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Computer Science and Application
计算机科学与应用
, 2011, 1, 28-34
http://dx.doi.org/10.12677/csa.2011.11007
Published Online June 2011 (htt
p://www.hanspub.org/journal/csa/)
Copyright © 2011 Hanspub
CSA
Design and Implementation of the GEMIS’s
Server-Side Subsystem
Qi Liu, Ji Jian, Zhangsheng Wu, Yang Xu
College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu
Email:
orangefay@126.com
Received:
Apr. 28th, 2011; revised: May 16th, 2 011; accepted: M ay 20t h , 2011.
Abstract:
With the increase of geological hazard in recent years, the issue of geological environmental data
management has been becoming far more pivotal. However, the traditional geological environment data
management is confined by technical bottleneck s to low efficiency, besides, the ability to forecast an d predict
geological hazard is comparably weak. Based on Browser/Server, Client/Server mixed structure, the Geo-
logical environment data management information system
(GEMIS) is a good solution to these issues. This
paper, oracle, Map GIS IMS, Visual Studio 2008 etc tools and Web Service, XML etc. techniques are adopted
to construct the GEMIS’s server-side subsystem.
Practices and experiments show that the GEMIS’s
server-side subsystem can fully serve modernization of
geological hazard management, vastly enhanced the
efficiency, contributing to sustainabl
e development of the local economy.
Keywords:
Geological Hazard; Geological Environmental Data; Server-Side Subsystem; Browser/Server;
Client/Server M i xed Structure
地质环境数据管理系统后台子系统的设计与实现
刘 奇,简 季,吴章生,徐 阳
成都理工大学地球科学学院,成都
Email:
orangefay@126.com
收稿日期
:
2011
年
4
月
28
日;修回日期:
2011
年
5
月
16
日;录用日期:
2011
年
5
月
20
日
摘
要:
随着近几年地质灾害的增多,地质环境数据的管理问题也日益凸显其重要性。但是,传统地质
环境数据的管理受限于技术瓶颈而管理效率低下,预测和预报能力较为薄弱。而基于
B/S
、
C/S
混合架
构的地质环境数据管理系统很好的解决了这些问题。本文运用
oracle
、
Map GIS IMS
、
Vi sual S t udio 2008
等工具和
Web Ser vi ce
,
XML
等技术实现了广元市地质环境管理系统后台子系统的建设。实践表明,地
质环境数据管理系统后台子系统能很好的服务于地质灾害的现代化管理,大大提升了工作效率,为地方
经济的可持续发展做出贡献。
关键词:
地质灾害;地质环境数据;后台子系统;
B/S
、
C/S
混合架构
1.
前言
地质灾害给人类社会带来的影响已经成为了一个
重要的世界性课题。我国领土辽阔,气候多变,地形,
地貌和地质条件复杂,并且岩浆与地壳断裂活动分布
普遍,是世界上地质灾害最严重的少数国家之一。据
中国国土资源公报
[1]
,
2001
~
2009
年,我国发生较大
规模的地质灾害近
19
万起,死亡和失踪总人数
7024
人,造成直接经济损失近
330.5
亿元。而我国也陆续
出台了一系列地质灾害防治的纲要文件,以提高我国
地质灾害防治水平,尽可能避免或减轻地质灾害造成
的危害和损失。在这一系列的综合治理下,
2001
~
2009
年,成功避让地质灾害而安全转移人数达到
22.4
万人次。截止
2009
年末,在四川、陕西、甘肃等地震
灾区,启动
1965
处重大地质灾害隐患点勘查,涉及人
数
93
万余人;完成
314
处重大隐患点治理工程,保护
人员
21
万余人;对
1999
处隐患点实施搬迁避让工程,
搬迁人员
14
万余人,挽回了人民的生命和财产
[1]
。
当前,地质灾害防治工作取得了一些成绩,但
刘奇等 地质环境数据管理系统后台子系统的设计与实现
29
|
Figure 1. Integrated model of system development
图
1.
系统开发的集成模式
是,目前大量环境和地质灾害数据库的建设主要是采
用信息难于实现共享的
C/S
结构,导致花费巨资建立
的数据库资源无法被需要者利用,从而变为数量众多
的“信息孤岛”
,并且地质灾害发生的预测、预报能
力较薄弱,一般仅限于已经发现地质灾害产生的征
兆后,进行监视、监测和预告,而对于事先未发现
征兆的地质灾害的预测预报工作较为薄弱,地质灾
害的预防和治理上没有做到最及时,最合理的处理
[2]
。
近年来,借助于计算机技术和以
GIS
为核心的
3S
技术的不断发展与应用,为地质灾害信息的现代化
管理开辟了新的道路。
广元市地跨扬子准地台、秦岭地槽褶皱系和松
潘甘孜地槽褶皱系三个一级构造单元,龙门山大巴
山台缘坳陷、四川台坳、西秦岭冒地槽褶皱带、巴
颜喀拉冒地槽褶皱带四个二级构造单元,龙门山陷
褶断束、汉南台拱、川北台陷、摩天岭地背斜、甘
孜
—
丹巴地背斜五个三级构造单元,雁门陷褶束、
米仓山台穹、梓潼台凹、通江台凹四个四级构造单
元的部分地段。由于特殊的地理位置和地质构造,
广元市一直都是地质灾害易发区和多发区,特别是
“
5
·
12
”汶川特大地震后,龙门山区和米仓山区地
质构造、地质环境发生了很大变化,地质灾害隐患
点数量成倍增加
[3]
。为了保护、改善和合理利用地
质环境,防治地质灾害,保护公共财产和公民生命
财产安全,需要建立广元市地质环境管理数据库系
统。笔者对基于
Map GIS K9
的广元市地质环境管
理数据库系统的后台子系统进行了研究。
2.
系统结构与系统设计
2.1.
系统结构
自
20
世纪
90
年代以来,
GIS
技术与地质灾害预
警预报模型的结合成为一个新的地质灾害研究方向。
这主要是因为
GIS
提供了对与地理空间相关的数据进
行有效管理和综合分析的强大功能
[4]
,从而将各种与
空间信息相关的技术与学科有机融合起来,通过空间
操作与模型分析,为规划、管理、决策等提供有价值
的信息
[5]
。经过多种技术方案和软件平台的分析比较,
最终确定了采用。
NET
技术的体系结构的
Web GIS
系统。
Windows Server 2003
为系统操作平台,
Map
GIS K9
为
Web GIS
服务器平台,
C#
为开发语言,以
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|
oracle 10g
为数据库支撑,开发运行于
IIS
服务器平台
上的
Web GIS
广元市地质环境管理数据库系统后台
子系统,实现了地质环境数据集中管理、分析、远
程浏览查询和信息共享等功能,系统构架如图
1
所
示。
2.2.
关键技术
2.2.1. We b Service
技术
Web GIS
是将网络技术和
GIS
技术相结合。近几
年,
Web GIS
得到了飞速的发展,但由于
Web
的限制
和
GIS
自身的一些特点,传统的
Web GIS
实现技术存
在一些问题,例如:因为传统
Web GIS
系统采用的空
间数据技术基础决定了它们的封闭性,因而无法实现
异构空间数据的互操作。无法实现跨平台的数据访问。
但是,随着
Web Service
的出现,这种局面得到有效
的解决,引起了
Web GIS
实现体系的变革。
所谓
Web Services(Web
服务
)
,是指那种自包含、
自描述、模块化的应用程序,这类应用程序能够被发
布、定位,并通过
Web
实现动态地调用。
Web
服务
所实现的功能,可以是从简单请求到复杂商业过程的
任意功能
[6]
。在该系统中,配置完一个
Web
服务,其
他的应用程序以及其它的
Web
服务就能够发现并调
用这个服务。因此,利用
Web
服务技术,可以很好地
实现服务在
Web
层次的互操作。该系统应用到的
GIS
服务是
Map GIS
基于
Microsoft .Net
的
Web GIS
服务 。
该体系代替了传统
We b G IS
三层体系结构中的
GIS
应
用服务器,不同于
GIS
应用服务器,它不是直接向用
户提供
GIS
数据和空间分析、查询功能,而是提供了
一系列数据和功能的接口,通过这些基于开发通信协议
的接口,可以实现
GIS
功能的跨域和异构的集成,从而
达到地理空间数据的分布式计算和共享的目的。
2.2.2. oracle
的表分区技术
该系统的动态雨量监测库和位移监测库与外部
地质灾害的监测设备关联,从而雨量监测库和位移
监测库需要实时动态接收外部硬件设备通过网络传
回的数据,从而数据库的数据量可能达到几十
GB
甚至
TB
级,面对海量数据的管理,会对数据的管
理造成很大困难,
并且对读写、
查询等操作的效率产生
巨大影响,此时,就需要用到数据库的优化技术。数据
库的优化方法有很多,例如:数据表的分布存储策略,
索引的合理使用以及表的分区优化等,在该系统中我
们在设计
oracle
数据库时采用了对表和索引进行分区
的数据库优化技术,以达到改善系统性能的性能。
表的分区优化是从表数据的物理存储位置着手,
根据数据的某种特性对表进行横向或纵向分割,再将
表数据按照一定的规则分散到不同的物理分区上存
取,从而实现数据的并行处理,显著提高系统访问数
据的效率
[7]
。
表分区的基本操作流程是:
1)
确定分区数和分区键:首先评估现有数据中是
否存在逻辑分组和模式,依次确定分区数和分区键。
2)
确定是否应用多个文件组:使用文件组分离数
据有助于优化性能和维护,一般情况下,文件组数与
分区数相同。
3)
创建分区函数:系统的分区函数的间隔是按照
数据收集时间划分的,根据数据大小可自行确定分区
数。
4)
创建分区构架;创建分区函数后,必须将其与
分区架构相关联,以便将分区定向至特定的文件组。
5)
创建分区表:表定义应使用分区架构,而架构
又定义函数。
2.2.3. XML
技术
可扩展标记语言
(eXtensible Markup Language,
XML)
,由万维网协会
(w3c)
于
1998
年发布的一种标
准,它是标准通用标记语言的一个简化子集。
XML
是一种跨平台、跨网络、跨编程语言的一种数据描述
语言。在描述数据内容的同时也对数据结构进行描述,
XML
可以在任何应用程序中读写数据,这使得
XML
成为数据交换的一种公用标准
[8]
。
本系统是以
ASP.NET
技术实现的地质环境数据
管理系统的服务端,通过
HTTP
协议
POST
方式获得
客户端提交的参数,并查询
oracle
数据库,获得所需
数据,然后将结果数据以
XML
文件的方式返回给前
端用户解析以获得相关信息。
3.
数据库设计
鉴于系统的核心功能是为了实现地质环境和地质
灾害空间信息的集中管理、远程浏览查询、共享,以
及基于信息数据的分析等功能,则系统数据库的设计
市的地质灾害的栅格数据、矢量数据、卫星影像数据、
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刘奇等
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Figure 2. Relationship and properties structure of the landslide
图
2.
滑坡的属性结构及其关系
广元市
1
:200,000
地质图、地形图、规划图是矢
量图,影像图是栅格图,通过切片技术把这四类地
图 切割 成很多 不同级 别的 瓦片地 图,基于文件的地
理数据库把数据存放于本地文件,由
MAPGIS K9
提
供对数据的各种访问方法,可通过工具对数据文件,
日志文件,进行管理,可以对地理数据进行查询,分
析,提供数据的安全管理。
雨量监测数据、位移监测数据和档案数据以及其他属
性数据组成。考虑到固态因子图层的数据在建成后变
化较小,而动态因子雨量和位移数据,将随时间而增
长,数据量庞大,因此,数据库应分开建库。本系统
的数据库可以划分成三部分。第一部分:该库主要包
括广元
市
1:200,000
地质图、地形图、影像图、规划
图以及通过切片技术生成的瓦片数据、灾害点数据。
第二部分:该数据库包括监测预警库
(
雨量监测库和
位移监测数据库
)
,地质灾害点数据以及用户管理
表、前言定制表等数据信息。第三部分:相关业务
及档案信息,主要包括总体预案、群测群防、历史
文献、灾害点图片以及前言解说等相关数据。
3.
1.2.
地质灾害数据库
广元地质灾害十分发育。其地质灾害数据主要包
括滑坡、泥石流、地面塌陷、不稳定斜坡和崩塌五类
数据。通过收集的资料,通过在
Map GIS
平台上进行
矢量化等工作得到详细的地质灾害点的矢量数据。本
着充分考虑数据冗余、结构合理性、数据执行效率的
原则,以下以滑坡为例对地质灾害点的数据结构设计
思想进行说明。
3.1.
地理空间数据库的建立
3.1.1.
基础信息数据库
基础信息数据包括:地质数据,包括地质地层,
地质岩性,地质结构,地貌等信息;地理数据,包括
省、市、县
(
区
)
、乡镇边界,地名,通信和地形等信
息;水文气象数据,包括气象站,降水数据,水电站
和河流水文基础数据的位置;城市规划数据:包括规
划图的图界,规划区信息等;广元市的遥感图像。
基于地质灾害点的属性特征很复杂,在设计其数
据结构时主要从其社会和自然属性考虑,从而通过五
张表来完全表示滑坡
(
如图
2)
,设定灾害统一编码为主
键把这五张表关联。灾害统一编码方式参照“县
(
市
)
地质灾害调查与区划空间数据库系统建设要求”,其
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|
Figure 3. Disaster points unified coding
图
3.
灾害点统一编码方式
Table 1. Monitoring data table
表
1.
监测数据表
名称
类型
备注
ID NUMBER
记录的
ID
号
PARAID VARCHAR(20)
PARAID
码
PARAVALUE NUMBER
设备采集到的数值大小
COLLECTTIME DATE
记录监测值的收集时间
SYSTEMTIME DATE
记录监测值录入系统的时间
FLAG NUMBER
系统自动生成的编号
0 002 0065 0d01
Figure 4. Coding structure of PARAID
图
4. PARAID
编码结构图
结构是一组
14
为数字,结构如图
3
。
3.2.
监测预警库
鉴于降雨和地面位移是地质灾害是否发生的最
要参考因子,人们对降雨和位移的关注度很高,因
此,动态的雨量监测和位移监测数据的管理十分重
要,在本系统中把这两个监测信息融合到了一张数
据表中,其表结构如表
1
所示。
PARAVALUE
是遥测设备采集到的具体类型参
数的数值,这些值所代表的信息包括:电池电压、电
池温度、位移,降雨量;
COLLECTTIME
是遥测设备
采集数据的时间;
SYSTEMTIME
是数据存入数据库
的时间;
PARAID
是遥测参数唯一标识,是一个
12
位字符表示的数据,其编码规则如图
4
所示。其中,
参数类型即
PARAID
的
9
~
10
位有如下类型:
01
表
示电池电压,
02
表示电池温度,
04
表示雨量,表示
0d
位移,不同的
PARAID
对应不同的
PARAVALUE
值。
3.3.
业务档案数据库
总体预案和群测群防库中包含了广元市以及其
它省市的关于防灾减灾的应急预案,以及明白卡等
信息。通过这个库可以查看地质灾害区或者是隐患
区域的地质状况、转移预案、涉及转移人数户数、
转移路线等信息。历史文献库中包括了政府的各类
政策法规公文以及相关业务流程以及规范手册。在建
库之初,对已有的原始档案进行归档整理入库。灾害
点图片数据主要是对相对应的地质灾害点的说明和
展示。前言解说数据是对客户定制的前言进行解说。
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|
Figure 5. The instance of attribute query
图
5.
属性查询实例
系统管理员可对已有的档案数据进行添加,修改、提
取等管理。
4.
系统的功能和实现
数据库的功能模块是数据库的外在表现,是用户
实现相应数据库操作的界面,该系统的主要数据库功
能有查询和统计模块。
4.1.
地质灾害信息查询
4.1.1.
属性查询
通过名称,地质灾害等级等自设定条件可查询相
关地质灾害点的基本信息。例如:如果要查询泥石流
图层中
FID
属性为
1
的灾害点信息,实现如图
5
所示。
当操作人员在
Multi Export Spatiai Data
界面中输入条
件
(FID = 1
,泥石流
.WT)
并点击
Invoke
按钮,系统会给
前端用户相应的数据,此处为返回一个
Excel
文件的地
址,其存放地址如图
5
中用红色阴影勾勒的部分。
4.1.2.
区域查询
用户可以根据已设定好的行政区域或自设定区域
(
设定范围可以是圆,矩形,自定义多边形
)
,对在设
定区域内的地质灾害信息进行查询。并且可以通过
Excel
导出满足条件的记录。
4.1.3.
组合查询
用户设定一定的条件,对满足条件的地质灾害记
Figure 6. The instance of Statistical query
图
6.
统计查询实例
录查询,并通过
Excel
导出满足条件的记录。查询条
件有:区域范围,地质灾害点发生时间
(
以年为单位
)
,
地质灾害类型以及数据类型等。
4.2.
统计模块
根据系统功能需要实现对采集的现实或历史降雨
数据的统计,从而分析降雨量对地质环境的影响,并
设置雨量预警值,以实现地质灾害险情的及时预警和
预报功能。该系统对降雨量按年,月,日,小时四种
方式统计。以“日”统计为例,当操作人员在
Statistics
Query
界面中输入相应条件并点击
Invoke
按钮,得到
用户关心的信息数据,如图
6
所示,其中,返回数据
的第一项
(
此处为
5)
表示满足查询条件的所有记录所
需的页码数
(
每页能显示的记录数由用户先行设定
)
,
其余数据表示用户根据返回记录页数而选定指定页码
中记录的信息
(
此处表示不同日期降雨量的情况
)
。
4.3.
动态监测
地质灾害的发生具有突发性特征,因此需要对地
质灾害隐患点实时监测。此功能实现了对地质灾害隐
患点的降雨和位移等诱发地质灾害发生的因素进行实
时动态监测,从而给专家分析地质灾害是否发生以支
持。以
0003
监测站的实时监测为例,操作人员在
Real
Time Query
界面中输入测站号
0003
,并点击
Invoke
按钮,前端用户得到图
7
中红色阴影所示数据
(
此处表
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Figure 7. The instance of real-time dynamic monitoring
图
7.
实时动态监测实例
示
2011-4-15 7:57:24
时的实时雨量为
0)
。
5.
结论与讨论
地质灾害频发,凸显出地质灾害防治工作的重
要性。但是,之前建立的大量地质环境数据库系统由
于技术的限制,往往只是对数据进行简单的管理而对
地质灾害的分析功能较弱,以至于对地质灾害的预
警、预报功能缺失,给个人及社会造成巨大损失。
近年来,网络技术和以
GIS
为核心的
3S
技术的不
断发展与应用,为地质灾害信息的现代化管理开辟
了新的道路。
Web GIS
成为
GIS
的必然发展趋势,
而
Web GIS
技术在地质环境数据库建立中的应用为
防灾减灾工作提供巨大帮助。基于此而建立的广元
市地质环境管理数据库系统后台子系统为我们全面
掌握广元市地质灾害的分布,地质灾害的监测、预测
和预报,以及发生地质灾害后的抢险救治工作提供了
很大帮助,创造了良好的社会效益和经济效益。但是,
由于时间原因,在系统建设过程中,没有考虑其他因
素对地质灾害发生的影响,因而在今后的实践中需要
更多、更深入的研究。
6.
致谢
在此,非常感谢我的导师简季博士在论文构思和
书写过程中给予的指导。
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