基于ARCGIS API FOR FLEX的污染源WEBGIS研究

陈光炎 陈松乔

（中南大学软件学院，湖南长沙 410083）

引言

随着我国经济和社会的迅速发展，城市化步伐日益加快，各种污染问题也随之而来，尤其是空气污染和水污染会直接影响到人们的生产、生活甚至身体健康。因此，污染源信息管理逐渐引起人们的关注，其中应用信息技术及时、准确、形象地面向公众展示污染源信息也成为一个热点。污染源数据不仅具有行业、时间等特征，还具有明显的地域特征，这从客观上要求数据的处理和操作采用时空处理的手段，而GIS技术的发展适应了这样的需要，从简单的污染源数据处理、查询、专题图制作到空间分析、建模和三维仿真等都为污染源管理和规划提供技术支撑手段。

本文基于ARCGIS SERVER平台，引入了能够创建高交互性富客户端的FlEX技术，提出了以三层模型为基础的污染源管理信息系统的设计方案和思路，着重阐述了分布式地图服务器的管理、地图服务的管理和数据库架构等技术的功能和实现，简要介绍的系统在B/S模式下的操作等功能的开发流程。

1.系统设计思路

1.1 污染源数据特点

污染源数据的根本特征是数据量大，数据存储介质多样化，即数据来源于不同存储设备的多种类型空间数据和属性数据，具体表现在以下四个方面：

1)多数据源,即数据格式、数据模型的多样化，要求包括有监测数据、统计数据、图形数据、遥感数据以及其他类型数据等；

2)涉及行业广，根据普查[2],我国污染源涉及到259个小类行业；

3)多时段和多时相,即从不同的时刻反映同一区域空间信息的变化；

4) 污染源排放位置和环境监测都具有空间坐标，具有明显的空间特征。

此外,污染源数据还具有分布不集中、不统一等特点,因此传统的集中式数据库很难满足各个信息中心之间数据共享的要求。如何有效地管理分布污染源空间数据和监控数据,成为污染源地图服务管理系统在设计中丞须解决的问题。

1.2 系统设计原则与特征

系统设计原则是根据系统行业数据特点来决定的，在定位上要考虑到系统是以污染源专题为主，按照系统的模块功能为主要依据,在遵循一般MIS系统常用原则如可行性、实用性、可靠性、界面友好，操作简单，效率高，具有高质量等特点外，还应该考虑系统便于维护、能留有模块接口、便于二次开发以及安全等特征。

1.3 系统体系框架

根据污染源数据特点和系统设计目标，本文采用数据层、服务层以及应用层的三层构建模式，针对污染源数据涉及行业多，需要国家、省市等多级单位共享的特点，系统提出了在数据层和服务层都采用了分布式的部署方式。

1.3.1 分布式数据库架构

污染源管理信息系统采用在逻辑上是一个统一的整体，在物理上则是分别存储在不同的物理节点上的分布式数据库架构。每个污染源站点可以单独拥有自己的局部的数据库和DBMS的一份完整拷贝副本，这些污染源站点就形成一系列的网络节点，它们在自身独立的同时，也通过网络连接成为一个整体，共同组成了一个全局的完整数据库，在使用每个节点数据库时,用户就像对集中式数据库一样来访问分布式数据库,而不用考虑数据存储的具体物理位置[3,4]。

1.3.2 分布式服务器架构

传统的WebGIS的一个重要瓶颈就是应用层的用户响应速度，在客户端用户请求出现并发的情况下，地图服务器端产生的处理时延要比数据库端所需的处理时延大得多,因此，缩短客户端响应时间的关键是减少服务器端用户请求的处理时间。系统在设计时，也考虑到同分布式数据库一样，服务器也采用分布式服务器架构，这样污染源数据和程序可以分散到多个服务器上，将若干个网络节点上的服务器通过网络连接起来,使这些在物理位置上分散服务器成为一个逻辑上的统一的整体。在使用时,通过服务调度的方式将客户端并发的用户请求分配给多个地图服务器处理，这样既可以有利于客户端请求在整个计算机系统上进行合理有效地分配与优化，克服了集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷，同时更重要的是实现了各站点污染源信息共享，数据实现最大利用的目的。

图1 分布式数据库结构

1.3.3 系统体系结构

污染源WebGIS采用浏览器/服务器(B/S)模式，由数据层、服务层和应用层构成应用系统，如图2所示。

图2 数据层、服务层和应用层构成应用系统

应用层是借助ArcGIS API for Flex和Flex Framework来设计与实现的。它负责响应Flex富客户端请求，并根据用户请求类型做出响应。利用ARCGIS API for FLEX提供的REST接口和应用程序提供的Servlet接口，响应客户端发出的请求和返回服务器端的处理结果，并将结果借助Flash播放器进行展示。

服务层由Web服务器和GIS服务器组成。Web服务器主要负责让用户通过Web浏览器和Web Services发送的请求，并根据用户请求从GIS服务器中获取相应的地图服务对象，同时也可利用Web Services(Web服务)直接与后台数据库进行交互，获取信息[5]。GIS服务器主要承担两方面作用：一是GIS服务器动态地图渲染和地图切片技术对于底层不经常变化的地图数据和地图背景，利用地图切片技术，可以让系统快速响应用户对地图的请求，并将请求得到的地图图片与地图进行叠加，这样可以尽可能地减少了服务器的计算负载；GIS服务器另一个作用是提供用户访问地图的REST接口，它由服务器对象管理器Server Object Manager ( SOM)以及一个或多个服务器对象容器ServeObject Container ( SOC)组成，通过这些接口服务，再配合使用ArcGIS FLEX API，这样就可以将ArcGIS Server和Flex结合起来在Flex环境下开发应用系统。

数据层是系统的底层，负责污染源站点空间数据和站点监控属性数据的存取机制，维护各种数据之间的关系，并提供数据备份、数据存档、数据安全机制，为整个系统提供数据源的保障。数据层主要包括空间数据引擎ArcSDE以及存储空间数据、属性数据和文件数据等关系型数据库系统。空间数据主要负责为SOC提供相应的关系型数据库(ArcSDE)中的数据或者是基于文件形式存贮的空间数据,如Geodatabase，ShapeFile等，采用ArcSDE进行管理，属性数据由Oracle进行存储主要用来存储污染源普查信息，其他文件数据，如文档、图片、监控视频等不便存储的直接存放于服务器端，供应用层调用。

2.系统实现功能模块

2.1 信息展示

污染源具有很典型的空间分布特征，因此污染源WebGIS系统在空间数据表达上显得尤为重要。系统应该具备常用地图操作功能，包括地图浏览功能，如地图放大、缩小、漫游、全图、前一视图、后一视图等。此外，系统还应具有鹰眼功能，让用户在地图操作时可以更方便定位到相应的位置，更好地对污染源信息进行查看和监测。

2.2 图层控制

污染源涉及行业多，产生的数据量大，既有空气监测站、国控污染源信息、普通污染源等自身信息，也有污染源产生的监测信息。正由于庞大而复杂的数据，在污染源WebGIS系统中，需要使用图层控制功能对数据进行管理，并且根据需要有针对性地显示或隐藏地图图层，突出用户感兴趣的污染源图层信息。

2.3 查询模块

查询统计模块包括空间数据查询、属性数据查询和专题属性数据查询等功能。空间数据查询有点击信息查询、拉矩形框选取、不规则多边形选取等方式，还有利用行政区划图元进行地域的选取方式，查询区域内的污染源图层信息，如图3，利用行政区划查询娄底市污染源站点信息；属性数据查询是利用关系符号、逻辑符号、算术符号的任意组合，进行满足条件的属性信息及相关图形信息的查询，如查询湖南省2010年各空气自动站中的SO2因子在某段时间内的数值情况，包括最大值、最小值、均值、总和、标准差等参数，并将查询结果以图表的方式进行呈现和输出，如图4所示，2010年湖南省所有空气自动站可吸入颗粒物第四季度的API。

图3 行政区划查询娄底市污染源站点

图4 湖南省2010年空气自动站可吸入颗粒物API

2.4 专题图模块

专题图是表达和展示空间对象属性信息的理想的可视化分析工具。利用空间数据相关联的属性信息制作专题图，可以直观的反映各种专题信息，该模块提供的专题图类型包括：单值专题图、统计专题图、点密度专题图等。

ArcGIS API for Flex本身并没有提供专题图组件，它是利用FLEX中的chart组件做为symbo1来渲染graphic，再将graphic插入到Graphic Layers图层中，这样就可以用形形色色的专题图来展示污染源信息。

2.5 空间分析模块

空间分析模块主要包括空间量测、缓冲分析、叠加分析等GIS空间分析方法，其中空间量测主要用于距离量算和面积量算。缓冲区分析是将缓冲查询的结果再做分析，包括由图到文和由文到图两部分，由图到文是根据指定的距离在点、线、面实体周围自动建立一定宽度区域范围并查询和现实该范围的污染源信息；由文到图是查询某个站点，将查询的结果按照指定的距离在地图上显示。叠加分析是在两个或者多个污染源图层之间按照一定的几何运算，实现同时显示的目的，如污染源取水口、排污口和断面图层进行叠加。

3.结束语

本文介绍了基于ArcGIS Server和Flex的污染源网络地理信息系统的研究思路与方法，在分析污染源数据特点的基础上提出了系统实行三层模型架构、分布式数据库、分布式服务器部署和富客户端等技术，并由此实现了污染源WEBGIS系统。实践证明，通过本文研究的WEBGIS系统具以下特点：

首先，改变了传统环保行业的建设思路，真正实现在注重环境信息和数据库建设的同时，还将地理空间数据和污染源监控数据有效结合起来，使系统更加实用；其次，系统减少了与服务器之间通信的次数，交互性强，响应速度快，流畅而富有更强的表现力；再次，界面丰富而友好，更为详细地展示污染源数据的细节；系统实现更为广泛的数据共享，并可以最大程度地挖掘和发挥空间数据的效用。

[1] 周炳喜，周坚华，王珂.基于ArcGIS Flex API的电网企业信息可视化系统研究[J].测绘与空间地理信息，2010，33(2)：123-127。

[2] 第一次全国污染源普查工业污染源产排污染系数手册.

[3] 邵佩英.分布式数据库系统及其应用[M].北京：科学出版社， 2005。

[4] 钱郭锋，刘波，陈珺.分布式数据库系统的设计与实现[J].现代测绘，2010，33(3):23-25。

[5] 刘俊，谭建军.基于ArcGIS Server的网络农田地理信息系统设计与实现[J].广东农业科学，2009，(9)：224-227。