共享數據的WebGIS灌區管理方法及其實現系統的製作方法

2023-08-14 05:24:26 1

專利名稱：：共享數據的WebGIS灌區管理方法及其實現系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及計算機信息
技術領域：
，特別涉及一種地理數據源開放共享的網絡地理信息系統的管理方法及其實現系統。
背景技術：
：目前，我國大型灌區管理的信息化程度還處於比較低的水平，灌區信息採集點少，觀測手段比較單一，通過電話線模擬信號或手工紙質媒介傳輸信息，不能實時準確地監控灌區水域的各項特徵指標信息。因此，灌區不能動態調整用水計劃，用水調度大多憑經驗進行，無法適應水情、作物種植結構等變化情況，也不可避免地造成水資源的浪費。GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系統)資料庫是某區域內關於一定地理要素特徵的數據集合，主要涉及對圖形和屬性數據的管理和組織。WebGIS(ffebGeographicInformationSystem，網絡地理信息系統)是一種基於Internet平臺進行地理信息數據的發布、共享以及交流協作的系統。經過多年的發展，其無論是從理論、技術、產品還是應用上都取得了很大的進步。WebGIS的發展無疑有力地促進了GIS的社會化，也推動了地理空間數據的廣泛應用。然而，由於目前的WebGIS產品是在不同的環境中獨立開發的，有著自己的文化背景、領域背景和技術背景，形成了自己的數據模型和功能組織結構。雖然這些產品在功能和問題描述能力方面都大同小異，但在實際操作上卻差別很大；加之內部空間數據組織互相保密，形成了不同WebGIS系統間的壁壘。在這種情況下，如果用戶想在一個WebGIS系統中瀏覽或整合其他系統中的數據是很難的，甚至是不可能的。由於這種封閉、獨立的WebGIS系統對空間數據的處理保持著一種完全封閉的狀態，導致系統間無法共享數據和處理方法。一方面，專為一種WebGIS系統所生成的地理空間數據不能被另一個系統所使用；另一方面，一個WebGIS系統的服務功能也不能為另一個系統所使用。這種狀況嚴重阻礙了WebGIS的進一步發展。GML地理信息共享數據模型是一種通用的空間地理數據描述格式。在GML出現以前就已經存在許多地理信息的編碼標準，GML與它們的本質區別是基於XML的，用文本的形式來表示地理信息，比較簡單、直觀，易於瀏覽、編輯、驗證、轉換。可以將GML數據轉換成SVG、VML、VRML等向量數據格式，不需要安裝特別的圖形插件即可在瀏覽器上顯示。大多數的文本編輯軟體或專業的XML編輯工具即可編輯GML，不需要任何GIS軟體。和XML—樣，通過DTD或XMLSchema可以驗證GML的內容和結構是否完整正確。GML模型得到了許多GIS軟體廠商的大力支持，因此數據轉換成GML後不會有信息的損失。GML地理信息共享數據模型通過消除空間數據描述方法上的差異，實現不同系統對GML空間數據的訪問和使用，達到空間數據形式上和本質上的共享。
發明內容(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是克服現有的灌區空間數據不能共享的缺陷。(二)技術方案為解決上述技術問題，本發明的技術方案提供了一種共享數據的WebGIS灌區管理方法及系統，包括Sl根據用戶輸入指令從多個數據源獲取相應灌區的地理信息數據，其中，所述數據源包括GIS資料庫和網際網路電子地圖網站；S2:根據預置的GML地理信息數據共享模型，基於所述獲取的地理信息數據建立GML空間資料庫；S3根據所述GML地理信息數據共享模型為WebGIS伺服器定製訪問接口，並通過所述訪問接口接收所述GML空間資料庫中的數據；S4:對所述接收的數據進行分析及處理，根據用戶設置生成相應灌區的地理信息內容；S5:將所述灌區地理信息內容通過所述訪問接口發送給客戶端瀏覽器，根據客戶操作顯示。進一步地，所述步驟S2包括S201根據地理空間對象將灌區地理空間劃分為多個圖層；S202:將所述獲取的地理信息數據分為空間元數據和空間數據，其中，所述空間元數據包括圖層元數據和數據集元數據，所述空間數據包括灌區內每一地理空間對象的幾何數據和屬性數據；S203通過具有GIS空間數據擴展功能的資料庫，根據所述灌區地理空間的圖層，以分層方式分別存儲所述空間元數據和空間數據。進一步地，當所述數據源為GIS資料庫時，所述步驟S2在步驟S202和203之間還包括將所述空間數據轉換為GML文檔格式，包括以下子步驟S21:新建GML文檔；S22分別讀取所述空間數據中的地理幾何數據和地理屬性數據；S23:根據所述讀取的數據構造文檔對象樹，其中，每一根節點對應於灌區內一個地理空間對象的名稱，所述根節點的每一子節點包括所述地理空間對象的地理幾何數據和地理屬性數據；S24將所述文檔對象樹寫入所述GML文檔首先寫入所述文檔對象樹的所有根節點，然後依次寫入每一所述根節點的所有子節點。其中，將所述空間元數據存儲到PostgreSQL資料庫，每一圖層的空間元數據對應PostgreSQL資料庫的一個表，空間元數據的屬性名稱對應表頭，屬性值對應表中數據的值，各表之間的關聯關係對應於灌區地理空間對象之間的空間關係。其中，將所述空間數據存儲到PostGIS空間資料庫，將所述幾何數據根據圖層的劃分抽象為點、線、面；其中，所述點包括孤立點、線的端點和面的首尾點，每個圖層的點的集合單獨存儲為一個表；將所述線分為起點、終點和弧段，每個圖層的線的集合按照空間的拓撲關係存儲為一個表，表頭為起點、終點和弧段；將所述面分為多邊形和弧段，每個圖層的面的集合按照空間拓撲關係存儲為一個表，表頭為多邊形和弧段；將屬性數據以像元為單位進行存儲，每一個像元對應一個表，表中存儲該像元的地理坐標和地理屬性值。其中，所述步驟S3中，為WebGIS伺服器中的MapServer地圖伺服器定製空間元數據接口，為WebGIS伺服器中的ApacheWeb伺服器定製空間數據接口。本發明還提供了一種共享數據的WebGIS灌區管理系統，包括客戶端瀏覽器，用於根據用戶輸入指令顯示相應灌區的地理信息數據；數據源數據管理模塊，用於根據用戶輸入指令從GIS資料庫和/或網際網路電子地圖網站獲取相應灌區的地理信息數據，並根據所述地理信息數據建立GML空間資料庫；GML空間數據分析處理模塊，用於接收所述GML空間資料庫的數據並進行分析和處理，生成客戶所需的地理信息內容並發送給客戶端瀏覽器；WebGIS伺服器，用於實現所述客戶端瀏覽器、數據源數據管理模塊、GML空間數據分析處理模塊之間的數據傳輸。進一步地，所述數據源數據管理模塊還包括數據格式轉換子模塊將GIS資料庫中的空間數據轉換為GML文檔格式。進一步地，所述系統還包括訪問接口定製模塊，為所述WebGIS伺服器定製基於GML格式的數據接口。(三)有益效果本發明可綜合各種GIS資料庫以及在線電子地圖的地理信息數據，將各種不同的灌區空間數據資源用統一的GML格式進行描述，使灌區地理信息和服務可以通過統一的接口跨平臺共享，為WebGIS在灌區灌溉管理領域的大規模推廣提供技術基礎。圖1是根據本發明的共享數據的WebGIS灌區管理方法的流程圖；圖2是根據本發明的共享數據的WebGIS灌區管理方法的實現系統的結構框圖。具體實施例方式本發明提出的共享數據的WebGIS灌區管理方法及系統，結合附圖和實施例說明如下。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明的共享數據的WebGIS灌區管理方法包括以下步驟Sl根據用戶輸入指令從多個地理數據源獲取相應灌區的地理信息數據，其中，地理數據源包括現有的傳統GIS資料庫和網際網路電子地圖網站；傳統的GIS資料庫空間數據的格式比較複雜，各種GIS產品都有自己的數據格式，使用比較普遍的有Shapefiles和MIF格式；對於網際網路電子地圖網站，抓取並下載相應灌區的地理信息數據後，還可以根據地圖類型將這些地理信息數據進行分類，例如衛星地圖、普通地圖、鳥瞰地圖等等；S2根據所述獲取的地理信息數據建立GML空間資料庫；具體來說，根據需要設計灌區地理數據共享模型，將灌區的地理數據分為空間元數據和空間數據，使用GML格式來描述，以實現空間信息描述方法上的統一；然後建立GML空間數據存儲模型；此外，對於傳統的GIS資料庫，還必須設計一種格式轉換算法，根據空間數據的特徵，將現有的GIS資料庫中不同格式的空間數據轉換成統一的GML格式。由此，實現GML空間資料庫的建立。具體來說，建立灌區地理數據共享模型是指將灌區空間範圍內的地理數據分為空間元數據和空間數據，使用GML格式來描述。其中空間元數據包括圖層元數據和數據集元數據，用於描述灌區的空間關係特徵；空間數據包括地理幾何數據和屬性數據，用於描述灌區的地理屬性。具體來說，對於空間元數據中的圖層元數據，每一圖層是灌區一定空間範圍內具有相同屬性的同類地理空間對象的一個集合，表達了空間地理數據的分布性，例如灌區範圍內的一片稻田即為一個圖層；對於數據集元數據，數據集表達的是灌區特定空間範圍內圖層的組合，比如灌區內種植水稻的所有區域。對於空間數據，其中地理幾何數據表達的是灌區空間對象的幾何形態和位置，用矢量方式按點、線、面定義實體的幾何類型，按點組成線、線生成面定義實體之間的關係，例如，灌區的監測站可以表達為點，灌溉渠道可以表達為線，一片種植灌溉區域可以表達為面；屬性數據是對灌區空間對象實體的屬性描述，例如，灌區監測站的地理坐標、用水量、管理人員信息等。其中，當數據源為GIS資料庫時，由於不同的GIS廠商和組織機構採用不同的數據格式，要實現空間地理數據的真正共享，必須消除這些數據源的異構性，因此，通過GML格式轉換算法將傳統GIS資料庫中不同格式的空間數據轉換成GML格式，使得空間數據描述方法上得到統一。具體實施過程中，GML格式空間數據的轉換，首先要從原始格式的空間數據中讀取數據，將讀取的數據抽象，重新構造樹狀結構的文檔對象，然後根據生成的文檔對象樹生成GML格式的空間數據。需要說明的是，要轉換不同格式的空間數據，需要定義不同的訪問接口。在讀取數據的時候，分別將空間數據中的地理幾何數據和屬性數據讀取到內存，根據這些數據構造樹狀結構的文檔對象。先構造文檔對象的根節點，然後依次構造子節點。其中，每一根節點對應於灌區某個地理對象的名稱，該根節點下的每個子節點對應於該地理對象的空間特性，包含空間形狀等幾何數據和地理坐標等屬性數據。在內存中生成文檔對象樹後，按照0GC(開放式地理信息系統協會)制定的GML語言規範，將所述文檔對象樹寫入新建的GML格式文檔。首先寫入文檔對象樹的根節點，然後檢查該節點是否存在還沒有寫入的子節點，如果有，則寫入該子節點的地理幾何數據和屬性數據，並將其標記為已寫入，然後返回父節點，重複以上步驟，直到寫入該根節點的所有子節點。在GML格式轉換過程中，還要考慮到空間數據類型的轉換，將原有數據類型轉換為GML標準下的相應數據類型，例如，Shapefile和GML格式對幾何信息的描述方式不同，Shapefiles包含4種幾何數據類型Point，PolyLine,Polygon,Multipoint,GML包含7種幾何數據類型Point,LineString,Polygon,GeometryCollection,Multipoint,MultiLineString禾口MultiPolygon,因此要把Shapefiles格式的類型轉換成GML格式相應的類型，數據類型對應方式如表1所示。表1tableseeoriginaldocumentpage7通過新建GML空間地理數據或者將不同格式的現有數據源轉換成通用的GML文檔，已經實現了空間數據描述方法上的統一，達到了空間地理數據的共享的基本要求。但是空間地理數據的數據量是巨大的，需要通過空間資料庫來存儲和管理。基於GML的空間資料庫目前正處於研究階段，因此考慮採用成熟的關係資料庫存儲GML共享空間數據。具體來說，通過具有GIS空間數據擴展功能的PostgreSQL資料庫來存儲共享模型中的空間數據和空間元數據。其中PostGIS是PostgreSQL的一個擴展，提供空間對象、空間索引、空間操作函數和空間操作符等空間信息服務功能。具體實施過程中，可以將灌區空間元數據存儲到PostgreSQL資料庫，將灌區空間數據存儲到其擴展的PostGIS空間資料庫。其中，空間元數據和空間數據都根據預先設置的灌區空間圖層以分層的方式分別進行存儲，例如，可將灌區地理範圍分為水系層、居民地層、監測點層、耕地層、道路層、境界層等。空間元數據以XML的形式描述，結構和數據類型相對簡單，可以按照XMLSchema和DTD映射為關係資料庫的表結構，數據對應關係資料庫表中的欄位，例如，每一圖層的空間元數據對應PostgreSQL資料庫的一個表，元數據屬性名稱對應表頭，屬性值對應表中數據的值，如表2所示。表2圖層名稱數據源西部邊界東部邊界北部邊界南部邊界比例尺^北京市Shapefile115.20117.3241.0539.281100000重慶市MIF56.17664.19ΤΤο77.61110000每個圖層的空間數據又分為地理幾何數據和屬性數據，表達的方式有矢量和柵格兩種，通過PostGIS資料庫來存儲。具體來說，將矢量數據抽象為點、線、面等要素。如表3所示，「點」包括孤立點、線的端點、面的首尾點，每個圖層的點的集合可以單獨存儲為一個表；如表4所示；將「線」分為起點、終點和弧段，每個圖層的線的集合按照空間的拓撲關係存儲為一個表，表頭為起點、終點和弧段，如表4所示；將「面」分為多邊形和弧段，每個圖層的面的集合按照空間拓撲關係存儲，表頭為多邊形和弧段，弧段欄位的長度是不確定的，如表5所示。將柵格數據分為像元進行存儲，每一個像元對應一個表，表中存儲該像元的地理坐標和地理屬性值，如表6所示。這裡，圖層的細分有利於地理數據的管理和應用，有利於空間要素的表示和表達。表3tableseeoriginaldocumentpage8表4tableseeoriginaldocumentpage9表6tableseeoriginaldocumentpage9S3定製基於GML的訪問接口，並通過所述接口接收所述GML空間資料庫中的數據；即，通過定製基於GML格式的接口，實現灌區空間數據的跨平臺共享。具體實施過程中，由於本實施例的WebGIS伺服器採用MapServer地圖伺服器和ApacheWeb伺服器，可以在地圖伺服器定製空間元數據接口，在Web伺服器定製空間數據接口；數據接口的定製可在J2EE環境下實現，在此不作詳述。S4:對所述接收的GML格式的空間數據進行分析及處理，根據用戶定製的灌區地理位置、信息形式生成相應的灌區地理信息內容；具體來說，根據用戶定製的地理信息的位置、形式，提供相應的地理數據訪問服務，這些數據訪問服務可以包括通過將GML數據轉換成SVG、VML、VRML等向量數據格式實現地圖的顯示；顯示查詢灌區的相關信息，根據歷史數據和實時數據進行數據對比等分析統計處理，生成灌區空間數據統計分析圖表；這些歷史數據和實時數據可以包括灌區的降水、蒸發、土壤含水、實際用水、氣象情況、配水調度、人員信息等數據。S5將步驟S4中的這些處理結果通過步驟S3中定製的GML接口傳遞給客戶端瀏IrWSB見益。具體來說，用戶能通過客戶端瀏覽器對灌區地圖進行顯示、輸出、縮放、漫遊、地理要素選擇等基本操作；還可以通過空間數據統計分析圖表來獲取灌區的氣象信息以及作物生長狀況、渠道輸水情況、土壤墒情等信息。如圖2所示，本發明的共享數據的WebGIS灌區管理方法的實現系統可以由「客戶端瀏覽器」、「WebGIS伺服器」和「資料庫伺服器」三層網絡結構組成，灌區空間數據通過GML格式在各層之間交換，其中WebGIS伺服器的接口也是基於GML格式。具體來說，本實施例的實現系統包括客戶端瀏覽器，用戶輸入指令並根據所述指令顯示相應的灌區地理信息內容；數據源數據管理模塊，根據用戶需求由GIS資料庫和/或網際網路獲取相應灌區的地理數據，根據所述地理數據建立GML空間資料庫；GML空間數據分析處理模塊，接收所述GML空間資料庫的數據並進行分析和處理，生成客戶所需的地理信息內容並發送給客戶端瀏覽器；WebGIS伺服器實現客戶端瀏覽器、數據源數據管理模塊、GML空間數據分析處理模塊之間的數據傳輸。其中，數據源管理模塊還包括數據格式轉換子模塊將GIS資料庫中的空間數據轉換為GML格式文檔。進一步地，該系統還包括訪問接口定製模塊，為所述WebGIS伺服器定製基於GML格式的數據接口。該系統各模塊的工作原理可參見前述方法實施例中相應部分的描述，在此不做詳述。此外，本系統可以通過擴展的灌區空間數據分析預測模型進行土壤墒情預報、灌區作物的需水預報以及灌區優化動態配水調度。灌區監測站通過系統平臺將實時監測的灌區數據發送給灌溉決策中心的伺服器，並能通過系統平臺讀取灌區各項信息和灌區用水調配決策。灌區決策中心可以查看灌區各監測站的實時需水用水情況，負責制定灌區用水調度計劃。灌區監測點和灌區決策中心通過WebGIS平臺進行灌區空間數據的管理和互操作，由此實現灌區用水的科學調配和灌區管理的信息化。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關
技術領域：
的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。權利要求一種共享數據的WebGIS灌區管理方法，其特徵在於，包括S1根據用戶輸入指令從多個數據源獲取相應灌區的地理信息數據，其中，所述數據源包括GIS資料庫和網際網路電子地圖網站；S2根據預置的GML地理信息數據共享模型，基於所述獲取的地理信息數據建立GML空間資料庫；S3根據所述GML地理信息數據共享模型為WebGIS伺服器定製訪問接口，並通過所述訪問接口接收所述GML空間資料庫中的數據；S4對所述接收的數據進行分析及處理，根據用戶設置生成相應灌區的地理信息內容；S5將所述灌區地理信息內容通過所述訪問接口發送給客戶端瀏覽器，根據客戶操作顯示。2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2進一步包括5201根據地理空間對象將灌區地理空間劃分為多個圖層；5202將所述獲取的地理信息數據分為空間元數據和空間數據，其中，所述空間元數據包括圖層元數據和數據集元數據，所述空間數據包括灌區內每一地理空間對象的幾何數據和屬性數據；5203通過具有GIS空間數據擴展功能的資料庫，根據所述灌區地理空間的圖層，以分層方式分別存儲所述空間元數據和空間數據。3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，當所述數據源為GIS資料庫時，在步驟S202和203之間還包括將所述空間數據轉換為GML文檔格式，具體包括以下子步驟521新建GML文檔；522分別讀取所述空間數據中的地理幾何數據和地理屬性數據；523根據所述讀取的數據構造文檔對象樹，其中，每一根節點對應於灌區內一個地理空間對象的名稱，所述根節點的每一子節點包括所述地理空間對象的地理幾何數據和地理屬性數據；524將所述文檔對象樹寫入所述GML文檔首先寫入所述文檔對象樹的所有根節點，然後依次寫入每一所述根節點的所有子節點。4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟S203中，將所述空間元數據存儲到PostgreSQL資料庫，每一圖層的空間元數據對應PostgreSQL資料庫的一個表，空間元數據的屬性名稱對應表頭，屬性值對應表中數據的值，各表之間的關聯關係對應於灌區地理空間對象之間的空間關係。5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟S203中，將所述空間數據存儲到PostGIS空間資料庫，將所述幾何數據根據圖層的劃分抽象為點、線、面；其中，所述點包括孤立點、線的端點和面的首尾點，每個圖層的點的集合單獨存儲為一個表；將所述線分為起點、終點和弧段，每個圖層的線的集合按照空間的拓撲關係存儲為一個表，表頭為起點、終點和弧段；將所述面分為多邊形和弧段，每個圖層的面的集合按照空間拓撲關係存儲為一個表，表頭為多邊形和弧段；將屬性數據以像元為單位進行存儲，每一個像元對應一個表，表中存儲該像元的地理坐標和地理屬性值。6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟S3中，為WebGIS伺服器中的MapServer地圖伺服器定製空間元數據接口，為WebGIS伺服器中的ApacheWeb伺服器定製空間數據接口。7.如權利要求1-6中任意一項所述的方法的實現系統，其特徵在於，包括客戶端瀏覽器，用於根據用戶輸入指令顯示相應灌區的地理信息數據；數據源數據管理模塊，用於根據用戶輸入指令從GIS資料庫和/或網際網路電子地圖網站獲取相應灌區的地理信息數據，並根據所述地理信息數據建立GML空間資料庫；GML空間數據分析處理模塊，用於接收所述GML空間資料庫的數據並進行分析和處理，生成客戶所需的地理信息內容並發送給客戶端瀏覽器；WebGIS伺服器，用於實現所述客戶端瀏覽器、數據源數據管理模塊、GML空間數據分析處理模塊之間的數據傳輸。8.如權利要求7所述的實現系統，其特徵在於，所述數據源數據管理模塊還包括數據格式轉換子模塊，用於將GIS資料庫中的空間數據轉換為GML文檔格式。9.如權利要求7所述的實現系統，其特徵在於，還包括訪問接口定製模塊，用於為所述WebGIS伺服器定製基於GML格式的數據接口。全文摘要本發明公開了一種共享數據的WebGIS灌區管理方法，包括根據用戶需要由多個數據源獲取相應灌區的地理信息數據；根據預置的GML空間數據共享模型，基於所述獲取的地理信息數據建立GML空間資料庫；根據所述GML空間數據共享模型為WebGIS伺服器定製訪問接口，並通過所述接口接收所述GML空間資料庫中的數據；對所述接收的數據進行分析及處理，根據用戶設置生成相應灌區的地理信息內容；將所述灌區地理信息內容通過所述訪問接口發送給客戶端瀏覽器，根據客戶操作顯示。本發明還公開了一種實現該方法的系統。本發明使得灌區空間數據可以通過統一的接口實現跨平臺共享，為WebGIS在灌區灌溉管理領域的大規模推廣提供了技術基礎。文檔編號G06F17/30GK101826185SQ201010184320公開日2010年9月8日申請日期2010年5月20日優先權日2010年5月20日發明者左小苗,張樹亮,朱益龍,武斌,趙佳寧,高萬林申請人:中國農業大學