197.B基于WebGIS的管線資源管理系統(tǒng) 開題報告

1、畢業(yè)設計（論文）開題報告題 目：基于webgis的管線資源管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)院 （系） 軟件學院 專 業(yè) 軟件工程 學 生 學 號 班 號 校 內(nèi) 教 師 副教授 實習基地導師 工程師 開題報告日期 2007年11月 哈爾濱工業(yè)大學學士學位論文（開題報告）目錄1 論文選題的目的和意義11.1 課題來源與項目名稱11.1.1 選題依據(jù)和背景11.1.2 課題研究的目的和意義21.2 與本課題有關的國內(nèi)外研究狀況31.3 本課題研究的主要內(nèi)容41.3.1 2d空間的資源定位51.3.2 3d空間的資源定位72 研究方案82.1 技術方案82.1.1 總體方案82.1.2 技術路線92.2 方案實

2、施所需的條件102.2.1 技術條件102.2.2 試驗條件102.3 存在的主要問題和技術關鍵112.3.1 存在的主要問題112.3.2 技術關鍵112.4 預期達到的目標113 研究計劃進度表和經(jīng)費預算及經(jīng)費落實123.1 研究計劃進度表123.2 經(jīng)費預算及經(jīng)費落實12主要參考文獻目錄13附件：本科畢業(yè)設計(論文)開題檢查意見表14- 13 - 1 論文選題的目的和意義1.1 課題來源與項目名稱 課題來源 來自實習單位上海國信朗訊科技網(wǎng)絡技術有限公司的實際項目項目名稱 蘇州移動管線資源管理系統(tǒng)1.1.1 選題依據(jù)和背景gis（geographical information syste

3、m，地理信息系統(tǒng)）是起源與60年代，并在90年代中期開始迅速發(fā)展并廣泛應用的技術。根據(jù)對不同行業(yè)的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，大約70%80%的數(shù)據(jù)是和地理位置相關的，這個現(xiàn)實使得在90 年代中期，pc機的圖形技術成熟后（主要是windows），gis的應用開始呈現(xiàn)爆炸性增長。1學術屆對gis的定義是指以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與地理分布有關的空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。事實上，gis在各行各業(yè)的應用遠遠超出了簡單的數(shù)字地圖的范疇，涉及的學科包括計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、空間科學、信息科學和管理科學等，成為一種邊緣學科。一般地說，專業(yè)gis的定義主要指以下四點：1. 數(shù)據(jù)

4、輸入和編輯；2. 空間管理和分析；3. 數(shù)據(jù)顯示；4. 結(jié)果輸出。gis的應用幾乎覆蓋了移動公司的整個業(yè)務支撐的方方面面?；趃is的管線資源管理系統(tǒng)，其目標是成為一種綜合的、被廣泛應用于移動管線資源建設、管理的等各個階段的有效工具。管線資源概括來說，是指光纜、電纜、光纖等傳輸媒介的載體，劃分為管道網(wǎng)絡資源和桿路網(wǎng)絡資源。其中，管道網(wǎng)絡資源由地下進線室、地下管道段、引上管、地槽、隧道、人井、人手孔、地槽點（地槽引出點，地槽交叉點）等部分構成；桿路網(wǎng)絡資源則由桿路、吊線、電桿和撐點等部分構成。移動公司的管線資源類型較多、數(shù)目龐大，并且分布極廣，維護和更新記錄的過程不能通過傳統(tǒng)的手工或者文件記錄形

5、式進行管理。規(guī)劃、建設、建立和改變管線基礎設施，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)要進行有效的處理。這使得如果沒有一定程度的自動化，是不可能期望移動公司能夠長期正常運營。本課題研究的內(nèi)容就是要來解決這一維護難題。蘇州移動的管線設施分布在城市中的各個街道上，首次普查結(jié)束后，據(jù)統(tǒng)計，蘇州市僅基站數(shù)目達4731，電桿數(shù)目超過60000，人井數(shù)目也在40000以上，并且每個設施都對應記錄著各項屬性信息。因此，蘇州移動迫切需要對管線資源進行統(tǒng)一的計算機化的管理，并且需要對資源進行定位、查詢以便資源的管理和建設。管線資源管理系統(tǒng)開發(fā)的初衷便是對上述資源進行統(tǒng)一的管理。包括對圖形、圖像及屬性數(shù)據(jù)的管理，使得錄入

6、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)查詢以及對數(shù)據(jù)的更新維護能夠保持一致性、正確性和完整性；除此之外，系統(tǒng)還提供查找某區(qū)域的設施、設施定位等功能；以及打印、統(tǒng)計等管理系統(tǒng)的常用功能。另外，從用戶的角度來說，希望系統(tǒng)能夠提供精確的定位和多角度的展現(xiàn)，單純的平面地圖上的定位功能雖然已經(jīng)能夠滿足日常操作的需要，但如果系統(tǒng)能夠提供3d空間中的展示功能，將更方便公司的管理層觀賞資源的建設和分布信息，對建設工作的開展提供指導意義?；谝陨闲枨?，管線系統(tǒng)將設計和實現(xiàn)3d webgis的展示功能。1.1.2 課題研究的目的和意義如何快速查詢、定位管線設施，就是本課題研究的核心內(nèi)容。在管線資源管理系統(tǒng)中，地理信息系統(tǒng)用來實現(xiàn)定位功能，可

7、以說是整個管線系統(tǒng)的支撐。本課題將討論gis的應用方式，并將重點從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度研究webgis技術。關于3d webgis的研究，本課題將給出一套新穎的實現(xiàn)方式。另外，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)顯示方面，將使用中間件簡化開發(fā)。中間件的應用將更好的提升系統(tǒng)性能，節(jié)省開發(fā)的時間?；趙ebgis的管線系統(tǒng)主要面向網(wǎng)絡接入帶寬不足、客戶端硬件條件不夠的情況，以網(wǎng)頁瀏覽器做為瘦客戶端形式接入的方式。目的在于為管線數(shù)據(jù)提供一種廣泛適用的展現(xiàn)手段，以滿足客戶的需求。1.2 與本課題有關的國內(nèi)外研究狀況六十年代初，計算機技術開始用于地圖量算、分析和制作，由于機助制圖具有快速、廉價、靈活多樣、易于更新、操作簡便、質(zhì)量可靠、

8、便于存儲、量測、分類、合并和覆蓋分析等優(yōu)點而迅速發(fā)展起來。六十年代中期，由于對于自然資源和環(huán)境的規(guī)劃管理和應用加速增長的需要，對大量空間環(huán)境數(shù)據(jù)存儲、分析和顯示技術方法改進的要求，以及計算機技術及其在自然資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理中應用的迅速發(fā)展，促使對地圖進行綜合分析和輸出的系統(tǒng)日益增多。2六十年代中后期，許多與gis有關的組織和機構紛紛建立并開展工作，如美國城市和區(qū)域系統(tǒng)協(xié)會（urisa）在1966年成立，美國州信息系統(tǒng)全國協(xié)會（nasis）在1969年成立，城市信息系統(tǒng)跨機構委員會（uaac）在1968年成立，國際地理聯(lián)合會（igu）的地理數(shù)據(jù)遙感和處理小組委員會在1968年成立。這些組織和機構

9、相繼組織了一系列地理信息系統(tǒng)的國際討論會。最初的系統(tǒng)主要是關于城市和土地利用的，如加拿大地理信息系統(tǒng)（cgis）就是為處理加拿大土地調(diào)查獲得的大量數(shù)據(jù)建立的。該系統(tǒng)由加拿大政府組織于1963年開始研制實施，到1971年投入正式運行，被認為是國際上最早建立的、較為完善的大型使用的地理信息系統(tǒng)。進入七十年代以后，由于計算機硬件和軟件技術的飛速發(fā)展，尤其是大容量存取設備硬盤的使用，為空間數(shù)據(jù)的錄入、存儲、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強了人機對話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使gis朝著使用方向迅速發(fā)展。一些發(fā)達國家先后建立了許多不同專題、不同規(guī)模、不同類型的各具特色的地理信

10、息系統(tǒng)。我國地理信息系統(tǒng)方面的工作自八十年代初開始。以1980年中國科學院遙感應用研究所成立的全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為標志。進入九十年代，gis的應用深入到各個領域、各個機構，形成諸如資源gis，災害監(jiān)測和防治gis，農(nóng)林牧副漁gis等。常見的gis平臺有3：esri arcgis，arcinfo，mapinfo，intergraph geomedia。管線應用的gis平臺有：intergraph g/comm，ge smallworld，武漢中地 mapgis （中國電信資源管理系統(tǒng)專業(yè)gis管線部分）。webgis是當前網(wǎng)絡平臺和gis技術熱點，不少gis開發(fā)廠商都看好這個交叉技術的

11、發(fā)展，并努力把這一亮點加入自己的產(chǎn)品中。webgis應用的技術支撐4，就現(xiàn)狀來看，至少對于國內(nèi)的開發(fā)商來說，還不是很成熟。據(jù)目前的webgis架構來分析，主要分兩種:1. 圖片式的webgis也叫做柵格地圖,也可以實現(xiàn)矢量地圖，目前主要通過vml；2. 基于控件的矢量地圖(activex，java applet)。被國內(nèi)的很多gis應用開發(fā)廠商偏愛的平臺mapxtreme就支持這兩種形式，并允許胖客戶機、瘦客戶機、中型客戶機3種部署模式。5本課題還涉及到管線資源的3d展示，將webgis和3d gis結(jié)合，雖然還沒能成為主流，但顯然前人也做過類似的嘗試。6,7廣為人知的google earth

12、就是一個很成功的產(chǎn)品。和業(yè)務相結(jié)合的gis也有成功的例子，skylinesoft公司的3g無線網(wǎng)絡規(guī)劃三維模擬系統(tǒng)，就是一個不錯的嘗試。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題的主要研究內(nèi)容是基于webgis的管線資源管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。為給管線資源在2d、3d空間的展示提供一個統(tǒng)一的支持平臺，并且最大限度的節(jié)省開發(fā)時間，本課題研究和選用了兩組重要的中間件。首先，對于2d空間上的資源定位，可以借助成型的gis開發(fā)平臺。jloox作為備選項，有小巧、免費的優(yōu)勢。jloox是一套基于java2平臺的，用于圖形開發(fā)的工具包。主要包括三個可再分發(fā)模塊：jloox 基本包，基本圖形處理jlooxgis 增

13、加了讀取shp文件，地理坐標換算功能jlooxlayout 圖形元素的自動布局其中前兩個包，用于地圖文件和讀取和顯示。同時支持多種坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。其次，將2d空間上的資源定位擴展到3d空間上的資源定位，面臨著更大的困難。相對于二維的gis系統(tǒng)，三維gis在其實現(xiàn)過程中有著明顯的特點和實現(xiàn)難點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在三維gis中，無論是基于矢量結(jié)構還是基于柵格結(jié)構，對于不規(guī)則地學對象的精確表達都會遇到大數(shù)據(jù)量的存儲與處理問題。3在輸電線路gis系統(tǒng)中，一條完整的線路往往要延續(xù)幾十甚至幾百公里，這使得相應的數(shù)字地面模型規(guī)模巨大，加上眾多的河流、道路、居民區(qū)等地表特征物模型和數(shù)以千萬計的輸

14、電設備模型，導致整個三維場景結(jié)構復雜。（2）在二維gis系統(tǒng)中，一般用點狀或線狀等抽象符號表達設備信息，無法直觀的顯示設備本身的結(jié)構和相互間的關聯(lián)，而且很難表達大小比例；在三維gis系統(tǒng)中，模擬真實的設施（如電桿、基站、電線）是虛擬現(xiàn)實的基本要求，這使得模型本身會變得比較復雜，甚至要進行組合構造6。以基站為例，不但每個基站的高度、位置有差別，而且覆蓋范圍、旋轉(zhuǎn)角度也會有不同的表現(xiàn)方式，因此，選用合理的設計模式和組織方法來處理設施對象也是實現(xiàn)三維gis系統(tǒng)的一個重點。（3）三維gis系統(tǒng)是一個集數(shù)字地表模型、管線設施模型和各類相關地理、設施信息數(shù)據(jù)的綜合管理平臺，如何將這幾類數(shù)據(jù)有機的結(jié)合在一起

15、，以提供良好的交互式查詢和維護功能，是系統(tǒng)整體性的要求。三維管線資源展示使用戶可以在三維的空間中查看和管理輸電系統(tǒng)，其主要功能如下：（1）將目標范圍內(nèi)的地表特征和移動通信管線資源用三維模型形象化，并提供斷面圖、地標定位圖和三維立體模型圖；在三維場景中可進行漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)及飛行等操作8；（2）方便快捷地查詢?nèi)我还芫€設施的屬性資料，比如：電桿的施工單位、高度等設施屬性，并可直觀地在三維場景中顯示電桿之間的吊線段和管道段；（3）結(jié)合對應的二維gis系統(tǒng)，可在三維和二維系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)互動。實現(xiàn)以上功能，如果希望避開上述的實現(xiàn)難點，借助中間件是可行的解決方案。google earth是目前使用廣泛的空

16、間地理信息系統(tǒng)，它提供了一系列的api和建模工具，可以作為備選的中間件。1.3.1 2d空間的資源定位2d空間上的資源定位，是基于2d電子地圖的?；竟δ苋缦拢嚎梢哉{(diào)整圖層的位置，設置是否顯示圖層；可以移入或者移出文件夾中的圖層；可以為所有點設施設置標注；可以為所有線設施設置名稱；地圖圖層游覽，在配置工具中可以放大、縮小和還原；可以移動界面上的點圖形。地圖顯示提供給用戶最基本的地圖功能，除此之外，需要同時在地圖上顯示業(yè)務數(shù)據(jù)。基于系統(tǒng)速度的考慮，業(yè)務數(shù)據(jù)圖層也應該在地圖放大到一定比例后才開始顯示。讀取的業(yè)務數(shù)據(jù)在系統(tǒng)運行時是通過緩存的方式存放在服務器端的，這就存在一個緩存和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的同步問題

17、：系統(tǒng)每天定期從數(shù)據(jù)庫中重新讀取數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的相對同步性。支持在地圖上顯示的設施如表1-1所示。表1-1 系統(tǒng)支持顯示的設施列表顯示方式設施類別點設施局站人井電桿/撐點odf光交接箱光分纖箱無線基站公話亭線設施管道段吊線段光纜段虛連接上述基本功能，在早期的gis開發(fā)平臺上已經(jīng)支持，開發(fā)需要做的主要是構造業(yè)務信息。對比發(fā)現(xiàn)，選用jloox進行開發(fā)，較之其它專業(yè)gis平臺有其自身的優(yōu)勢和不足，對比如表1-2所示。表1-2 jloox與專業(yè)gis平臺的功能對比功能jloox專業(yè)gis平臺地圖編輯需要第三方工具平臺本身包含地圖數(shù)據(jù)量支持小于100m的數(shù)據(jù)采用分幅、按需裝載等技術，所以無限制地圖顯示和

18、瀏覽界面簡單，容易使用功能強，使用相對復雜地圖分層支持支持地圖顯示配置支持支持空間分析緩沖區(qū)不支持支持空間分析疊加不支持支持空間分析拓撲支持支持空間統(tǒng)計距離支持支持空間統(tǒng)計面不支持支持地理坐標轉(zhuǎn)換支持支持結(jié)果輸出簡單打印輸出功能，a4尺寸專題地圖制作，分幅地圖，標準格式輸出，打印輸出，某些平臺可以支持繪圖儀1.3.2 3d空間的資源定位3d空間上的資源定位，是基于3d地圖的?；竟δ苋缦拢嚎梢砸迫牖蛘咭瞥鑫募A中的圖層；可以為所有點設施設置標注、備注信息、地標、模型；可以為所有線設施設置名稱、備注信息、地標、模型；地圖游覽，在配置工具中可以放大、縮小和還原；在三維場景中可進行漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)及

19、飛行等操作。同2d顯示一樣，地圖顯示提供給用戶最基本的地圖功能，除此之外，需要同時在地圖上顯示業(yè)務數(shù)據(jù)。三維系統(tǒng)暫不提供設計功能，只提供定位和顯示功能。用戶在平面地圖上選定管線資源，然后定位到3d場景。希望是將系統(tǒng)現(xiàn)有的基站、電桿、吊線段等模型和設施信息置于google earth的真實地理場景中向用戶展現(xiàn)。因此要求基站、電桿、吊線段等擁有對應的3d展示模型，特別是基站，還需要展現(xiàn)出輻射范圍等立體信息。2 研究方案2.1 技術方案2.1.1 總體方案2.1.1.1 系統(tǒng)的設計模式首先需要確定系統(tǒng)的設計模式。由于資源的種類是不斷增長的，所以采用一種便于增加服務的系統(tǒng)設計模式不僅可以減少系統(tǒng)的耦合

20、性，而且可以方便客戶端的開發(fā)人員進行開發(fā)。圖2-1 抽象工廠模式示意圖抽象工廠模式是比較符合以上開發(fā)需求的一種設計模式，如圖2-1所示。抽象工廠模式將具體的“產(chǎn)品”實現(xiàn)封裝到具體的“工廠”實現(xiàn)中，而客戶只依賴于“產(chǎn)品”和“工廠”的接口，避免依賴于“產(chǎn)品”和“工廠”的具體實現(xiàn)類，由于“工廠”封裝了所需的“產(chǎn)品”，要更換所有的“產(chǎn)品”，只需要簡單的更換“工廠”就可以了，不需要更改其他。2.1.1.2 系統(tǒng)的架構設計系統(tǒng)設計為b/s模式，結(jié)構示意如圖2-2所示：web服務器客戶端ie數(shù)據(jù)庫圖形處理系統(tǒng)查詢系統(tǒng)地圖文件圖2-2 系統(tǒng)結(jié)構示意圖2.1.2 技術路線具體的開發(fā)工作應該按照以下的順序來進行，

21、并且嚴格的按照軟件開發(fā)過程管理來進行管理。1. 需求分析，技術儲備、預研，確定選用的中間件定位系統(tǒng)向用戶提供了2d地圖上的定位功能和3d空間中的定位功能，旨在方便用戶進行查詢、設計。具體需求需要從移動公司的業(yè)務代表處獲取。該過程階段性的成果是，根據(jù)需求確定選取合適的中間件完成開發(fā)任務，并且熟悉中間件平臺上的開發(fā)。2. 地理信息數(shù)據(jù)庫的設計因為后面的數(shù)據(jù)展現(xiàn)，依據(jù)的都是數(shù)據(jù)庫中的記錄信息，因此該部分的設計很是重要。一般來說，gis數(shù)據(jù)庫的設計有下面幾個要求9：（1） 最小冗余度原則：數(shù)據(jù)盡可能不重復；（2） 應用程序?qū)?shù)據(jù)資源的共享原則：以最優(yōu)的方式服務于一個或多個應用程序；（3） 數(shù)據(jù)獨立性原

22、則：數(shù)據(jù)的存放盡可能地獨立于使用它的應用程序。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型的確定要經(jīng)過以下步驟10：（4） 設計相互關聯(lián)的表格；（5） 對數(shù)據(jù)表進行規(guī)范化；（6） 定義主鍵和外鍵；（7） 使用實體關系模型來定義關系；（8） 關系表的再規(guī)范化。3. 平面地圖展現(xiàn)管線數(shù)據(jù)從這一部分起，進入編碼階段。系統(tǒng)采用迭代的方式開發(fā)，這部分作為系統(tǒng)迭代開發(fā)的第一個周期。完成的任務主要是：地圖圖層的維護；業(yè)務數(shù)據(jù)（即管線數(shù)據(jù)）的展示；業(yè)務數(shù)據(jù)的添加。4. 三維空間中管線數(shù)據(jù)的展示該部分作為系統(tǒng)迭代開發(fā)的第二個周期。5. 添加二維空間和三維空間展示的交互2.2 方案實施所需的條件本課題包括中間件技術分析研究、設計數(shù)據(jù)庫結(jié)構和針

23、對特定的服務進行子模塊的編碼實現(xiàn)三部分。2.2.1 技術條件 完成本課題必備的技術條件如下：1. 懂得面向?qū)ο蟮某绦蛟O計等，熟練java語言編程。需要對xml語言有一定的了解，了解如何解析和書寫xml文件；2. 了解和熟悉gis的特點和開發(fā)思想；3. 需要熟悉中間件技術，并且對于選定的中間件和開發(fā)平臺熟練使用；4. 熟悉oracle數(shù)據(jù)庫；5. 熟悉b/s架構的程序開發(fā)。2.2.2 試驗條件 測試環(huán)境要求具備指定區(qū)域的地圖，并需要進行大量的數(shù)據(jù)錄入工作，將系統(tǒng)需要展示的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。2.3 存在的主要問題和技術關鍵2.3.1 存在的主要問題系統(tǒng)存在的主要問題即時率問題。數(shù)據(jù)的實時性，對于基于

24、web的管線系統(tǒng)來說，是一個比較矛盾的問題。系統(tǒng)是并發(fā)的，如果要求顯示數(shù)據(jù)的準確和實時性，那么服務器的性能就會下降，用戶瀏覽網(wǎng)頁的時候就能明顯的感覺到速度不濟。希望通過設定緩存，定時更新緩存中的數(shù)據(jù)信息，能夠為解決上述難題提供一個折衷的方案。2.3.2 技術關鍵系統(tǒng)在技術實現(xiàn)上需要攻克的兩個難題：（1）中間件的選擇；（2）三維空間地理信息的存儲。2.4 預期達到的目標借助基于gis中間件，實現(xiàn)web版的管線資源管線系統(tǒng)。本項目是蘇州移動綜合管線資源管理系統(tǒng)的衍生。蘇州移動管線資源管理系統(tǒng)對于移動公司的數(shù)據(jù)普查有很大的意義，將很快在蘇州投入使用，并且有望在短時間內(nèi)，在江蘇省內(nèi)全面推廣。3 研究計

25、劃進度表和經(jīng)費預算及經(jīng)費落實3.1 研究計劃進度表研究計劃進度表如表3-1所示。表3-1 研究計劃進度表序號階段及內(nèi)容起訖日期階段成果形式1前期準備工作：收集資料，技術調(diào)研2007.7-2007.8選用合適的中間件進行開發(fā)2系統(tǒng)的前期設計，包括基本模塊的劃分、設計、和子模塊的設計2007.8-2007.12完成系統(tǒng)的基本設計，配合完成系統(tǒng)設計說明書3準備開發(fā)環(huán)境，完成系統(tǒng)基本模塊的開發(fā)2007.12-2008.1完成系統(tǒng)基本模塊的開發(fā)并且完成單元測試4系統(tǒng)針對具體應用的子模塊的開發(fā)2008.1-2008.2完成系統(tǒng)子模塊的并且結(jié)合基本模塊進行單元測試5系統(tǒng)的集成測試2008.2-2008.3在模擬的系統(tǒng)環(huán)境中進行系統(tǒng)的集成測試6課題總結(jié)及編寫論文2008.3-2008.4寫出結(jié)論報告；完成系統(tǒng)測試報告，完成論文定稿3.2 經(jīng)費預算及經(jīng)費落實本課題來源于實習基地上海國信朗訊公司，經(jīng)費預算及落實工作均由該公司負責。主要參考文獻目錄1 鄔倫, 劉瑜, 馬修軍, 韋中亞, 田原. 地理信息系統(tǒng)原理方法和應用. 科學出版社. 20022 paul a.longley, michael f.goodchild, david j.maguire.