Automation in Water Resources and Hydrology
NO.1 Mar.,2009
基于GIS组件开发的水利工程管理系统研究
陆建平1，徐淑芳2，陈军冰2，蒋 艳2，邱旭东1
（1.南通市水利局，江苏 南通 226006；2.河海大学，江苏 南京 210098）
摘 要：针对水利工程管理系统开发中GIS应用需求特点，比较了现有GIS开发技术，选择组件式GIS开发方案，采用B/S体系结构。详细分析了WebGIS的计算模型、主要实现方法和应用框架。通过南通市水利工程管理信息系统开发的实际应用，说明利用GIS组件实现水利工程空间数据处理、分析、显示功能，并与应用系统进行有机集成，可为水利工程管理业务基于WebGIS的开发探索出一种可行的开发方案。关键词：GIS组件；B/S；水利工程；管理系统；研究
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3279(2009)01-0001-04
1 水利工程管理系统开发现状
水利工程管理信息系统（以下简称系统）是国家水利10个应用系统的重要组成之一 [1]，目前全国各级水利部门都在规划此系统的建设，针对系统的开发应用研究具有非常现实的意义。
近年来，我国水利信息化基础设施的建设已经取得了重大进展，水利信息化应用的基础设施平台已经初步构建。在水利工程管理信息系统研究方面，国内主要研究项目集中在：(1) 围绕水利工程管理事务需求开发的应用软件，如工程概预算和规划设计、专业报表管理等 [2]；(2) 针对具体大型水利工程建设过程的管理系统和基于C/S结构的内部管理系统，如小浪底工程项目和三峡工程管理信息系统（TGPMS）等；(3) 商业软件公司针对某一政府水务主管部门开发的商用软件，如北京水务局委托商业公司开发的水利工程管理系统。
这些系统的开发和应用为水利工程管理过程中全面实施科学规范、严格高效管理起到特定的作用。但开发中还存在以下一些问题：(1) 在基于地理信息的基础上实现工程的可视化和空间信息管理方面的开发存在明显不足；(2) 系统多采用C/S结构，不能满足日益增长的，面向水利信息资源共享的B/S结构的开放
收稿日期：2008-09-26
式的水利工程管理信息系统的需求；(3) 未从基础数据库标准建设着手，难以实现与水利其他系统的数据衔接与共享。
针对存在的问题，与地理信息系统相结合，基于GIS技术开发B/S结构的水利工程管理系统势在必行。
2 GIS技术比较
GIS在水利工程管理中的主要作用是，在水利工程关系数据基础上增加实体的空间属性，实现工程实体的可视化和空间信息管理；主要应用是，需求驱动技术的更新与发展。当前由于系统开发与应用相对滞后于水利其他业务应用系统，面向GIS的开发功能主要以实现水利工程数字化、可视化为主，可视化方面的研究主要集中在开发模式、系统结构等方面。针对空间分析的应用需求（如计算距离、生成缓冲区、定位、路径选择等）还没有深度开发。
2.1 GIS的开发模式
当前面向GIS的开发模式主要有3种：(1) 独立开发；(2) 宿主型二次开发；(3) 基于GIS组件的二次开发。
独立开发不依赖于任何GIS工程软件，从控件数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计。这种方式的优势在于无
基金项目：江苏省水利科技重点项目：“水利工程管理信息系统在南通市推广与应用”。作者简介：陆建平（1963- ），男，江苏常熟人，高级工程师，主要从事水利工程管理研究。
2水利水文自动化2009, (1)
须依赖任何商业GIS工具软件，减少开发成本，但由于开发者能力、时间、财力方面的限制，开发出来的产品很难在功能上与商业化的GIS工具软件相比，且开发过程中的代价很高。
宿主型二次开发指基于GIS平台软件进行应用系统开发，大多数GIS平台软件都提供了可供用户进行二次开发的脚本语言，用户可以利用这些脚本语言，以原GIS软件为开发平台，开发出针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的脚本作为编程语言而言，功能较弱，并且所开发的系统不能脱离价格昂贵的GIS平台软件，效率不高。
由于独立开发难度太大，单纯二次开发受昂贵GIS工具提供的编程语言的限制，因此结合GIS工具软件与可视化开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。常用的GIS组件有MapObject、MapXtreme和Supermap Object。基于GIS组件的开发，是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能，各个GIS组件之间，可以通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。因此具有对空间数据库的管理、分析功能，方便编程，易于移植，便于维护。但GIS空间分析功能有限，因此组件开发模式主要应用于弱化GIS空间分析的开发场合。
户端的模型，采用客户端插件技术把ActiveX或Java Applet插件嵌入到浏览器中，把WebGIS服务器端的部分处理功能移植到客户端处理。
目前用于实现WebGIS的方法主要有：CGI、Server API、ActiveX、Java Applet、Plug-in等。这几种方法主要原理的比较如表1所示，在执行能力、安全性等方面特点的比较如表2所示 。
在实际应用中，水利地图源数据可以通过已有的一些成熟组件按Web显示需求进行数据分类，并按区域进行着色，同时可以对地图上的线段、标注和文字作个性化处理（线型、线段粗细、字体、大小、颜色等等）。同样功能也可以通过Server API技术来实现，如ISAPI。Server API的系统开销比CGI应用程序低，但可移植性不如CGI。无论是CGI还是Server API，所有的GIS计算全部在服务器端完成，客户端只要是标准的Web浏览器即可，是典型的“瘦”客户机/“肥”服务器模式，由于GIS服务器的核心是成熟的GIS地图桌面系统，因此可以利用以前的开发成果和GIS数据。
对一些具体的业务图显示可以选择基于客户端这一方式，这种模式要求客户端在初次浏览GIS数据之前必须安装相应的地图插件（Plug in），所以对地图作为首页面的场合不大适用。
ActiveX是微软开发的“使Internet变为活动”的一项新的软件技术，它建立在OLE标准上，是为扩展IE功能而提供的一个公共框架。Active控件和插件一样，都是可以扩展Web浏览器功能动态的模块。但前者还可以由支持OLE标准的任何其他应用和语言使用，例如IE3.0及以上版本、装有支持ActiveX插件的Netscape Navigtor等浏览器，或Visual Basic、Visual C++、Delphi等计算机语言；后者是专门用于浏览器的，只能在浏览器中使用。
GIS Java Applets从服务器下载到本地计算机并在浏览器内立刻执行。GIS的功能和数据被封装在一个包内，并根据需要迁移到客户端，但不需要像GIS Plug in或GIS控件那样先进行安装。用Java开发的WebGIS可以为用户提供单机GIS程序所有的优点：响应性能、利用本机资源能力、图形属性查询等等。
2.2 GIS开发系统结构
GIS开发大多数是C/S结构 [4ˉ5]，主要原因是水利工程应用中已经积累了大量的各种基于面向C/S结构的GIS应用。这种方式初级成本低，企业的网络和数据安全维护成本低，适合部门级应用。因此，在现有开发结构中C/S结构仍有很大需求。B/S结构的GIS应用（WebGIS [6ˉ7]）是把C/S结构中的服务器端分解成应用服务器（Web服务器）和多个数据库服务器。系统的应用逻辑与开发维护工作主要集中在服务器端，简化了C/S结构中的客户端，使得GIS应用软件的分发与维护更为简单，易于实现数据共享。因此面向B/S结构的水利工程管理系统开发具有较大需求。
2.3 WebGIS的计算模型和主要实现方法
目前WebGIS计算模型主要分为以下3种：(1) 基于服务器的模型，在GIS服务器端进行地理空间数据的处理；(2) 基于客户端的模型，由客户端软件处理从服务器端读取GIS地理空间数据；(3) 部分基于客
2.4 GIS应用框架
面向B/S的GIS组件式开发将是未来一段时间的重
第1期陆建平等：基于GIS组件开发的水利工程管理系统研究3
表1 WebGIS主要的实现方法
实现技术 实 例 原 理 计算模式
Map Object
CGI
ArcIMSMapXtremeSuperMap
Web浏览器用户发出URL及GIS数据操作请求；Web服务器接受请求，并通过CGI脚本，将用户的请求传送给GIS服务器；GIS服务器接受请求，进行GIS数据处理，将操作结果形成GIF或JPEG图像；通过CGI脚本、Web服务器返回给浏览器显示。
工作机理与CGI 相同，是经过扩充的CGI 工具，如Microsoft 的ISAPI。采用Server API，服务器请求后端GIS应用程序时不用重新启动该程序，而是
Server API
通过IPC（Inter2process Communication，进程间通讯协议）与之进行信息交换，因而，提高了Web服务器和数据库应用服务器之间的通信效率和性能。
Web浏览器发出GIS数据显示操作请求；Web服务器接受用户的请
Plug in Map Guide
求，进行处理，并将用户所要的GIS数据传送给Web浏览器；客户机端接受到Web服务器传来的GIS数据并对GIS数据类型进行理解；本地系统查找与GIS数据相关的Plug-in，用它显示GIS数据。
Web浏览器发出GIS数据显示操作请求；Web服务器接受用户的请
ActiveX GeoMedia Web Map
求，进行处理，并将用户所要的GIS数据对象和GIS ActiveX控件传送给Web浏览器；客户机端接受到Web服务器传来的GIS数据和GIS ActiveX控件，启动GIS ActiveX控件，对GIS数据进行处理，完成GIS操作。
Web浏览器发出GIS数据显示操作请求；Web服务器接收到用户的
Java Applet ActiveMaps
请求，进行处理，并将用户所要的GIS数据和Java Applet传送给Web浏览器；客户端接收到Web服务器传来的GIS数据和Java Applet，启动GIS Java Applet，对GIS数据进行处理，完成GIS操作。
部分基于客户端 部分基于客户端基于客户端基于服务器基于服务器
[8]
表2 WebGIS开发方法比较
性能 CGI Server API Plug-in ActiveX Java Applet 客户机 很好 很好 好 好 好 服务器 差 一般 好 很好 很好执行
网络 差 一般 好 好 好能力
总体 一般 一般 好 较好 较好 用户界面 差 一般 好 很好 很好相互
功能支持 一般 一般 好 很好 很好作用
本地数据支持 否 否 是 否 是可移植性 很好 差
差 好 一般
安全性 很好 好 一般 好 一般
体应用中一般是利用GIS组件实现空间数据处理、分析、显示功能，并利用其集成多种分布式数据源的能力，将本地属性数据与异地或网上的数据集成起来，与现有的应用系统有机集成，系统应用框架如图 1 所示。因此在设计开发平台、系统功能设计、开发工具的选择上都要进行有机结合。
要开发模式 [9ˉ10]。3种常用的GIS组件（MapObject、MapXtreme和Super map Object）都具有地图基本操作、空间分析、开发工具支持等功能。水利工程管理信息系统以数据、图档、业务管理逻辑等为主，在具
3 GIS应用开发实例
南通市水利工程管理信息系统开发是在江苏省水利厅水利工程管理基础数据库设计基础上，遵照水利
4水利水文自动化2009, (1)
4 结语
Web服务器GIS服务器GIS数据库映射水利工程管理信息系统开发中，基于GIS组件开发B/S结构的水利工程管理系统是当前开发的一个重要方法。在实现水利工程管理基本业务应用系统中，集成GIS在水利工程空间显示、分析等功能是当前的研究与开发热点。通过MO组件开发在基于J2EE平台下实现B/S结构的水利工程空间数据的存贮、管理、显示功能。为在此基础上研究实现水利工程空间信息分析及整合业务流程，进行水利工程管理系统的深度开发探索了一种可行的方法。
WWW浏览器Internet应用服务器关系数据库图1 系统应用框架
工程管理业务基本特点，结合GIS在水利工程空间显示、分析等的应用需求进行设计和开发的。一期开发主要包括水利工程管理 4 大基本业务系统：堤防、骨干河道、岸线和涵闸等管理。系统要求对大量水利工程原始数据资料（纸本、电子文本、工程图档、电子工程图档）进行数字化、网络化管理，并实现基本的空间数据管理、显示和分析。通过基础数据库设计，将水利工程业务流基本数据用关系数据库进行存贮与管理；利用MapObject（MO）组件实现水利工程空间数据的存贮、管理。两者通过工程标准编码进行数据映射，既方便两种数据的管理，也可以充分利用各自的优势对空间、属性数据进行管理。
系统的开发框架如图2所示，系统选择的J2EE开发平台是JDK1.4，Java开发工具是Eclipse 3.1，GIS组件是MO 2.0 for Java，数据库选择MySQL5，Web应用服务器是TomCat5.0。
业务需求驱动系统功能模块管理信息系统参考文献
[1] 水利部信息化工作领导小组办公室. 全国水利信息化的目标与任务[J]. 水利规划与设计，2004，(1)：22-25.[2] 王建武. 水利工程建设管理信息化发展方向[J]. 中国水利，2005，(16)：45-47.
[3] 李纪人. 地理信息系统在水利中的应用[J]. 中国水利，2001， (8)：67-68.
[4] 马君，袁帅. 基于C/S三层机构的GIS海量影像数据管理系统[J]. 计算机工程与设计，2005，(10)：2651-2653.[5] 赵太胜，林果园，钱旭. 完全C/S结构的GIS构建[J]. 微型机与应用，2001，(12)：60-62.
[6] 周炎坤，李满春. WebGIS开发方法比较[J]. 计算机应用研究，1999，(11)：44-46.
[7] 倪凯，冯翔，鲁铭，等. 基于jJ2EE架构的WebGIS协同平
MO组件空间数据库关系数据库基础数据库台系统集成[J]. 小型微型计算机系统，2007，(1)：132-135.[8] 胡卫国. 基于J2EE的WebGIS研究与应用[D]. 浙江：浙江大学硕士学位论文，2005.
[9] 陈洋，刘卫宁，孙棣华. 基于Struts框架和ActiveX控件的WebGIS实现技术研究[J]. 计算机工程与设计，2007，(1)：224-229.
[10] 张红武，谢忠，吴亮. 万维网地理信息系统的设计与实现[J] . 计算机工程， 2003，(3)：152-154.
(下转第 12 页)
J2EE开发平台Eclipse开发工具图档处理等关键技术图 2 系统开发框架
系统开发初步实现南通水利工程业务管理的信息化，实现地理与工程属性两种信息结合，为科学管理和决策提供强有力的工具。为水利工程管理业务基于WebGIS的开发探索出一种可行的开发方案。
12水利水文自动化2009, (1)
[23] 杨松岩. 多相孔隙介质的本构描述[J]. 力学学报，2000，39 (1)：90-103.
[24] 朱俊高，殷宗泽. 土体本构模型参数的优化确定[J]. 河海
大学学报 (自然科学版)，1996，24 (2)：68-73.
[25] 高红，王靖涛. 砂土弹塑性本构关系的数值建模研究[J]. 华中科技大学学报 (城市科学版)，2003，20(2)：50-52.
Research on Soil Constitutive Model and Adaptive Automation TechnologyFANG Wei-hua1,2, LI Zhi-ming3, WU Hai-tao3
(1.College of Hydraulic and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;
2. Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China;
3.Design & Research Institute for Power Supply of Wuxi, Wuxi 214171, China)
Abstract: By systematic summarization and analysis about classification, model construction theory and its research methods of soil constitutive model, it shows that soil microstructure, situation parameters, loading history, stress path and drainage condition all can influence soil constitutive model construction and determination of its parameters. Because of the model’s complexity, it has a very important significance in inversion of the model or model parameters by using advanced automation technologies and adaptive technologies. Therefore, on the basis of analyzing the model, the paper discusses automation technologies, such as neural network technology, database technology, and inversion technology based on measured data.
Key words: soil constitutive model; damage; multi-scale; back analysis; automation(上接第 4 页)
Study on Water Resources Project Management Information System based on GIS ComponentsLU Jian-ping1, XU Shu-fang2, CHEN Jun-bing2 , JIANG Yan2, QIU XU-dong1
(1.Water Resources Bureau of Nan Tong City, Nantong 226006, China;
2.Hohai University, Nanjing 210098, China)
Abstract：According to requirement features of applying GIS in system development of water resources project management information system (hereinafter referred to as MIS), by comparing existing GIS development technology, component GIS and B/S architecture are selected to this application method. This paper makes a detailed analysis on calculation model, main realization methods and application framework of WebGIS. The actual development of water resources project MIS in Nantong has shown that GIS component has realized system functions of spiral data processing, analysis, display for water conservancy project, and also can be integrated with the application system, which can seek out a kind of feasible development scheme for water resources project management services based on WebGIS.
Key Words：GIS components; B/S; water resources project; MIS; research
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容