基于ArcIMS的校园WebGIS查询系统研究与开发

摘要：本文将ArcIMS技术应用于校园WebGIS查询系统的开发过程，首先从系统的总体目标、总体结构、系统功能和数据库四个方面描述了系统的设计思想与过程，接着为系统的运行配置软硬件环境并完成地图服务的创建、设计和，最后利用ArcIMS定制HTML Viewer的瘦客户端模式建立Web站点，由此开发和实现了系统的浏览、编辑及基本地图操作等功能。

关键词：WebGIS；ArcIMS；地图服务；查询

中图分类号：G202.271 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 15-0000-03

与传统的单机或局域网的GIS相比，基于Internet技术的WebGIS可使用户在Web任意节点中通过浏览器进行简单易行的可视化查询、浏览WebGIS站点的空间信息、制作各种需要的统计报表和统计专题图以及地理空间数据等，并能够进行相关的空间检索与空间分析。ArcIMS作为一个在数据传输和浏览器端地图操作方面表现优异的WebGIS 应用系统开发软件，人们通过ArcIMS体系框架来搭建WebGIS应用平台则具有简单实用、易于操作等特点。本文利用ArcIMS技术来设计实现一个基于服务的校园WebGIS查询系统，该系统实现了校园地理信息浏览、查询、编辑及基本地图操作等功能。

1 WebGIS查询系统的设计

1.1 系统的总体目标

系统总体目标是以华南师范大学康大教育园区地图数据库为依据对象，对教育园区地理空间数据进行分层管理，使用户通过任意网络节点即可实现校园空间信息和属性信息的浏览、查询、空间选取、空间分析、缩放、测量以及显示、打印统计报表、统计专题图等功能；系统面向校园来访的浏览器端用户使用，为其提供交互式的地理信息服务以及相应的网络电子地图服务，要求系统运行安全、稳定、可靠且能够进行并发访问；用户可以通过电子地图查询定位目标、计算空间距离和进行路径寻优分析，使校园地图数据库能够更好地为公众服务。

1.2 系统的总体结构

本WebGIS查询系统与教育园区内各部门、各单位以及各终端用户形成的局域网相连接，并通过路由器等设备与Internet连接起来，方便用户通过网络节点进行信息交换、空间信息数据的浏览以及相关信息的，同时有助于教育园区内各行政、教学部门的统一管理。WebGIS查询系统总体结构如图1所示。在分布式环境中运行的ArcIMS系统，采用的是多层次的体系结构，主要构成包括客户端和服务器两个部分。在本系统中处于核心枢纽的是ArcIMS空间服务器，大量的高负荷运算主要在这里完成，例如计算多个点之间的路径距离；对大量的空间数据的处理，例如查找和检索相匹配的地图特征数据、创建影像文件等，对处理的结果如地图、数据等转化为正确的格式后传递给浏览器。ArcIMS应用服务器对地图服务以及运行着的ArcIMS空间服务器进行跟踪和统一管理，并以此对来自客户端的请求分配合适的ArcIMS空间服务器以及对应的地图服务。ArcIMS连接器一方面可作为Web服务器与ArcIMS应用服务器连接的通道，另一方面可将来自不同类型的第三方服务引擎请求转换为ArcXML格式后传送给ArcIMS应用服务器，并对ArcIMS应用服务器处理的结果进行数据格式的转换，形成正确的ArcXML格式或图像格式后返回给浏览器。Web服务器对创建的Web页面通过客户端进行。ArcIMS管理器集成了三个独立的工具：ArcIMS Author、ArcIMS Desiger、ArcIMS Administrator，通过它们既可以很方便的实现地图服务的创建、设计和也可以进行远程站点的管理。

当客户端向服务器发送查询请求时，服务器接到请求后从数据库中提取需要的空间数据和属性数据并进行相应的处理，之后将结果返回客户端，由客户端将所获取的请求信息在终端用户上显示；Web服务器接受客户端的数据请求，创建与地图服务进行通讯的Web页面并，将ArcIMS空间服务器处理的最终结果返回给用户；通过ArcIMS连接器传递，ArcIMS应用服务器接收到客户端的请求后，为其分配合适的ArcIMS空间服务器以及对应的地图服务；最后由ArcIMS空间服务器负责处理相应的空间数据请求，并将地图、数据等处理结果转化为相应的格式后返回客户端。

1.3 系统的功能设计

本系统设计的主要功能就是实现WebGIS系统的校园地图数据查询，通过IE浏览器所提供的地图显示和系统的交互性能以及结合GIS对图层控制和处理所具有的优势，系统的设计与开发功能包括：1.校园地图数据的浏览与查询。对校园地理空间数据的访问，一方面把现有的地图信息诸如园区道路状况、道路布局、建筑物位置、教学区、宿舍区、各行政部门等地图数据按某种方式进行分组管理，以便用户查询时能够有的放矢，突出重点；另一方面，用户进行系统查询时浏览器的结果显示中应包含地理图形信息与属性信息的结合，这样用户在查询空间信息时可同时获取相关的属性信息，反之亦然。两者的结合有助于信息的互查与管理，既可显示空间信息的属性特征也可实现属性信息的地理定位。用户进行基本地图操作应具有如下功能：地图分层浏览、缩放、漫游、回退、全幅显示、距离测量、鹰眼导航、图例图层控制等；2.校园地图数据的输入输出管理。在浏览器端输入的请求数据以及服务器返回客户端的空间信息和各种属性数据，能够在终端用户上显示、浏览、标注和打印。例如：在浏览器端输入校园地物属性的查询信息以及在输出终端设备中显示、打印统计报表、统计专题图等信息；3.校园地图数据的维护与后台管理。为防止恶意攻击对整个系统造成的破坏和影响，系统须对用户访问的权限提供合法性的校验功能。系统的后台数据维护与管理能够实现各种地理图形数据和各种属性数据的备份、还原、添加、修改等基本操作。

1.4 数据库设计

本系统数据库采用空间信息数据库和非空间信息数据库分别存储的结合方式，非空间信息数据保存在SQL Server 2005数据库中，空间信息数据库存储的是空间数据和属性数据，数据格式以ArcIMS的Shapefile和Coverage为主。非空间信息数据库和空间信息数据库通过地物对象序号id来连接和检索，建立起来的数据库通过中间件ArcSDE实现与ArcIMS的连接。

系统所有数据信息都通过ArcIMS组织，利用ArcIMS将数据按各层顺序逐层叠加生成系统需要的AXL文件。对数据信息的录入，分为空间信息数据的录入和非空间信息数据的录入两种。本系统的非空间信息数据类似于图书馆的书目索引，是用来描述空间数据的名称、存储地址、类别等索引信息。对于空间信息数据的输入可利用ArcMap来完成并由其来组织地图数据。由于GIS地物类型所具有的复杂性，其所描述的属性特征也会呈现多样性。因此，对空间信息数据中属性数据的录入采用编辑、制作图形时与空间数据一起输入的方式，即将制作的多种专题图与相同类别的属性数据叠加在一起，以工程文件的形式保存。通过空间信息数据库与非空间信息数据库的关联完成地图数据库的建立。本系统数据库的设计，包括建筑物数据结构、园区分布数据结构、校园道路数据结构等数据表的设计，下面以校园道路数据结构表为例给出说明，其具体字段如下表2所示。

2 WebGIS查询系统的实现

2.1 搭建系统运行平台

基于本系统需要提供和实现并发访问的服务，对采用B/S结构开发的校园WebGIS查询系统，为使其具有良好的请求处理速度及安全、稳定、可靠的运行性能，本系统软、硬件配置情况如下：

（1）软件配置：服务器采用包含IIS的Windows Server 2003作为操作系统；WebGIS服务器采用ArcIMS9.0；搭建Web技术应用平台：IIS6.0+j2sdk1.4.2+Servlet5.0；数据库系统选用SQL Server 2005；地图编辑软件选用ArcGIS 9.0；使用Dreamweaver 8.0结合JavaScript脚本进行网页编辑；客户端采用操作系统Windows XP/7即可。

（2）硬件配置：采用戴尔服务器作为中心服务器；Cisco Catalyst 3550-12T交换机、Cisco 2651XM路由器各一台；扫描仪、数字化仪和打印机。

完成配置后从服务器端启动ArcIMS服务，用户在客户端输入URL地址即可浏览地图、查询空间信息。

2.2 生成矢量交通地图

电子地图是点、线、面等几何图形对象和对应属性数据的集合，将电子地图进行矢量化处理而生成的矢量交通地图，可为本系统提供基本的地理信息服务，这个矢量地图可以很好地应用于我们的WebGIS查询系统。在生成矢量地图的过程中，首先将校园纸制的彩色地图通过扫描的方式输入到计算机中，通过道路识别的方法提取出校园地图的道路、区域等信息以此生成黑白地图，然后应用地图MapHandle矢量化软件将所得到的线状黑白地图进行ArcGIS矢量化操作，提取出模式特征不同的图层，接着通过MapEditor地图编辑软件将矢量化的地图进行编辑和校正，添加地图相关数据，最后生成系统需要的矢量交通地图。

由于系统需要实现地图分析、地图查询等功能，因此在地图矢量化过程中须对每一图层进行严格建库，把地图空间数据和对应的属性数据以二维表的逻辑结构形式建表并存储到数据库中。由ArcIMS管理器中的ArcIMS Author 工具所创建的AXL文件，可实现地图定制、地图投影、SQL查询及专题地图显示等功能。AXL文件存储了图层数据的索引信息及显示方式，并不真正存储数据地图。本系统基于ARCXML的配置文件AXL的部分代码如下：

……

…../.

……

在配置文件中，元素提供本地配置信息， 元素实现地图配置， 元素对每一图层数据进行符号化处理，而Workspace则给出创建地图图层所需数据的路径。

2.3 创建和更新地图服务

用户根据选择的地理数据通过Author来生成所需要的地图。地图文件生成之后，则通过地图工具ArcIMS Administrator来创建和启动地图服务，通过ArcIMS服务器将地图文件作为一个服务进行。本系统使用的地图服务方式为影像服务（Image Service），其所创建的影像服务就是根据AXL文件所定义的拟数据的视图。

校园地理空间信息的有时会因校园道路或建筑物的改建而需要修改、添加或删除相应的空间信息，此时系统代码也需要逐段进行修改，这样导致了大量重复的工作。为解决这个问题，我们对系统数据的更新采用了Imagine或ArcInfo等工具软件来更新和编辑图形、图像等空间数据，然后将这些处理的数据直接关联到非空间信息数据库引擎中。由于在数据的更新过程中，所处理数据的文件名称、图层名字和属性数据结构等都没有发生改变，因此系统仍然可以正常运行而不会受到任何影响。

2.4 系统界面的定制

安装了Web Manager组件的ArcIMS Designer工具软件不仅可以快速生成HTML或Java客户端程序，还可以快速生成一个供用户使用的Web地图应用程序。本系统采用基于Internet的瘦客户端HTML Viewer模式。在 HTML Viewer中包含一组HTML页和JavaScript文件，其中有一个重要的参数文件ArcIMSparam.js，里面包含了可以改变地图服务、获取站点布局、定义属性字段显示和修改工具条等一系列JavaScript变量。通过修改这些变量的取值，不但可以对站点外观和工作方式产生影响，而且还可以实现更专业的Web站点定制。此外，使用ArcXML和JavaScript函数库也可以实现系统功能的扩展和系统的深度定制。ArcXML可实现基本的地图显示和复杂的系统功能。例如ArcXML中的CONFIG元素可根据用户给定的属性数据和设定的图层来进行地图配置；REQUEST元素用来表示从客户端向ArcIMS空间服务器发送操作请求。JavaScript函数库包含有为数众多的函数和全局变量，它们定义了用户可操作的地图功能。我们可以通过改写或补充函数的方式来扩充JavaScript函数库以添加对HTML Viewer的操作，从而完成定制和开发系统所需的功能。通过将扩充或改写的函数进行归类和功能分组，系统在使用JavaScript函数库进行系统界面定制时，能够达到简易、快速、高效地完成HTML Viewer的定制。

2.5 系统基本地图操作功能的实现

系统面向浏览器端用户提供交互式的网络电子地图服务，用户可以对地图图形进行放大缩小、漫游、鹰眼、图层控制与标注等基本操作以及实现双向查询、路径寻优和距离测量等功能。对地图的缩放在不改变分辨率的情况下实现地图的放大、缩小操作；图层控制与标注可实现图层选择及着色标注等操作；双向查询可实现空间数据与属性数据的相互查询，查询方式可采用条件查询或非条件查询。本系统SQL查询代码为：

case "query"：

queryStartRecord=1；

if （canQuery） {

LayerFields.length=1；

LayerFieldType.length=1；

LayerFieldCount=0；

toolMode=8；

modeBlurb=modeList[15]；

fieldIndex=0；

setQueryString=""；

hideLayer（"measureBox"）；

queryForm（）；

}

else {

alert（msgList[46]）；

}

showGeocode=false；

showBuffer=false；

break；

路径寻优即是从初始位置开始从地图中寻找最优行进路径并计算空间距离，给用户提供最佳行进建议；距离测量则是通过系统提供的地图测量工具进行多点距离的计算。本系统距离测量代码为：

case "measure"：

if （clickCount>0） {

if （totalMeasure==0） resetClick（）；

}

toolMode = 20；

setCursor（"theTop"， "crosshair"）；

modeBlurb = modeList[12]；

if （clickType==1） {

showLayer（"measureBox"）；

updateMeasureBox（）；

}

showGeocode=false；

break；

3 结束语

本文充分利用了ArcIMS技术强大的地图处理、显示、定位、距离测量等功能，围绕校园地理空间数据查询主题进行了较为深入的探索性研究与开发工作，初步完成了基于WebGIS的校园空间信息查询系统平台，实现了开发和创建具有地图服务通讯功能的Web 页面、制作和地图，并进行有效的ArcIMS站点管理。系统采用瘦客户端模式在Web上实现了地图数据查询业务中常用的目标查询定位、空间距离计算和路径寻优分析等功能，大大提高了系统应用的效用性和实用性。

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