基于WebGIS的“数字新农村”研究与实践

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  摘要:基于WebGIS的“数字新农村”信息平台建设框架,提出了平台建设总体框架、数据库建设及平台建设技术路线,并以重庆市北碚区静观镇为例建设了集空间数据查询、专题地图、统计分析、多媒体集成于一体化的原型系统,为新农村综合信息平台建设提供了参考。
  关键词:WebGIS、数字新农村、平台、地理信息
  中图分类号:G623.45 文献标识码: A
  Abstract:Based on the WebGIS "digital new countryside" construction of information platform framework, the platform framework, database construction and platform construction techniques, and to sit out the town of Beibei District of Chongqing city as an example the construction of the set of spatial data query, thematic map, statistical analysis, prototype system multimedia integration in the integration, provide a reference as a comprehensive information platform construction of New Countryside
  Key words:WebGIS、 Digital New CountrysidePlatform Geographic information
  引言
  十八大报告提出:坚持走中国特色新型工业化、信息化、农业现代化道路,推动信息化和工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调,促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展。信息化既包括城市信息化也包括农村信息化的一项十分艰巨的任务,特别是在我国农村经济社会发展比较落后的城乡之间“数字鸿沟”仍在扩大的情况下,加快农村信息化建设,发挥信息化对农村经济发展社会发展的巨大作用显得尤为重要。
  农业信息化建设要基本满足现代农业发展所需要的充分信息与完善市场的客观要求, 必须建立起以应用系统为核心, 以信息资源开发、整合为基础, 以从中央到基层的信息传输服务网络为载体, 以农业和农村经济监测预警、市场监管和公共信息服务为主要功能的科学、完备、高效、权威的农业信息体系。“3S技术” [1](GIS、RS、GPS)作为新兴的地球空间技术,将在社会主义新农村信息化建设中起到至关重要的作用。地理空间信息是农村信息化建设最重要的载体,遥感(RS)是农业、农村信息化建设最主要的数据采集技术,全球定位系统(GPS)是精细农业的保障,GIS为农业空间分析、辅助决策最有效的手段。因此推进农业信息化建设必须进一步深入挖掘“3S技术在新农村建设中的应用。
  为此本文研究利用WebGIS技术结合电子政务网研制一种新型农村信息管理平台,以实现农业、农村信息资源共享,同时实现图形化管理方便快捷的数据查询统计、报表输出;提供丰富的辅助决策功能,为农村相关领导干部制定科学的政策方针提供有力的手段。
  一、数字新农村建设框架
  (一) 平台总体技术框架
  
  
  图1 “数字新农村”信息集成平台总体框架设计图
  平台包括软件系统、硬件系统、信息安全及服务系统三大部分内容,分为接入层、应用层、服务层、数据层和硬件层五个层次[2]。
  系统的接入层主要提供网络、电脑、打印机、网络、手机等多种接入方式,是系统数据采集、信息发布的重要途径,也是未来系统业务扩展的基础。
  系统应用层主要是系统的业务应用系统,主要包括新农业专题地图数据发布系统、农业辅助决策系统、数据库维护系统。新农村地图发布系统是基于B/S架构设计模式,实现在Web终端对农业、农村数据的多种方式浏览、分图层叠加显示分析,按多种条件查询、报表打印输出。农业辅助决策系统主要实现地图空间分析、缓冲区分析、土壤施肥专家系统等。数据库维护系统基于C/S模式设计,主要实现管理员在后台对新农村涉及矢量数据、属性数据、文本数据入库、编辑修改等。
  系统服务层主要是系统业务应用系统的支撑平台,由各种中间件、服务组件和接口组成,主要包括GIS服务组件、数据交换服务中间件、Web服务和安全中间件等组成。服务层是整个系统业务实现的支撑,并是将来系统功能和数据扩展的基础,保障了系统的可扩展性。
  系统数据层主要是系统的数据支撑层,包括了系统的数据资源及数据资源管理功能。系统的数据包括:矢量数据包括基础地形数据、新农村规划数据、土地利用数据、土地肥力数据、重大基础数据、遥感影像数据等具有精确地理坐标的设计数据;新农村各种经济、社会、文化等非矢量数据。通过扩展,还可以提供数据的分层、分级安全共享。数据层为系统提供真实的基础数据支持。
  系统硬件层是系统的运行保障层,包括公众英特网、电子政务网、无线网络等网络基础设施和相应的硬件设施。硬件层为系统提供通信、安全等基础设施。
  (二)数据库内容框架
  
   图2“数字新农村”信息平台数据库逻辑框架图
   “数字新农村”信息平台数据库由基础地理空间数据库、农村社会经济数据库、新农村规划数据库、农村基础设施数据库、自然资源数据库等内容构成(如图2所示)。
  (三) 数据建库技术路线
  
  图3“数字新农村”信息管理平台数据处理流程图
  新农村建设涉及文件非常繁多,包括矢量图形数据、文本数据、各种统计图表等。本研究拟采用Oracle统一管理空间数据和属性数据。具体数据平台建设方案如下:
  (1)利用专业数据处理软件FME制作数据转换流程,将规划CAD数据进行分类提取为基础地形数据和规划专题数据两大类。
  (2)对基础地形数据按照国家相关地形图数据规范进行分层、编码以后通过ArcCatalog导入到Oracle数据库中。
  (3)对规划专题数据,首先利用FME提取转换为Shp格式数据,并完整保留CAD中相关的属性信息。在ArcGIS软件中,利用规划文本数据补充相关属性数据,最后通过ArcCatalog导入到Oracle数据库中。
  (4)对光栅格式矿产分布、森林分布、基础设施等专题数据等,在ArcMap中进行地图配准后数字化、添加属性信息,进行要素统一编码,然后经过拓扑检查并通过ArcSDE导入到Oracle数据库;对于矢量形式的新农村建设各专题数据如通过ArcSDE导入到Oracle数据库。
  (5)对社会经济运行状况的统计数据,首先从统计年鉴中提取相关统计指标数据,输入到Oracle数据中,为反映统计数据在地理空间上分布規律,将与行政区划单元相关的数据赋予行政区划代码,然后与地理空间数据库行政区划数据进行挂接即可实现空间化表达。
  (6)对于非空间数据、如新农村风貌图、风景区照片、风土人情等影像资料,为了便于进行网络发布,将所用影像资料统一转换为FLT格式,将所有照片数据分辨率降低到一定范围。在Oracle数据中保存其网络发布路径,数据以文件目录形式进行存储管理,并将其与空间位置进行关联,以便在地图上点击相关位置进行多媒体浏览。
  (四) 软件系统技术路线
  本研究在设计中基础底图和遥感影像资源考虑直接利用Google地图,新农村专题数据采用ArcGIS进行建库管理。新农村专题数据采用ArcServer进行发布,利用ArcGIS Server提供的扩展地图API调用Google地图资源与专题地图服务进行集成应用。
  图4 “数字新农村”信息管理平台技术路线图
  (1)Web GIS 是指基于Internet 平台、客户端应用软件采用WWW 的应用层的服务方式、运行在万维网上的地理信息系统,它是地理信息系统技术和互联网技术相结合的产物[3]。由于HTTP协议采用基于B/S的请求/应答机制,具有较强的用户交互能力,可以传输并在浏览器上显示多媒体数据,而GIS中的信息主要是需要以图形、图像方式表现的空间数据,用户通过交互操作,对空间数据进行查询分析。这些特点,使得人们完全可以利用Web来寻找他们所需要的空间数据,并且进行各种操作。这使得用户从互联网的任意节点都可以浏览Web GIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。本项目中采用目前最流行的ESRI公司的ArcGIS Server中间件实现Web地图服务。
  (2)ArcGIS Server主要有WebService开发方式、瘦客户端开发方式(Javascript)、富客户端开发方式(FLEX、ServerLight)、ADF方式四种开发方式,其中Javascript API是最瘦客户端,系统运行时不需要从服务器下载任何插件和Flash或者ServerLight插件,复杂的空间数据运算和业务逻辑都部署在服务器端[4]。
  (3)在客户端对地图的浏览、空间查询、和专题地图等几乎所有GIS功能都是在客户端通过Javascript调用ArcGIS封装的服务接口,ArcGIS Javascript API将用户请求翻译为Rest请求,通过IIS转发给ArcGIS SOM,SOM通過选择一个已经存在的SOC或者新建SOC实例来处理SOM转发的请求。SOC处理完成后,在服务器端生成一张地图图片,然后把相关的属性信息和地图图片地址通过IIS发送到客户端,客户端通过Javascript解析应答流提取结果信息,并从服务器下载地图图片,这样就实现了对空间数据的访问。为了提高开发速度、达到理想的界面效果,本项目采用了EXT客户端框架。
  (4)在客户端的某些地图操作,如距离量算、空间图形选择的鼠标绘图过程,采用VML标签直接在客户端IE中绘图,而不是通过ArcXML让ArcIMS服务器执行,以减小服务器和网路通信的压力。
  (5)本系统与其它业务系统得数据交换采用WebService接口,以标准XML格进行数据交换,使系统具有良好的可扩展性。
  (6)系统中农村基础地形数据、各农业专题数据、影像数据、DEM数据都用Oracle数据库统一管理。通过ArcSDE空间数据引擎对数据库进行访问。客户端对空间数据库修改的请求可以通过ArcSDE提供的API函数操作空间数据库。
  二、静观镇新农村信息平台建设案例
  本研究以重庆市北碚区静观镇为例,利用WebGIS技术建成了静观镇“数字新农村”信息平台原型系统,系统主要包括空间数据查询、地名定位、集成数据服务、专题地图、统计报表、多媒体集成等功能模块。
  (一)空间数据浏览
  系统提供对新农村自然资源、社会经济、新农村规划等数据浏览功能,包括图层打开、关闭、放大、缩小、漫游等地图基本操作。
  
  图5地图浏览基本功能
  (二)地名定位
  输入任意地名,系统自动匹配相关的地名点,并在地图上进行快速定位。如输入“静观”,系统自动搜索出“中国重庆市北碚区静观镇”。
  (三)集成数据服务
  平台可动态集成第三数据服务,是平台具有良好的可扩充性。比如在平台以后的运行维护中可将其他部门发布的相关数据服务叠加进行来进行集成发布,如将来北碚区城乡建设委员会发布新农村农房改造数据服务就可以动态集成进来。本平台能动态集成的服务类型包括:卫星地图、ArcGIS Server地图服务、ArcGIS缓存服务、WMS服务、KML/GeoRSS数据服务。
  (四)专题地图
  平台将传统二维关系表管理的社会经济统计数据与地理空间行政区划进行匹配,从而实现统计数据基于地图的可视化表达,为领导决策提供辅助性手段,能发现传统不能发现空间地域分布相关规律。如下图所示,用户只要点击静观镇,整个静观镇就高亮显示,在地图上能很直观地叠加显示静观2005年到2012年非农业人口变化专题地图。
  
  
  图6专题地图
  (五)统计报表
   新农村建设和管理中积累了大量的经济社会统计资料,政府决策的时候一方面关心数量的情况,另外一方面更关心各乡镇间某个统计指标的对比关系。为此系统提供了统计报表功能模块,可以对同一年份各乡镇对比关系以饼状图、柱状图、趋势图的形式形象直观表现出来,也可以对某一个乡镇各年份间的指标已进行统计报表。统计结果可以输出为图片、也可进行打印输出。
  
  图7统计报表
  (六)多媒体数据空间集成
  系统基于地图实现了与多媒体数据的集成整合,多媒体资料能很直观的进行事务表达,比如在地图上集成该地域的宣传资料、风土人情介绍的图像、视屏等。
  三、结束语
  本文探索了基于GIS技术实现纷繁复杂的数字新农村综合信息基于地理空间有效整合的技术框架。并以重庆市北碚区静观镇为例,基于WebGIS技术开发数字新农村综合信息集成管理平台原型系统,实现了文本、统计报表、多媒体等异构数据在基于地图的整合与与发布。探索了一条利用整合Google地图资源和本地专题数据开发GIS系统的技术路线,为今后农业部门GIS系统建设提供一种新的思路。基于地图表达的数字新农村综合信息,有利于发现社会经济统计数据空间差异规律,为领导科学决策提供了一种新的技术手段。
  参考文献:
  [1]孙开梦. 信息技术与新农村建设.农业网络信息,2006,12:9~12
  [2]邓仕虎.网格化数字城市管理信息平台设计与开发.西北大学硕士学位论文,2007:14
  [3]刘慕溪. WebGIS———基于Internet 的地理信息系统的研究.科技向导,2011,23:17
  [4]徐永龙.基于FlexX和ArcGisIS Server的Webgis的实现研究.长安大学硕士学位论文,2011:4~6
  
  作者简介: 陈国慧(1979-),女,四川西昌人,研究生,工程师,主要从事建筑管理,
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