廣州城管委電子地圖網站建設及關鍵技術研究

摘 要：采用先進成熟的地理信息技術和城市管理理念，整合信息資源，建設標準統一、功能完善、數據共享、高效快捷、安全可靠的廣州城管委電子地圖網站系統，向市民提供基于電子地圖網站的城管服務，以城市管理地理信息化促進我市城管工作現代化，通過電子政務推進城管部門政務公開，進一步提高行政決策水平和行政管理效能。

關鍵詞：電子地圖 組件式GIS 分級顯示 移動GIS

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0017-04

廣州市城市管理委員會作為城市綜合管理部門，涉及到為市民服務的事項較多，采用現代化的信息技術手段提升服務水平是當前該委的迫切任務。目前，該委已開通了政務網站，提供政務信息公開、網上在線申報、網上投訴等服務功能。為進一步提高城管委服務水平，需要依托政務網站，在綜合運用計算機、WEBGIS、嵌入式移動GIS和空間數據庫技術，以廣州市基礎地理信息框架要素和數字城管專題數據為主體內容，建立覆蓋全廣州市的多尺度、多要素、多用途、定期更新的數字城管專題要素管理與信息發布平臺，并通過Internet或嵌入式移動設備（PDA、智能手機等）向公眾或城管工作人員提供城管專題要素或服務機構的瀏覽、查詢、定位、標注、投訴和現場辦公等服務。

廣州城管委電子地圖網站的建設是數字化城市管理綜合平臺的重要組成部分，能顯著提高城管專題要素管理的信息化水平，提高工作效率，在為數字化城市管理規劃提供服務和決策支持，提高數字城管的社會化服務水平，增加城市管理的透明度。

該文主要闡述廣州城管委電子地圖網站實現的關鍵技術及系統框架、數據庫、功能、接口等設計。

1 關鍵技術

1.1 組件式、構件化開發技術

組件式GIS是面向對象技術和組件式軟件在GIS軟件開發中的應用。組件的構件化就是將多個組件組織在一起形成不同的構件，隨著構件的積累，利用這些構件開發軟件就像搭積木一樣容易。組件技術是迄今為止最優秀也是發展最快的一種軟件重用技術，它比較徹底地解決了軟件開發中存在的重用性、適應性差和周期長等問題。組件式GIS具備以下特點：（1）小巧靈活、價格便宜；（2） 直接嵌入MIS開發工具；（3） 強大的GIS功能；（4） 開發簡捷。

基于構件的軟件開發（Component-Based Software Development， CBSD，有時也稱為基于構件的軟件工程CBSE）是一種基于分布對象技術、強調通過可復用構件設計與構造軟件系統的軟件復用途徑。基于構件的軟件系統中的構件可以是COTS（Commercial-Off-the-Shelf）構件，也可以是通過其它途徑獲得的構件（如自行開發）。CBSD體現了“購買而不是重新構造”的哲學，將軟件開發的重點從程序編寫轉移到了基于已有構件的組裝，以更快地構造系統，減輕用來支持和升級大型系統所需要的維護負擔，從而降低軟件開發的費用。

開發基于構件的軟件系統受到以下幾方面因素的影響：（1）COTS構件質量的提高和種類的增加；（2）要求降低系統開發和維護成本的經濟壓力；（3）構件集成技術的出現；（4）軟件開發組織內可以用于新系統開發的已有軟件制品的數量增加。

CBSD整個過程從需求開始，由開發團隊使用傳統的需求獲取技術建立系統的需求規約。在完成體系結構設計后，并不立即開始詳細設計，而是確定哪些部分可由構件組裝而成。此時開發人員面臨的設計決策包括“是否存在滿足某種需求的COTS 構件”，“是否存在滿足某種需求的內部開發的可復用構件”，“這些可用構件的接口與體系結構的設計是否匹配”等。對于那些無法通過已有構件滿足的需求，就只能采用傳統的或面向對象的軟件工程方法開發新構件。對于那些滿足需求的可用構件，開發人員通常需要進行如下活動：

構件鑒定（qualification）：通過接口以及其它約束判斷COTS構件是否可在新系統中復用。構件鑒定分為發現和評估兩個階段。發現階段需要確定COTS 構件的各種屬性，如構件接口的功能性（構件能夠提供什么服務）及其附加屬性（如，是否遵循某種標準）、構件的質量屬性（如，可靠性）等。構件發現難度較大，因為構件的屬性往往難以獲取、無法量化。評估階段根據COTS構件屬性以及新系統的需求判斷構件是否可在系統中復用。評估方法常常涉及分析構件文檔、與構件已有用戶交流經驗、甚至開發系統原型。構件鑒定有時還需要考慮非技術因素，如構件提供商的市場占有率、構件開發商的過程成熟度等級等。

構件適配（adaptation）：獨立開發的可復用構件滿足不同的應用需求，并對運行上下文做出了某些假設。系統的軟件體系結構定義了系統中所有構件的設計規則、連接模式和交互模式。如果被復用的構件不符合目標系統的軟件體系結構就可能導致該構件無法正常工作，甚至影響整個系統的運行，這種情形稱為失配（mismatch）。調整構件使之滿足體系結構要求的行為就是構件適配。構件適配可通過白盒、灰盒或黑盒的方式對構件進行修改或配置。白盒方式允許直接修改構件源代碼；灰盒方式不允許直接修改構件源代碼，但提供了可修改構件行為的擴展語言或編程接口；黑盒方式是指調整那些只有可執行代碼且沒有任何擴展機制的構件。如果構件無法適配，就不得不尋找其它適合的構件。

構件組裝（composition）：構件必須通過某些良好定義的基礎設施才能組裝成目標系統。體系風格決定了構件之間連接或協調的機制，是構件組裝成功與否的關鍵因素之一。典型的體系風格包括黑板、消息總線、對象請求代理等。

構件更新（update）：基于構件的系統演化往往表現為構件的替換或增加，其關鍵在于如何充分測試新構件以保證其正確工作且不對其它構件的運行產生副面影響，對于由COTS 構件組裝而成的系統，其更新的工作往往由提供COTS 構件的第三方完成。

1.2 基于SOA的Service GIS

在面向服務構架中，服務是自包含、模塊化的軟件實體，具有網絡可尋址的粗粒度接口，服務的位置對于服務請求者是透明的，可以被動態發現綁定。服務是松散藕合的，強調互操作，可以按照某種方式與組件、應用程序或其他服務組合。

ISO/TC2l1中給出了服務、操作和接口的定義，并給出了者之間的關系（ISO19119）：

①服務：由實體通過接口提供的明確功能；

②接口：體現一個實體行為特征的具有名稱的操作集；

③操作：調用某個對象可實現的轉換或查詢的描述，操作具有名稱和參數列表。

接口的集成形成服務，其目的是為用戶提供有價值的功能，接口中操作的集成與接口的定義，目的是為了軟件可重用。

GIS服務可以定義為：網絡環境下的一組與地理信息相關的軟件功能實體，通過接口暴露封裝的功能。GIS服務包括GIS數據服務和GIS功能服務，GIS數據服務通過接口向外提供空間數據，GIS功能服務通過接口向外提供空間數據處理功能。

GIS服務根據服務提供的內容不同，可以劃分為GIS數據服務和GIS功能服務、數據服務通過服務接口向外提供空間數據，功能服務通過接口向外提供對空間數據的操作和處理功能，實現空間數據的增值。

GIS功能服務和GIS數據服務一起構成了GIS服務鏈集成的服務基礎。OGG的OWS啟動項目中定義的一系列GIS數據服務的接口定義，如WMS、

WFS、WCS，得到GIS業界的廣泛認可和采納，為GIS功能服務接口的定義提供了經驗和參考。目前對GIS功能服務接口的研究剛剛起步，尚不成熟，OGG的Web處理服務（Web Processing Service（WPS） Specification）提供了空間數據操作和計算的總體模型，但是沒有定義具體的功能服務接口和參數（OGG 05-007）。GIS功能服務是通過網絡向外提供GIS處理功能的Web服務，與傳統的GIS服務相比，它的數據可以來源于網絡，經過功能服務的處理后，將結果數據通過網絡發送給用戶。因此GIS功能服務的特點是服務處理的數據既可以來自本地數據，也可以來自網絡或者其他GIS數據服務。GIS功能服務的處理結果可以通過網絡返回給調用的用戶或應用服務。分布式GIS功能服務的特點要求其接口定義與現有GIS系統和GIS服務中的功能操作（服務）接口定義不同。

面向服務的軟件架構（Service-Oriented Architecture），SOA是一種組件模型，它通過應用程序功能單元（稱為服務）之間定義完善的接口和契約，來聯系應用程序中的不同服務。

Service GIS是一種基于面向服務軟件工程方法的GIS技術體系，它支持按照一定規范把GIS的全部功能以服務的方式發布出來，可以跨平臺、跨網絡、跨語言地被多種客戶端調用，并具備服務聚合能力以集成來自其他服務器發布的GIS服務。既是地理空間信息（數據）的服務平臺，也是GIS能力（功能）的服務平臺，還是GIS服務的聚合和集成平臺。

1.3 基于服務端和客戶端的雙智能緩存技術實現海量空間數據的快速瀏覽

數據智能緩存采用服務器端緩存和客戶端混合緩存的技術：①服務器端緩存基于地圖切片的地圖緩存原理，地圖切片之后將其放置于服務器的虛擬目錄中，在需要顯示某個范圍的地圖時，借助客戶端顯示技術將這些圖片無縫地拼接在一起，即可得到用戶需要的地圖；②客戶端緩存將服務器最常訪問的地圖圖片復制到本地存儲器中，當用戶請求該頁面時，直接從本地高速緩存中返回該頁面圖片，從而減少了網絡通信流量和縮短訪問所需要的時間。

1.4 基于中文分詞和Lucene的全文搜索引擎技術實現智能化檢索和匹配

Lucene作為一個強大的全文索引引擎工具包，它的全文檢索技術是信息檢索領域廣泛使用的基本技術，具有訪問索引時間快、多用戶訪問、跨平臺使用的特點。但是，Lucene是用Java寫的全文檢索引擎工具包，并不是一個完整的全文檢索引擎，而是一個全文檢索引擎的架構，可以提供多個應用程序編程接口函數和數據存儲結構，并能方便地嵌入到各種應用中，從而實現針對應用的全文索引/檢索功能。

本項目的地圖網站將在深入剖析Lucene的系統結構和索引機制的基礎上，通過集成式二次開發，將其嵌入到網站的“全站檢索”功能中。應用表明：基于Lucene的檢索的結果由結構化的數據組成，描述針對性強、響應速度快、查準率高。

2 總體框架

系統從下往上，共劃分為5層，分別是：硬件設備、系統層、服務層、應用系統層、展現接收入層。其中硬件設備主要是指系統運行所需的基礎環境及各種硬件設備；系統層則是系統運行的軟基礎，包括：操作系統、數據庫、中間件；服務層：是復雜的應用系統抽象出通用的公共部分，這一層的功能是為了降低應用開發的復雜程度，避免應用系統出現重復建設的問題，廣州市城市管理委員會電子地圖網站的相關接口都依賴中間件這一層次上的各項功能；應用層包括地圖瀏覽、專題數據查詢、接受投訴、系統維護更新、數據接口功能以及移動GIS服務功能；展現接入層是系統的可視化表現以及與用戶的交互界面（如圖1）。

3 數據庫設計

3.1 廣州市電子地圖數據庫的設計

廣州市電子地圖數據是由地理實體數據構成，它是依托廣州市基礎地理信息數據庫，通過地理空間框架數據的提取、擴充和重組加工得到，主要分為行政區劃、水系、房屋、道路、植被、鐵路、注記等（如圖2）。

3.2 城管委專題數據庫設計與數據制作

城管專題數據一方面是與市民生活密切相關的信息，另一方面也是城市管理規劃的重要依據。首先，必須依據相關國家標準或行業規范制定專題數據統一的數據標準，然后進行專題數據的整理、加工、查錯，最后入庫為數據的發布、應用打好基礎（如圖3）。

3.3 電子地圖分級顯示的尺度設計

電子地圖作為地圖網站的背景底圖，從宏觀到細節按9個尺度進行分級顯示，每一尺度考慮地圖的載負量和圖面配置，顯示適宜的地圖要素細節。比例尺從小到大分別為1∶60萬、1∶30萬、1∶15萬、1∶6萬、1∶3萬、1∶1.5萬、1∶6000、1∶3000和1∶1500。其中1∶60萬為廣州市全區域表達尺度，反映地勢起伏、行政區劃等總體信息；1∶30萬為中小尺度，主要反映區域內主要的水系、山峰，鄉鎮，區域內主干交通網絡；1∶15萬、1∶6萬、1∶3萬、1∶1.5萬為中尺度，主要反映城市內的交通框架、主要水系，政府機關，重要企事業單位，鄉村等；1∶6000、1∶3000和1∶1500為大尺度，可反映城市內的主干道、次干道、街區，甚至小區內的道路、房屋面、綠地、水系等；且下一級比例尺的要素包含了上一級的要素（如圖4）。

4 功能設計

4.1 功能結構

如圖5所示。

4.2 基礎查詢

主要提供基礎地理要素查詢，包括按道路名查詢、按單位名查詢、按地名查詢

4.3 城管委專題查詢與統計分析

主要提供城管委專題查詢與統計分析，包括燃氣站點、汽車加氣站、環衛公廁、市政道路施工點、戶外廣告、流動商販準許擺賣點、嚴禁亂擺賣區域、零星余泥排放點等的插敘與統計分析。

4.4 接收投訴

接受投訴功能是實現城市管理工作政務公開，接收民眾監督、傾聽民意，提升城管工作社會化服務水平的重要功能，可以通過地圖定位進行投訴，也可以直接進行投訴。

5 接口設計

系統接口是系統不同部分之間業務和數據發生聯系的紐帶，也是不同組件間相互訪問的入口。城管委電子地圖網站主要的接口方式有以下三種：開發與數字化城市管理系統的接口；開發與行政審批系統的接口；開發與流動商販公共服務系統的接口（如圖6）。

6 移動GIS軟件功能開發

將電子地圖網站及相關的城管委專題設施數據等遷移到手機等移動終端，通過無線移動網絡實現隨時隨地的辦公環境將極大提升城市管理工作的便捷性、極大提高城管工作的反應速度。具體包括支持互聯網電子地圖在手機終端的瀏覽、支持城管專題數據在手機終端的顯示查詢、支持城市管理問題投訴功能以及支持定位和導航。而且手機終端可以通過GPRS在線訪問電子地圖網站服務器，與電子地圖網站共用同樣的服務端，移動GIS軟件支持目前主流的手機及手持設備（如圖7）。

參考文獻

[1]蔣波濤.插件式GIS應用框架的設計與實現——基于C#和ArcGIS Engine[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]彭義春，組件式WebGIS的研究與實現[J].計算機系統應用，2011（9）.

[3]鐘廣銳.基于ArcGIS Flex API的WebGIS設計[J].測繪科學，2011（10）.

[4]諸云強，馮敏，宋佳，等.基于SOA的地球系統科學數據共享平臺架構設計與實現[J].地球信息科學學報，2009，11（1）：1-9.