基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

崔　健，楊娜娜，張子民

（1.山東建筑大學(xué)測繪地理信息學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2濟(jì)南市房產(chǎn)測繪研究院，山東濟(jì)南250001）

基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

崔健1，楊娜娜2，張子民1

（1.山東建筑大學(xué)測繪地理信息學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2濟(jì)南市房產(chǎn)測繪研究院，山東濟(jì)南250001）

Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可為地理信息矢量數(shù)據(jù)的獲取提供新途徑。文章運(yùn)用EPS和CAD兩種軟件對城市基礎(chǔ)地理框架數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、入庫，在ArcGIS Sever平臺上發(fā)布地理信息Web服務(wù)，以此為用戶提供地理矢量數(shù)據(jù)采集時(shí)的空間參考信息。利用ArcGIS平臺設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Web的地圖矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提供矢量數(shù)據(jù)的在線錄入、修改、審核和管理等功能，實(shí)現(xiàn)了面向普通大眾的地理矢量數(shù)據(jù)采集機(jī)制，并將此系統(tǒng)運(yùn)用于智慧社區(qū)的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集中，應(yīng)用效果良好，可為商家和社區(qū)居民帶來便利，提升社區(qū)的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。

地理信息系統(tǒng)；地理矢量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集；Web

0　引言

地理信息矢量數(shù)據(jù)作為數(shù)字城市和智慧城市空間信息數(shù)據(jù)庫的一類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，具有精度高、類型豐富、空間分析與表現(xiàn)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在城市建設(shè)和管理中應(yīng)用廣泛。在結(jié)構(gòu)上，矢量數(shù)據(jù)采用基于輪廓的地理對象表達(dá)方法，其坐標(biāo)信息采集的工作量很大，一直以來都是工程應(yīng)用中投入最大的基礎(chǔ)性工作。近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為矢量數(shù)據(jù)的采集提供了新的平臺和技術(shù)，通過搭建開放的、用戶可參與的網(wǎng)絡(luò)地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，可達(dá)到在平臺支持下的矢量數(shù)據(jù)離線采集、在線維護(hù)和共享與管理，使以往由專業(yè)人員完成的工作可面向所有互聯(lián)網(wǎng)用戶開放，從而極大提高數(shù)據(jù)采集的效率，在地理國情普查、城市地名、地標(biāo)數(shù)據(jù)維護(hù)以及警用案件和人員信息采集等應(yīng)用中已經(jīng)取得了較好的效果［1-3］。

基于Web網(wǎng)絡(luò)的矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有功能開放、數(shù)據(jù)可交換、以及圖示符號編碼科學(xué)、規(guī)范和開放的特點(diǎn)［4］，同時(shí)還必須提供豐富的地理信息元數(shù)據(jù)，來輔助非專業(yè)用戶進(jìn)行地理信息的分類［5-7］。當(dāng)采集數(shù)據(jù)量較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)漸進(jìn)傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在單鏈路環(huán)境中的大量數(shù)據(jù)的快速傳輸［8-9］。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，基于服務(wù)的架構(gòu)（SOA）被廣泛用于這種系統(tǒng)的構(gòu)建中［10-13］，通過將一些基礎(chǔ)地理信息打包成“底圖”，并以WMTS（網(wǎng)絡(luò)地圖瓦片服務(wù)）、WMS（網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)）和WCS（網(wǎng)絡(luò)地圖柵格服務(wù)）等OGC（開放地理信息協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)Web服務(wù)形式向用戶提供，從而為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)空間定位提供了地理參考。此外，為進(jìn)一步提升信息采集效率，移動(dòng)技術(shù)也開始被集成到Web采集系統(tǒng)中［14-15］，用戶通過移動(dòng)App可隨時(shí)將發(fā)現(xiàn)的地理信息上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，例如天地圖系統(tǒng)提供的位置糾錯(cuò)App。

文章針對地理矢量數(shù)據(jù)，提出了一種基于Web網(wǎng)絡(luò)的采集系統(tǒng)。通過將現(xiàn)有城市1∶500地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類、符號化和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，制作輔助用戶進(jìn)行地理信息定位和繪制的地理底圖。以ArcGIS平臺為基礎(chǔ)開發(fā)Web采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的協(xié)同采集、統(tǒng)一管理和多用戶共享；通過在數(shù)字社區(qū)中的應(yīng)用，系統(tǒng)可顯著提升地理矢量信息的采集效率。

1　基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，地理信息的使用已深入到人們的工作和生活中，例如興趣點(diǎn)搜索、路徑規(guī)劃與導(dǎo)航，這些應(yīng)用要求地理信息具有較高的現(xiàn)勢性，數(shù)據(jù)更新已成為地理信息系統(tǒng)面臨的重要問題。如興趣點(diǎn)和道路狀況等地理信息變化頻繁，傳統(tǒng)測繪手段進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取周期長效率低。而基于Web的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅投入低而且持續(xù)性強(qiáng)，是地理信息數(shù)據(jù)更新的新手段。為方便用戶的數(shù)據(jù)采集，基于Web的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供地理框架數(shù)據(jù)作為參考底圖，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、提交、審核和修改等處理流程，來確保用戶采集的地理信息數(shù)據(jù)的正確性。

基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源、地圖服務(wù)發(fā)布、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)功能和用戶五個(gè)部分構(gòu)成（如圖1所示）。

圖1　系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源向地圖服務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括城市基礎(chǔ)地理框架數(shù)據(jù)、遙感影像和POI數(shù)據(jù)。城市基礎(chǔ)地理框架數(shù)據(jù)包括道路、河流、居民地、地貌、植被等要素，是城市二維矢量地圖的核心。遙感影像為城市航空攝影數(shù)據(jù)，提供了城市地理環(huán)境的真實(shí)映像。POI數(shù)據(jù)是城市的地名和地標(biāo)數(shù)據(jù)，為用戶進(jìn)行地名查詢、快速定位和地理方位參考提供支撐。

（2）地圖服務(wù)

地圖服務(wù)將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源以Web服務(wù)形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，用來向系統(tǒng)提供地圖數(shù)據(jù)和查詢定位等功能。系統(tǒng)發(fā)布三種地圖服務(wù)為WMS服務(wù)、WMTS服務(wù)和WFS服務(wù)。更新頻率不高的城市基礎(chǔ)地理框架數(shù)據(jù)和遙感影像發(fā)布為WMTS服務(wù)，POI和其他矢量數(shù)據(jù)發(fā)布為WMS服務(wù)，對于需要在客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染的矢量數(shù)據(jù)層發(fā)布為WFS服務(wù)。

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)采集的矢量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)用戶信息、審核記錄和日志記錄等。采集的矢量數(shù)據(jù)被提交后，需要經(jīng)過系統(tǒng)管理員的審核后才能作為系統(tǒng)的新數(shù)據(jù)源。日志記錄詳細(xì)記錄了數(shù)據(jù)提交、審核、修改和刪除等數(shù)據(jù)庫操作。

（4）系統(tǒng)功能

系統(tǒng)由疊加顯示、查詢定位、采集錄入、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)審核和系統(tǒng)管理等6個(gè)模塊構(gòu)成。疊加顯示實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)的分層顯示和控制，查詢定位支持POI數(shù)據(jù)的查詢和快速地圖定位，采集錄入提供了矢量數(shù)據(jù)及其屬性信息的輸入接口，數(shù)據(jù)編輯可對已錄入且未提交、或者審核未通過的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，數(shù)據(jù)審核由系統(tǒng)管理員對提交的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用戶、數(shù)據(jù)服務(wù)、系統(tǒng)日志等的管理。

（5）系統(tǒng)用戶

系統(tǒng)用戶包括普通用戶和系統(tǒng)管理員，普通用戶通過注冊即可登錄系統(tǒng)，可進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的采集、修改和提交操作，系統(tǒng)管理員由系統(tǒng)預(yù)置，具有系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)審核權(quán)限。

2　基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在ArcGIS平臺軟件基礎(chǔ)上構(gòu)建，地圖服務(wù)封裝和發(fā)布使用ArcGIS Server實(shí)現(xiàn)，Web系統(tǒng)客戶端開發(fā)語言為JavaScript，服務(wù)器端開發(fā)語言為asp.net，使用了ArcGIS API For JavaScript開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)，Web服務(wù)器軟件采用開源軟件Tomcat，數(shù)據(jù)庫采用Oracle。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理與地圖發(fā)布和系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端的開發(fā)兩個(gè)過程。

2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理與發(fā)布

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理入庫

首先，借助EPS數(shù)據(jù)處理軟件，將測繪外業(yè)采集的地形圖CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和入庫，修正圖形中的斷線和重復(fù)線等拓?fù)溴e(cuò)誤，并按照國家要素分類編碼進(jìn)行分層。然后，將整理完成的數(shù)據(jù)利用ArcGIS軟件的SDE接口保存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。最后，依照國家1∶500比例尺地形圖圖示標(biāo)準(zhǔn)制作ArcGIS符號庫并與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行掛接，生成對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的工程文檔（如圖2所示）。

圖2　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理入庫圖

（2）地圖服務(wù)的發(fā)布

借助ArcGIS Server的地圖發(fā)布功能，將整理好的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)發(fā)布在線服務(wù)。對于發(fā)布為WMTS服務(wù)的遙感影像和地形圖數(shù)據(jù)，瓦片的分級、編號和地面分辨率等設(shè)置依照國家《地理信息公共服務(wù)平臺電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》進(jìn)行，共劃分20級瓦片。對于發(fā)布為WMS服務(wù)的POI數(shù)據(jù)和其他矢量數(shù)據(jù)層，選擇支持透明的png格式。對于發(fā)布為WFS服務(wù)的矢量數(shù)據(jù)，選擇文件較小的Json作為矢量數(shù)據(jù)傳輸格式。

2.2系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端的開發(fā)

（1）系統(tǒng)服務(wù)器端開發(fā)

系統(tǒng)服務(wù)端采用asp.net開發(fā)，主要完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等功能接口，包括接收和處理Web請求、讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、保存用戶提交的矢量數(shù)據(jù)、記錄審核信息、保存和修改用戶注冊信息等。為了降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并方便客戶端對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，服務(wù)器端生成的數(shù)據(jù)都以Json格式進(jìn)行封裝。

（2）系統(tǒng)客戶端開發(fā)

系統(tǒng)客戶端利用ArcGIS API For JavaScript接口進(jìn)行開發(fā)，通過調(diào)用發(fā)布的地圖服務(wù)為用戶提供基礎(chǔ)地圖（如圖3（a）所示），并按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將每個(gè)功能模塊封裝成一個(gè)或多個(gè)javascript文件，用戶利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)采集界面可完成矢量數(shù)據(jù)的采集，包括圖形坐標(biāo)和屬性信息（如圖3（b）所示）。

圖3　基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系流圖

3　基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

基于Web的城市矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有開放的結(jié)構(gòu)，可集成到任何需要提供用戶數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性，將其集成到某社區(qū)建設(shè)的智慧社區(qū)平臺中，用于實(shí)現(xiàn)對該社區(qū)內(nèi)各種商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)信息的采集。

社區(qū)用戶通過平臺接口進(jìn)行注冊和登錄后，即可在數(shù)據(jù)采集頁面中新增商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)并錄入其位置和屬性信息，由于商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的位置信息為點(diǎn)狀幾何類型，為方便用戶采集系統(tǒng)客戶端提供地圖選點(diǎn)功能，用戶可在地圖上指定商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的位置，然后在屬性列表中錄入商家的名稱、地址、電子郵箱、聯(lián)系電話、負(fù)責(zé)人等信息。

對于用戶提交的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)，由社區(qū)指定專門人員進(jìn)行審核，審核人員要求對社區(qū)環(huán)境較為熟悉，網(wǎng)點(diǎn)可以通過查看系統(tǒng)的在線地圖或?qū)嵉夭榭磥泶_認(rèn)網(wǎng)點(diǎn)的位置是否正確，網(wǎng)點(diǎn)的屬性信息則可以通過電話或?qū)嵉卣{(diào)查等形式進(jìn)行審核，圖4（a）為平臺提供的數(shù)據(jù)審核接口。對于審核通過的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)將其增加到系統(tǒng)矢量地圖中，如圖4（b）所示。社區(qū)用戶可查看到所有已審核通過的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的分布及其屬性信息。

利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，智慧社區(qū)平臺可以快速達(dá)到對商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集與共享，為社區(qū)居民的生活服務(wù)提供了極大便利。一方面，每個(gè)商家為擴(kuò)大店鋪用戶覆蓋、提高營業(yè)收入，對于數(shù)據(jù)采集具有極高的積極性，使得網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)被快速采集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。另一方面，廣大社區(qū)用戶可通過平臺快速搜索到需要的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，從而為自身的生活帶來了極大方便。因此，系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了社區(qū)管理的水平，也提升了整個(gè)社區(qū)的服務(wù)質(zhì)量。

圖4　基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集與流應(yīng)用圖

4　結(jié)語

基于Web的地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)面向普通用戶的數(shù)據(jù)采集平臺，使得原本由專業(yè)人員完成的工作現(xiàn)在可由廣大民眾來參與完成，對于精度要求不高的矢量數(shù)據(jù)采集來說，可顯著提高數(shù)據(jù)采集的效率，降低數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本。文章提出了一個(gè)基于ArcGIS平臺的Web地理矢量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它以城市地理空間框架數(shù)據(jù)服務(wù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)的在線錄入、修改、審核和管理等功能。通過在某智慧社區(qū)平臺商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用，系統(tǒng)為商家和社區(qū)用戶都帶來了效益和便利，取得了很好的應(yīng)用效果，在GIS的社會(huì)化應(yīng)用中具有廣闊的使用前景。

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Research on geographic vector data collection system based on web

Cui Jian1，Yang Nana2，Zhang Zimin1

（1.School of Surveying and Geo-informatics，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2 Jinan Real Estate Surveying and Mapping Research Institute，Jinan 250101，China）

Vector data collection system based on web provides a new approach to collecting geospatial vector data.Firstly，the urban geospatial framework data are reduced and loaded into a database by two softwares of EPS and CAD，and subsequently are published in ArcGIS Server as geospatial web services which provide spatial reference information to user when inputting geospatial vector data. Then a vector data collection system is developed under J2EE framework，which provide the online functions of inputting，editing，auditing and maintaining the geospatial vector data，and make vector data collection available to the general public.By the application of the system to a smart community platform，it can provide convenience to the sellers and residents，and improve the management level and service competence of the community.

Geographic Information System；geographic vector data；data collection；web

P208

A

1673-7644（2016）04-0385-05

2016-07-06

山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011RK015，KY010）

崔健（1964-），女，教授，碩士，主要從事測繪數(shù)據(jù)處理及GIS在城市建設(shè)中的應(yīng)用等方面的研究.E-mail：cjian122@126.com