地質遺蹟信息系統設計與實現論文

摘要：河南省地域廣闊，境內華北地台、秦嶺褶皺帶和大別地塊構成了河南省獨特的地質結構，形成了河南省複雜多樣的地質地貌和豐富的地質遺蹟資源。為了實現對河南省地質遺蹟的信息化管理，本文對基於GIS技術的河南省地質遺蹟信息系統設計與實現進行了研究。

關鍵詞：GIS技術；河南省；地質遺蹟信息系統；設計

1系統關鍵技術和工具

1.1網絡GIS技術

系統應用了ArcGISforServer平台提供的網絡GIS服務。ArcGISforServer是基於SOA架構的GIS服務器，通過它可以跨企業或跨互聯網以服務形式共享二三維地圖、地址定位器、空間數據庫和地理處理工具等GIS資源，並允許多種客户端（如Web端、移動端、桌面端等）使用這些資源創建GIS應用[1]。網絡GIS技術可以實現空間數據管理、空間可視化（製圖）、在線編輯空間分析和地理處理、實時數據處理分析、以地圖為核心的內容管理等方面的應用，並且能夠為用户提供豐富的Web服務。

1.2三維場景管理與可視化技術

隨着GIS理論和技術的不斷髮展，空間場景獲取的精度越來越高，數據量也呈TB級增長趨勢。針對如此大規模的海量三維場景數據，三維場景渲染系統的處理能力也需要成倍的增長。當前串行化三維場景渲染已不能滿足當前大規模三維場景渲染的高效化、實時化需求。本次設計充分利用多核硬件的並行化處理能力，同時針對大規模三維場景數據特點，從三維場景可視化流程上進行分析，對可視化過程中的任務進行有效分解，將傳統的三維可視化渲染流程分解為場景更新、數據加載和場景渲染三個主要的並行化模塊，以主線程、數據加載模塊和場景渲染模塊來進行實現，結合可視對象查找機制，構成三維場景繪製的整個過程。

1.3MVC設計模式

MVC（ModelViewController）是一個設計模式，它強制性使應用程序的輸入、處理和輸出分開[2]。使用MVC應用程序被分成三個核心部件：模型、視圖、控制器。MVC中的M是指數據模型，V是指用户界面，C則是控制器。它們各自處理自己的任務。系統開發採用SSH框架實現MVC模式。SSH是struts+spring+hibernate的一個集成框架，是目前較流行的一種Web應用程序開源框架。

1.4數據庫建模工具

在數據庫建模的過程中，運用PowerDesigner進行數據庫設計，此設計工具不但能讓人直觀的理解模型，而且可以充分的利用數據庫技術，對數據庫進行優化設計。PowerDesigner是Sybase公司的CASE工具集，使用它可以方便地對管理信息系統進行分析設計，它幾乎包括了數據庫模型設計過程所需的全部功能。使用PowerDesigner工具來建立系統數據庫模型，可以使程序員很好的理解業務流程並掌握系統架構者的架構思想，因此可以更好地滿足客户的功能需求。

1.5第三方控件

此係統中使用了不少第三方控件，如ExtJS中的Ext表格控件、Fu－sionCharts等。其中，krpano是一種基於flash的三維全景播放器，它不僅體積小巧、靈活，而且性能良好，作為一款跨平台的AdobeFlash播放器，它是當今世界上最流行的互動三維全景播放器[3]。Krpano擁有許多獨特性能，比如，可以通過調整“魚眼”視角來使用户看到更大視野，可以實現對巨幅全景的支持（比如數十億像素的全景圖片）。另外，它還支持腳本控制，擁有豐富的插件可供選擇，而且用户還可以根據需要開發自己的插件。

2系統設計

2.1設計概述

河南省地質遺蹟信息系統的建設主要為了滿足河南省地質遺蹟、地質公園數據信息化管理，方便各級用户快速的瞭解和維護地質遺蹟、地質公園數據。本次信息系統的`建設以GIS為基礎，在地質環境信息化建設的基礎上，結合了無人機拍攝等先進技術，開發出了易於管理的地質遺蹟、地質公園信息系統。本系統將全省的地質遺蹟、地質公園、相關多媒體資料、720°全景數據進行收集整理，對關係數據進行建庫入庫，方便統一管理和後期更新。本系統的建設目的是要建設一個易於使用、管理的地質遺蹟地質公園信息系統平台，以方便用户對全省地質遺蹟、地質公園信息快速查閲、維護、管理，同時可以為用户提供部分地質公園的720°全景展示，為用户更加直觀、身臨其境的瞭解地質公園現場提供平台，並且為今後地質環境信息化建設提供技術支撐。

2.2系統總體結構

河南省地質遺蹟地質公園信息系統基於SOA體系架構，採用B/S模式，以地理信息系統（GIS）為基礎，通過空間數據引擎將空間數據和非空間數據統一存儲於關係型數據庫中，建設面向各級用户的地質遺蹟相關信息查詢平台，實現各種類型的數據資源和功能資源的統一組織和管理，在GIS支撐平台基礎上，提供各類WebService服務接口供各個應用系統調用，同時針對宣傳、服務和管理不同業務的需求，分別建設地質遺蹟地質公園信息展示子系統和地質遺蹟地質公園信息管理子系統[4]。整個地質遺蹟地質公園信息系統自下而上由產品與支撐、服務與邏輯、服務接口、客户端組件、應用子系統五大部分組成。按照這五大部分，並考慮到系統面向的用户，可把地質遺蹟地質公園信息系統平台分為六層，即基礎設施層、數據中心層、服務層、客户端組件層、應用層與用户層。

2.3地質遺蹟720°全景拍攝方案設計

本系統在建設的過程中，為了使用户能夠身臨其境的體驗河南省的地質遺蹟，採用720°全景拍攝技術對嵩山地質公園13處地質遺蹟點和人文景點進行了全景拍攝。全景拍攝具有以下幾個方面的特點：水平垂直各360°，全景720°視角，沒有任何視線盲點，想看哪裏就看哪兒；全部是實景拍攝，真實立體，而且採用專業自改制高像素相機進行拍攝，清晰度非常高；互動性強，鼠標隨意拉動觀看，嵌入地圖，行走漫遊；內嵌內容豐富，視頻廣告、圖片、文字、語音、動畫等；用户感受“身臨其境，觸手可及”。全景拍攝對天氣條件有特殊的要求，為了保證拍攝效果，天氣必須為多雲或晴朗天氣，無人機起飛處地面風力小於4級風，空氣能見度必須要好。

2.4數據庫建設

在本系統的業務數據庫包括行政區劃、地質遺蹟、地質公園、多媒體資料、用户信息等6大類業務數據。下文對數據庫的邏輯模型、物理模型以及實體關係模型進行簡要介紹。

2.4.1數據庫邏輯模型

地質遺蹟數據庫按邏輯劃分可分為結構化數據和非結構化數據，其中結構化數據主要用於完成系統的查詢統計業務，包括地質遺蹟、地質公園基礎數據等，是系統內最重要的業務數據，此類數據按照一定的關係模式存儲於Oracle數據庫中；非結構化數據主要是與基礎業務數據相關的資料數據，包括與地質遺蹟、地質公園相關的視頻、文檔、圖片等，此類數據保存在服務器的磁盤空間中，以WebService服務的形式供系統調用。

2.4.2數據庫物理模型

本系統設計所需的基礎元素包括地質遺蹟、地質公園、行政區劃、多媒體資料以及用户等[5]。數據結構不使用外鍵進行強制關聯，而是採用鬆耦合式關聯，這樣可以有效提升數據的容錯性、可操作性和可維護性。另外，此係統中，數據之間的關聯全部在數據層面進行，可以有效提升系統的可移植性。

2.4.3數據庫實體關係模型

本系統業務數據實體關係結構較為清晰，不存在實體之間多對多的複雜邏輯關係。其中，一項地質遺蹟記錄雖然包含多個多媒體資料，但是隻屬於一個地質遺蹟類型和一個行政區劃區域；同樣，一項地質公園記錄雖然包含多個多媒體資料和地質遺蹟，但是隻屬於一個行政區劃區域；一項用户記錄只屬於一個行政區劃區域。

3系統實現

河南省地質遺蹟地質公園信息系統以GIS技術為基礎，取得了豐碩的成果。①收集了河南省全省的地質遺蹟地質公園數據及相關多媒體資料，包括大量的全景拍攝資料，並且統一將這些資料整理入庫。②開發了河南省地質遺蹟地質公園信息展示子系統，通過Web端訪問，實現了包括二三維電子地圖展示，全省地質遺蹟地質公園信息查詢統計、相關多媒體資料瀏覽下載、地質公園720°全景漫遊等功能。③開發了河南省地質遺蹟地質公園信息管理子系統，通過Web端訪問，實現對全省地質遺蹟地質公園的數據及相關多媒體資料的管理和維護工作，同時也實現了對系統用户的相關管理和維護。④形成了項目實施過程中的成果文檔，包括需求説明書、概要設計、詳細設計、用户操作手冊、系統部署手冊等。整個系統的建設情況，已經部分實現了預期的系統功能。

4結束語

本系列按系統理論方法，充分運用水文地質學、環境地質學、網絡工程、軟件工程、數據庫技術的理論知識，結合地理信息技術、三維數字地球、衞星遙感技術、大數據技術等高新技術，通過調研、反覆論證研究、複雜的數據資源整合建設、軟硬件環境建設和大量的軟件開發工作，河南省地質遺蹟地質公園信息系統建設取得了較為豐碩的成果。但是，在整個系統建設的過程中仍舊存在着一些問題，包括數據資源整合與入庫問題、數據資源共享機制問題、地質公園地質遺蹟建設成果推廣應用問題以及後續經費問題。這些問題不僅需要開發者進行不斷的研究和改進，而且需要相關部門提供必要的資金支持。

參考文獻

[1]裴偉霞，李曉亮，劉遠飛，李麗.基於WebGIS的地質遺蹟管理信息系統設計與實現———以關中城市羣地質遺蹟為例[J].城市勘測，2014（02）：19~22.

[2]姜川.基於GIS的地質項目落實跟蹤平台的設計及應用[J].地礦測繪，2017，33（03）：11~13.

[3]儲皓.中國敦煌地質公園管理信息系統的設計與實現[D].中國地質大學（北京），2015.

[4]霍光傑，李滿洲，王繼華.河南省地質環境信息化工程建設報告，2018.

[5]羅興賢，高江錦，郭元輝，周智勇，周曉慶.基於的地質公園We－bGIS管理平台構建[J].軟件導刊，2016，15（02）：66~68.