WebGIS在生態環境信息管理中的運用研究

楊 曦，薛 婧通信作者

（1.甘肅省生態環境信息中心，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州大學，甘肅 蘭州 730030）

1 WebGIS的發展分析

1.1 概述

在互聯網絡全球飛速發展中，Web逐漸成為高效的全球性信息發布渠道，研發計算機硬件設施也為GIS技術研究提供了全新方向。隨著硬件技術和個人計算機功能的不斷優化，社會公眾對地理信息的重視度越來越高，WebGIS應運而生，其不僅能讓用戶在自己的計算機瀏覽器上查閱感興趣的地理信息，還可以在系統分析后打印下載出來[1]。現如今，大部分WebGIS技術選用了CGI/Sever API方法，但因為CGI機制本身存在缺陷，每處理一個客戶機請求，就要重新啟動全新的服務進程，這直接限制了整體系統的運行速度。因此，不管是利用進程間DDL還是ORB對象的方案，都需要將HTTP和Web服務器看作是運行中介，科學協調客戶機和服務器之間的通信。

1.2 特征

第一，廣泛訪問。客戶能同時訪問處在不同區域的服務器數據，以此方便系統的數據管理。第二，獨立性。無論是客戶機還是服務器，都要利用Web瀏覽器進行設計，所以用戶可以直接訪問WebGIS數據信息，并在某個服務器上協同處理和研究空間數據和動態組合，由此完成遠程異構數據的共享分析。第三，降低成本。普通GIS在客戶端要配備成本較高的專業軟件，而用戶通常只需要利用基礎功能，這就導致系統資源過度浪費。而WebGIS只需要利用瀏覽器和部分插件就能正常運行，相比其他軟件設計更加節省[2]。同時，WebGIS的客戶端更加簡單，實際維修成本更低。第四，簡單操作。GIS系統更容易被普通受眾所接受，并不需要局限于專業的技術人員，由此降低系統操作的基本要求。其中，通用型Web瀏覽器就是降低系統操作難度的最佳選擇。

2 WebGIS在生態環境信息管理中的重要性

2.1 有助于提供動態化的基礎監測信息

生態環境資源會在人類和自然因素的影響下持續發生變化，且這種變化范圍廣，儲存數據多，因此如果沒有針對不同階段或不同空間系統整理的數據體系，那么很難全面了解生態環境資源的變化趨勢。在這一情況下，合理運用信息獲取技術和處理技術等對生態環境的動態變化過程進行監測，構建大型生態環境監測系統平臺，提出具有標準化和開放性的信息交換機制，不僅能持續分享技術研究的成果，還可以在分級管理中構建穩定的生態環境。

2.2 有助于為宏觀規劃和決策分析提供依據

利用技術構建生態環境信息系統，能對生態環境工程進行動態監管和分析，提升項目工程建設水平，保障工程運行效率和質量[3]。結合系統查詢分析功能，呈現可視化的空間信息資料，能在全面掌握生態環境變化趨勢的基礎上，盡快調整實踐管理對策，提出規范的解決方案。

2.3 有助于構建具有規范化和系統化的生態環境

在構建生態環境信息系統時，要提出明確的示范推廣體系和組織保障體系，從示范區域和試驗點兩方面入手進行建設推廣，為有關部門的管理規劃和決策調度提供依據，以此加快我國生態環境建設發展步伐。

3 基于WebGIS建設生態環境信息管理系統

3.1 系統需求

根據近年來對我國各地生態環境建設和決策管理的基本需求分析，系統建設要結合3S集成技術進行分析，以此保障信息資源在快速傳遞中得到合理運用，真正實現資源信息共享和實時檔案管控[4]。實際系統設計需求分為以下幾點：首先，要在集成3S技術和網絡通信技術的基礎上，運用空間信息加工和增值服務等關鍵技術，在獲取平面電子地圖和信息系統的基礎上進行完善，并針對具體生態工程建設大規模的監測系統，實時了解生態環境工程的運行情況；其次，要將信息技術看作系統的運行后盾，建設規范化的推廣體系，促使空間信息可以在生態環境建設中全面發展；最后，要為各級政府部門和行業公眾提供網絡空間信息服務，提升生態環境的信息化科技水平，以此為部門管理決策提供依據。

3.2 系統原則

由于生態環境信息管理系統要具備監測、建設、規劃等基礎功能，所以將3S集成開發技術看作主要手段，并圍繞WebGIS研制具有層次性的功能結構。生態環境信息管理系統中的大部分信息都和地理有關，基于技術研制的中心任務分為三方面內容：首先是指信息高速公路，其次是指空間信息，最后是指系統集成。由此可見，基于WebGIS建設生態環境信息管理系統，不僅要解決傳統MIS系統無法展現地理信息的問題，還要探討DIS系統無法呈現業務流程的缺陷，充分整合兩項開發技術，構建規范化的生態環境信息管理系統，從而在系統中直觀呈現現實中的生態環境[5]。

3.3 數據源

根據現代化數字地球的發展觀念，在構建生態環境信息管理系統時，要全面收集有關不同區域的生態環境信息，特別是空間信息。具體內容涉及以下幾點：首先，地圖數字化。利用高精度掃描儀掃描圖像屏構成柵格數據文件，而后運用掃描矢量化軟件處理相關文件，最終將其轉變成矢量圖形數據[6]。同時，利用GeoWay軟件掃描修正地圖，賦予屬性數據，而后結合Oracle 9i空間數據庫實施信息管理和共享。其次，遙感數據圖像處理。運用SPOT5衛星數據建設與地理信息空間數據庫相匹配的內容，直觀展現土地利用覆蓋和所在地區的遙感影像資料，以此為環境保護工程的動態監測提供有效依據[6]。這種數據資源分為兩種處理方式，一種是指常規化，要將處理好的圖像看作基礎底圖，而后運用調繪或目視解譯的方式進行判讀，最終得到不同專題的分類內容；另一種是指數字化，要利用計算機處理航空圖像，在獲取圖像的柵格數據文件后進行精度調整，最終運用采樣結果和圖形功能軟件進行自主分類。最后，GPS補測補繪。根據地面調查和遙感調查結果，利用GPS技術對遙感分類中需要核實或缺失的內容進行補測補繪。從本質上講，GPS定位要運用空中交會原理，在獲取衛星信號的基礎信息后，準確計算衛星和接收機之間的距離，進而得到運動的時間和速度。

3.4 綜合集成

第一，多源多尺度的數據綜合。尺度主要用來表現事物的規模大小，而地理數據尺度是指運用地理數據表現的空間范圍大小和時間長度，以及描述語義等級的高低。各種尺度的數據信息密度存在差異，通常尺度越大，信息密度越低。由于生態環境信息具有多元性和動態性，所以在以WebGIS技術為核心的生態環境信息管理系統中，要想保障多源數據更新符合精度需求，要利用高精度數據取代低精度信息。

第二，信息系統數據源的數據綜合。要想保障系統信息數據可以共享應用，避免重復采集出現資源損耗，提升生態環境信息數據的更新效率，在以WebGIS技術為核心的生態環境管理工作中，要利用大比例尺信息更新小比例尺信息，其他系統信息則是數據更新的主要源頭。

第三，空間數據綜合。這項工作分為圖像概括與屬性概括兩項內容，前者是指在視覺表達上科學處理派生之后的數據庫，由此得到符合制圖原則和可視化要求的地圖；后者是指對真實客觀世界進行模型化處理的過程，主要探討地理目標的結構關系，此時并不需要研究圖形顯示問題[7]。

第四，以Spatial Database技術為核心的數據集成。現如今，在多尺度數據組織管理中，為了達到綜合集成管理要求，在利用統一坐標將數據整合到空間數據庫中，而后在有機管理下，利用空間數據庫的引擎定義圖層級的數據庫和坐標系。

3.5 生態環境信息服務網絡

在規定范圍內構建生態環境的信息服務網絡，規范管理長期儲存的多尺度多種類信息資料，并運用網絡化的方式服務于各個地區生態環境建設和管理工作。通常來講，要利用以B/S和C/S為核心的星形網絡拓撲結構進行設計，在市區和郊區、單位和單位之間，選用DDN專線或光纖等性價比更高且安全的連接線路和TCP/IP傳輸協議，其他場合從安全角度思考利用IPX等協議。

3.6 迭代研制

為了保障系統研發流程具有完善性，要結合迭代理念進行以下工作：第一，編碼前的流程。在系統設計前，基于用戶需求整理清除部分信息，很容易產生信息變形或丟失等問題。由于需求信息的失真性具有普遍性，所以要利用有效的方式加強反饋。在利用WebGIS建設生態環境信息管理系統時，如果沒有提出明確的反饋機制，那么很難保障軟件開發具有規范性和有效性。第二，初始設計。在正式設計前，設計人員將原始架構傳遞到所有研發者的手上，根據開發團隊提出的想法思考，可以向著共同目標穩步前進。第三，迭代設計。將早期的原始框架看作第一次迭代之前的投入，且每一次迭代都要根據上一次迭代進行修改和重用，這樣不僅能明確原始框架對后續架構設計的重要性，還可以持續優化架構設計。

3.7 功能實現

第一，嚴謹的網絡數據安全性。空間數據庫要利用多用戶密碼式管理模式，確保各類用戶擁有不同的空間數據訪問權限。同時，不同圖層的空間數據庫要利用多樣化的空間投影系，這樣不僅能有效轉換各類坐標系，還可以增強空間數據儲存的安全性。

第二，數據透視。除了利用DIS系統呈現可視化地理位置，還要運用圖表展現非直觀數據，比如說工程進展、環境指標等。這項功能要利用Sybase的Web.PB技術實現，并基于圖表數據窗口嵌入到Active X Window中，最終在網頁利用JavaScript技術靈活調用。

第三，充分融合MIS和GIS。GIS作為信息技術的基礎組成部分，傳統生態環境信息管理系統的建設存在服務器壓力過大等問題，而充分融合MIS和GIS建構Oracle空間數據庫，并基于圖屬一體化的先進思想，將所有圖形信息和屬性信息統一儲存在數據庫中。具體內容分為以下兩方面：一方面是指屬查圖，矢量數據儲存在服務器端的地理數據庫中，客戶端調用服務器端的ASP程序，服務器將查詢到的矢量數據傳遞給客戶端，而客戶端IE將會利用控件瀏覽顯示結果；另一方面是指圖查屬，ASP程序在搜索地圖的過程中賦予一個action，并依據點擊激發相應的action就可以調用ASP程序及其程序。

第四，上傳地圖數據。GeoMedia WebMap可以動態呈現源自于最新操作中的GIS數據，由于這些內容屬于矢量圖，所以并不需要轉變成其他全新形式，或是復制相應數據庫，可以直接在網絡上瀏覽搜索空間數據信息。

第五，瀏覽器端的空間分析。在生態環境信息管理系統運行期間，要提供以Sever為核心的分析組件，這樣能保障用戶在客戶端直接經過瀏覽器進行專業分析，比如說空間分析、地理編碼、路徑分析等。運用空間數據庫技術對集成數據進行空間研究，要根據已經獲取的查詢結果再次研究生成的子查詢，此時分析工具允許以空間關系或屬性數據為核心進行深層研究[8]。

第六，組件式封裝。相比傳統意義上的組件式開發形式，基于WebGIS建構的生態環境信息管理系統要選用HTTP，換句話說要結合廣域網的組件式進行WebGIS開發，其根本意義在于降低信息流量。

第七，嵌入式功能。運用嵌入式開發技術，設計遠程訪問的生態環境信息網絡程序，可以跨區域實時了解所在地區的生態環境資源。

4 結束語

綜上所述，基于網絡開發技術明確生態環境信息網絡管理目標，綜合運用多尺度多分辨率的數據集成、空間數據庫、文檔數據庫等技術，既可以規范管控生態環境的信息資料，又可以為各地研究提供優質的網絡化服務，最終為各地決策部門和社會建設發展奠定基礎保障。■