基于三维GIS的数字营区营房设备集成系统设计

郭 希，周惊涛，李 林，魏小涪，李生林

（1.中国人民解放军成都军区善后办房管局，成都 610000；2.中国人民解放军78479部队，成都 610000；3.中国人民解放军后勤工程学院 后勤信息与军事物流工程系，重庆 401311）

基于三维GIS的数字营区营房设备集成系统设计

郭 希1，周惊涛2，李 林2，魏小涪3，李生林3

（1.中国人民解放军成都军区善后办房管局，成都 610000；2.中国人民解放军78479部队，成都 610000；3.中国人民解放军后勤工程学院 后勤信息与军事物流工程系，重庆 401311）

在数字营区营房信息化建设中，为了实现营房设备的直观、可视化查询和管理，设计了一种基于三维GIS（地理信息系统）的营房设备集成系统。首先提出系统总体目标要求，然后设计了系统总体架构，最后对功能结构进行了设计。

三维GIS；数字营区；营房设备；系统设计

0　引 言

营房设备管理工作是营房管理工作的重要部分，在营房设备管理工作中，由于营房设备种类和数量繁多（如电表、水表、阀门、开关及摄像头等），使营房工作人员难以准确掌握营房设备的信息，特别是营房设备的安装位置，给营房设备的查询、设备的维修和更换等工作带来不便。随着数字营区建设的不断推进，以地理信息系统（Geographic Information System，GIS）［2］为代表的营区可视化系统相继出现，这些系统在营区规划、模拟演练、宣传汇报等方面发挥了一定作用，但却很少与营房管理工作，特别是营房设备的管理相结合。将营房设备管理与营区三维GIS相结合，实现基于三维GIS的营房设备可视化管理，能使数量繁多的营房设备信息变得一目了然，从而实现营房设备管理快捷化、精确化。

1　数字营区营房设备集成系统总体目标要求

2.1集成要求

2.1.1集成融合要求

标准化要求。数字营区营房设备集成系统应按照统一的技术体制和标准规范要求进行集成，使系统能够支持登录、消息传递、报表输出等；接收和使用标准数据接口、标准代码等，在系统用户、数字营区基础数据、控制指令等方面实现有机融合。

集中管控要求。数字营区营房设备集成系统能够将各个子系统进行服务化改造，使其集成到综合管理信息平台下运行。

数据集成要求。数字营区营房设备集成系统应统一依托营区综合数据库进行集成，使系统对外形成统一集成的数字营区系统，对内由不同的构件对公共数据库和主题数据库进行访问。

2.1.2服务集成方式

数字营区营房设备集成系统按照数字营区系统统一的集成策略与要求，依托Java EE企业级架构和SOA的思想。

数字营区营房设备集成系统采用标准SOAP方式Web服务，首先用WSDL描述服务，为了方便其他系统调用服务，需要将服务在注册中心（UDDI）进行注册。UDDI对每一个注册服务都有一个服务描述，提供了服务的调用方法和地址，系统通过UDDI服务目录找到需要请求的服务，根据服务描述信息获得所需服务的调用方法。这样服务请求者与服务发布者就能直接进行数据交换了，服务发布者通过SOAP协议将结果返回给服务请求者。

Java EE平台在整个SOA的实现过程中能够全面支持Web服务规范，即Web Service for Java EE （JSR109），Java EE平台是一个开源平台并为用户提供了一系列Web服务通用接口规范。在Java EE平台架构中，Web容器是一种为应用服务器组提供运行环境的服务程序，通过Web容器EJB调用可以方便地实现客户端与营房设备集成系统数据库的数据交换。因此，依托Java EE企业级架构和SOA的思想来构建数字营区营房设备集成系统，能够构建一个灵活、可靠、高效的系统。

2.1.3主题服务融合要求

数字营区营房设备集成系统集成框架采用了SOA架构的思想，SOA具有松耦合的特点，需对用户登录、权限管理、三维地理信息、设备查询、硬件控制、实时数据采集、营区要素数字化等主题服务融合提供支持。主要从以下三个层面体现主题服务融合。

在服务层，通过基于SOAP方式的Web接口，在集成平台上综合各类主题服务，让服务调用更加灵活便捷，服务复用更加充分。

在代码层，以Java EE平台各类通用接口为基础，结合适当的应用开发框架，实现系统基本功能的开发，并对各功能模块进行合理组装融合。

在系统层，通过以太网提供的数据传递机制，系统会根据每个用户请求，准确定位到相应的服务，通过服务调用各功能模块，实现从应用服务到底层硬件设备模块，再到应用服务的主题服务融合方式，使系统更加高效、灵活。

2.2系统总体目标

本系统是以军队某营区为实例进行设计的，为了实现在三维虚拟营区环境中对各类营房设备进行可视化管理和实时监控，设计基于三维GIS的营房设备集成系统，系统要到达总体目标，主要体现在以下几个方面。

（1）实现营区地形地貌、道路管线、坐落分栋及水系绿化等各类地理信息要素的三维可视化。营区的各类地理信息要素是营区的基本组成部分，包含着营区的各种地理特征，通过运用三维建模软件对这些要素进行建模，结合三维平台构建营区三维可视化系统，能够给用户提供一个逼真的营区三维可视化窗口。

（2）实现营房设备信息的可视化管理。营房设备信息的可视化是提高营房设备管理工作效率的重要手段，通过数据集成和三维地理信息系统以设备图元方式将设备信息集成到营区三维可视化环境中，并提供设备的查询、添加、修改、删除等管理功能。

（3）实现营房设备在三维条件下的实时监控。营房设备的实时监控对于设备故障的分析和处理具有重要意义，通过将设备实时信息标注在营区三维可视化环境中的方式，实现设备的实时监视，并结合远程控制系统，实现从三维可视化环境中对设备的直接控制，从而达到全面监控的目标。

3　数字营区营房设备集成系统总体架构

3.1系统层次结构

数字营区营房设备集成系统分为数据层、中间层、应用层，系统分层架构如图1所示。

3.1.1数据层

数据层包括三维模型数据和属性数据，三维模型数据是用于构建营区三维场景的数据，主要是以文件的形式存储；属性数据包括基本属性数据和设备属性数据。基本属性数据是营区的建筑、道路、绿化、场地及水域等模型的属性数据，设备属性数据包括营区各类营房设备的静态和动态数据信息，设备属性数据是集成的重点，设备属性数据需要从营区供水、供电、中央空调、环境监测及安防等系统数据源中提取，并集成为统一的格式供中间层调用。

图1　数字营区营房设备集成系统分层架构

图2　系统总体框架

3.1.2中间层

中间层主要包括三维GIS平台和J2EE平台，三维GIS平台为开发三维GIS系统提供了一套完整的解决方案，利用三维GIS平台提供的控件可进行模型的导入、三维服务的发布、三维数据的管理等操作，三维GIS平台提供对外的开发接口API，用于与其他开发语言的结合。J2EE平台提供了一个多层次分布式应用设计模式，应用逻辑根据功能被划分为组件，J2EE组件是一个自我封闭的功能软件单元，它通过相关的类、文件和与其他组件的通讯，被集成进J2EE应用，通过J2EE平台提供的组件，实现与数据层的交互，并为应用提供接口。

3.1.3应用层

应用层主要利用中间层提供的大量控件接口，运用Java语言编写程序来实现各种功能应用，提供的主要功能应用有漫游导航、飞行定位、空间分析、设备标注、设备查询及图层控制，等等。漫游导航是对营区景观提供手动和自动浏览方式，飞行定位是提供一些重点区域的快速定位，空间分析是提供三维空间的距离测量、面积测量、水淹分析等，设备标注是提供三维环境中设备位置的标注，设备查询是提供各类营房设备的查询展示，包括快速查询、组合查询和模糊查询，图层控制是控制三维场景中各图层要素的加载与否。

3.2系统总体框架

系统总体框架如图2所示。从图中可以看出，集成系统分为4个层次，即支撑层、数据层、系统层和功能层。

3.2.1支撑层

支撑层包括硬件支撑和软件支撑，其中硬件支撑主要有数据库服务器、应用服务器和营区局域网等，软件支撑主要有Stamp三维GIS平台，NetBeans软件和Oracle数据库等。

3.2.2数据层

数据层主要包括各类设备数据源、综合数据库和三维模型数据，其中设备数据源主要是营区各系统的数据库，如供水管理系统、供电管理系统、中央空调管理系统、环境监测系统及安防系统；综合数据库主要包括三维虚拟环境的基础属性信息、设备属性信息和图元信息；三维模型数据是用于构建三维虚拟环境的数据，主要以文件形式存储。

3.2.3系统层

系统层包括数据整合集成子系统、数据管理维护子系统、三维集成应用子系统，它们共同组成了基于三维GIS的设备集成系统。其中数据整合集成子系统主要完成从各个分散异构数据源到综合数据库的设备信息整合集成，将设备信息通过中间件整合为统一的数据格式，供三维集成应用子系统调用；数据管理维护子系统主要用于综合数据库的管理维护；三维集成应用子系统主要完成从综合数据库中提取数据到三维平台进行展示，提供设备的信息查询、定位、监控、统计等功能。

3.2.4功能层

功能层包括数据集成管理、综合数据维护、设备标注、设备查询、图层控制及空间分析等功能，具体功能的设计将在下文进行详细说明。

4　数字营区营房设备集成系统功能设计

4.1总体功能结构

数字营区设备信息集成系统可划分为3个子系统，分别是数据管理维护子系统、数据整合集成子系统和三维集成应用子系统，系统总体功能结构如图3所示。

图3　总体功能结构

4.2数据整合集成子系统

数据整合集成子系统的功能包括数据源封装、数据集成和数据同步，如图4所示。

图4　数据整合集成子系统结构

数据源的封装：获取数据源中待集成设备的数据，然后根据设定的规则处理设备数据后，交给集成器。

数据集成：将各个封装器传过来的数据即成为合成为一个整体，交给同步器。

数据同步：接收集成器传入数据并用这些数据对设备属性库中数据进行更新。

4.3数据管理维护子系统

数据管理维护子系统主要是对综合数据库数据进行管理，功能包括元数据管理、三维基础数据管理、用户管理、图元信息管理及数据备份。

三维基础数据管理：对三维虚拟环境中的建筑、道路、绿化及水系等基础数据进行维护。

用户管理：分为用户的权限管理和用户信息的管理，包括用户权限和用户信息的添加、修改、删除，用户权限的分配，用户组的配置等。

图元信息管理：对图元信息进行维护，包括图元标识的上传、图元信息的修改和删除。

数据备份：对综合数据库数据进行定时备份，并提供数据恢复功能。

4.4三维集成应用子系统

三维集成应用子系统主要用于普通用户进行三维场景的浏览和设备信息的可视化管理，功能包括漫游、飞行定位、空间分析、图层控制、设备标注、设备查询与设备监控。

漫游：三维场景的浏览，包括手动漫游和按设定路线自动漫游。

飞行定位：三维场景自动定位到用户指定的地点。

空间分析：主要包括距离测量、高度测量、面积测量、水淹分析。

图层控制：控制三维场景中建筑、道路、绿化、水系以及各类设备图层的加载与否。

设备标注：根据设备的实际安装位置，在三维虚拟环境中对应位置将设备进行标注，并将标注点的坐标存入数据库，用于设备的查询定位。

设备查询：包括快捷查询、组合查询和模糊查询。快捷查询是将设备分类列出，快速点击即可在三维场景中展示设备信息；组合查询是通过多个查询条件的组合进行查询；模糊查询是类似于搜索引擎的查询方式，输入任意条件，系统会进行分词处理并列出相关设备的信息。

设备监控：在三维场景中对设备进行实时监视，并能够对开关、阀门、泵等设备进行远程控制。

5　结 语

基于三维GIS的数字营区营房设备集成系统将三维地理信息系统与营房设备管理工作相结合，可以说是将三维GIS应用于营房管理工作的初步尝试，为三维GIS在营房管理工作中的进一步应用研究提供了一个思路。下一步将继续研究基于三维地理信息系统的营区各类管理和保障工作的可视化。

主要参考文献

［1］张超，王瑞，朱连旺.营房设施设备管理探索［J］.现代商贸工业，2011（23）.

［2］胡最，汤国安，闾国年.GIS作为新一代地理学语言的特征［J］.地理学报， 2012（7）.

［3］魏小涪，李生林，张恒，等.基于三维虚拟营区的设备实时信息集成［J］.后勤工程学院学报，2014（2）.

［4］闫俊伢，安俊秀.J2EE技术体系的探讨与研究［J］.实验室研究与探索，2010 （7）.

［5］杨斌，张卫冬，张利欣，等.基于SOA的物联网应用基础框架［J］.计算机工程，2010（17）.

［6］王建斌，胡小生，李康君，等.REST风格和基于SOAP的Web Services的比较与结合［J］.计算机应用与软件，2010（9）.

［7］石琳.Web服务中的WSDL文档结构分析［J］.软件，2012（10）.

［8］李滨，刘莹.UDDI注册中心综述［M］//中国运筹学企业运筹学会.中国企业运筹学.成都：电子科技大学出版社，2009.

［9］冯留春.基于J2EE和XML的SOA服务层数据模型研究及实现［J］.电脑知识与技术：学术交流，2010（1）.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.16.106

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1673-0194（2016）16-0162-03

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