CN101826185A - 共享数据的WebGIS灌区管理方法及其实现*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共享数据的WebGIS灌区管理方法,包括:根据用户需要由多个数据源获取相应灌区的地理信息数据;根据预置的GML空间数据共享模型,基于所述获取的地理信息数据建立GML空间数据库;根据所述GML空间数据共享模型为WebGIS服务器定制访问接口,并通过所述接口接收所述GML空间数据库中的数据;对所述接收的数据进行分析及处理,根据用户设置生成相应灌区的地理信息内容;将所述灌区地理信息内容通过所述访问接口发送给客户端浏览器,根据客户操作显示。本发明还公开了一种实现该方法的***。本发明使得灌区空间数据可以通过统一的接口实现跨平台共享,为WebGIS在灌区灌溉管理领域的大规模推广提供了技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及计算机信息技术领域,特别涉及一种地理数据源开放共享的网络地理信息***的管理方法及其实现***。
背景技术
目前,我国大型灌区管理的信息化程度还处于比较低的水平,灌区信息采集点少,观测手段比较单一,通过电话线模拟信号或手工纸质媒介传输信息,不能实时准确地监控灌区水域的各项特征指标信息。因此,灌区不能动态调整用水计划,用水调度大多凭经验进行,无法适应水情、作物种植结构等变化情况,也不可避免地造成水资源的浪费。
GIS(Geographic Information System,地理信息***)数据库是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合,主要涉及对图形和属性数据的管理和组织。
WebGIS(Web Geographic Information System,网络地理信息***)是一种基于Internet平台进行地理信息数据的发布、共享以及交流协作的***。经过多年的发展,其无论是从理论、技术、产品还是应用上都取得了很大的进步。WebGIS的发展无疑有力地促进了GIS的社会化,也推动了地理空间数据的广泛应用。然而,由于目前的WebGIS产品是在不同的环境中独立开发的,有着自己的文化背景、领域背景和技术背景,形成了自己的数据模型和功能组织结构。虽然这些产品在功能和问题描述能力方面都大同小异,但在实际操作上却差别很大;加之内部空间数据组织互相保密,形成了不同WebGIS***间的壁垒。在这种情况下,如果用户想在一个WebGIS***中浏览或整合其他***中的数据是很难的,甚至是不可能的。由于这种封闭、独立的WebGIS***对空间数据的处理保持着一种完全封闭的状态,导致***间无法共享数据和处理方法。一方面,专为一种WebGIS***所生成的地理空间数据不能被另一个***所使用;另一方面,一个WebGIS***的服务功能也不能为另一个***所使用。这种状况严重阻碍了WebGIS的进一步发展。
GML地理信息共享数据模型是一种通用的空间地理数据描述格式。在GML出现以前就已经存在许多地理信息的编码标准,GML与它们的本质区别是基于XML的,用文本的形式来表示地理信息,比较简单、直观,易于浏览、编辑、验证、转换。可以将GML数据转换成SVG、VML、VRML等向量数据格式,不需要安装特别的图形插件即可在浏览器上显示。大多数的文本编辑软件或专业的XML编辑工具即可编辑GML,不需要任何GIS软件。和XML一样,通过DTD或XML Schema可以验证GML的内容和结构是否完整正确。GML模型得到了许多GIS软件厂商的大力支持,因此数据转换成GML后不会有信息的损失。GML地理信息共享数据模型通过消除空间数据描述方法上的差异,实现不同***对GML空间数据的访问和使用,达到空间数据形式上和本质上的共享。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是克服现有的灌区空间数据不能共享的缺陷。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明的技术方案提供了一种共享数据的WebGIS灌区管理方法及***,包括:
S1:根据用户输入指令从多个数据源获取相应灌区的地理信息数据,其中,所述数据源包括GIS数据库和互联网电子地图网站;
S2:根据预置的GML地理信息数据共享模型,基于所述获取的地理信息数据建立GML空间数据库;
S3:根据所述GML地理信息数据共享模型为WebGIS服务器定制访问接口,并通过所述访问接口接收所述GML空间数据库中的数据;
S4:对所述接收的数据进行分析及处理,根据用户设置生成相应灌区的地理信息内容;
S5:将所述灌区地理信息内容通过所述访问接口发送给客户端浏览器,根据客户操作显示。
进一步地,所述步骤S2包括:
S201:根据地理空间对象将灌区地理空间划分为多个图层;
S202:将所述获取的地理信息数据分为空间元数据和空间数据,其中,所述空间元数据包括图层元数据和数据集元数据,所述空间数据包括灌区内每一地理空间对象的几何数据和属性数据;
S203:通过具有GIS空间数据扩展功能的数据库,根据所述灌区地理空间的图层,以分层方式分别存储所述空间元数据和空间数据。
进一步地,当所述数据源为GIS数据库时,所述步骤S2在步骤S202和203之间还包括:将所述空间数据转换为GML文档格式,包括以下子步骤:
S21:新建GML文档;
S22:分别读取所述空间数据中的地理几何数据和地理属性数据;
S23:根据所述读取的数据构造文档对象树,其中,每一根节点对应于灌区内一个地理空间对象的名称,所述根节点的每一子节点包括所述地理空间对象的地理几何数据和地理属性数据;
S24:将所述文档对象树写入所述GML文档:首先写入所述文档对象树的所有根节点,然后依次写入每一所述根节点的所有子节点。
其中,将所述空间元数据存储到PostgreSQL数据库,每一图层的空间元数据对应PostgreSQL数据库的一个表,空间元数据的属性名称对应表头,属性值对应表中数据的值,各表之间的关联关系对应于灌区地理空间对象之间的空间关系。
其中,将所述空间数据存储到PostGIS空间数据库,将所述几何数据根据图层的划分抽象为点、线、面;其中,所述点包括孤立点、线的端点和面的首尾点,每个图层的点的集合单独存储为一个表;将所述线分为起点、终点和弧段,每个图层的线的集合按照空间的拓扑关系存储为一个表,表头为起点、终点和弧段;将所述面分为多边形和弧段,每个图层的面的集合按照空间拓扑关系存储为一个表,表头为多边形和弧段;将属性数据以像元为单位进行存储,每一个像元对应一个表,表中存储该像元的地理坐标和地理属性值。其中,所述步骤S3中,为WebGIS服务器中的MapServer地图服务器定制空间元数据接口,为WebGIS服务器中的Apache Web服务器定制空间数据接口。
本发明还提供了一种共享数据的WebGIS灌区管理***,包括:
客户端浏览器,用于根据用户输入指令显示相应灌区的地理信息数据;
数据源数据管理模块,用于根据用户输入指令从GIS数据库和/或互联网电子地图网站获取相应灌区的地理信息数据,并根据所述地理信息数据建立GML空间数据库;
GML空间数据分析处理模块,用于接收所述GML空间数据库的数据并进行分析和处理,生成客户所需的地理信息内容并发送给客户端浏览器;
WebGIS服务器,用于实现所述客户端浏览器、数据源数据管理模块、GML空间数据分析处理模块之间的数据传输。
进一步地,所述数据源数据管理模块还包括:数据格式转换子模块:将GIS数据库中的空间数据转换为GML文档格式。
进一步地,所述***还包括:访问接口定制模块,为所述WebGIS服务器定制基于GML格式的数据接口。
(三)有益效果
本发明可综合各种GIS数据库以及在线电子地图的地理信息数据,将各种不同的灌区空间数据资源用统一的GML格式进行描述,使灌区地理信息和服务可以通过统一的接口跨平台共享,为WebGIS在灌区灌溉管理领域的大规模推广提供技术基础。
附图说明
图1是根据本发明的共享数据的WebGIS灌区管理方法的流程图;
图2是根据本发明的共享数据的WebGIS灌区管理方法的实现***的结构框图。
具体实施方式
本发明提出的共享数据的WebGIS灌区管理方法及***,结合附图和实施例说明如下。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1所示,本发明的共享数据的WebGIS灌区管理方法包括以下步骤:
S1:根据用户输入指令从多个地理数据源获取相应灌区的地理信息数据,其中,地理数据源包括现有的传统GIS数据库和互联网电子地图网站;传统的GIS数据库空间数据的格式比较复杂,各种GIS产品都有自己的数据格式,使用比较普遍的有Shapefiles和MIF格式;对于互联网电子地图网站,抓取并下载相应灌区的地理信息数据后,还可以根据地图类型将这些地理信息数据进行分类,例如卫星地图、普通地图、鸟瞰地图等等;
S2:根据所述获取的地理信息数据建立GML空间数据库;具体来说,根据需要设计灌区地理数据共享模型,将灌区的地理数据分为空间元数据和空间数据,使用GML格式来描述,以实现空间信息描述方法上的统一;然后建立GML空间数据存储模型;此外,对于传统的GIS数据库,还必须设计一种格式转换算法,根据空间数据的特征,将现有的GIS数据库中不同格式的空间数据转换成统一的GML格式。由此,实现GML空间数据库的建立。
具体来说,建立灌区地理数据共享模型是指将灌区空间范围内的地理数据分为空间元数据和空间数据,使用GML格式来描述。其中空间元数据包括图层元数据和数据集元数据,用于描述灌区的空间关系特征;空间数据包括地理几何数据和属性数据,用于描述灌区的地理属性。具体来说,对于空间元数据中的图层元数据,每一图层是灌区一定空间范围内具有相同属性的同类地理空间对象的一个集合,表达了空间地理数据的分布性,例如灌区范围内的一片稻田即为一个图层;对于数据集元数据,数据集表达的是灌区特定空间范围内图层的组合,比如灌区内种植水稻的所有区域。对于空间数据,其中地理几何数据表达的是灌区空间对象的几何形态和位置,用矢量方式按点、线、面定义实体的几何类型,按点组成线、线生成面定义实体之间的关系,例如,灌区的监测站可以表达为点,灌溉渠道可以表达为线,一片种植灌溉区域可以表达为面;属性数据是对灌区空间对象实体的属性描述,例如,灌区监测站的地理坐标、用水量、管理人员信息等。
其中,当数据源为GIS数据库时,由于不同的GIS厂商和组织机构采用不同的数据格式,要实现空间地理数据的真正共享,必须消除这些数据源的异构性,因此,通过GML格式转换算法将传统GIS数据库中不同格式的空间数据转换成GML格式,使得空间数据描述方法上得到统一。具体实施过程中,GML格式空间数据的转换,首先要从原始格式的空间数据中读取数据,将读取的数据抽象,重新构造树状结构的文档对象,然后根据生成的文档对象树生成GML格式的空间数据。需要说明的是,要转换不同格式的空间数据,需要定义不同的访问接口。在读取数据的时候,分别将空间数据中的地理几何数据和属性数据读取到内存,根据这些数据构造树状结构的文档对象。先构造文档对象的根节点,然后依次构造子节点。其中,每一根节点对应于灌区某个地理对象的名称,该根节点下的每个子节点对应于该地理对象的空间特性,包含空间形状等几何数据和地理坐标等属性数据。在内存中生成文档对象树后,按照OGC(开放式地理信息***协会)制定的GML语言规范,将所述文档对象树写入新建的GML格式文档。首先写入文档对象树的根节点,然后检查该节点是否存在还没有写入的子节点,如果有,则写入该子节点的地理几何数据和属性数据,并将其标记为已写入,然后返回父节点,重复以上步骤,直到写入该根节点的所有子节点。在GML格式转换过程中,还要考虑到空间数据类型的转换,将原有数据类型转换为GML标准下的相应数据类型,例如,Shapefile和GML格式对几何信息的描述方式不同,Shapefiles包含4种几何数据类型Point,PolyLine,Polygon,MultiPoint,GML包含7种几何数据类型Point,LineString,Polygon,GeometryCollection,MultiPoint,MultiLineString和MultiPolygon,因此要把Shapefiles格式的类型转换成GML格式相应的类型,数据类型对应方式如表1所示。
表1
Shapefile几何数据类型 | Point | PolyLine | Polygon | MultiPoint |
GML几何数据类型 | Point | MultiLineString | MultiPolygon | MultiPoint |
通过新建GML空间地理数据或者将不同格式的现有数据源转换成通用的GML文档,已经实现了空间数据描述方法上的统一,达到了空间地理数据的共享的基本要求。但是空间地理数据的数据量是巨大的,需要通过空间数据库来存储和管理。基于GML的空间数据库目前正处于研究阶段,因此考虑采用成熟的关系数据库存储GML共享空间数据。具体来说,通过具有GIS空间数据扩展功能的PostgreSQL数据库来存储共享模型中的空间数据和空间元数据。其中PostGIS是PostgreSQL的一个扩展,提供空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符等空间信息服务功能。具体实施过程中,可以将灌区空间元数据存储到PostgreSQL数据库,将灌区空间数据存储到其扩展的PostGIS空间数据库。其中,空间元数据和空间数据都根据预先设置的灌区空间图层以分层的方式分别进行存储,例如,可将灌区地理范围分为水系层、居民地层、监测点层、耕地层、道路层、境界层等。
空间元数据以XML的形式描述,结构和数据类型相对简单,可以按照XML Schema和DTD映射为关系数据库的表结构,数据对应关系数据库表中的字段,例如,每一图层的空间元数据对应PostgreSQL数据库的一个表,元数据属性名称对应表头,属性值对应表中数据的值,如表2所示。
表2
图层名称 | 数据源 | 西部边界 | 东部边界 | 北部边界 | 南部边界 | 比例尺 |
北京市 | Shapefile | 115.20 | 117.32 | 41.05 | 39.28 | 1∶100000 |
重庆市 | MIF | 56.17 | 664.19 | 7.10 | 77.61 | 1∶10000 |
每个图层的空间数据又分为地理几何数据和属性数据,表达的方式有矢量和栅格两种,通过PostGIS数据库来存储。具体来说,将矢量数据抽象为点、线、面等要素。如表3所示,“点”包括孤立点、线的端点、面的首尾点,每个图层的点的集合可以单独存储为一个表;如表4所示;将“线”分为起点、终点和弧段,每个图层的线的集合按照空间的拓扑关系存储为一个表,表头为起点、终点和弧段,如表4所示;将“面”分为多边形和弧段,每个图层的面的集合按照空间拓扑关系存储,表头为多边形和弧段,弧段字段的长度是不确定的,如表5所示。将栅格数据分为像元进行存储,每一个像元对应一个表,表中存储该像元的地理坐标和地理属性值,如表6所示。这里,图层的细分有利于地理数据的管理和应用,有利于空间要素的表示和表达。
表3
点号 | 坐标 |
1 | X1 Y1 |
2 | X2 Y2 |
3 | X3 Y3 |
4 | X4 Y4 |
表4
弧段 | 起点 | 终点 |
A1 | N1 | N2 |
A2 | N2 | N3 |
A3 | N1 | N3 |
A4 | N1 | N4 |
A5 | N2 | N5 |
A6 | N3 | N5 |
A7 | N3 | N4 |
A8 | N4 | N5 |
表5
多边形 | 弧段 |
B1 | A1 A2 A3 |
B2 | A2 A5 A6 |
B3 | A3 A4 A7 |
B4 | A6 A7 A8 |
表6
像元名称 | 像元编号 | 经度坐标 | 纬度坐标 | 海拔高度 |
决策中心 | 1 | 115.90 | 36.98 | 113 |
监测站1 | 2 | 115.20 | 37.24 | 112 |
监测站2 | 3 | 115.57 | 38.20 | 120 |
S3:定制基于GML的访问接口,并通过所述接口接收所述GML空间数据库中的数据;即,通过定制基于GML格式的接口,实现灌区空间数据的跨平台共享。
具体实施过程中,由于本实施例的WebGIS服务器采用MapServer地图服务器和Apache Web服务器,可以在地图服务器定制空间元数据接口,在Web服务器定制空间数据接口;数据接口的定制可在J2EE环境下实现,在此不作详述。
S4:对所述接收的GML格式的空间数据进行分析及处理,根据用户定制的灌区地理位置、信息形式生成相应的灌区地理信息内容;
具体来说,根据用户定制的地理信息的位置、形式,提供相应的地理数据访问服务,这些数据访问服务可以包括:通过将GML数据转换成SVG、VML、VRML等向量数据格式实现地图的显示;显示查询灌区的相关信息,根据历史数据和实时数据进行数据对比等分析统计处理,生成灌区空间数据统计分析图表;这些历史数据和实时数据可以包括灌区的降水、蒸发、土壤含水、实际用水、气象情况、配水调度、人员信息等数据。
S5:将步骤S4中的这些处理结果通过步骤S3中定制的GML接口传递给客户端浏览器。
具体来说,用户能通过客户端浏览器对灌区地图进行显示、输出、缩放、漫游、地理要素选择等基本操作;还可以通过空间数据统计分析图表来获取灌区的气象信息以及作物生长状况、渠道输水情况、土壤墒情等信息。
如图2所示,本发明的共享数据的WebGIS灌区管理方法的实现***可以由“客户端浏览器”、“WebGIS服务器”和“数据库服务器”三层网络结构组成,灌区空间数据通过GML格式在各层之间交换,其中WebGIS服务器的接口也是基于GML格式。
具体来说,本实施例的实现***包括:
客户端浏览器,用户输入指令并根据所述指令显示相应的灌区地理信息内容;
数据源数据管理模块,根据用户需求由GIS数据库和/或互联网获取相应灌区的地理数据,根据所述地理数据建立GML空间数据库;
GML空间数据分析处理模块,接收所述GML空间数据库的数据并进行分析和处理,生成客户所需的地理信息内容并发送给客户端浏览器;
WebGIS服务器:实现客户端浏览器、数据源数据管理模块、GML空间数据分析处理模块之间的数据传输。
其中,数据源管理模块还包括数据格式转换子模块:将GIS数据库中的空间数据转换为GML格式文档。
进一步地,该***还包括访问接口定制模块,为所述WebGIS服务器定制基于GML格式的数据接口。
该***各模块的工作原理可参见前述方法实施例中相应部分的描述,在此不做详述。
此外,本***可以通过扩展的灌区空间数据分析预测模型进行土壤墒情预报、灌区作物的需水预报以及灌区优化动态配水调度。灌区监测站通过***平台将实时监测的灌区数据发送给灌溉决策中心的服务器,并能通过***平台读取灌区各项信息和灌区用水调配决策。灌区决策中心可以查看灌区各监测站的实时需水用水情况,负责制定灌区用水调度计划。灌区监测点和灌区决策中心通过WebGIS平台进行灌区空间数据的管理和互操作,由此实现灌区用水的科学调配和灌区管理的信息化。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种共享数据的WebGIS灌区管理方法,其特征在于,包括:
S1:根据用户输入指令从多个数据源获取相应灌区的地理信息数据,其中,所述数据源包括GIS数据库和互联网电子地图网站;
S2:根据预置的GML地理信息数据共享模型,基于所述获取的地理信息数据建立GML空间数据库;
S3:根据所述GML地理信息数据共享模型为WebGIS服务器定制访问接口,并通过所述访问接口接收所述GML空间数据库中的数据;
S4:对所述接收的数据进行分析及处理,根据用户设置生成相应灌区的地理信息内容;
S5:将所述灌区地理信息内容通过所述访问接口发送给客户端浏览器,根据客户操作显示。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S2进一步包括:
S201:根据地理空间对象将灌区地理空间划分为多个图层;
S202:将所述获取的地理信息数据分为空间元数据和空间数据,其中,所述空间元数据包括图层元数据和数据集元数据,所述空间数据包括灌区内每一地理空间对象的几何数据和属性数据;
S203:通过具有GIS空间数据扩展功能的数据库,根据所述灌区地理空间的图层,以分层方式分别存储所述空间元数据和空间数据。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,当所述数据源为GIS数据库时,在步骤S202和203之间还包括:将所述空间数据转换为GML文档格式,具体包括以下子步骤:
S21:新建GML文档;
S22:分别读取所述空间数据中的地理几何数据和地理属性数据;
S23:根据所述读取的数据构造文档对象树,其中,每一根节点对应于灌区内一个地理空间对象的名称,所述根节点的每一子节点包括所述地理空间对象的地理几何数据和地理属性数据;
S24:将所述文档对象树写入所述GML文档:首先写入所述文档对象树的所有根节点,然后依次写入每一所述根节点的所有子节点。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S203中,将所述空间元数据存储到PostgreSQL数据库,每一图层的空间元数据对应PostgreSQL数据库的一个表,空间元数据的属性名称对应表头,属性值对应表中数据的值,各表之间的关联关系对应于灌区地理空间对象之间的空间关系。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S203中,将所述空间数据存储到PostGIS空间数据库,将所述几何数据根据图层的划分抽象为点、线、面;其中,所述点包括孤立点、线的端点和面的首尾点,每个图层的点的集合单独存储为一个表;将所述线分为起点、终点和弧段,每个图层的线的集合按照空间的拓扑关系存储为一个表,表头为起点、终点和弧段;将所述面分为多边形和弧段,每个图层的面的集合按照空间拓扑关系存储为一个表,表头为多边形和弧段;将属性数据以像元为单位进行存储,每一个像元对应一个表,表中存储该像元的地理坐标和地理属性值。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S3中,为WebGIS服务器中的MapServer地图服务器定制空间元数据接口,为WebGIS服务器中的Apache Web服务器定制空间数据接口。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的方法的实现***,其特征在于,包括:
客户端浏览器,用于根据用户输入指令显示相应灌区的地理信息数据;
数据源数据管理模块,用于根据用户输入指令从GIS数据库和/或互联网电子地图网站获取相应灌区的地理信息数据,并根据所述地理信息数据建立GML空间数据库;
GML空间数据分析处理模块,用于接收所述GML空间数据库的数据并进行分析和处理,生成客户所需的地理信息内容并发送给客户端浏览器;
WebGIS服务器,用于实现所述客户端浏览器、数据源数据管理模块、GML空间数据分析处理模块之间的数据传输。
8.如权利要求7所述的实现***,其特征在于,所述数据源数据管理模块还包括:数据格式转换子模块,用于将GIS数据库中的空间数据转换为GML文档格式。
9.如权利要求7所述的实现***,其特征在于,还包括:访问接口定制模块,用于为所述WebGIS服务器定制基于GML格式的数据接口。
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