基于Flex和ArcIMS的WebGIS設計

王 輝 唐俊勇 田鵬輝

（西安工業大學計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

基于Flex和ArcIMS的WebGIS設計

王 輝 唐俊勇 田鵬輝

（西安工業大學計算機科學與工程學院，陜西 西安 710032）

采用傳統的信息管理系統難以滿足火電行業對煤礦等地理數據的需求，為此設計開發基于Flex和ArcIMS相結合的WebGIS系統，用于全國各大火力發電廠煤源及煤礦等地理數據的管理與查詢。在WebGIS系統采用Flex技術和瀏覽器相結合，用ArcIMS技術進行地圖數據的發布及處理，結果表明，Flex技術與ArcIMS地圖發布軟件相結合，在WebGIS開發和應用中有著廣闊的應用前景。

地理數據；WebGIS系統；Flex技術；ArcIMS技術

1 引言

在地理學、地圖學、測量學以及計算機科學等學科的基礎上發展起來地理信息系統(Geographic Information System，GIS)，GIS系統將數據庫和計算機圖形學融于一體，把相關屬性和地理位置有機結合，與普通信息系統相比，提供的數據更加形象直觀，同時具有獨特的空間分析能力等特點。

基于Flex和ArcIMS的WebGIS系統的任務是在瀏覽器端以電子地圖，即網絡地理信息系統（WebGIS）的形式給出全國主要煤礦、各大電力集團公司控股電廠以及全國主要電廠的分布情況及相關信息，在電子地圖上以不同的編碼符號標記出電廠和煤礦，以便用戶在瀏覽器端通過對地圖的各種操作，實現及時、高效的信息查詢和管理等工作。文章圍繞火力發電中煤源及電廠信息管理的地理信息的設計與實現，重點闡述WebGIS的設計思路及具體實現方法。

2 基于Flex的系統結構

基于Flex和ArcIMS的WebGIS使用ArcIMS實現研發。ArcIMS作為第二代互聯網地理信息系統平臺由ESRI發布，ArcIMS軟件是基于互聯網的開發平臺，是實現WebGIS開發比較常用的開發軟件，ArcIMS包括Web服務器、WebGIS服務器、數據庫以及瀏覽器等四個部分。ArcIMS系統結構如圖1所示。

圖1　基于Flex的WebGIS結構

首先搭建數據服務模塊、Flash以及相關的JavaScript等接口軟件，將這些模塊構筑在瀏覽器以及Web服務器兩層之間；然后借助Socket實現網頁間的數據傳遞通信，并將HTTP傳輸壓力轉到Socket框架，最終實現實時地查詢、瀏覽以及操作電子地圖。系統概要框架如圖2所示。

圖2　系統概要框架

3 基于Flex和ArcIMS的WebGIS的設計與實現

在煤源及電廠地理信息管理系統中，電廠與煤礦基本信息包括有電廠和煤礦的具體地理位置以及相關信息，屬于專題地理信息數據。如何將這些數據正確、高效的存儲和管理，是本文的主要研究任務，即如何以電子地圖的形式給出主要的煤源及電廠在全國地圖上的分布情況及相關信息，并在地圖上以不同的符號進行標識，并能夠通過地圖查詢數據庫中的相關數據 。地圖數據是保存地圖顯示的電廠和礦區的數據。包括電子地圖的顯示；電子地圖的放大與縮??；電子地圖的漫游（平移）；電子地圖的復位；電子地圖圖層的分層顯示；電子地圖上不同地物（電廠和煤礦）基本信息的查詢；電廠鍋爐設備數據和燃煤情況詳細信息的查詢；煤礦煤種詳細信息的查詢。

3.1背景地圖的獲取處理

基于Flex和ArcIMS的WebGIS系統中背景地圖可來源于公眾概念地圖、地理學專業地圖、衛星航拍地形圖或工程平面圖。后三種地圖要到測繪單位或專門機構購買，經濟成本較高，加之地理專業地圖大部分是用專門的GIS軟件制作而成，不能導入到Adobe Flash CS6中。經多方調研，WebGIS系統決定采用公眾概念地圖。

公眾概念地圖，根據使用目的不同，有行政地圖、交通地圖、經濟地圖、礦產資源地圖等等。根據系統的實際需要，決定采用最新的全國以及分省行政圖和交通圖作為背景地圖的來源。這將比從測繪單位購買現成的電子地圖經濟得多。收集到的背景地圖資料，經過數字化儀或高分辨率掃描儀掃描后，以柵格圖形式存儲，必須再經過編輯處理，才能進行使用。為了實現地圖的無極縮放，擬采用矢量圖格式的數字化地圖。

（1）背景地圖的矢量。在Flash中可以使用兩個不同的思路得到我們所需要的矢量地圖，其中一個是在Flash中導入備用的柵格地圖，然后把這個地圖做為模板，并在此圖層的基礎上建立一個新的矢量地圖圖層，再借助Flash本身的繪圖功能，以模板地圖為樣板，繪制出一個幾乎一樣的地圖；另一個思路比較簡單，在Flash中，使用其自帶的“修改”工具欄中的“轉換位圖為矢量圖”，來實現地圖自動矢量化。對比這兩個思路，思路一的矢量效果雖然好些，但較費時；思路二的矢量效果較差，但所需時間較短。由于今后地圖的效果以及編輯后地圖數據的大小，本系統決定采用第一種方法。

（2）矢量地圖的處理。電子地圖在制作時一定要從客戶使用上的感覺做為基礎和依據，要求能夠清晰、準確、客觀的體現各種地理現象、模式和過程。在設計電子地圖時，不可以直接對用戶使用地圖的環境進行操控，也不可能確保用戶使用時的地圖效果。尤其是在顏色的操控上經常會發生出入，瀏覽器端的地圖顏色通常會與在設計開發時的顏色有誤差，這個誤差有可能會大到讓人覺得這個地圖與設計的完全不一樣。因此，應該盡可能地使用質樸的顏色，避免誤差或者是減少誤差。

①顏色修改。當設計地圖顏色時，使用計算機的最低的顏色配置，需要使用網頁設計的安全顏色。即使計算機能安全顯示16位或24位顏色，我們在設計時依然要采用最安全的方法，即使用8位顏色。8位環境中設置顏色的優點是系統顏色更加安全，能夠有效防止嚴重色偏；生成的地圖圖像小，便于互聯網的傳輸；可以滿足一般地圖的需求，一般地圖只具有十幾種顏色。

在網頁環境中，總是或多或少存在著色偏，在處理深色時，由于顏色的誤差不是很大，造成的影響也就不大；相反的對于淺色，有時一點點色偏都會非常明顯的表現出來，這樣就很容易造成淺色的丟失，特別是在完成大面積的顏色鋪染時候，差別更加明顯。因此本系統電子地圖在著色上，盡量采用深色，避免淺色。

②線條處理。在地圖中有代表河流、鐵路及區域輪廓等線條。對于Web地圖的線符而言，必須選擇合適的視覺變量來設計。線狀符號與地圖的比例尺具有特殊的關系，必須根據地圖比例尺來相應的確定線狀符號的長度。相同的線狀實體，在比例尺小的地圖上就要比比例尺大的地圖上短，因此，就必須確保在比例尺不一樣的地圖上，所得到的線狀實體的實際長度都是正確的。由于地圖對于線狀符號寬度的精度要求不是很嚴格，沒有寬度和比例尺的數學要求，因此可以直觀的只要視覺上符合要求即可。如果一條公路的實際長度和寬度分別為100km和50m，則在1:100萬地圖上，該公路的線狀符號的長度則必須嚴格依據比例尺計算為10cm，但是寬度則不能按照比例尺確定為0.05mm，那是由于人的視覺對線寬的最低接受標準是0.1 mm。因此考慮到視覺感受的特點，就將線寬確定為0.2mm。

③文字處理。在將柵格地圖文件轉存成矢量地圖的時候，如果柵格地圖中的文字變形了，就必須在矢量地圖中再次插入矢量文字。

④符號處理。符號除了具有其本身的含義外，當這些符號使用集合體現在專題圖上的時候，還有可能具有超過其符號總量的一些潛在的含義，很大程度取決于它們是否選用了最合適的表達方式。因為電子地圖和紙質地圖不論是使用環境，還是表現方式等都有相當大的差異，所以在符號的設計等方面也會有很大的不同。和紙質地圖對比，由于其分辨率比較低，因此傳統地圖中很多精致的符號在電子地圖中都看不清細節。另外還可借助于聽覺和觸覺等獲取信息。針對以上所述電子地圖的一些特點，本系統在設計 WebGIS中的專題符號時，就需要從符號的色彩、大小、配置以及形狀等幾個方面來考慮。最終設計出的符號應盡可能地形狀簡單、色彩鮮艷并且大小可以根據圖面的大小協調。

WebGIS系統研究初期，遇到如何獲取專題地圖的問題，經過多方調研發現，一般的背景地圖可以來源于公眾概念地圖、地理學專業地圖、衛星航拍地形圖或工程測量平面圖。經過多方面考慮，尤其是課題成本因素的制約，最終決定采用最新的全國以及分省行政圖和交通圖作為背景地圖的來源。這將比從測繪單位購買現成的電子地圖經濟得多。

以最新的全國以及分省行政圖和交通圖作為背景，利用Flash、PhotoShop等進行全國電廠以及煤礦分布專題地圖的繪制。雖然節省了成本，但卻付出了更多的人力和時間。在付出辛勤工作的同時，也深入學習并掌握了地圖繪制中的諸多技巧與經驗。經過處理后的基礎背景地圖如圖3所示。

圖3　處理后的背景地圖

3.2空間數據的分層

由于網絡地圖的顯示區域較小，且由于下載速度慢或是不均衡，網絡地圖在內容上需分層顯示。圖層顯示主要包括3種方式：圖層控制、視野控制和兩者相結合等。

在基于Flex和ArcIMS的WebGIS系統中，采用圖層控制的顯示方法，讓用戶自己決定需要顯示的圖層。

電子地圖分為基礎地理要素層、電廠信息層、煤礦信息層和中轉地信息層四個圖層?；A地理要素層包括省、市、地區、縣、鎮等基本行政單位地理信息要素，以及鐵路和公路等要素。電廠信息層主要是全國各大電力集團控股電廠和全國主要火力發電廠地理信息要素。煤礦信息層 主要是全國大、中型煤礦的地理信息要素。中轉地信息層主要是全國大、中型煤礦在港口、碼頭或鐵路運輸樞紐地設立的一些中轉煤炭網點。

3.3地理數據與MIS數據的顯示

以ArcIMS開發WebGIS，通過ArcSDE把MIS和地理數據集中到一個數據庫中管理，對WebGIS與MIS的集成統一非常有利。ArcSDE最主要的就是可以完成訪問存儲在關系數據庫中的海量多用戶地理數據庫，這是ArcGIS中系統集成的一部分，也是企業GIS方案中的核心設計因素?，F在的ArcSDE一般采用三層C/S模式，如圖4所示。

圖4　ArcSDE三層模式

在三層體系架構中，ArcSDE客戶端會首先發出請求，然后由giomgr進程處理該請求，包括驗證輸入的ArcSDE服務器名、用戶名和密碼的正確合法性。若合法就會激活服務器進程gsrvr，與此同時將數據傳遞給ArcSDE服務器，由gsrvr進程和DBMS通信，實現數據庫的連接。ArcSDE的giomgr進程會為每個應用程序建立gsrvr進程，gsrvr進程是單用戶連接專用，表示應用程序和數據庫的交互。

ArcSDE一般采用三種方法實現矢量數據的加載：使用ArcCatalog或ArcToolbox中的shapefile to Geodatabase完成地理數據庫的轉入、直接使用命令行或者使用程序實現入庫。三種方法相比較采用ArcCatalog會更方便。

當確定好數據庫后，怎樣將地理數據和MIS數據結合起來并展示給用戶，就要根據用戶的具體需求實現相關的設計。在基于ArcIMS的WebGIS開發中，應該從以下幾個方面考慮：

（1）地理數據和MIS數據的分別顯示：地理數據主要是顯示在地圖上，相反MIS數據則主要是顯示在網頁中，以及如何將二者的信息結合起來顯示。

（2）地理數據和MIS數據的關聯顯示：通過MIS數據表與空間數據表的有機結合，生成專題圖，可以得到對目標數據的統計分析。

3.4服務器端設計與實現

ArcIMS地圖發布方案的架構主要包括地圖核心組件庫和前臺交互框架兩個部分。地圖核心庫包含Layers、IMSMap、Fields、QueryFilter、Renderer、Point等與地圖應用有關的接口和類，這些接口和類定義了如何把地圖概念轉變為ArcXML文本的具體方式，此外還定義了與地圖相關的若干操作，而實現ArcIMS通訊的操作則在IMSMap中給出了詳細的說明，首先由IMSMap組織并翻譯為ArcXML文本請求，然后將該請求發送到ArcIMS服務器，ArcXML的結果將會被解析反應到各個受影響的對象中。前臺交互框架使用設計模式中的命令模式把用戶的操作分為與地圖沒有鼠標交互的 Command和與地圖有鼠標交互的 Tool兩類，同時還定義了 MapHook對象對這些Command和Tool實現管理。該交互框架與GIS的開發很像，可以較快地遷移到WebGIS開發中。

地圖核心庫可以根據ArcXML特點，參照ArcEngine接口設計了API，該API采用Action Script與ArcIMS實現通信，然后完成相關的地圖操作。該API組件中封裝大量的ArcXML解析與組裝的功能，用地圖的概念展示這些功能，提高了系統的復用性。該組件包括如下三個部分：Flex與ArcIMS的通信組件IMSConnection；Flex地圖數據管理與操作組件；Flex地圖渲染組件。

基于Flex和ArcIMS技術的WebGIS系統的基本操作包括地圖的放大、縮小、漫游（即平移）和圖層分層顯示控制等功能。在 WebGIS系統設計實現過程中遇到了很多問題，主要包括地圖縮放與平移的實現等，具體解決方法介紹如下。

地圖的縮放與平移操作，是最基本的地圖操作。在桌面GIS軟件中，一般都集成在開發環境自帶的API函數中，只需要簡單調用一下即可實現。而WebGIS，涉及到服務器與客戶端的數據同步通訊，實現起來要復雜的多。下面通過放大操作為例，簡要闡述其實現過程。

完成地圖放大的操作過程主要有如下幾步：獲取當前屏幕坐標點的坐標；將坐標變成ArcIMS中的坐標；把這個坐標定義成地圖的中心點并且設置縮放比；最后渲染刷新。

借助ActionScript獲取當前屏幕點坐標，將獲取到的屏幕坐標在servlet中變成ArcIMS地圖需要的坐標，之后就要調用ArcIMS里相應的坐標轉換方法就可以實現。得到了轉換后的坐標后，就將該坐標定義成當前地圖的中心點，然后再設置縮放比，借助ArcIMS的SetZoomAndCenter可設置中心點和縮放比。最后再通過Flex的渲染器渲染之后，刷新整個地圖就可以看到效果了。至于縮小地圖的操作，僅僅只要改變它的縮放比就可以實現，修改中心點坐標就可以實現平移。

4 結論

本文從WebGIS和ArcIMS技術入手，詳細闡述了基于Flex和ArcIMS體系結構，并在此基礎上介紹了實現WebGIS詳細過程。文章首先從使用角度和目前互聯網的狀況出發，對各種 WebGIS的實現方法進行了深入的比較后，采用ArcIMS系統平臺進行開發 Web電子地圖。該系統與傳統的MIS管理系統相比，用戶界面更為直觀、豐富，借助于ArcIMS的多種地圖服務功能和Flash Remoting通信技術，使得系統在空間信息的發布和瀏覽速度上得到很大的提高，為 WebGIS應用的開發提供了一種新的思路，對Flex技術在開發高交互性 RIA方面的可行性進行了嘗試。結果表明，Flex技術與ArcIMS地圖發布軟件相結合，在WebGIS開發和應用中有著廣闊的應用前景，可以應用在諸如校園地理信息管理、中小企業廠區管理等領域。

在基于Flex的WebGIS設計基礎上，深入開展如下研究：電子地圖的可視化研究；專家系統的研究，通過研究本系統存儲的大量相關數據，可以找出電站鍋爐與發電燃煤的耦合關系，以便更好地服務于我國的火力發電；數據挖掘技術方面的研究。十幾年來累積電站鍋爐設備數據的資料的匯總，信息量龐大，對這些數據進行自動的、智能化的分析，提取其整體特征并對某些信息的發展趨勢進行預測，可以很好的解決我國火力發電中存在的“爆管”問題。

[1] 徐新燕,譚帥.基于Flex的ArcIMS地圖發布研究[J].現代測繪,2007,30(3):53-54,64.

[2] 汪林林,胡德華,王佐成,等.基于Flex的RIA WebGIS研究與實現[J].計算機應用,2008,32(12):3257-3260.

[3] 徐新艷,談帥.基于Flex的ArcIMS地圖發布研究[J].現代測繪,2007,30(3):44-46.

[4] 林錦川,陳平華,歐陽紹聰,等.基于Flex的網絡電子地圖研究與實現[J].現代計算,2009,(11):138-140.

[5] 胡祥培,劉偉國,王旭茵.地理信息系統原理及應用[M].北京:電子工業出版社,2011:15-20.

Design of WebGIS based on Flex and ArcIMS

In the paper, a project is developed that a management information system based on internet geographic information system, it can be quick, concise, and efficient to manage data, better serve the coal-fired power plant or related enterprises and institutions. The paper first analyzes the basic construction of Flex and ArcIMS rich internet application technology,secondly, based on this construction, the paper proposed a general framework of WebGIS system, and the database model, the server of coal furnace type coupling data management information system is designed and realized. The result conforms that Flex technology is operable and has a splendid applied foreground in improving interactivity and expressiveness of WebGIS.

Geographic information system; WebGIS; Flex; ArcIMS

U416.01

A

1008-1151(2015)09-0011-04

2015-08-11

西安工業大學校長基金（XAGDXJJ1216）。

王輝（1975－），女，西安工業大學計算機科學與工程學院講師，研究方向為計算機網絡，網絡安全，網絡協議與分析。