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基于WebGIS的绿地资源信息管理系统设计与实现——以合肥市为例

日期:2022年01月12日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:0
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202201011044355721 论文字数:43525 所属栏目:工程硕士论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
相关标签:工程硕士论文

本文是一篇工程硕士论文,本文通过对基于 WebGIS 的绿地资源信息管理系统的研究契机,深入调查WebGIS 兴起至今国内外的研究现状,并结合 GIS 学科以及课题需求应用到绿地资源信息的系统设计与实现中。本文的技术方案中涉及到了近年来应用广泛且具有广阔发展前景的 Web 开发技术和开源 GIS 技术,其中 Web 开发技术包括 HTML5、CSS3、JavaScript、Angular 等,开源 GIS 技术包括开源客户端框架 OpenLayers、开源数据库 PostgreSQL、服务器端 GeoServer 以及开源桌面工具 QGIS。


第一章  绪论


1.1  引言

社会生产力的持续发展不断推进社会城镇化的发展进程,城市绿地资源作为城市规划和发展的重要影响因素,对维持良好的城市生态系统,支撑城市经济社会的发展规模起到了重要作用[1]。从城市绿地建设发展政策来看,从十九大报告对城市生态文明和绿色发展的高度重视,再到“十四五规划”中特别指出的推动绿色发展,建设人与自然和谐共生的现代化建设目标。在现代化发展进程下,绿地资源在城市发展建设中发挥着越来越重要的作用,绿地资源的智能化信息管理也成为了智慧城市建设的重要组成部分,同时引领着该行业未来的发展趋势[2,3]。由此也引起了行业技术的更迭和管理工作改革的浪潮。传统的园林绿化管理方式以手工数据文件为载体,信息数据更新速度慢,整合性差,资源共享难,导致管理不够及时,标准不统一等一系列问题[4]。建立科学、高效、持续的信息化管理平台,实现绿地资源信息的动态监测与管理,为城市绿地建设提供全面、准确、及时的动态数据,提供更加科学合理的规划设计,对实现可持续发展具有重要意义[5]。3S 技术与城市绿地系统规划管理工作的结合越来越受到社会各界的关注,也引起了相关企业和事业部门在这方面的实践应用,新技术的应用不仅可以带来直接的经济效益,也可以极大程度的提高工作效率,提升城市的绿地建设水平,持续创造价值[6]。将数字化信息系统应用于绿地园林管理工作中,从园林养护管理和园林工程建设两个方面切入,对绿地或林木资源通过附带二维码进行三维管理,对园林管理数据进行收集管理,为数字化信息系统与园林工程建设的结合为“智慧”城市和“智慧”园林的建设提供了参考价值[7]。

地理信息系统相关技术应用于绿地园林信息化管理是学科发展的融合,也是社会科学应用技术发展的必然趋势[8]。通过对互联网技术、地理信息系统、RS 技术、数据库技术以及前端数据可视化等技术的结合应用,以绿地资源一张图为载体,对现有绿地、园林、古树名木和湿地等资源进行整合和管理,在满足同时段高频率访问的稳定性的条件下,实现实时调取绿地资源空间数据库资源,并对相关园林绿地资源信息进行可视化表达,实现城市绿地资源信息化服务与精细化管理。基于上述情况,对城市绿地资源信息一体化经营和管理的探讨和研究由此展开。


1.2  国内外研究现状

1.2.1  开源 GIS 技术发展现状

GIS 技术最早可追溯到 20 世纪 60 年代,加拿大首次提出一个用于土地资源管理的传统 GIS 系统(CGIS),它采用集中式的系统架构,通过用户共享主机资源的方式实现系统功能,它的提出为地理信息系统的发展开启了新篇章[9]。国内的GIS 在 80 年代后开始迅速发展,逐步在理论探索、实验技术、规范探讨、软件开发、系统建设、人才培养和区域性试验等方面取得了突破和进展[10]。同时不断成熟的传统 GIS 技术逐步广泛应用于国土资源信息,防震减灾,农业生产,环境监测以及电子政务等领域[11]。这个阶段的 GIS 基本上都是 C/S 架构,硬件的条件限制高,使用投入比重大,用户体验较差[12,13]。Web 技术新思路的不断涌现,为万维网地理信息系统(WebGIS)的产生与发展提供了坚实的大环境[14]。WebGIS 技术的本质含义是将互联网技术应用于 GIS 开发[15-17]。最早在二十世纪九十年代,帕洛阿尔托研究中心(PARC,Palo Alto Research Center)研究开发了一个基于 Web 的地图浏览器,用户通过该地图浏览器实现图层切换和地图放缩等功能。虽然这个浏览器功能及其简单,却是首次开创了将 GIS 运行到 Web 浏览器上的思路[18]。WebG IS 发展至今,经历了静态内容阶段、CGI 程序阶段、插件阶段、分层开发阶段,RIA(富互联网程序)阶段的发展[19]。现如今商业的 WebGIS 产品层出不穷,各种地图 API 服务,如 Google Maps API、百度地图 API,国外比较流行的 WebGIS平台主要有 ArcG IS Server、MapXtreme 和 GoogleEarth 等。国内比较有代表性的WebG IS 平台有北京超图的 SuperMap IS.NET,北京中遥的 GeoBeans 等。

基于不同数据信息主题,国内外机构和学者也基于 WebGIS 技术做出了研究和实践。廖国祥等通过 WebGIS 技术搭建了海上溢油应急信息系统,为海上溢油应急情况的处理提供了有效的决策支持[20]。化雪梅基于 WebGIS 技术,设计实现了灌区地理信息系统[21]。Sciortino  Rosanna 等搭建了食品运输全流程实时监测的WebGIS 云平台,为食品物流运输中的保质期问题提供了信息支持[22]。谢轩等基于WebGIS 技术搭建了水稻病虫害预警信息系统,实现了水稻田的病虫害信息收集与诊断,水稻田信息查询与信息实时发布等功能[23]。杨朝辉等基于 WebGIS 技术,在调查勘验了苏州市桥梁管理现状后,设计实现了苏州市的桥梁管理系统,为桥梁建设维护以及健康状态的评价提供了信息支持[24]。吕终亮和白新萍等采用服务与软件交互的建设思路,实现了气象服务在线系统建设,解决了服务注册、服务规范化、参数序列化和多级任务调度等多个关键技术[25]。爱琴海大学环境质量与地理空间应用实验室开发了一个用户友好型的 WebGIS 应用程序,对希腊爱琴海内的米蒂利尼海峡的富营养化状况进行图层展示、插值分析、统计评估,为研究区沿海生态系统提供支持和技术帮助[26]。至此,对于仍在发展中的开源 GIS 技术来说,也会在很长一段时间内持续面临很多的技术难点与挑战[27,28]。


第二章  系统关键技术分析


2.1 OGC 标准

OGC(Open Geospatial Consortium,开放地理空间信息联盟)是国际上一个非盈利性的标准化组织,该组织为了全球地理信息的统一化和标准化,自发协议制定与空间信息和基于位置服务相关的标准,包括一些接口或编码的技术文档、抽象规范、OGC 参考模型等。开发者可以对照这些标准文档定义开放服务的接口、空间数据存储的编码以及空间操作的方法等[52,53]。OGC 定义了一系列的 Web 地理信息服务的抽象接口和实现规范,利用这些服务来实现地理信息的共享和操作[54]。

2.1.1 WMS 服务

WMS 即网络地图服务,该服务可以利用 GetMap 接口返回指定范围内的地图,以图片图层或者瓦片地图的方式加载。本文用到的是最新的 WMS 服务版本 1.3.0,主要有以下操作接口。

1.  GetCapabilities 接口,用于返回地图服务的要素类和支持的相关操作。请求格式支持 KVP 和 SOAP,其主要参数如表 2.1 所示。

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2.2 WebGIS 概况

2.2.1 WebGIS 主流开发库

WebG IS 应用服务器端和客户端两部分任务来实现 GIS 信息的传递和表达,客户从服务器请求数据、分析工具与模块,服务器执行客户请求并把结果或数据分析工具通过网络返回给客户,以供使用。

2.2.2 WebGIS 开发路线和架构

WebGIS 开发一般采用两条技术路线:

①  ArcgisServer + SQLServer + IIS + Arcgis js API + Angular/React/Vue

②  GeoServer + PostgreSQL + Tomcat + OpenLayers/leaflet + Angular/React/Vue 开发者根据不同的项目与业务需求选择开发路线,本研究经过综合考虑,最终采用 GeoServer + PostgreSQL + IIS + OpenLayers + Angular 的技术开发路线,构建WebG IS 系统的三层架构[56,57],如图 2.1 所示。系统完成后 WebGIS 的工作流程原理为:第一阶段,用户在客户端(浏览器)提出地图数据引用的相关需求,如缩放、平移或者查询某 POI 信息等命令之后,Web 服务器会接受浏览器按照 HTTP 协议格式规范过的用户需求信息。第二阶段在 Web 服务器接收到请求后,解析请求并将界面的 UI 部分提前预先响应回浏览器界面,同时将 GIS 相关的服务请求持续发送给 GIS 服务器。第三阶段,GIS 服务器在接收到 GIS 服务请求后会马上访问数据库服务器,并在 GIS 服务器中对接受到的数据进行相应的分析和处理,最终通过 Web 服务器回传给浏览器客户端。由此完成了 WebGIS 的一次完整的操作周期。


第三章  绿地资源信息管理系统设计与实现 .................................. 22

3.1  系统需求分析 .......................................... 22

3.1.1  可行性分析 ..............

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