基于网络GIS的精测网成果管理信息系统开发与实现

张卢奔

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

1 概述

铁路测绘精测网成果主要包括国家平面和高程点资料、框架控制网(CP0)、基础平面控制网(CPⅠ)、线路平面控制网(CPⅡ)和高程控制网这几大类成果数据[1]。目前，在许多测绘工程的实际应用中，精测网成果数据的管理还是以单独的纸质或者数字文件存储为主，数据的可管理性、共享性与流通性较低[2]，存在着点之记管理和测量专册调整困难、测量成果更新不及时、数据成果权限不清和保密工作难以到位等问题。传统的成果管理方式已经无法实时且迅速地满足工程对于数据资源管理、共享与保密的需要。并且，传统的测量成果管理方法也难以直观地表现控制点的空间分布位置以及与周围其他控制点的相关情况，这给测量工作的开展带来一定的不便。

近年来，测绘工作者通过各种方式方法探索提高管理测量控制成果的效率[3-6]，但是这些方法在用户界面的设计、系统集成、跨平台应用等方面存在一些缺陷，如UCDOS、Oracle Spatial平台下的系统无法实现空间数据地图浏览，而Google和传统ArcGIS平台下的成果信息发布网络化与电子化功能不够强大。以下所述系统的创新点在于利用网络GIS的精测网成果管理信息系统来达到网络GIS技术、空间数据库技术和精测网信息管理技术的集成创新，通过这些技术的有机结合与互补，探索一种新的精测网数据信息管理模式和技术支撑框架，并通过具体实践应用，探讨这种技术框架的可行性与可运用性。

2 网络GIS技术

网络GIS技术[7]是在GIS的基础上，利用网络技术对其进行拓展与补充，提供在线空间分析和管理功能的空间信息管理和服务平台，使得GIS的功能不再局限于单个用户端，而是可以同时给予多个用户提供功能服务。网络GIS技术本身具有以下特点：(1)数据成果(包括空间数据和属性数据等)都以空间数据库的存储形式放置在唯一的后台服务框架之上，使得数据存储具有统一的结构标准[8]；(2)客户端用户通过特定的网络协议向网络GIS平台发出数据和功能请求，网络GIS平台收到请求后经过计算和分析，再将数据和分析结果返回给客户端，大量的数据分析和计算任务由后台服务端来完成，这样既能减轻客户端硬件压力，又能够保证GIS服务的及时性；(3)网络GIS系统的客户端对于平台的依赖性较低，通常客户端只需通过网络浏览器就可使用网络GIS系统提供的功能，极大地提高了网络GIS系统的应用范围。

3 精测网成果管理系统的设计

3.1 系统的定位与目标

建设基于网络GIS的精测网成果管理信息系统，提供精测网成果的综合集成化管理及资源整合与共享相应功能，主要内容包括：综合电子地图、测量数据入库与导出的测量数据管理、成果数据浏览查询与编辑共享、成果信息统计与分析等。通过该系统可达到如下目的：

(1)实现对精测网成果的综合统一集成化管理；(2)实现精测网数据成果信息发布的网络化与电子化。

3.2 系统的设计思路

基于网络GIS的精测网成果管理信息系统利用Web GIS、空间数据库[9]、网络通信等信息技术，根据铁路测绘工程的需要，将这些技术与精测网成果的管理与共享工作相结合，实现对精测网成果的数据库管理、电子地图浏览查看、网络分发与共享等功能。

在系统硬件方面，将系统后台集中布置在统一的服务端，以保证系统平台运行的稳定性和易管理性。在软件开发方面，利用成熟可靠的地理信息平台、数据库等框架为基础，根据精测网成果管理成果的需要，开发对应的功能模块。在系统网络方面，采用内网与公用外网相结合的方式，重要的保密数据在内网进行传输，而公开数据则可以通过公网发布，增强了系统的安全性、保密性和稳定性。

3.3 系统的总体框架

在系统软件的基础上，建立应用软件层/信息处理层/数据支撑层的多层结构，不同的服务层具有不同的应用特点。数据层支持空间和属性数据库的读取和存储，业务层通过对组件层的应用封装，提供简洁实用的业务操作服务，表现层以地图和图形菜单等形式表现，提供可视化的操作方式。

数据层：主要提供整个系统的数据以及各种基础数据的存储和管理。这一层的服务是整个系统运行的基础。数据分为空间数据、属性数据、元数据等。空间数据包含了地理信息数据以及入库的测量数据；属性数据对应着每个测量点等的相关说明；元数据为描述数据的“数据”。

业务层：业务层主要提供面向最终用户使用的各类服务，其内容包括综合地图子系统，测量数据管理子系统，成果管理子系统，统计与分析子系统，用户管理子系统。

表现层：表现层主要包括人机交互服务和输入输出服务等。这一层次的服务和其它服务都有一定的相关性，主要采用HTML5技术和JavaScript技术进行开发。

基于网络GIS的精测网成果管理信息系统平台架构示意如图1所示。

图1 系统平台架构示意

4 精测网成果管理系统的实现

4.1 开发与支撑环境

系统采用目前Web系统较为成熟的Spring MVC框架进行开发，服务端采用组件式开发，所有功能封装为低耦合模块，以达到较好的通用性。

系统以PostgreSQL+PostGIS[10]作为空间数据库支持，以实现空间数据和属性数据的高效存储和快速检索查询。地理服务器采用GeoServer[11]，支持并提供各类标准的地图服务，能够对系统的电子地图浏览功能提供稳定可靠的服务支撑。该系统将空间数据库和地理服务器与系统框架进行融合对接，以形成一个统一完整的Web GIS系统平台。

4.2 系统功能的实现

(1)系统功能的划分

将精测网成果管理平台分为五个功能子系统：综合地图、测量数据管理、成果管理、统计与分析、用户管理[12]。以上功能子系统建立在统一的软件平台之上，软件平台是各子系统共同的基础平台，主要包括统一认证单点登录、数据信息标准、角色权限分配[13]等，功能划分如图2所示。

图2 系统功能的划分

(2)综合地图子系统

将遥感影像、行政区划、道路水系等多种基础地理信息与测绘成果数据相结合，集成到一个地图之上，达到直观清楚和成果融合的效果。提供地图的浏览、放大、缩小、图层加载等功能(如图3)。

图3 电子地图浏览

(3)测量数据管理子系统

提供对测量数据的上传、信息查阅、下载和修改删除等管理功能，通过“项目负责人”栏对已上传的数据查看后，决定该数据是否合格，如果合格，则对该测量数据进行数据解析及入库，作为该项目的正式项目数据永久保存，否则将该数据移除(如图4)。

图4 测量数据管理

(4)成果管理子系统

提供了对测量成果服务发布、公开共享和使用者权限等功能，该子系统能够对已经入库的数据进行服务发布，能够在地图中查看数据，并且提供了对数据使用权限的限制功能(如图5)。

图5 成果管理

(5)统计与分析子系统

提供了对测量数据成果的空间查询、空间分析、统计分析等功能。空间查询：用户在综合地图中对数据服务进行查询，并将结果展现在地图上，查询的方式包括地图点选取和空间范围筛选、空间条件查询[14]等。空间分析：用户在综合地图中对数据服务进行空间类型分析。统计分析：通过数据表对特定数据进行统计分析，并以图表的形式展现。

(6)用户管理子系统

主要包括用户对自己的基本信息进行修改，以及登陆平台的认证安全等相关功能[15]。对不同的人员(单位总工、技术负责人、测量专册、外业队技术员)开放不同的查看和编辑权限(如图6)。

图6 用户管理

4.3 系统数据库的实现

基于网络GIS的精测网成果管理信息系统涉及两种类型的数据库—空间数据库和属性数据库。精测网成果数据存储在空间数据库中，而系统其他非地理数据则存储在属性数据库中。

空间数据库的特点在于支持点、折线、多边形等复杂空间矢量对象的存储和特定空间求交，而且对于海量空间数据的存储和检索有着特定优化的效率。在系统的具体实现中，会将用户上传的精测网成果数据的空间坐标处理成符合PostGIS要求的数据形式，并且指定空间参考系和编码形式，存储在空间数据库中。对于成果数据中的每个坐标点，都会建立唯一的空间索引，对应着具体的坐标值和附加字段量。以这些坐标点索引为基础，构成线路、网、多边形等复杂空间实体，建立空间逻辑关系。

系统项目内容、用户信息等非空间属性数据则以二维表的形式存储在关系数据库中。对于用户的每一个特定项目来说，都有一个特定的项目内部编号。该编号作为项目管理的核心，是其他属性数据的关键索引，对项目中的特定信息内容，都是通过项目编号索引找到检索信息的数据表，从而进一步提取具体数据。通过项目编号就可建立所有属性数据的关联关系，实现项目信息的统一便捷管理。