计算机应用研究
APPLICATION RESEARCH OF COMPUTERS
2000　Vol.17　No.2　P.99-101



基于网络的地下管线管理系统的研究与实现
王莹　史浩山　范磊
摘 要 介绍了基于计算机网络的地理信息系统(GIS)的设计思路和具体的实现。对于不同级别的用户和接入方式，提供了方便的使用方法，给出了保障系统安全工作的认证与日志记录体系。它的特点是继承了传统GIS系统的优点，同时充分利用了计算机网络的优势，提高了系统的可扩展性与利用率。
关键词 地理信息系统 Internet/Intranet WWW B/S ActiveX
1 引言
　　地理信息系统(Geographic Information System, GIS)是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与地理分布有关的空间数据的信息系统。GIS系统目前已发展成一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。
　　信息技术的迅速发展正在改变着世界的面貌。以GIS为核心的处理空间信息的技术正在改变着传统的数据信息的加工方式，它与遥感(RS)、全球定位系统(GPS)相结合的3S技术将对具有空间分布特征的各类信息的处理带来一场革命性的变化。
　　Internet即国际互联网是一个连接世界各地不同计算机系统的全球性网络系统，是目前世界上规模最大、增长最快的网络系统。WWW(World Wide Web)是建立在Internet上以超文本传输协议为基础，能够提供各种Internet服务的信息浏览系统。将GIS构筑于Internet之上将会使信息得到最充分的利用。由于运行于Internet 的GIS一般都是运行于WWW上，故又常称为Web GIS。
　　我们的项目是为某大型企业开发的综合管线管理系统，是GIS系统的一种应用。在长期的建设过程中，许多大型企业，架设了纵横交错的管线系统。长期以来，这些管线的管理一直依靠人工绘图，不仅效率低而且差错多。GIS系统的使用可以极大地提高管理的效率与质量，实现无纸管理，并方便各种信息的查询。整个系统采用C/S结构，由服务器方和八个业务子系统组成，同时也支持浏览器，即Web GIS。
2 系统结构
2.1 系统的网络结构
　　这套GIS系统构筑于计算机网络之上，支持局域网与广域网的各种网络接入。区别对待不同类型的用户，可以有不同的使用权限与使用方式。
　　系统的核心用户，包括管理员以及企业内部的相关部门，采用C/S模式的管理体系。系统有一个文件服务器，负责存储与管理所有的图形信息以及相关数据库。系统用户则通过应用软件使用这些信息，包括各种查询以及对数据的维护。系统的周边用户则采用B/S模式，采用这种模式有利于降低用户成本，扩大用户数量，提高系统的利用率。随着计算机网络的发展与 Internet的发展，越来越多的用户可以通过WWW浏览器访问网络信息，所以当系统支持浏览器后，可极大地提高信息的使用效率。通过Internet上网的任何用户，只要经过授权，均可以使用这套系统。系统典型的结构图如图1所示。

图1　系统网络结构图
2.2 系统的协议与软件结构
　　网络通信协议的选用对系统互连性和数据传输效率起着至关重要的作用，我们采用在Internet上应用最广泛、最成熟的TCP/IP协议。在系统中无论是局域网内部，还是广域网都使用统一的通信协议，以提高系统的通用性与可扩展性。
　　在系统内部，系统用户需要访问文件服务器上的图形文件，使用了文件传输协议(FTP)，该协议允许经过授权的用户上传以及下载文件。采用C/S模式，在客户端安装系统的使用软件，用户可以在授权范围内进行各种操作。
　　对于外围用户，由于采用B/S模式，所以要提供WWW服务器。外围用户使用通用的浏览器，访问系统资源，通常采用超文本连接协议(HTTP)。
　　系统的软件结构也是围绕着这两种用户进行设计，包括系统用户使用的核心软件，以及为外围用户设计的服务器软件。对于GIS系统，包括地理信息与属性信息两大部分数据，这些数据都存放于数据服务器上。由于地理信息的多样性、复杂性，所以形成的图形也是多样的、复杂的。因此图形采用的是文件形式进行存储，而属性信息由于比较规则，采用SQL Server数据库进行存储。通过软件将两者紧密地连接在一起，从而形成一套完整的系统。对于WWW服务器，则采用ActiveX技术为外围用户提供服务。在服务器端，通过ASP开发环境可以动态形成页面，供外围用户浏览。
2.3 系统的安全结构
　　网络技术给用户带来方便的同时，也带来了一个严重的安全问题。对于本系统的两种用户，也要采用相应的安全措施。
　　系统设有管理员负责整个系统的维护工作，包括数据维护以及用户授权。对于系统用户，采用集中的统一管理，经过系统管理员授权的用户才能进入系统进行操作。同时对用户进行分级管理，不同级别的用户可以进行操作的权限也不相同。另外，对所有的操作建立系统日志，任何进入访问系统的事件将会被自动记录，依此来对系统的运行情况进行监控，同时进行责任追查。
　　对于外围用户，采用分类的方法进行管理。对于一些开放的信息，所有访问Internet的用户均可进行浏览，而进一步的数据则需经过授权。这一认证过程由WWW服务器完成。
3 系统软件设计
3.1 系统核心软件设计
　　作为一套GIS系统，要给用户提供一套完整、方便的图形化的操作界面。以图形的方式将地理信息显示出来，同时将各种属性信息有机地组织起来，与地理信息进行关联。在软件设计上，针对不同的使用方式设计出不同的子系统如图2所示。

图2　子系统分析
　　其中的图档管理子系统是核心部分。它包括图形的输入、输出、编辑、修改、叠加、拼接、漫游以及属性数据的录入与组织。由于GIS系统采用矢量化的图形，所以图形的录入是一个非常重要的问题。我们采用的输入方式是以扫描仪录入栅格图形作为背景图，在此基础上使用鼠标录入矢量图形。图形的组织采用了分层的方式，用户可以将不同的内容分为不同的层，显示时可以自由选择所需的层次，由系统自动完成叠加。在此引入工程文件的概念。工程文件用来将同属某一区域的所有层次的图形组织起来。如将厂区的所有图形作为一个工程，同时将某一车间的所有图形作为另一工程。这样图形的组织就非常有序，可以更有效地进行信息的查询。系统同时支持工程的跳转，如在上述的例子中，用户正在浏览厂区总貌，当他需要某一车间的细节时，只需点击相应的车间，系统将会自动跳转到车间所在的工程。在图档管理中还可以进行属性数据的录入与浏览。用户选中某个图元后，即会弹出相应的属性信息，如果具有修改的权限，则他还可以进行修改。系统将会自动建立图形与属性数据的映射关系。
　　其它的业务子系统根据用户的种类进行划分，比如电力部门的用户将使用电力子系统。根据需要，可以屏蔽掉其他子系统的多余信息，方便用户使用。
3.2 WWW服务器软件设计
　　为了使外围用户可以通过Internet访问相关资源，必须设计相应的WWW服务器端软件，我们采用的是ActiveX技术与ASP语言环境相结合的方式。首先开发出可以访问文件服务器内容的一组ActiveX控件，将其嵌入ASP环境中，从而给用户提供动态的HTML页面。远端就可以通过浏览器访问本系统。系统的工作流图如图3所示。

图3　WWW服务器端软件设计
3.3 安全认证软件设计
　　这部分内容对系统安全起决定性作用，它不是一个独立的部分，而是融入到整个系统的各个环节，起到既方便合法用户的使用，又能防止非法侵入的功能。它包括服务器端的中心数据库、系统管理员使用的管理软件和对系统事件自动记录的系统日志，还包括为系统核心用户和外围用户设计的身份确认软件。系统的工作过程如图4所示。

图4　系统的安全体系
4 系统的具体实现
4.1 鼠标事件响应
　　整套系统的核心部分是一套与属性数据相关联的作图界面。用户的所有操作均可在图形界面上直观地完成。这就要求尽可能地为用户的使用提供方便。由于用户主要依靠鼠标进行操作，所以对鼠标消息的响应要精心安排，合理设置左右键的功能。比如在作图时，当用户单击鼠标左键时有可能是想进行画图，也有可能是要结束当前图元的绘制，还可能是要选中图元进行修改或是设置属性数据。所以必须针对用户的不同意图作出不同的反映。图5描述了鼠标左键的响应过程。再结合用户对工具条的操作，以及鼠标右键的操作就可以设计出完善的响应功能。

图5　响应过程
4.2 坐标的映射关系
　　在GIS系统中，图形信息要能反映实际的地理位置，也就是要建立图形文件与实际地理坐标的映射关系。在这种映射中有三个坐标需要处理。首先是现实的地理坐标，它反映了实际的地理位置；其次是计算机中的屏幕坐标，屏幕是人机交流的界面，屏幕坐标直接将图形位置展现在用户面前；最后在前两种坐标之间还有一个图形文件的逻辑坐标。由于计算机屏幕的尺寸都是有限的，所以不可能将所有的信息同时展现在一个屏幕上。而又要求能够将完整的图形输入计算机，所以就要使用图形文件的逻辑坐标。图形文件将整幅的地图存储起来，同时建立起与实际坐标的比例关系。屏幕则根据用户的需要截取相应的部分进行显示，从而完成三种坐标的映射过程。在操作中，用户录入图形时，系统自动完成屏幕坐标与逻辑坐标的转换过程。当一幅图输入后，用户可以选择图上的几个关键点输入地理坐标，此时系统就可根据这些点的坐标，建立实际的地理坐标与逻辑坐标的对应关系。
4.3 复合图元的生成
　　由于经常要使用一些特定的作图符号，如阀门、变压器等，因此系统为用户提供了一个复合图元的生成工具。当用户使用此工具作出某一复合图元后，就可在以后作图中进行使用。此图元也为矢量化的图元，可以随其它图形进行统一处理，如进行放缩、拼接等，比使用栅格图形更为方便。
5 小结
　　随着计算机及网络技术的发展，给人们带来了诸多的方便。GIS系统的应用可以将人们从繁杂、低效的劳动中解放出来。本文所设计的GIS系统将传统的GIS技术与网络技术有机地结合起来，形成了Web GIS系统，更加有效地利用了系统资源。
　　本文介绍的网络GIS系统已经提供给某大型企业进行试运行。
王莹（西北工业大学电子信息学院 西安 710072）
史浩山（西北工业大学电子信息学院 西安 710072）
范磊（西北工业大学电子信息学院 西安 710072）
参考文献
1，ActiveX WebSite. http://www.microsoft.com/
2，MapGuide WebSite,ESRI. http://168.160.184.10/periodical/jsjyyyj/jsjy2000/0002/www.esri.com/
3，MSDN Library Visual Studio 6.0. 1997
4，Michael J.Young, Mastering Microsoft Visual C++ 4, 1997
收稿日期：1999年6月28日
