论文混合模式GIS空间数据的分类分散维护.doc

862 混混合合模模式式 G GI IS S 空空间间数数据据的的分分类类分分散散维维护护 周泽兵 武汉大学空间信息与数字工程研究中心 武汉市 430079 E-mail: 摘要：针对混合模式下 GIS 应用系统特点和现有空间数据维护方式的不足，提出“分类分散维护” 空间数据维护方案，探讨了该方案的设计和实现，并通过其在政务 GIS 中的典型应用说明其具有 实用性。 关键词：混合模式 空间数据维护 GIS 政务 GIS Abstract: According to the characteristics of GIS application system and the current limitation in spatial data management in Combination model, the paper presents a schema of classifying and dispersible maintenance for spatial data management, then discusses the design, implement, and give an application practice in government GIS to validate its practicable. 1. 混合模式下 GIS 分类分散空间数据维护 1.1. 混合模式 GIS 应用系统 目前 GIS 应用系统的体系结构主要有三种：单机操作模式、客户 /服务器 （Client/Server，C/S）模式和浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式。混合模 式 GIS 应用系统是将 C/S 模式和 B/S 模式有机结合在一起，将内网外网以物理逻辑隔离， 系统各个功能根据其特点分别以两种不同模式实现，两种模式公用一个核心数据库，组 合成具有实用价值的 GIS 应用系统，其结构图如图 1 所示。其中 C/S 方式具有强壮的数 据操纵和事务处理能力，以及严密的数据安全性和完整性约束特点， B/S 方式则具有系 统容易集成、维护工作量少、易于升级、可以基于 Internet 的远程访问特点，因此采 用 C/S 与 B/S 模式相结合的方式可以优势互补，使系统更加完善，该模式现已成为GIS 应用系统的首选模式。就混合模式 GIS 应用系统的开发而言，对于信息交互量不大、远 程访问、信息查询的 用户操作模块，采用 B/S 模式来予以实现， 而对于信息量交互大、 数据处理复杂、安全 要求高的模块，采用 C/S 结构模式1。 1.2. 混合模式 GIS 应用系统空间数据 维护 防火墙 Web服务器 系统终端 各级部门用户 系统终端 地图服务器 授权Internet用户 C/S模式 B/S模式 系统中心数据库 图 1 混合模式 GIS 应用系统结构图 Fig.1 Architecture of in Combination Model GIS 863 地理信息系统最基本的组成部分是空间数据，系统建立、运行维护过程中 70%左右 的工作是空间数据库的建设与维护2。考虑到空间数据维护的复杂性，混合模式下 GIS 应用系统一般都将繁重复杂的空间数据维护放到了 C/S 模式下完成，然而这种方式存在 诸多不足。首先，GIS 应用系统大多有涉及面广，空间数据量大且变化频繁的特点，如 果将所有数据的维护更新任务放到 C/S 模式下，必然需要靠大规模调查、外业测绘、遥 感等手段获取更新信息，实现这些必然要求增加大量专业数据维护技术人员；其次，完 全依靠 C/S 模式空间数据维护，不易实现空间数据的实时入库，也就无法很好满足灾害 应急系统的要求，因为问题的起源和发现大多都来源于分布广泛的B/S 用户，而他们又 不能迅速将实时信息入库，只能向上报告，而要等到 C/S 用户将信息入库，无疑降低了 系统的实用性和高效性；再者，完全依赖 C/S 模式完成空间数据维护，也不符合现在的 机构管理机制和信息系统要求，因为事务处理均为分布广泛的基层部门用户负责处理， 一般他们是在 B/S 模式下工作，他们具有采集实时业务数据和更新数据的条件，上级主 管部门只是指挥控制协调作用，要求他们去负责数据维护是不合要求也不现实的。 1.3. “分类分散维护”的空间数据维护 结合混合模式 GIS 应用系统的特点和现有空间数据维护方式的不足，提出针对该模 式下空间数据的维护策略 “分类分散维护” 。其主要思想就是针对系统涉及的不同空间 数据特点进行分类，对不同的类别数据采用相对应的最合适、高效的数据维护方式，改 变现有 C/S 集中式维护的诸多不足，降低了空间数据维护的难度和成本，提高系统数据 的时效性和系统的实用性。 GIS 应用系统的空间数据一般可分为基础空间数据和专题空间数据，基础空间数据 是指系统涉及范围内的行政区、居民地、交通、水系等基础框架数据。专题空间数据是 系统业务应用所需的空间数据，不同应用所需的数据不同。 基础空间数据具有变化周期长、更新代价高特点，一般是按年或月为周期来更新， 如果每个系统都自己来维护的话，势必重复投入，造成资源大量浪费，既不必要也不现 实，基于国家基础空间数据共享的需要，这类信息应该由国家专门部门如国家基础地理 信息中心、各测绘局、基础数据生产单位等来负责空间数据的生产和维护更新，在C/S 模式下将购买或索取到的更新数据进行质量审查和相应处理后进行批量更新。 专题空间数据具有变化周期短、更新频繁的特点，根据应用需求还可以将其分为基 础专题空间数据和业务专题空间数据。前者指业务处理需要的专业基础数据，如森林防 火地理信息系统中的防火要素扑火队、护林点等，这些可以按周或天为周期来更新，而 后者指业务处理过程中产生的数据，如森林防火地理信息系统中的火灾处理相关数据， 其更新要求多为实时更新、及时响应。针对上述数据特点，对基础专业数据采用按业务 特点分别由各业务部门负责维护，而在同一部门内部，按区域特点由基层单位进行数据 更新和维护，由 C/S 部门审核验证后入库。对实时更新要求的业务专题空间数据则进行 特殊处理，通过“绿色通道”由程序检核直接入库，如森林防火地理信息系统中发生火 灾时必须将火灾相关信息实时入库。同时针对不同部门，通过共同的平台、数据库标准 和集中控制机制来统一管理空间数据库，实现资源共享。这样既保障空间数据能够及时、 有效地更新处理，也方便访问不同地区及不同部门的数据，将处理的高效性和高度的可 864 访问性有机的结合起来。空间数据分类分散维护流程如图 2 所示。 2. 分类分散空间数据维护的设计与实现 2.1. 分类分散空间数据维护技术实现 为了实现混合模式 GIS 应用系统空间数据“分类分散维护”思想要求，系统必须具 有 C/S 模式下空间数据维护功能、 B/S 模式下同样具有基础空间数据维护功能和 C/S 还 必须具有对 B/S 空间数据维护审核控制的功能。现有的 C/S 模式空间数据维护功能和对 B/S 维护的审核已经是很成熟的技术，主要问题在于 B/S 模式下实现空间数据维护存在 一定难度。目前 B/S 模式实现数据维护主要有以下几种方式： (1) 基本信息提交到服务器后，由 C/S 处理 这种方式间接利用现有 C/S 强大成熟的空间数据维护功能，将 C/S 数据维护功能做 成 Web Services 或者通过远程方法调用方式， B/S 用户将需要编辑对象信息以特定形式 发送到 C/S 端，C/S 端接收后调用相应模块进行空间数据维护更新。这种方式适合各种 类型 GIS 应用系统，但需要较大的开发投入，技术复杂，实现较困难。 (2) 利用空间数据库和空间数据库引擎提供的 API 利用空间数据库和空间数据库引擎提供的 API 实现 B/S 维护，如 ESRI 在空间数据 库引擎 ArcSDE 基础上开发了一套基于 OGC 简单要素标准(Simple Feature Specification)实现的 API，面向开放系统开发，可以用于客户端与 ArcSDE 的交互过 程，目前提供基于 C 语言和 Java 语言的实现，通过这些可以实现对空间数据库建立连 接并对空间数据的管理和空间分析功能 5,6。这种方式适合中小型 GIS 应用系统，投入 相对底，能实现基本的空间数据维护，技术比较成熟，但对于复杂空间数据维护稍显不 足。 (3) 利用现有 WebGIS 软件的空间数据编辑维护功能 随着 GIS 平台走向网络化，不少的 GIS 复杂功能也开始可以通过网络来完成， B/S 模式下图形的编辑无疑是 GIS 网络化成熟的一个标志。如 ArcGIS Server 便提供网络环 境下空间数据复杂编辑功能， 它在 ArcSDE 中添加了基于服务器端的 GIS 处理能力，不 仅仅是数据的访问，还提供集中管理、多用户编辑的能力 。这种方式适合大型 GIS 系 统应用，系统软件投入相对高，系统开发较易，能实现复杂的空间数据维护；但目前这 专 题 临 时 数 据 库 专题空间 工作数据库 B/ S 产 产 产 产 数据 审核 合格入库 不合格恢复 C / S 产 产 产 产 基础空间 数据库 C / S 产 产 产 产 产 产 产 产 产 产 产 产 实时 更新 周期更新 工作库 基础专题数据 业务专题数据 绿色通路 图 2 空间数据分类分散维护流程 Fig2 Process of Spatial Datas Classifying and Dispersible Management 865 种技术处在发展中。 2.2. 混合模式 GIS 应用系统空间数据库设计 网络应用服务必须考虑数据库安全，如果直接对网络用户开放工作数据库的维护权 限的话，会给系统带来很大的潜在问题，也不符合信息系统的安全要求，故可以采取将 专题空间信息分两个库建设，一个工作专题空间数据库和一个过渡专题空间数据库，两 者对外开放不同权限，前者对 C/S 开放，和 B/S 浏览开放，后者对 B/S 维护开放，开始 两者一致，当 B/S 数据维护后暂时不一致，在 B/S 维护数据经审核后两者又恢复一致。 B/S 用户修改后的信息必须在 C/S 端经过主管部门的审查通过后才能进入工作数据库。 所有 B/S 维护用户把他们空间数据维护信息写入过渡数据库时，系统记录维护信息。 C/S 用户检查这些 B/S 数据维护信息，并审核这些维护数据。对于合格的数据，则将他 们从过渡数据库导入生产数据库。对于不合格数据，则将 C/S 原始空间数据退回到过渡 数据库中，使两者保持数据的一致性。这种审核一般是定时完成。对于需要实时处理的 业务数据可根据需要开辟 “绿色通道” ，即通过系统自动审核，而后触发事务处理机制 对其进行处理。 对空间数据维护需要记录用户维护过程信息，包括用户信息、维护时间、地点、维 护性质、数据审核信息等，使对空间信息的维护做到可以核查、追踪，保证数据安全性 和可靠性。 3. 分类分散维护在政务 GIS 中的应用 GIS 在电子政务中的应用，形成了政务 GIS 的专门研究和应用领域 8。政务 GIS 由 于具有地域广阔、部门众多、业务复杂的特点 9，故采用纯 C/S 或 B/S 模式，均不能很 好地满足需求，实际上通常是采用 C/S、B/S 混合模式开发。在这种混合模式下，通常 是简单地将空间数据维护任务放到了 C/S 模式下，对空间数据大量频繁更新显得力不从 心，特别是针对突发应急事务的处理。政务 GIS 专题信息更新频繁，数据需求现势性强， 因此迫切需要改变通常 C/S 集中维护这种模式，充分利用政务 GIS 良好的运行环境：多 为政府专网，高速安全有良好的网络保证；用户具有较高的素质，系统培训可以使用户 掌握空间数据维护能力；较强的资金和技术支持，确保系统采用先进技术开发和良好的 运行。 下面以一个实例具体说明空间数据 “分类分散维护”思想的实际应用。在某省 森林 防火地理信息系统中，分别以两种模式：C/S 和 B/S 运行，前者在局域网内 向省林业厅 以及省森林防火指挥中心提供森林防火辅助系统应用，后者则在广域网范围内向 遍及全 省范围的各级林业工作人员提供 森林防火辅助信息。系统采用统一的数据库存取机制， 保证两类用户（C/S 与 B/S）都能访问到一致的信息。在数据的存取机制上， C/S 用户 具有浏览、维护、管理、备份等几种权限，但是 C/S 维护用户都有权对全省的数据进行 操作，主要负责基础空间数据的维护更新和对 B/S 维护的审核。而 B/S 维护用户尽管也 具有浏览、维护空间数据的权限，但是， B/S 维护用户被限制在仅能对本行政区划内的 专题空间数据操作上。作为数据维护操作的原则， B/S 维护用户对空间数据操作命令只 对过渡数据库里的数据进行修改，而不对工作数据库里的数据产生影响。 B/S 用户修改 后的信息必须在 C/S 端经过有关部门的审查通过后才能进入工作数据库。对于火灾业务 866 数据因为需要实时处理则通过 “绿色通道”直接入库。通过将过渡数据库与工作数据库 隔离，减少由于连接所造成的 数据库安全隐患。B/S 模式下的空间数据维护是利用空间 数据库引擎 ArcSDE 的 API 来实现的。图 3 为 C/S 管理用户审核来自 B/S 用户森林防火 要素维护信息。 4. 结束语 结合混合模式 GIS 应用系统特点，对其空间数据维护采取 “分类分散维护”的方式， 对空间数据按其特点进行合理分类，对不同空间数据类型采取不同的维护方法，有效地 共享基础空间数据，利 用分布广泛的 B/S 用户 维护更新专题空间数据， 有效的克服 C/S 集中式 维护的不足，实践证明， 这种空间数据维护策略 有效地提高了混合模式 GIS 应用系统空间数据 可维护性