基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)研究

歐佳斌，張新長，2，郭泰圣

(1.中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 510275；2.廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點實驗室，廣東 廣州 510275)

基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)研究

歐佳斌1，張新長1，2，郭泰圣1

(1.中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 510275；2.廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點實驗室，廣東 廣州 510275)

隨著移動GIS技術(shù)的發(fā)展，移動辦公已逐漸成為行業(yè)應用的新趨勢。本文面向規(guī)劃業(yè)務的核心需求，結(jié)合移動GIS技術(shù)，應用ArcServer、ArcGIS for iOS、WebService等技術(shù)框架，設(shè)計并開發(fā)了基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于移動端的規(guī)劃數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析等功能，對于提高規(guī)劃業(yè)務效率具有積極作用。

規(guī)劃數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)；移動GIS；ArcServer；ArcGIS for iOS；iOS

一、引 言

隨著城市化的快速發(fā)展，規(guī)劃業(yè)務的效率已經(jīng)成為規(guī)劃部門需要解決的一個難題。近年來，規(guī)劃數(shù)據(jù)的主要形式已經(jīng)從紙質(zhì)資料逐漸轉(zhuǎn)為基于計算機輔助制圖(CAD)或GIS數(shù)據(jù)的電子資料。但是，由于這些資料只能用于傳統(tǒng)的桌面計算機，信息更新不及時，當規(guī)劃人員外出進行建設(shè)工程的督查和管理時，只能攜帶舊紙質(zhì)版的打印資料，難以對工程現(xiàn)狀進行及時比對。因此，規(guī)劃人員急需一種強有力的手段來支持其業(yè)務的高效率開展。

移動GIS是一種服務應用系統(tǒng)，廣義上的移動GIS并不是指一個可以在移動設(shè)備上運行的GIS應用程序，而是指一個具有GIS、GNSS、移動通信、互聯(lián)網(wǎng)服務、多媒體技術(shù)集成的應用系統(tǒng)[1]。移動GIS系統(tǒng)擁有以下特點[2]：①移動性，運行在移動設(shè)備上，可借助移動通信技術(shù)，完成服務器GIS數(shù)據(jù)的傳輸，也可以讀取離線數(shù)據(jù)；②位置性，借助GNSS技術(shù)完成定位導航功能，實現(xiàn)基于位置的服務(LBS)；③動態(tài)性，能夠根據(jù)使用條件的變化，服務器給予相應的服務。

通過移動GIS技術(shù)，規(guī)劃人員能夠?qū)㈦娮踊囊?guī)劃數(shù)據(jù)隨身攜帶，在任何地點、任何時候都能查詢到任何需要的數(shù)據(jù)，完全達到 3A(anytime，anywhere，anything)的效果。結(jié)合規(guī)劃業(yè)務的特點，移動GIS可以和傳統(tǒng)的GIS平臺對接起來，實現(xiàn)規(guī)劃相關(guān)的空間數(shù)據(jù)、圖表、審批文檔的移動化查詢管理，達成移動化的規(guī)劃業(yè)務輔助決策，以及規(guī)劃工程的督查和管理。

本文將基于移動GIS技術(shù)，進行規(guī)劃數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。系統(tǒng)采用B/S、C/S混合架構(gòu)，既能通過對Web Service等平臺無關(guān)服務進行訪問減少維護工作量，也能通過對簡單任務進行移動端本地化處理提升處理效率以及用戶體驗。

二、規(guī)劃移動辦公業(yè)務分析

規(guī)劃數(shù)據(jù)指的不僅僅是城市規(guī)劃的數(shù)據(jù)，也指規(guī)劃部門相關(guān)的檔案數(shù)據(jù)。城市規(guī)劃是具有系統(tǒng)性、科學性、政策性及區(qū)域性的工作，需要對城市空間和實體發(fā)展進行預先考慮，在更大的范圍內(nèi)，可以擴大到區(qū)域規(guī)劃和國土規(guī)劃，而在更小的范圍內(nèi)，可以延伸到建筑群體之間的空間設(shè)計。規(guī)劃部門是城市規(guī)劃實施的核心部門，需要指導審查總體規(guī)劃、詳細規(guī)劃和重大工程的規(guī)劃設(shè)計，負責全市建筑規(guī)劃設(shè)計檔案管理，負責城市各項建設(shè)工程的管理和督查，并依法進行行政處罰。另外，地形圖、影像圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也在規(guī)劃業(yè)務中有著舉足輕重的作用。如上所述，規(guī)劃部門進行辦公時，不僅需要海量的規(guī)劃、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，也需要大量的政務數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)等。所有需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖1所示。

1)規(guī)劃執(zhí)法需要移動端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行快速數(shù)據(jù)查詢。對于規(guī)劃人員在戶外進行建設(shè)工程的管理與督查的情況，傳統(tǒng)的桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法做到在常用的移動設(shè)備上隨時隨地調(diào)出規(guī)劃數(shù)據(jù)及檔案數(shù)據(jù)，以至于無法及時對違法工程進行排查，延誤執(zhí)法效率。

圖1 數(shù)據(jù)組成

2)規(guī)劃決策需要實地數(shù)據(jù)快速查詢。傳統(tǒng)的桌面端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法做到規(guī)劃決策全方位基于地理位置的支持。規(guī)劃部門進行規(guī)劃決策時，經(jīng)常需要到實地進行考察。使用移動GIS設(shè)備，可以結(jié)合基于位置的服務(location based service，LBS)技術(shù)，將用戶目前的位置用于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，實現(xiàn)基于位置的查詢，并根據(jù)目前位置查詢該地的歷史規(guī)劃數(shù)據(jù)及文檔數(shù)據(jù)。

3)規(guī)劃辦公需要移動設(shè)備的便捷性支持。隨著城市化進展的加快，規(guī)劃業(yè)務的處理量也不斷增加，已不能滿足于無便捷性的桌面端數(shù)據(jù)系統(tǒng)。近年來移動設(shè)備使用量已逐漸超越個人電腦的使用量，使用移動設(shè)備訪問規(guī)劃數(shù)據(jù)，可以讓決策者隨時隨地進行移動辦公，提升辦公效率。

三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合上述應用需求，整個應用系統(tǒng)使用了3層的架構(gòu)體系，分別為數(shù)據(jù)層、邏輯層、應用層，如圖2所示。數(shù)據(jù)層包含了空間數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫服務器。邏輯層通過數(shù)據(jù)中心，使用ArcSDE數(shù)據(jù)庫引擎對數(shù)據(jù)進行整合管理。空間數(shù)據(jù)以服務形式通過集群ArcGIS for Server進行地圖發(fā)布，保證了移動客戶端的輕量級和服務器的運行性能。而文檔數(shù)據(jù)通過Web服務器，使用Web Service的形式進行發(fā)布，并通過XML數(shù)據(jù)形式進行傳輸，保證了其平臺無關(guān)性。應用層以iPad為目標平臺，以Arc-GIS for iOS為開發(fā)框架，對ArcServer發(fā)布的地圖服務進行加載、顯示、查詢、分析等功能，并將結(jié)果呈現(xiàn)在iOS客戶端中。

系統(tǒng)運行時，iOS客戶端使用ArcGIS for iOS框架，通過 HTTP協(xié)議，根據(jù)不同的需求對 ArcGIS Server發(fā)送服務請求。若請求內(nèi)容為空間數(shù)據(jù)，ArcGIS Server響應服務請求并向數(shù)據(jù)服務器請求空間數(shù)據(jù)，將得到的地圖數(shù)據(jù)處理成可供網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臇鸥窬彺?PNG格式)，通過HTTP響應返回至iOS客戶端，且通過內(nèi)置控件顯示得到的地圖數(shù)據(jù)。若請求內(nèi)容為要素查詢，ArcGIS Server響應請求并根據(jù)詳細條件向數(shù)據(jù)服務器請求屬性數(shù)據(jù)，通過HTTP響應返回至iOS客戶端。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

由上述可知，在該系統(tǒng)的架構(gòu)中，與傳統(tǒng)的桌面端GIS相比，移動GIS系統(tǒng)將所有耗費資源的操作放在服務器端運行，減少了移動端設(shè)備的運算量。只要保持順暢的網(wǎng)絡(luò)連接，借助強大的服務器硬件，iOS客戶端即能保持快速加載數(shù)據(jù)和查詢數(shù)據(jù)的能力。

四、系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

1.功能設(shè)計

根據(jù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的瀏覽查詢需求，本文所設(shè)計的系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。

(1)安全功能

為了保證規(guī)劃數(shù)據(jù)瀏覽安全，此處使用三重驗證機制，即用戶名密碼、token驗證、設(shè)備唯一 ID (UDID)。用戶登錄時，系統(tǒng)將根據(jù)系統(tǒng)時間及預設(shè)的密鑰(key)，根據(jù)MD5生成及時的token。

此時，用戶名、密碼及 UDID和 token將通過HTTP協(xié)議發(fā)送到服務器Web Service。服務器將根據(jù)系統(tǒng)時間和服務器預存的key生成token，與接受到的token進行比對，若兩token一樣，證明為授權(quán)客戶端發(fā)送登錄請求。然后，服務器根據(jù)用戶名密碼，查詢該機器的UDID是否存在于數(shù)據(jù)庫中，最后將驗證結(jié)果或失敗原因返回到移動客戶端中。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

(2)瀏覽功能

①數(shù)據(jù)加載

由于規(guī)劃數(shù)據(jù)類型繁多，本文設(shè)計了數(shù)據(jù)目錄，將ArcServer發(fā)布的服務通過文件夾的形式組織起來，方便分類瀏覽。不同數(shù)據(jù)記錄通過其ID及父記錄ID連接起來，實現(xiàn)文件夾結(jié)構(gòu)的效果(如圖4所示)，移動客戶端通過Web Service查詢儲存于服務器的數(shù)據(jù)目錄。

圖4 數(shù)據(jù)目錄效果

空間數(shù)據(jù)分為兩個部分，分別為在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)。其中在線數(shù)據(jù)可以讀取在ArcServer中發(fā)布的服務數(shù)據(jù)，通過服務目錄的形式進行組織。在線數(shù)據(jù)需要網(wǎng)絡(luò)連接才能訪問，可以實現(xiàn)查詢分析里面的各項功能。離線數(shù)據(jù)通過tpk切片包的形式進行儲存，該切片包可以通過ArcMap進行生成。相對于傳統(tǒng)的切片儲存形式，其特點為節(jié)省空間、封裝性好、重用性好，并可以在移動設(shè)備上進行讀取。離線數(shù)據(jù)在iOS客戶端上的實現(xiàn)使得在野外網(wǎng)絡(luò)不通暢時，規(guī)劃業(yè)務人員仍可以調(diào)用地圖數(shù)據(jù)進行基本的顯示查詢操作。

②數(shù)據(jù)瀏覽

a.圖層控制：實現(xiàn)類似于ArcMap的圖層控制功能，規(guī)劃業(yè)務人員能根據(jù)需求動態(tài)地添加或刪除圖層，控制圖層透明度，或選擇子圖層是否顯示，同時防止預加載過多數(shù)據(jù)導致客戶端崩潰。

b.圖例查看：將已加載圖層的圖例信息通過表格的方式顯示出來，規(guī)劃業(yè)務人員能根據(jù)圖例信息快速查看地塊歸屬。

c.定位功能：調(diào)用iPad自帶的GPS定位模塊精確定位，或在GPS不可用時使用WiFi進行模糊定位，將定位信息顯示在地圖框中。

(3)查詢分析功能

①查詢功能

查詢功能包括點選查詢(如圖5所示)、模糊查詢。點選查詢通過點擊地圖進行查詢，而模糊查詢通過關(guān)鍵字進行要素屬性搜索。

圖5 點選查詢效果

②分析功能

分析功能有空間分析與緩沖區(qū)分析。空間分析可以根據(jù)要素間的空間關(guān)系進行空間分析及結(jié)果顯示(如圖6所示)，支持的空間關(guān)系有相交、包含、交叉、包絡(luò)線相交、重疊、鄰接、被包含等。

③空間統(tǒng)計

規(guī)劃業(yè)務人員可以通過在iPad上畫線或畫多邊形的方式測量距離及面積。

圖6 空間分析菜單

④涂 鴉

系統(tǒng)為規(guī)劃業(yè)務人員提供了類似于傳統(tǒng)筆記方式的功能體驗，用戶可以在iPad上隨意添加自己的筆記，或添加GIS范疇內(nèi)的點、線、面要素。

2.系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)已部署于廣州市從化區(qū)規(guī)劃局政務內(nèi)網(wǎng)中，供規(guī)劃局人員使用。用戶只需要將iPad序列號登記到服務器，并使用相應用戶密碼登錄，就可以根據(jù)業(yè)務需求調(diào)用相應的數(shù)據(jù)進行瀏覽分析。外出時，用戶也可以調(diào)用離線數(shù)據(jù)進行瀏覽，大大提升了工作效率。

五、結(jié)束語

本文首先論述了目前規(guī)劃業(yè)務效率尚存在不足的地方，對規(guī)劃執(zhí)法、規(guī)劃決策、規(guī)劃辦公等規(guī)劃業(yè)務進行了一定的分析和探討，并結(jié)合規(guī)劃業(yè)務的需求和移動GIS技術(shù)，設(shè)計了基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在 ArcServer、ArcGIS for iOS、Web Service技術(shù)、服務器集群技術(shù)等開發(fā)框架與開發(fā)技術(shù)的支持下，本文實現(xiàn)了該規(guī)劃數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實現(xiàn)，提升了規(guī)劃業(yè)務的效率。

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Research of Planning Data System Based on Mobile GIS

OU Jiabin，ZHANG Xinchang，GUO Taisheng

P208

B

0494-0911(2014)12-0089-04

歐佳斌，張新長，郭泰圣.基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)研究[J].測繪通報，2014(12)：89-92.

10.13474/j.cnki.11-2246. 2014.0406

2014-06-03

國家863計劃(2013AA122302)；高等學校博士點專項科研基金(20120171110030)

歐佳斌(1991—)，男，廣東羅定人，碩士生，主要研究方向為城市地理信息系統(tǒng)。