基于GIS的市容环卫部件综合管理平台设计与实现

曾祥兵

（安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，安徽 芜湖 241000）

0.引言

近年来，随着经济和城市建设的快速发展，人们对生活环境的要求越来越高，城市市容管理部门为此投入了大量的市容环卫部件，用于维护城市市容、市貌的整洁，与此同时导致市容环卫部件管理方面存在部件总体数量、类别和分布不清楚，管理人员职责混乱以及信息更新不及时等问题，严重影响了城市市容环卫管理工作的精准化和精细化[1]。因此，为了全面掌握城市市容环卫部件的设置情况，各地都陆续开展市容环卫部件普查、建库以及平台建设工作[2]。本文根据实际业务需求，利用GIS、GPS、云计算、移动互联等先进技术，构建了市容环卫部件管理数据库，搭建了市容环卫部件综合管理平台，实现了市容环卫部件普查数据图文表一体化管理、二三维一体化展示，动态巡查以及实时更新等功能，逐步建设成技术先进、数据完整、功能完善和服务全面的一体化综合管理平台，为市容环卫管理工作提供数据依据和技术支撑，为辅助决策提供真实准确、完整及时地信息支持。

1.建设目标

1.1 市容环卫部件的数字化

利用无人机倾斜摄影、车载移动系统以及移动互联等先进技术，开展全市范围内的市容环卫部件普查工作，以基础地理信息数据为基础，对市容环卫部件数据进行采集、处理、质检以及入库，从而构建市容环卫部件综合管理数据库[3]，实现市容环卫部件信息的数字化，直观展现市容环卫部件的各类信息，如，户外广告类等市容环卫部件的名称、位置描述、所在街路、责任人、设置单位、审批单位、初始时间、变更时间、坐标以及规格等，为城市精细化和信息化发展提供了信息支撑。

1.2 市容环卫部件管理的精细化

构建覆盖全市范围内的图文表一体化、二三维一体化以及时空一体化的“一张图”市容环卫部件管理模式[4]。强化市容环卫部件位置信息和图文信息、电子地图、街景以及三维实景模型等数据的集成管理，在“一张图”的基础上，实现市容环卫部件数据图文表、二三维一体化以及历史和现状一体化展示，提高市容环卫部件的全周期精细化管理能力。

1.3 市容环卫部件决策分析的科学化

通过搭建市容环卫部件综合管理平台，充分利用GIS、GPS和云计算技术的优点，使市容环卫部件的展示、查询统计、空间分析、辅助决策、动态巡查以及数据更新融为一体，让城市市容环卫管理和综合执法工作人员对市容环卫部件各类信息的了解更为直观，有助于市容环卫部件的统计分析以及管理决策等。

2.总体设计

2.1 设计思想

平台基于SOA架构，采用MVC设计模式，搭建基于Cesium的市容环卫部件综合管理平台。Cesium是国外一个基于JavaScript编写的使用Web图形库（Web Graphics Library，WebGL）的地图引擎，是一个跨平台[5]、跨浏览器的展示三维地球和地图的JS库，支持2D、2.5D以及3D形式的地图展示，可以自行绘制图形、高亮区域并提供良好的触摸支持，且支持绝大多数的浏览器和Mobile。具体设计思路：（1）利用MangoDB进行地理信息数据管理，利用Mysql进行市容环卫部件专题数据管理，采用Mysql和文件系统相结合的方式进行管理；（2）利用MapServer软件和OpenLayers类库包实现对地图服务的发布和访问；（3）客户端界面采用HTML、CSS和JavaSrcipt等语言实现，并利用JavaSrcipt向服务端发送请求，服务器端则利用IIS发布Web应用服务。采用此方法设计，可实现无插件、跨平台以及跨浏览器的快速访问，提高平台的应用效率。

2.2 框架设计

根据平台总体设计思想，对平台的框架结构进行设计，包括核心层、相应的标准规范以及保障和信息安全体系，即基础设施层、数据资源层、服务层、应用层和用户层。框架设计示意图（如图1所示）：

图1 框架设计示意图

基础设施层为平台运行提供软硬件支撑，是在云环境下将Web服务器、空间存储服务器和文件存储服务器等进行虚拟化，从而提高服务器和硬件的利用率，并在虚拟服务器上安装GIS软件、操作系统、安全软件以及数据库软件等。

数据资源层为市容环卫部件管理提供数据支撑，通过对数据进行普查、处理和入库等操作，构建市容环卫部件管理数据库，包括基础地理信息库、市容环卫部件空间库、市容环卫部件专题库、多媒体库以及元数据库等，为市容环卫部件展示、应用及辅助决策提供翔实、可靠的数据支撑。

服务层是SOA架构的基础，将数据服务、功能服务等核心服务接口集成起来，形成强大的、开放的、坚实的管理平台，为市容环卫管理提供稳定、高效地支撑，可直接调用目录服务、WMS服务、WFS服务、空间查询服务以及空间统计服务等。

应用层是市容环卫部件管理窗口，包括“一张图”集成显示、市容环卫部件数据管理、查询统计、报表管理以及动态巡查管理等，满足市容环卫日常业务需求。

用户层是平台的使用人员，主要包括市容环卫管理人员、综合执法人员、部件普查人员以及运维人员等。

平台架构两侧是运行和保障机制，包括数据普查标准规范、平台管理标准规范、保障体系以及信息安全体系。

3.关键技术

3.1 多源异构数据组织管理

平台涉及的数据量大且数据种类多，具有多源、异构等特点，需对数据进行有效组织和管理。市容环卫部件管理数据库主要涉及基础地理信息数据与业务专题数据两大类，多源异构数据组织管理示意图（如图2所示）：

图2 多源异构数据组织管理示意图

（1）基础地理信息数据组织管理，主要包括数据坐标转换、数据切图处理和数据调用。数据坐标转换采用开源的地图投影库，实现基础地理信息数据在统一的坐标参考系下进行转换，确保数据可以在统一空间下进行展示、查询和统计；数据切图处理，第一采用开源的栅格空间转换库对数据进行金字塔构建，第二采用Google地图切片方案进行数据切图，第三将数据存储在MongoDB数据库中；数据调用是Cesium通过ImageryProvider接口调用Web地图瓦片服务和Web矢量数据服务，实现浏览器的客户端显示。

（2）业务专题数据组织管理。业务专题数据包括市容环卫部件专题空间数据，属性数据，照片、视频等文件数据以及运维管理数据。根据数据的特点进行数据组织管理，市容环卫部件空间数据采用MongoDB数据库进行组织管理，市容环卫部件属性和文件数据则采用Mysql关系数据库和文件系统结合进行组织管理。数据调用流程：首先，通过Ajax技术向服务端发送数据服务请求；其次，服务端利用Ado.net技术访问市容环卫部件专题数据库；最后，将成果以Json格式进行返回，并在浏览器的Cesium客户端进行显示。

3.2 数据动态可视化

为了让数据显示效果动态、直观，平台采用Cesium进行可视化。根据不同的数据类型，利用Cesium客户端打造不同的数据可视化流程，具体流程示意图（如图3所示）：

图3 数据动态可视化流程示意图

Cesium可视化流程步骤如下：（1）通过HTML定义Div元素，创建Cesium；（2）判断加载数据类型，主要包括基础地理信息数据切片数据、市容环卫部件的经纬度数据或者shp数据以及多媒体数据；（3）根据不同的数据类型选择不同的加载方法，实现最终数据的动态可视化展示。如，市容环卫部件的Shp数据是通过SharpMap将矢量数据格式转换为Geojson，从viewer对象中取得DataSourceCollection类型的属性DataSources，创建数据结构对象DataSource，最后调用DataSources的Add方法，将新创建的DataSource对象市容环卫部件数据加入到场景渲染中。

3.3 工作足迹定位

工作足迹定位是以电子地图为依托，利用GPS定位技术，实现日常巡查和部件更新等工作。（1）记录巡查人员实时的巡查轨迹和历史轨迹，以便后期巡查人员查看自身巡查行程工作记录，同时，市容环卫管理人员可以对巡查工作进行指挥调度、监督和工作考核；（2）可以对市容环卫的违法事件进行定位，直观准确地了解违法情况；（3）实现市容环卫部件位置定期更新，保证市容环卫部件数据的现势性。日常巡查路径示意图（如图4所示）：

图4 日常巡查路径示意图

4.平台功能实现

平台实现采用模块化开发相应的功能，开发环境采用Java语言相关的开发集成环境平台，运用Java技术进行开发，数据库采用MongoDB3.0和MySQL5.7。核心的功能包括“一张图”集成显示、市容环卫部件管理、市容环卫部件查询统计管理、市容环卫部件动态巡查管理以及运维管理等。

4.1 “一张图”集成显示

“一张图”展示实现了基础地理信息数据和市容环卫部件数据的图文表一体化展示、二三维一体化展示以及时空一体化展示。图文表一体化展示是在二维电子地图的基础上叠加市容环卫部件空间数据，并与市容环卫部件属性信息和照片等信息关联，点选市容环卫部件数据可以在地图上直观地查看其详细信息和照片信息，以环卫部件公厕为例，可以查看公厕部件的标识码、权属部门、详细位置、所在街道、坐标以及设置方式等；二三维一体化展示是将同一屏幕分成两部分，通过分屏对比，可以查看市容环卫部件的二维信息和三维信息；时空一体化展示可以查看同一位置的市容环卫部件的历史和现状情况，通过时间轴，展示其变化过程。市容环卫部件展示效果示意图（如图5所示）：

图5 市容环卫部件展示效果示意图

4.2 市容环卫部件管理

市容环卫部件管理具备对市容环卫部件二维数据和三维模型的录入、编辑以及导出等功能。数据录入是对市容环卫部件普查的成果数据进行自动质检后，批量导入。平台数据编辑实现数据增、删、改等功能，如，点击修改按钮，平台弹出数据修改列表，据此修改数据的部件标识码、所在地址、负责人、设置日期以及照片等信息，然后点击“提交”按钮，完成数据修改功能。此外，还可以对部件三维模型进行编辑和更新。数据导出可以将数据成果以csv、txt、word和excel等格式进行导出，为编写专题报告或者领导汇报提供决策支持。

4.3 市容环卫部件查询统计管理

市容环卫部件查询统计管理的查询统计功能可以进行关键字查询统计、模糊查询统计以及空间查询统计。关键字和模糊查询统计包括在平台输入名称、所在街区、市容环卫部件类别等搜索条件，查询统计结果以页面表单的形式展示，点击某个市容环卫部件结果，可以快速在地图上进行定位且高亮显示；空间查询统计包括多边形查询统计和自定义查询统计，如自定义查询统计，可以组合选择市容环卫部件的所在街区域及类型，输入部件名称、设置人、所属地点等选项，查询统计出数据列表，双击选中其中一条想要查询的数据，通过右侧地图可定位至当前列表属性所在位置，点击当前点可以查看当前点附近的部件信息及图片，如果当前点有多个市容环卫部件，亦支持翻页查看。左下方会显示出自定义统计及分析的结果，以柱状图、饼状图等形式进行展示。

4.4 市容环卫部件动态巡查管理

动态巡查管理是市容环卫综合执法人员利用移动终端App实现市容环卫部件动态监控和数据更新维护，主要包括的功能有巡查路径规划、巡查人员管理和数据编辑及上传等；巡查路径规划是为确保责任网格内的市容环卫部件巡查全覆盖，根据时间、人员等，事先规划巡查路径；巡查人员管理包括巡查人员信息管理以及职责管理；数据编辑及上传是在巡查过程中，发现有违法事件或者数据有更新时，一方面对违法事件进行说明和拍照，另一方面是对数据有变动后的更新，编辑完成后上传到平台。

4.5 运维管理

运维管理是平台平稳运行的后台保障，包括用户列表管理、权限管理和日志管理。用户列表管理支持用户名称的搜索，如新增、删除、修改用户名及密码等；权限管理是将功能模块定义为角色，通过不同级别的用户，赋予不同的角色，从而实现权限管理；日志管理是对平台的操作、访问以及软硬件问题等内容进行记录和统计，方便运维人员后期维护。

5.结束语

本文综述了利用GIS、GPS、云计算以及移动互联等技术搭建市容环卫部件综合管理平台的方法，实现了对市容环卫部件成果的展示、查询、统计、分析和巡查等功能。平台建设后，一是摸清了城市市容环卫部件的数据、类型和分布情况，提高城市管理部门的决策水平；二是让城市市容环卫部件管理精细化、信息化和智能化。但也存在一定问题，如，数据信息更新不完善、网络传输不稳定等问题。下一步平台将继续完善功能，对市容环卫部件进行统筹规划和管理，提高城市管理的水平。