基于WebGIS平台的上海市地面沉降地理信息系统研究与开发

庄一兵 郁标 刘映

（上海市地质调查研究院，上海200072）

摘要：本文阐述了建立上海市地面沉降地理信息系统的背景、过程和采用的主要技术手段，概括介绍了系统应具有的功能，为尚未开展地面沉降信息化工作的地区提供了参考。

关键词：地面沉降；WebGIS；上海市

1 引言

自20世纪60年代以来，为了控制上海地面沉降，上海市开始系统实施地面沉降监测，至今已积累了40余年的地面沉降与地下水动态监测数据。为了对这些海量数据进行有效管理，1997年开始基于VisualBasic开发建立统一的“地面沉降信息系统”，初步实现数据管理、地面沉降分析及预测等功能。由于是单用户版，多个用户都必须安装一套系统，维护不同版本数据库，经常造成数据的不一致，数据更新不及时，并缺乏地理空间查询和分析功能。鉴于以上不足，我们对系统进行升级开发，在开发后期，又将系统移植到WebGIS之上，实现了WebGIS功能，并对数据库结构进行标准化统一。这为今后地面沉降日常研究工作，信息定期发布、科学评价地下水资源等工作创造了有利条件。

2 WebGIS服务技术

WebGIS服务（Web Service）是一种自包含（self－containt）、自描述（self－describing）的模块化应用程序，可以通过互联网进行发布、定位和调用。与传统的基于桌面或局域网的GIS相比，WebGIS具有以下的优点：

真正的信息共享：WebGIS可以通过通用的浏览器进行信息发布，使得不仅是专业人员，而且普通用户也能方便地获取所需的信息；此外，由于Internet的迅猛发展，Web服务正在渗入千家万户，在全球范围内任意一个>

平台独立性：无论服务器/客户机是何种机器，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。

较低的开发和应用管理成本：普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。WebGIS在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。

更简单的 *** 作：要广泛推广GIS，使GIS系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统 *** 作的要求。通用的Web浏览器无疑是降低 *** 作复杂度的最好选择。

巨大的扩展空间：Internet技术基于的标准是开放的、非专用的，是经过标准化组织IETF和W3C为Internet制定的，这就为WebGIS的进一步扩展提供了极大的发挥空间，使得WebGIS很容易与Web中的其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具体GIS应用。

平衡高效的计算负载：传统的GIS大都使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的WebGIS能充分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而对数据量较小的简单 *** 作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。

3 系统平台选择和开发过程

MapGIS－IMS（Internet Map Server）是中地软件推出的新一代基于Internet的分布式GIS解决方案。对于最终用户，它提供了一种更为快捷、廉价的方式以获取地理信息；对于高级用户，它还提供了更为丰富的管理工具来建立可缩放的、高效的站点。MapGIS－IMS遵循GIS标准，采用分布式GIS软件技术，基于Internet网，采用多层体系结构和几种分布式对象技术的综合使用（CORBA，DCOM、JAVA）来为建立及发布地图信息提供了快捷的一体化解决方案。

IMS提供了包括显示、工程管理、工作区管理、分析功能等一系列COM模块，利用微软的Active Server Pages（ASP）技术，可建立丰富的GIS应用。通过JavaScript和VBScript等编程语言，用户可以定制WEB页，通过FrontPage，Visual InterDev等产品建立客户化的用户界面。脚本程序可以在浏览器端执行，也可以通过标准应用服务器（如ASP）在服务器端执行。

因此，本系统选用MapGIS－IMS作为系统开发的网络GIS平台，利用Visual StudioNET2003开发环境进行各模块及功能的开发，调用MapGIS－IMS核心模块，实现监测设施点、线、面的可视化查询显示及图形与属性互查。可以查询地图的属性，地理坐标、位置等信息。浏览的属性数据不仅包括数值型的，而且可以包括非数值型的，如图像、地图、动态图象等多媒体属性。

系统开发过程包括系统目标确立、系统设计、系统开发，系统调试维护及系统评价等几个方面。其中，系统设计是系统实现过程中的核心部分，它包括系统功能设计、数据库设计、应用模块开发设计；而系统开发部分则是系统实现的实践阶段，包括子模块的开发，程序调试、集成及运行等若干阶段。所以，系统的建设过程，就是将系统应用目标、各种数据信息、业务流程以及各种计算机软硬件有机结合形成统一整体的过程。

4 系统开发关键技术

41 多源数据无缝集成技术

本系统除了提供上海市地面沉降专题数据外，还提供了上海市1：25万地图数据和中心城区1：5万地图数据两种不同比例尺的，不同来源的空间数据进行无缝集成显示。

42 有效地管理维护基础数据和地面沉降专业数据

对各种地面沉降专业数据可提供远程导入和维护，方便野外作业用户把测量数据及时导入系统，这样对整个系统数据的快速更新起到了关键作用。系统管理员可以通过在服务器端设置相应的地面沉降研究成果，改变服务平台数据的发布状态，这样大大地节约了系统维护成本，满足地面沉降数据维护的要求。

43 稳定的3层体系结构

根据系统需求和软件工程的原理，本系统采用B/S架构，并且以MapGIS－IMS平台为基础，用户工作界面是通过>

整个系统的网络结构图如下：

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

5 系统主要功能

整个系统由基础信息模块，综合查询模块，综合分析模块，数据管理模块，系统管理模块5大功能模块构成。大概涵盖以下几个方面：

51 数据和权限管理功能

数据管理包括数据维护和数据导入，它实现了专题数据的远程维护、属性数据的灵活导入、统计数据维护和下载，以及各种空间数据的维护和管理。权限管理实现了各种用户对相应的数据和功能进行权限控制，重要数据权限可以控制到字段。

该系统收集了影响上海地面沉降的主要信息数据，包括上海市地下水灌用水量、地下水水位、土层变形量、地基土的孔隙水压力及地面水准点高程监测数据。系统对监测设施和监测数据进行管理，包括监测设施的增加，修改和监测数据的导入和修改。为了便于数据统一管理和灵活使用，并配置相应的地理底图和监测点，使用户在地理底图上所见即所得。

52 空间查询分析功能

对地面沉降数据资料和以往的研究成果有机的结合起来，对资料进行动态管理，建立高效便捷的录入、修改、查询检索、统计、打印。同时实现了矩形、圆形、多边形等多种方式的空间查询。对水量、水位、变形量从时间，区域，含水层次进行三方面查询。对查询结果进行分析，并根据用户需要画出曲线图形。对图形可以进行下载，下载后用户可用Word对其进行编辑修改。

用户可以通过以画圆、多边形、点击等WebGIS的网络 *** 作方式对监测设施进行查询统计。下图表示用户想得到某个范围内的设施在某个时间段内的最大值、最小值、以及均值。

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

53 信息共享发布功能

系统利用MapGIS－IMS建立WebGIS站点，通过Internet提供各种专业数据与应用服务，具有多源数据的集成功能，用户可以通过IE浏览工具，获取想要的地面沉降监测数据，并进行相应的专业分析。通过该系统可以把上海地区地面沉降监测、分析、研究的最新成果，以最方便、最快捷的方式提供给社会，为地区经济建设服务。

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

6 结束语

经过多方面的努力，初步建成了基于WebGIS平台的上海市地面沉降地理信息系统。虽然系统在实现过程中遇到一些困难，但相信该系统的建立为上海地面沉降防治信息化工作打下了一个很好的基础。

参考文献

［1］吴信才WebGIS地理信息系统参考手册武汉：中国地质大学，2001

［2］卓泳地理信息系统论坛，2005

［3］钱贞国基于Web服务的分布式WebGIS设计与应用中国科学院遥感应用研究所2004

Study and Development on the Geographic Information System for Land Subsidence in Shanghai based on WebGIS Platform

Zhuang Yibing,Yu Biao,Liu Ying

(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072)

Abstract: This article elaborates the background, the process and the technical method used of the geographic information system on Shanghai established and introduces summarized the function of the system which should have This may provide the reference for the area which don’t yet launch the geographic information system information

Key words: Land subsidence; WebGIS; Shanghai

云计算服务器，就是用虚拟化的软件把物理服务器虚拟成很多虚拟的服务器。云计算的每个虚拟的主机相当于一个物理主机来用，这样就能够提高了服务器的利用率，同时也保证了系统的稳定性。

服务器要将其数据、硬件提供给网络共享，在运行网络应用程序时要处理大量的数据，因此要求CPU要有很强的处理能力。大多数IA架构的服务器采用多CPU对称处理技术，多颗CPU共同进行数据运算，大大地提高了服务器的计算能力。而PC基本上都配置的是单颗CPU，所以PC在数据处理能力上比起服务器当然要差许多了。如果用PC充当服务器，在使用过程中会经常发生宕机、停滞或启动很慢等现象。所以一定要一定要严格挑选。

服务器推荐亿万克，自主研发、能力内化、安全可信、安全可控。此系列性能稳定高效、智能环境感知、绿色节能、配置灵活等优势，拥有卓越而优异的整机性能输出，在足量的整机性能与经济实惠之间实现优良的平衡，为数据中心提供实用的高性能、低成本、高密度的解决方案，适用于企业虚拟化、IT核心业务、分布式存储、电信通讯及其他复杂工作负载等宽口径业务用途。

在如下几个方面不同于PC：

在CPU处理能力方面，由于服务器要将其数据、硬件提供给网络共享，在运行网络应用程序时要处理大量的数据。因此要求CPU要有很强的处理能力。

大多数IA架构的服务器采用多CPU对称处理技术，多颗CPU共同进行数据运算，大大地提高了服务器的计算能力，满足学校的教学、多媒体应用方面的需求。而PC基本上都配置的是单颗CPU，所以PC在数据处理能力上比起服务器当然要差许多了。如果用PC充当服务器，在多媒体教学中会经常发生宕机、停滞或启动很慢等现象。
在I/O性能方面，服务器采用的冗余电源。
在安全可靠性方面，由于服务器是网络中的核心设备，因此它必须具备高可靠性、安全性。服务器采用专用的ECC内存、RAID技术、热插拔技术、冗余电源(如图1所示)、冗余风扇等方法使服务器具备容错能力、安全保护能力。
服务器需保证长时间连续运行。多长的时间算长时间呢？不同的服务器有不同的标准。

一般来说，对工作组级服务器的要求是在工作时间(每天8小时，每周5天)内没有故障；对部门级服务器的要求是每天24小时、每周5天内没有故障；而对企业级服务器的要求是最高的，要求全年365天、每天24小时都要保证没有故障，也就是说，服务器随时可用。而PC是针对个人用户而设计的，因此在安全、可靠性方面PC要远远低于服务器。

如果用PC作为服务器，在教学应用中出现宕机或发生数据丢失的现象自然是不可避免的了。
在学校教学及校园网络应用中，经常有许多的用户同时访问服务器，网络上存在着大量多媒体信息的传输，要求服务器的I/O(输入/输出)性能要强大。服务器上采用了SCSI卡、RAID卡、高速网卡、内存中继器等设备，大大提高了服务器I/O能力。因为PC是个人电脑，无需提供额外的网络服务，因此在PC上很少使用高性能的I/O技术，和服务器相比其I/O性能自然相差甚远。
随着教育信息化应用的不断成熟，学校必然会面临网络设备的扩充和升级问题。服务器具备较多的扩展插槽、较多的驱动器支架及较大的硬盘、内存扩展能力，使得用户的网络扩充时，服务器也能满足新的需求，保护了学校的设备投资成本。
从软、硬件的设计上，服务器具备较完善的管理能力。多数服务器在主板上集成了各种传感器，用于检测服务器上的各种硬件设备，同时配合相应管理软件，可以远程监测服务器，从而使网络管理员对服务器系统进行及时有效的管理。

有的管理软件可以远程检测服务器主板上的传感器记录的信号，对服务器进行远程的监测和资源分配。而PC由于其应用场合较为简单，所以没有较完善的硬件管理系统。对于缺乏专业技术人员的学校来说，选用可管理性强的服务器可以免去许多烦恼。
为了使您更好地理解服务器和PC机的区别，请参见附表的对照。在校园网中，虽然高档PC可以暂且充当低端工作组级服务器进行工作，但是为了满足学校应用需求、为了保障您的数据安全，您最好还是选择专业服务器。国内服务器厂商浪潮、联想、曙光、方正都有专为教育用户量身定做的教育专用服务器，这些产品的性价比很高，是教育用户的理想选择。

[服务器术语]
磁盘阵列卡
磁盘阵列（Disk Array）是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加效率和可靠度的技术。磁盘阵列卡则是实现这一技术的硬件产品，磁盘阵列卡拥有一个专门的处理器，还拥有专门的存贮器，用于高速缓冲数据。通过使用磁盘阵列卡，服务器对磁盘的 *** 作就直接通过磁盘阵列卡来进行处理，因此不需要大量的CPU及系统内存资源，不会降低磁盘子系统的性能。磁盘阵列卡使用专用的处理单元来进行 *** 作，它的性能要远远高于常规非阵列硬盘，并且更安全更稳定。
IA服务器
通常将采用Intel（英特尔）处理器的服务器称之为IA（Intel Architecture）架构服务器，又称CISC（Complex Instruction Set Computer复杂指令集）架构服务器，由于IA架构的服务器是基于PC的体系结构，所以又把IA架构的服务器称为PC服务器。如联想的万全系列服务器，HP公司的Netserver系列服务器等。
由于该架构服务器采用了开放式体系，以"小、巧、稳"为特点,凭借可靠的性能、低廉的价格，并且实现了工业标准化技术和得到国内外大量软硬件供应商的支持，在大批量生产的基础上，以其极高的性能价格比而在全球范围内，尤其在我国得到广泛的应用。在互联网和局域网内更多的完成文件服务、打印服务、通讯服务、WEB服务、电子邮件服务、数据库服务、应用服务等主要应用。
虽然IA构架服务器始于PC,但经过不断的发展，IA架构服务器已经远远超出了PC的概念，它在如下几个方面不同于PC。
在CPU处理能力方面
由于服务器要将其数据、硬件提供给网络共享，在运行网络应用程序时要处理大量的数据。因此要求CPU要有很强的处理能力。大多数IA架构的服务器采用多CPU对称处理技术，多颗CPU共同进行数据运算，大大地提高了服务器的计算能力，满足学校的教学、多媒体应用方面的需求。而普通电脑PC基本上都配置的是单颗CPU，所以PC在数据处理能力上比起服务器当然要差许多了。如果用PC充当服务器，在日常应用中就会经常发生死机、停滞或启动很慢等现象。
在I/O（输入输出）性能方面
在中小型企业或校园网络应用中，经常有许多的用户同时访问服务器，网络上存在着大量多媒体信息的传输，要求服务器的I/O(输入/输出)性能要强大。服务器上采用了SCSI卡、RAID卡、高速网卡、内存中继器等设备，大大提高了服务器I/O能力。因为PC是个人电脑，无需提供额外的网络服务，因此在PC上很少使用高性能的I/O技术，和服务器相比其I/O性能自然相差甚远。
在安全可靠性方面
由于服务器是网络中的核心设备，因此它必须具备高可靠性、安全性。服务器采用专用的ECC内存、RAID技术、热插拔技术、冗余电源(如下图所示)、冗余风扇等方法使服务器具备容错能力、安全保护能力。

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