基于SOA和GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)設(shè)計

李太啟，孫尚宇，高榮久

（1．安徽省皖北煤電集團有限責(zé)任公司，安徽 宿州234011；2．遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新123000；3．煤炭科學(xué)研究總院唐山研究院，河北 唐山063012）

礦產(chǎn)資源開采對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，然而隨著勘探開采規(guī)模的不斷擴大和相關(guān)生產(chǎn)建設(shè)活動的快速發(fā)展，一系列的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題相繼出現(xiàn)：耕地大量遭到破壞，水土流失和土地荒漠化進程加劇，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重，礦產(chǎn)資源的持續(xù)利用及礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展受到極大制約。因此，實現(xiàn)恢復(fù)土地資源、保護生態(tài)環(huán)境、解決人地矛盾的礦區(qū)土地復(fù)墾工作勢在必行［1］。

礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃是保障礦區(qū)土地復(fù)墾科學(xué)合理實施的有效途徑之一。礦區(qū)土地復(fù)墾所涉及的數(shù)據(jù)量龐大、類型繁多、異構(gòu)復(fù)雜、分散存儲，相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度低，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式與規(guī)劃管理模式已不能實現(xiàn)信息的集成存儲和科學(xué)管理。作為現(xiàn)今空間數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域最為有效工具的GIS，為土地復(fù)墾的空間數(shù)據(jù)處理提供可行的技術(shù)支撐［2－3］，建立基于GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)，對于促進礦區(qū)土地復(fù)墾的科學(xué)管理、合理實施具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1．1 系統(tǒng)的體系架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的礦區(qū)環(huán)境地域分散、系統(tǒng)交互性需求高、信息流異向以及數(shù)據(jù)的實時一致性等需求[4]，基于GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)設(shè)計采用B／S模式，基于SOA（Service－Oriented Architect ure）構(gòu)建，應(yīng)用系統(tǒng)集中地部署在服務(wù)器端，客戶端僅需要使用Inter net瀏覽器就能輕松訪問系統(tǒng)提供的功能，避免在客戶端計算機上安裝復(fù)雜的專業(yè)軟件的麻煩。系統(tǒng)服務(wù)器端邏輯上劃分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器3個部分，客戶端計算機通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)服務(wù)器端進行通信，進而調(diào)用系統(tǒng)提供的各項功能。空間數(shù)據(jù)通過入庫、數(shù)據(jù)資源的服務(wù)抽象、與GIS服務(wù)發(fā)布，最終以REST和SOAP（Si mple Object Access Pr otocol）兩種服務(wù)訪問協(xié)議提供給客戶端瀏覽器Web應(yīng)用程序使用。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1．2 系統(tǒng)功能設(shè)計

基于SOA和GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的開發(fā)旨在實時掌控礦區(qū)土地復(fù)墾、村莊搬遷、河堤修復(fù)以及復(fù)墾規(guī)劃［5］，集成相關(guān)的土地復(fù)墾現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、煤層開采接替數(shù)據(jù)、復(fù)墾規(guī)劃數(shù)據(jù)、沉陷預(yù)測數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)、復(fù)墾工程協(xié)議等相關(guān)信息，并在地圖環(huán)境下進行可視化展示［6］。

根據(jù)上述需求目標(biāo)，本系統(tǒng)采用面向業(yè)務(wù)的設(shè)計方法，以礦區(qū)土地復(fù)墾的核心業(yè)務(wù)為主線，以日常業(yè)務(wù)流程、組織機構(gòu)職能分配為依據(jù)，以業(yè)務(wù)活動內(nèi)容和需求為中心，組織集成數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的系統(tǒng)功能設(shè)計。系統(tǒng)總體功能模塊劃分如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

基于SOA和GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方案采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫引擎相結(jié)合的方式實現(xiàn)。系統(tǒng)后臺選用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Ser ver存儲用戶數(shù)據(jù)，采用Arc SDE空間數(shù)據(jù)庫存儲礦區(qū)多尺度、多類型的地理空間數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

2．1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與集成

礦區(qū)土地復(fù)墾涉及的數(shù)據(jù)包括礦區(qū)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、土地復(fù)墾現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土地復(fù)墾規(guī)劃數(shù)據(jù)、煤層開采接替數(shù)據(jù)、沉陷預(yù)測數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)、復(fù)墾工程協(xié)議等［7－9］。按照數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式可以分為兩類：一類是文檔數(shù)據(jù)，主要包括：礦區(qū)土地復(fù)墾統(tǒng)計表、礦區(qū)土地復(fù)墾協(xié)議統(tǒng)計表、礦區(qū)土地復(fù)墾項目相關(guān)合作單位統(tǒng)計表等；另一類為圖形數(shù)據(jù)，主要包括：礦區(qū)的遙感影像、煤層開采規(guī)劃圖、復(fù)墾現(xiàn)狀圖、復(fù)墾規(guī)劃圖及各年度的預(yù)計地表下沉等值線圖等。系統(tǒng)詳細數(shù)據(jù)信息及表現(xiàn)形式和歸屬類別如表1所示。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息

基于F ME的CAD數(shù)據(jù)向GIS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通過分析原始CAD數(shù)據(jù)的圖層結(jié)構(gòu)，構(gòu)建進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的映射機制模型，實現(xiàn)對CAD數(shù)據(jù)文件中的各種土地復(fù)墾圖形數(shù)據(jù)的自動提取 并經(jīng)人工干預(yù)，構(gòu)建拓?fù)湫畔ⅲ?0］。采用面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)建模方法，在復(fù)墾圖形數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上添加相關(guān)的屬性字段信息 并存儲于地理空間數(shù)據(jù)庫中 實現(xiàn)分散圖形和相關(guān)屬性的存儲集成與一體化管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

2．2 數(shù)據(jù)庫的建立

根據(jù)用戶需求，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征，進行現(xiàn)有礦區(qū)土地復(fù)墾數(shù)據(jù)的分類整合：利用礦區(qū)現(xiàn)有基礎(chǔ)地圖和影像數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和整理建立礦區(qū)多尺度、多類型基礎(chǔ)地理空間信息數(shù)據(jù)庫；利用現(xiàn)有礦區(qū)土地復(fù)墾現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)、采礦相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦區(qū)土地復(fù)墾專題數(shù)據(jù)庫和采礦相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于SOA和GIS的土地復(fù)墾信息系統(tǒng)采用微軟．NET框架開發(fā)，應(yīng)用ASP．NET與Silverlight技術(shù)相結(jié)合的方式構(gòu)建Web應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)語言使用．NET平臺的兼容語言C＃。通過對數(shù)據(jù)資源和功能的服務(wù)抽象采用面向服務(wù)軟件架構(gòu)進行系統(tǒng)建模。應(yīng)用系統(tǒng)采用經(jīng)典的4層架構(gòu)對系統(tǒng)進行架構(gòu)分層，分別為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層與用戶UI層［11］。系統(tǒng)部署方案分為服務(wù)器端部署與客戶端部署兩個部分。服務(wù)器端部署能夠支撐應(yīng)用系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件、應(yīng)用服務(wù)器軟件、Web服務(wù)器軟件；客戶端部署Inter net瀏覽器和瀏覽器插件。通過服務(wù)器端的集中式部署，可以實現(xiàn)一次部署和更新，全部客戶端數(shù)據(jù)和功能更新的目的，方便系統(tǒng)部署與維護。

系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要包括：礦區(qū)基礎(chǔ)地形圖、影像和專題數(shù)據(jù)的加載；土地復(fù)墾相關(guān)信息的顯示、放大、縮小、漫游、鷹眼顯示等；土地復(fù)墾相關(guān)信息的提取、查詢和統(tǒng)計功能，包括：空間信息的查詢、屬性信息的查詢、基于復(fù)墾協(xié)議的精確查詢和模糊查詢等；對于查詢結(jié)果實現(xiàn)報表生成與打印功能。限于篇幅，本文選取系統(tǒng)的地圖瀏覽與輔助量測、信息提取與專業(yè)查詢、報表生成與打印等模塊為例，詳述系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。

3．1 地圖瀏覽與輔助量測

系統(tǒng)在地圖界面下運行，地圖的加載顯示可以通過用戶勾選對應(yīng)的數(shù)據(jù)項來進行，利用菜單按鈕和鼠標(biāo)操作可以方便實現(xiàn)圖形的縮放、漫游，可快捷實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)坐標(biāo)的提取，長度、面積的量測，操作方式和專業(yè)地圖網(wǎng)站類似，用戶可以在客戶端通過瀏覽器實時直觀掌握土地復(fù)墾的各類相關(guān)信息。地圖顯示功能如圖4所示。

3．2 信息提取與專業(yè)查詢

系統(tǒng)實現(xiàn)基于地圖的土地復(fù)墾相關(guān)信息提取功能，支持土地復(fù)墾的空間信息、屬性信息的精確查詢和模糊查詢。用戶通過輸入空間信息，可實現(xiàn)對相應(yīng)對象的屬性查詢；反之，亦可實現(xiàn)由屬性信息到空間信息的查詢，即以屬性為査詢條件，用戶選擇或輸入具體的屬性信息，系統(tǒng)根據(jù)屬性信息定位到圖層圖形，顯示相應(yīng)對象的土地復(fù)墾相關(guān)信息。

同時，系統(tǒng)實現(xiàn)土地復(fù)墾歷史、現(xiàn)狀及規(guī)劃信息的專業(yè)查詢功能。以按土地復(fù)墾協(xié)議查詢?yōu)槔合到y(tǒng)支持按照協(xié)議名稱或按照協(xié)議編號的精確查詢和模糊查詢，用戶輸入?yún)f(xié)議編號，結(jié)果顯示包含該協(xié)議編號的協(xié)議信息，雙擊某一協(xié)議名稱，精確顯示該協(xié)議的具體信息，同時在地圖中高亮顯示對應(yīng)地塊，鼠標(biāo)置于該地塊上，顯示復(fù)墾相關(guān)信息。系統(tǒng)的信息提取、按協(xié)議查詢功能分別如圖5、圖6所示。

圖4 地圖顯示功能

圖5 信息提取功能

圖6 按協(xié)議查詢功能

3．3 報表生成與打印

系統(tǒng)實現(xiàn)對查詢結(jié)果的報表生成與打印功能，在查詢結(jié)果界面點擊保存，下載完畢后，即可打開查詢生成的登記表 并可進行打印輸出 報表生成功能如圖7所示。

圖7 報表生成功能

4 結(jié) 論

建立礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃管理系統(tǒng)，對土地復(fù)墾涉及的龐大分散、眾源異構(gòu)、低關(guān)聯(lián)度數(shù)據(jù)集成存儲和統(tǒng)一管理，是實現(xiàn)礦區(qū)土地復(fù)墾信息化、合理化的有效措施。本文利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理能力，選用具有良好分布性、共享性、更新同步性的B／S模式，基于SOA建構(gòu)，聯(lián)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫引擎實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲，選用．NET平臺的兼容語言C＃進行編程開發(fā)，建立基于SOA和GIS的礦區(qū)土地復(fù)墾信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對礦區(qū)土地復(fù)墾相關(guān)信息的實時瀏覽、快速查詢定位、精確合理分析預(yù)測等功能，系統(tǒng)的應(yīng)用有助于礦區(qū)土地復(fù)墾工作的準(zhǔn)確高效實施，為礦區(qū)土地復(fù)墾的科學(xué)管理、合理規(guī)劃提供有效的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。

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