数字城管系统中GIS功能模块的设计与实现.docx

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数字城管系统中GIS功能模块的设计与实现

数字城管系统中GIS功能模块的设计与实现

作者：

滕洁

来源：

《电脑知识与技术》2016年第36期

        摘要：

在城市管理中我们无时无刻都会涉及的各种城市元素，这些都是空间地理信息要素的范畴。

GIS具有强大的数据管理、数据挖掘和分析及可视化的能力，能够处理、分析、管理地理空间信息相关数据等。

如果数字城管系统与GIS结合，无论是效率上还是性能上都能得到很大的提升。

该文以长沙市数字城管系统建设项目为研究背景，对数字城管进行研究和分析，利用WebGIS技术、空间数据库技术、地图服务调用技术三个关键技术，对该模块进行了设计与实现。

        关键词：

数字城管；系统设计；地理信息系统

        中图分类号：

TP311文献标识码：

A文章编号：

1009-3044（2016）36-0256-05

        DesignandImplementationofGISModuleinDigitalCityManagementSystem

        TENGJie

        （CentralSouthUniversitySchoolofGeosciencesandInfo-Physics，Changsha410083，China）

        Abstract：

Inthecitymanagementweallthetimewillinvolveavarietyofelementsofthecity，thesearetheareasofgeographicinformationelements.GIShaspowerfuldatamanagement，dataminingandanalysisandvisualizationcapabilitiestoprocess，analyze，managerelevantgeospatialinformationdataandotherrelevantdata.IfthedigitalcitymanagementsystemcombinedwithGIS，whetheritisabletogreatlyenhancetheefficiencyorperformance.ThisthesisisbasedonthebackgroundofconstructionprojectofChangshadigitalcitymanagementsystem，andhavestudiedandanalyzedthedigitalcitymanagement，andusingWebGIStechnology，spatialdatabasetechnology，mapserviceinvocationtechnologycarriedoutthedesignandimplementationofthemodule.

        Keywords：

DigitalCityManagement；SystemDesign；GIS

        1998年1月，当时正任美国副总统的戈尔在一次演说中首次提出了“数字地球”的概念。

后来此概念被引伸到城市，因此有了“数字城市”，并成为城市信息化的热点词汇[1]。

2002年7月城市数字化工程正式被列入国家“十五”科技攻关计划[2]。

2004年，全国就有20多个城市申报了数字化城市工程项目，此外，包括长沙在内的部分城市已由研究阶段进入了实施阶段[3]。

2011年11月，长沙进行了数字长沙地理空间框架[4]建设，意味着长沙正式开启数字城市的建设。

今年4月，长沙市人民政府与中国电信湖南公司举行“数字长沙·智慧城市”建设工作会商会，并签署战略合作框架协议。

根据协议，未来五年内，湖南电信将在长沙行政区域内累计完成投资近100亿元，用于“智慧城市”（SmartCity）[5]基础网络设施的建设。

数字城管又叫“数字化城市管理”，是数字城市建设的必要建设之一。

随着数字城市和智慧城市的建设和发展，在一些更先进的技术和手段的冲击下，2007年4月长沙作为第三批试点城市之一开始了数字化城市管理系统的建设，且至今长沙数字城管系统建设项目的二期建设工程已经处于成熟的运行使用中。

        地理信息空间框架是数字城市和智慧城市的最基础的空间信息基础设施。

GIS平台具有强大的数据管理、数据挖掘和分析及可视化的能力，且能够处理、分析、管理地理空间信息相关数据等。

在城市管理中我们无时无刻都会涉及的各种城市元素，这些都是空间地理信息要素的范畴，如果使用传统的管理技术进行处理，无论是从效果还是效率上讲都已经无法满足管理需求。

数字城管系统作为一个数字城市和智慧城市发展的产物，在数字城市和智慧城市的冲击下的数字城管系统必然与GIS结合开发出一个更科学、更高效的数字化城市管理系统。

        文中对数字城管系统中GIS功能模块进行研究。

利用GIS技术将数字城管业务与地图结合，实现考勤点的设置、考勤人员的监督、案件信息的查询与统计等基于位置服务的相关业务的图文一体化管理。

        1数字城管系统中GIS功能模块的需求分析

        根据用户需求和相关业务流程（如图1所示）的分析和处理，提取出了数字城管GIS模块需实现的功能分别如下：

        1）GPS轨迹及案件回放。

用户选择某个采集员、时间段后，在地图上回放其活动轨迹。

        2）采集员实时位置。

在地图上展示出采集员的实时位置。

        3）轨迹播放器。

通过播放器可控制正在播放的轨迹快进、放慢、暂停、重播。

        4）案件位置显示。

案件上报后，在地图上增加一个图标，不同类型的案件以不同的颜色显示在地图上。

当该案件被用户结案后，从地图上消失。

        5）案件汇总信息显示。

在地图上方以文字形式显示全市案件的情况，包括上报数、处置数、结案数。

        6）案件查询。

在地图上显示的案件，可以进行查询，点击弹出案件概要信息窗口，内容包括案件编号、大类、小类、描述、详情链接等（具体后期确认），点击详情链接，可进入到该案件的详细信息页面。

        7）案件空间查询及统计。

用户可在地图上以任意多边形、圆形、长方形的形式框选一定区域。

系统为其查询出该区域内指定时间段、指定大类、小类的案件详情和统计信息并展示。

        8）案件普通查询及统计。

用户输入查询条件进行案件的查询与统计。

        9）考勤点设置。

能为信息采集员设置考勤点或删除已设置考勤点。

采集员在规定的地点范围内进行考勤。

        2数字城管系统中GIS功能模块数据库概述

        2.1ORACLE空间数据库的搭建

        ORACLE是关系型数据库，不支持空间数据类型。

SDE是空间数据库引擎，是关系数据库处理空间数据类型的桥梁。

        ORACLE与ArcSDE的空间数据库搭建步骤如下：

        ①服务器端

        ①服务器端安装ArcGISdesktop与ArcSDEForOracle。

        ②安装oracle11gr2。

        ③安装sqldeveloper，并配置java环境。

        ④新建sde数据库。

        ⑤使用catalog新建geodatabase，DataManagementTools--GeodatabaseAdministration--CreateEnterpriseGeodatabase，instance参数为：

localhost：

port/[数据库名]

        ⑥修改F：

＼app＼Administrator＼product＼11.2.0＼dbhome_1＼hs＼admin＼

        ⑦extproc.ora：

SETEXTPROC_DLLS=ANY

        ⑧将F：

＼ArcGIS＼ArcSDE＼ora11gexe＼bin下的st_shapelib.dll，pe.dll，sg.dll拷贝至：

F：

＼app＼Administrator＼product＼11.2.0＼

        dbhome_1＼BIN。

        2）客户端

        ①解压instantclient_11_2。

        将instantclient_11_2解压到某目录，将该目录加入到环境变量中。

        新建目录instantclient_11_2＼network＼admin，在该目录下新建文档tnsnames.ora。

        内容为orcl3=

        （DESCRIPTION=

        （ADDRESS_LIST=

        （ADDRESS=（PROTOCOL=TCP）（HOST=《服务器IP》）（PORT=1521）））

        （CONNECT_DATA=

        （SERVICE_NAME=orcl3）））

        orcl3为服务器端数据库名称，《服务器IP》为待配置的服务器IP，1521为端口。

        ②安装PLSQLDeveloper。

        2.2ORACLE的访问

        微软的ODBC接口可能是使用最广的访问数据库的编程接口，且它能在任意平台上连接任意的数据库。

但是ODBC是C语言接口，不适合直接在Java中使用。

且ODBC将简单和高级的功能混在一起，使得ODBC使用复杂。

JavaDataBaseConnectivity（简称JDBC）是一种用于执行SQL语句的Java接口。

JDBC是建立在ODBC上，保留了ODBC原有的特点和习惯，且又以Java的特点对其进行的优化，所以JDBC使用起来更简单。

因此在本系统中采用的是JDBC接口连接数据库。

其连接步骤如下：

        1）装载oracle数据库驱动程序。

        Class.forName（"oracle.jdbc.driver.OracleDriver"）；

        这里不需要再去将驱动程序类实例化且用DriverManager登记它，因为在我们调用Class.forName时将会去自动地加载驱动程序类。

驱动程序装载好后，它们便可以用来建立与数据库连接。

        2）建立oracle数据库的连接。

        Connectionconn=DriverManager.getConnection（"jdbc：

oracle：

thin：

        @host：

port：

dbname"，username，password）；

        host为主机ip，port为数据库监听端口，dbname为数据库名，username为所创数据库具有访问权限的用户名，password为该用户访问密码。

        3）调用jdbc接口中类对数据库进行操作。

        3数字城管系统中GIS功能模块的实现

        3.1数字城管系统中GIS功能模块实现的关键技术

        3.1.1WebGIS技术

        WebGIS是Web技术与GIS技术相结合的产物，是利用Web技术来扩展和完善GIS的一项新技术。

在这个高速信息化的时代，WebGIS成为了GIS主流发展方向。

WebGIS即具有浏览器/服务器（B/S）体系结构的网络GIS，它革新了GIS的传统运行模式，用户远程便可以使用GIS，共享地理空间信息资源[6]。

WebGIS综合了Web和GIS两大信息化技术的特点，形成一些新的功能：

        1）空间数据发布

        能够以图形的方式显示空间数据，与单纯的FTP方式相比，WebGIS使得用户更容易找到所需数据。

        2）空间查询检索

        利用浏览器提供的交互功能，进行图形及属性数据库的查询检索。

        3）空间模型服务

        用户通过客户端输入的模型参数，在服务器端接收参数后，根据服务器端的各种空间模型的实现方法计算结果并将其返回。

也就是说，利用Web不仅能发布空间数据，并且能发布空间模型服务。

        4）Web资源的组织

        在Web上存在大量信息，这些信息多数具有位置属性信息，即具有空间分布特征，我们可利用地图对这些信息进行组织和管理，同时可提供基于空间的检索服务。

        3.1.2空间数据库技术

        空间数据库是GIS的重要组成部分，是用于存储和管理地理空间数据。

经过了一个漫长的发展阶段，各种类型的空间数据库技术随之出现，空间数据库管理空间数据的能力也发展到了一个新的台阶上。

目前，国内外主要采用“扩展对象关系型数据库”和“关系型数据库+空间数据引擎”两种方式搭建的空间数据库[7-12]。

        空间数据库引擎（spatialdatabaseengine，SDE）最先由ESRI推出，是用于支持超大型空间数据库管理的一个空间数据模型。

借助于该模型，我们能够用关系数据库管理系统去管理空间数据[13]。

目前，有很多的厂商（数据库厂商和GIS厂商）都在研发自己的空间数据库引擎，市场上最主要的SDE产品有ESRI公司的ArcSDE、MapInfo公司的MaplnfoSpatialWare、Intergraph公司的GeaMedia、Oracle公司的MySQLSpatial、Microsoft公司的SQLServerSpatial等。

而在这些数据库引擎中又属ArcSDE应用的最广泛。

ArcSDE是由GIS厂商提供，对空间数据及空间信息的存储和管理上更优异[14]。

本项目中采用的是ArcSDE和Oracle关系数据库集成搭建的空间数据库。

        3.1.3地图服务技术

        OpenLayers本质是一个js类库包，用于对标准格式发布的数据地图数据进行访问，专为WebGIS客户端的开发提供地图服务。

目前OpenLayers支持从符合WMS，WMTS，WFS等OGC标准规范的多种数据源载入地图图层，支持的地图来源包括GoogleMaps、Yahoo、Tianditu等。

        天地图由国家测绘地理信息局牵头建设的互联网地图服务网站，于2011年1月18日正式上线。

“天地图”集成了海量基础地理信息资源，为各地数字化城市的建设提供了地理基础数据和地图服务。

        本项目采用天地图作为底图，利用OpenLayers接口类（OpenLayers.Layer.WMTS）使用天地图WMTS服务（底图调用地址：

http：

//

        天地图（湖南）和天地图（长沙）都是基于ArcGISServer发布的地图服务，利用OpenLayers的接口类ArcGISCache便可调用该地图服务，进行地图的可视化显示和操作。

其服务调用地址如下：

        1）天地图（长沙）注记

        http：

//

        2）天地图（长沙）底图

        http：

//

        3）天地图（湖南）注记

        http：

//

        4）天地图（湖南）底图

        http：

//

        根据图层地物的详细程度，结合地图的分级显示，实现地图地物随显示级别的增减详细有致。

经过分析和测试，小于15级显示天地图（全球）图层及注记，15-17级显示天地图（湖南）图层及注记，大于17级显示天地图（长沙），其具体代码如下：

        if（zLevel<15）{

        me.china.setVisibility（true）；

        me.chinalabels.setVisibility（true）；

        }elseif（zLevel<17）{

        me.hunan.setVisibility（true）；

        me.hunanlabels.setVisibility（true）；

        }else{

        me.changsha.setVisibility（true）；

        me.changshalabels.setVisibility（true）；

        }

        3.2数字城管系统中GIS功能模块的运行环境

        对于一个B/S架构的系统而言，其运行环境可分为以下两个方面：

        一是客户端。

对于B/S架构的系统而言，Web浏览器是客户端的最主要应用软件。

在本项目中因为前端使用了Extjs，而Ext与一些低版本浏览器可能存在一些兼容性问题，因此客户端浏览器建议使用主流浏览器IE6+、Safari2+、FireFox1.5+（PC，Mac）、Opera9+等。

        再是服务器端。

数据库是服务器端一个重要的软件配置，它是系统的核心部分，是数据存储与管理的仓库。

本项目是以长沙市数字城管建设项目为背景，数据库采用ORACLE和ArcSDE搭建的空间数据库。

目前长沙数字城管已经到第三期了，因为其一期建设内容主要是城管核心功能，包括案卷的上报、流转、统计；二期开发了采集员考勤功能，而二期建设时为了不对一期系统造成影响，新建了一个数据库，所以根据用户需求，本次项目中将合并两个数据库，将两者融入到一个数据库中。

Web服务器是服务器端另外一个重要的软件配置，它是用户访问系统的桥梁。

本项目采用Apache-Tomcat服务器，其部署过程如下：

        1）下载tomcat配置文件。

首先从Apache的官方网站下载windows版本tomcat解压缩版文件，如：

apache-tomcat-7.0.11-windows-x86.zip。

        2）配置jdk环境变量。

检查是否配置好了jdk环境变量，如没有，则需先配置好jdk环境变量，因为tomcat是需要jdk才能运行的。

        3）启动tomcat服务。

进入%TOMCAT_HOME%/bin，双击“startup.bat”启动tomcat，并访问tomcat首页（http：

//localhost：

8080/），如果正常显示tomcat首页，表明配置成功。

        4）部署web项目。

将系统的ECityMS.war包上传到%TOMCAT_HOME%/webapps目录下，然后重启tomcat，在服务器端的浏览器中输入http：

//localhost：

8080/ECityMS，如果显示系统页面，表明项目部署成功。

        3.3数字城管系统中GIS功能模块的运行效果

        3.3.1考勤点设置

        此功能用于对信息采集员设置考勤任务而设计，主要功能包括采集员查询、某采集员已有待考勤的考勤点查询、考勤点定位、考勤点删除、考勤点设置。

        1）采集员查询。

用户在系统界面的左边按采集员信息或着按采集点信息输入相关查询条件，点击采集员搜索，在系统界面的右侧会显示出考勤点设置面板，在面板的最上侧显示的即是符合条件的采集员列表。

        2）已有考勤点查询。

选择采集员列表某一采集员，在其下面的列表中将会显示该采集员已设置的待考勤的考勤点及其相关信息，同时这些考勤点也会在地图上显示。

如图3所示。

        3）考勤点定位。

选择考勤点列表中的考勤点，该考勤点将会在地图上居中定位显示。

如图3-2所示。

        4）考勤点删除。

选择考勤点列表中的考勤点，点击列表右下方的删除考勤点，可删除考勤点，同时将其地图上的图标移除。

        5）考勤点设置。

选择采集员后，点击增加考勤点，将弹出考勤点设置对话框。

在地图上点击待设置考勤点的位置，地图上即会出现考勤点图标，同时考勤点设置对话框中会显示其经纬度。

接着输入该位置地址，点击确定，在考勤点列表中便会增加一条该考勤的记录。

如果点击取消，该考勤点图标将会被移除。

        3.3.2GPS轨迹跟踪

        系统中有300个信息采集员使用安卓手机进行城管问题的采集工作，工作当中手机会自动上报GPS坐标。

系统能够在地图上展示每个人的GPS轨迹。

具体功能及效果（图4）如下：

        1）GPS轨迹回放。

用户选择某个采集员、时间段后，在地图上回放其活动轨迹。

在播放轨迹的过程中，如果两个GPS位置点相邻，这两个点在一定地图放大级别里会被叠加显示。

        2）轨迹播放控制。

轨迹播放过程中可以前进、后退、暂停、重播。

        3）信息员实时位置。

能够在地图上实时显示当前在线的采集员位置。

        3.3.3案件查询与统计

        1）案件定位。

用户输入案件编号后，点击案件定位，该案件将会在地图上定位显示。

用户如果点击案件，将弹出该案件的概要描述窗，内容包括案件编号、案件类型、上传时间、案件图片等，点击案件图片，可进入到该案件的详细信息页面。

如图5所示。

        2）空间查询。

选定区域、时间段、大类、小类查询条件后，弹出案件列表，列表内包含案件编号、大类、小类等概要信息及详情链接，点击详情链接跳转至详情页面。

同时查询结果能够显示在地图上，点击案件列表中某条案件，联动至地图上该条案件闪动显示。

如图6所示。

        3）空间统计。

选定区域、时间段、大类、小类查询条件后，统计出符合条件的案件总数和已处理的案件总数。

        4）案件实时统计。

实时统计案件的总数量、已处理数量和已申报数量。

        5）普通查询与统计。

即根据案件所在行政区、街道、时间段、大类、小类等查询条件进行查询与统计。

其他效果与空间查询统计类似。

        3.3.4案件地图

        采集员使用手机上报案件后，需要在地图上能够及时的展示出来。

具体功能如下：

        1）案件位置显示。

根据案件的类型，以不同颜色的图标在地图上显示未结案的案件。

        2）案件I查询。

在地图上显示的案件，可以进行I查询，点击弹出案件概要信息窗口，内