圖手工矢量化。

柵格地圖矢量化，對于我們得到的校園柵格圖形，需要對其進行矢量化以得到我們需要的矢量圖形。一般柵格圖像常見的格式有TIFF，BMP，JPEG等。然而柵格圖像在地理應用領域存在著許多的缺陷，而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個目標均為單個矢量單位（點、線、而）或多個矢量單位的結合體。基于這樣的數據結構，便可以很方便地在地圖上編輯各個地理要素，將地理要素歸類，以及求解各地理要素之間的空間關系，并有利于地圖的瀏覽、輸出。如下為在MapInfo中矢量化地圖的大體步驟：

（1）首先我們將學校的柵格地圖用JPG格式存盤，然后得到一個中間產品的柵格地圖。

（2）在MapInfo中打開柵格地圖將自動生成一個與該柵格文件同名的TAB文件，并在地圖窗口中顯示，此時的圖層被稱為柵格圖層如圖5.1.2.在生成TAB文件的同時也生成了其他幾個文件，即每一個圖層生成了四個文件，*.tab，*.dat，*.id，*.map。

（3）在MapInfo中利用保存修飾層的方法建立一個新圖層，并將該圖層設為可見、可以編輯。利用修飾層來生成新圖層可以保證各層尺寸等參數的統一。接下來在新建的圖層上參考柵格圖層調用MapInfo提供的繪制點、線、折線、圓弧、多邊形、矩形、文本、符號等工具進行路徑描繪。

（4）每個新圖層都是多邊形、折線等對象的集合，可以調用MapInfo提供的工具對各對象進行分割、合并、擦除、拖拉等操作，可以對每個對象設置屬性信息。

（5）將繪制好的圖層匯總到一起。啟動MapX的地圖管理工具Geoset Manager，在該軟件中打開所有圖層，保存為一個mapxtreme所需的GST文件（要存放在MapX的Maps目錄下）。再將畫好的地圖注冊。至此，矢量化地圖的生成工作就結束了。

（二）地理信息系統數據庫的建設

在將地圖矢量化以后，我們需要將得到的空間數據和屬性數據使用數據庫的方式存儲起來，以便系統使用。但是地理信息系統所需的數據量大，種類煩雜，數據組織是否合理將直接影響到系統性能，所以數據組織是系統設計的關鍵。我們知道系統的數據分為兩種：與地理位置相關的空間數據和與空間位置相關的屬性數據，二者通過關鍵字索引進行連接，如圖2。空間數據展示實物的地理位置信息，屬性數據記錄實物的具體屬性。在進行數據庫設計時，通過數據分層、圖層管理、屬性編碼和空間索引設計等，建立空間數據庫，然后進行屬性數據庫設計，最后建立空間數據庫與屬性數據庫的連接關系。

本系統的空間數據庫主要指地圖中的空間信息數據庫。其中包括矢量地理底圖庫、各種專題地圖庫等，涉及點、線、面等多種類型的文件，以及一些坐標點信息。

考慮到現在流行的GIS系統平臺通常僅支持Point，Line和Polygon幾種空間數據格式，不同格式的數據存儲在不同的層上，本系統根據實物的空間特點以及功能將地圖具體分為教學樓、辦公用房、教工宿舍、學生宿舍、道路、綠地、后勤服務設施等幾層。為方便系統對數據的管理，各類空間數據以Mapinfo的.tab格式（矢量形式）進行存儲。

五、小結

本文在通過對國內外GIS，特別是在WebGIS的發展與應用現狀充分學習、探討的基礎上，圍繞基于WebGIS的校園地理信息系統的實現這一主題，進行了系統的研究工作，初步完成了基于MapXtremeforjava平臺的校園地理信息系統的建設工作。

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邢紅剛（1978—），畢業于東北大學計算機科學與技術專業，現供職于浙江工業職業技術學院計算機分院，研究方向：數據庫和物聯網。