WebGIS在煤礦防救災(zāi)管理系統(tǒng)中的開發(fā)及應(yīng)用

[摘要] 本文通過WebGIS在煤礦防救災(zāi)系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用，系統(tǒng)地介紹了WebGIS的開發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)了與煤礦井下各種危險(xiǎn)源及相應(yīng)的應(yīng)急救援預(yù)案數(shù)據(jù)庫的無縫連接，以及客戶端實(shí)時(shí)更新WebGIS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)模擬演示各種事故的避災(zāi)線路，完成了煤礦防救災(zāi)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)。 [關(guān)鍵詞] WebGIS 煤礦 管理 開發(fā) 應(yīng)用

1 引言

目前，在美國、日本等先進(jìn)國家，已建立了技術(shù)先進(jìn)、成熟的災(zāi)害應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，我國一些城市已經(jīng)或正在建立城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。我國早在九十年代已經(jīng)提出，建立各行業(yè)特別是高危行業(yè)的重大事故應(yīng)急救援預(yù)案：1997年原化學(xué)工業(yè)部就發(fā)出了《關(guān)于實(shí)施化學(xué)事故應(yīng)急救援預(yù)案，加強(qiáng)重大化學(xué)危險(xiǎn)源管理的通知》；2002年6月頒發(fā)的《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》，更是將建立特大生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案以法律的形式予以確立。一些石油、化工、電力的企業(yè)更是率先建立了重大危險(xiǎn)源監(jiān)控及事故應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。煤炭行業(yè)特大生產(chǎn)安全事故應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的工作開展較晚，技術(shù)手段比較落后，大部分還停留在應(yīng)急救援程序上墻，事故發(fā)生后手工操作階段，效率低、效果差，在一定程度上制約了煤礦重大事故搶救工作的開展，事故造成的影響及損失巨大。

WebGIS是Internet和WWW技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)GIS互操作的一條最佳解決途徑。

隨著Internet和WWW技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，WebGIS在各個(gè)領(lǐng)域得到前所未有的應(yīng)用前景，適用的范圍非常廣泛，可應(yīng)用于物流、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地礦、交通、通訊、新聞媒體、城市建設(shè)、教育、資源（土地、森林、水、礦物、海洋等）、環(huán)境、人口、海洋以及軍事等幾十個(gè)領(lǐng)域，如資源合理利用、數(shù)字天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測與評(píng)估、災(zāi)害模擬和預(yù)報(bào)、漁場預(yù)報(bào)、智能交通管理、城市管道管理、在線政府公共信息服務(wù)等。

WebGIS還可以應(yīng)用于Intranet建立企業(yè)/部門內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)GIS，可以在科研機(jī)構(gòu)、政府職能部門、企事業(yè)單位得到廣泛應(yīng)用。WebGIS提供了一種易于維護(hù)的分布式GIS解決方案。盡管目前的WebGIS軟件提供的空間分析功能很難滿足專業(yè)應(yīng)用的需要，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，WebGIS終將取代傳統(tǒng)的GIS。

2 WebGIS地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)

峰峰集團(tuán)公司防救災(zāi)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)包括礦山應(yīng)急救援體系、重大危險(xiǎn)源辨識(shí)專家系統(tǒng)、應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)平臺(tái)、應(yīng)急救援決策支持平臺(tái)、防救災(zāi)應(yīng)急救援智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、安全生產(chǎn)及應(yīng)急救援網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)等7個(gè)子系統(tǒng)的龐大系統(tǒng)，其中應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，采用了面向?qū)ο?、分布式和互操作為關(guān)鍵特征的WebGIS。

2.1 WebGIS開發(fā)基本思想

WebGIS是基于瀏覽器/服務(wù)器模式的地理信息系統(tǒng)，客戶端僅需通過通用的瀏覽器進(jìn)行系統(tǒng)操作，簡單易用，使得不僅是專業(yè)人員，而且普通用戶也能方便地獲取所需的信息，使得任一Internet用戶均可獲得WebGIS服務(wù)器提供的服務(wù)；同時(shí)，具有良好的

可擴(kuò)展性和開放性。WebGIS已成為GIS的重要發(fā)展方向，各種GIS平臺(tái)，如國外的Arc/Info、MapInfo和國內(nèi)的北京超圖SuperMap IS和中遙地網(wǎng)GeoBeans等均已推出了相應(yīng)的WebGIS產(chǎn)品。
　WebGIS從邏輯上可分為三層：客戶、Web應(yīng)用服務(wù)器和GIS系統(tǒng)服務(wù)器。

客戶：使用Internet標(biāo)準(zhǔn)(如TCP/IP、HTTP、HTML和XML)與Web應(yīng)用服務(wù)器通信來獲取GIS應(yīng)用數(shù)據(jù)和應(yīng)用邏輯；
　Web服務(wù)器：為WebGIS應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存取和應(yīng)用繼承等服務(wù)，對客戶端通過Web頁面產(chǎn)生的用戶請求根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生新的頁面，并送回到客戶端；
　GIS系統(tǒng)服務(wù)器：通過連接器與Web服務(wù)器連接，與Web服務(wù)器集成起來為客戶服務(wù)。

2.2 WebGIS開發(fā)環(huán)境：

WebGIS的開發(fā)環(huán)境根據(jù)各行業(yè)的需求有所不同，WebGIS的開發(fā)環(huán)境依賴于服務(wù)器的操作系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)平臺(tái)、所用的數(shù)據(jù)庫類型和所用的開發(fā)語言。

目前WebGIS系統(tǒng)從實(shí)現(xiàn)模式上主要可以分為兩類：采用服務(wù)器端策略和采用客戶端策略。服務(wù)器端策略的WebGIS系統(tǒng)通常是通過CGI（公共網(wǎng)關(guān)接口）、ASP（Active Server Page）、JSP(Java Server Page)或Server API實(shí)現(xiàn)客戶端于服務(wù)器之間的交互，達(dá)到進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)處理和分析；客戶端策略的WebGIS系統(tǒng)通常是通過GIS Plug-in（插件）、ObjectWeb(分布式對象組件結(jié)構(gòu)，基于DCOM/ACTIVE標(biāo)準(zhǔn)或CORBA/JAVA標(biāo)準(zhǔn))來進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)處理和分析。

在河北峰峰集團(tuán)的WebGIS系統(tǒng)開發(fā)中，根據(jù)集團(tuán)的需求擬出如下開發(fā)環(huán)境的：

（1）WebGIS平臺(tái)：

根據(jù)平臺(tái)的選擇原則，對比了國內(nèi)外的GIS廠商的產(chǎn)品，我們選擇國產(chǎn)的地網(wǎng)GeoBeans作為GIS開發(fā)平臺(tái)。

地網(wǎng)GeoBeans采用B/S計(jì)算模式，由分布在Internet上的客戶端、Web服務(wù)器、多應(yīng)用服務(wù)器、多數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及圖形編輯器組成。主要功能包括：柵格與矢量地圖的放大、縮小、全圖、漫游，柵格與矢量合成操作，屬性和空間雙向查詢，圖層控制與鷹眼，空間分析與網(wǎng)絡(luò)分析，動(dòng)態(tài)制圖和三維可視化，分布式計(jì)算等。該軟件的主要特色包括：跨平臺(tái)操作，靈活的構(gòu)件化技術(shù)，海量數(shù)據(jù)支持，開放式體系結(jié)構(gòu)，多種開發(fā)模式，客戶端兼容矢量和柵格數(shù)據(jù)操作，基于RMT/CORBA等先進(jìn)技術(shù)，擴(kuò)展能力較強(qiáng)。系統(tǒng)的文檔規(guī)范齊全，商品化程度較高。

（2）服務(wù)器操作系統(tǒng)

根據(jù)操作系統(tǒng)的直觀性、普遍性、穩(wěn)定性、安全性和易用性原則，我采用了美國微軟的Windows操作系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

在性能價(jià)格比以及考慮到穩(wěn)定性、兼容性、穩(wěn)定性、安全性和易用性，我們選擇美國微軟的Sql Server2000數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。

（4）開發(fā)語言

根據(jù)Web編程的特點(diǎn)、各支撐平臺(tái)的選擇以及綜合考慮集團(tuán)公司的需求和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、易擴(kuò)展性跨平臺(tái)性，我們擬采用服務(wù)器端策略和客戶端策略相結(jié)合的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式，所以在在開發(fā)語言中，客戶端開發(fā)語言采用HTML4語言和Javascript語言；客戶端開發(fā)語言采用當(dāng)前流行而且成熟的asp語言。

（5）其他支撐的軟件

本系統(tǒng)的客戶端采用Java Applet策略，所以需要到JAVA虛擬及來支撐運(yùn)行。由于集團(tuán)的圖形數(shù)據(jù)大多是用AutoCAD來做，所以在倒入數(shù)據(jù)方面采用c/s結(jié)構(gòu)。

2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)的基本框架采用B/S和C/S相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)的更新部分及系統(tǒng)維護(hù)部分采用C/S結(jié)構(gòu)，用戶查詢統(tǒng)計(jì)部分采用B/S結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)的瀏覽器/服務(wù)器模型(B/S)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的主要開發(fā)模型(見下圖)，這種方案將系統(tǒng)劃分為三“層”，客戶機(jī)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。B/S結(jié)構(gòu)通過平衡客戶機(jī)/服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊，利用服務(wù)器的高性能處理復(fù)雜的關(guān)鍵性的應(yīng)用，降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，并簡化了客戶端的應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境，降低了軟件的維護(hù)費(fèi)用。

(1)瀏覽器

進(jìn)行Web-GIS的設(shè)計(jì)最重要的一點(diǎn)是在客戶端如何顯示地圖，無論是矢量還是柵格，對于Web-GIS來說，客戶端的程序在瀏覽器中運(yùn)行，如IE、Netscape等，為用戶服務(wù)提供一個(gè)可視化的界面，用來接收用戶輸入以及最終的信息表示。應(yīng)用IE等瀏覽器，從Web服務(wù)器卸載程序和數(shù)據(jù)，進(jìn)行地理信息服務(wù)。GeoBeans圖形瀏覽模塊，是以Java軟件包的形式提供給用戶的JavaBeans組件。用戶利用這些軟件包與HTML、JavaScript、VBScript 語言開發(fā)網(wǎng)頁。在客戶端使用本系統(tǒng)時(shí)，盡量不下載控件及安裝本系統(tǒng)的軟件，保證系統(tǒng)的安全及客戶方軟件系統(tǒng)的獨(dú)立性，盡量在客戶方做到零維護(hù)，同時(shí)使客戶方的軟硬件資源得到充分的利用，以減輕服務(wù)端的負(fù)擔(dān)，客戶方通過服務(wù)方提供服務(wù)，通過應(yīng)用服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫。

用戶界面可以通過標(biāo)準(zhǔn)的HTML的表元素的組合來實(shí)現(xiàn)，如按紐、文本框、下拉框等，但標(biāo)準(zhǔn)的HTML語言只支持GIF、JPEG格式的圖像，而不能讀取矢量圖形，因此必須將矢量地圖在服務(wù)器上轉(zhuǎn)換成柵格形式才能下載到客戶機(jī)上顯示。每次客戶對地圖的操作都要傳回到服務(wù)器，等待服務(wù)器生成新的柵格圖像傳回來顯示，這種方法兼容性強(qiáng)，適用于各種瀏覽器，對于客戶端要求不高，但操作和數(shù)據(jù)顯示不夠直觀，而JavaBeans組件正好可以解決這個(gè)問題。

(2)分布式應(yīng)用服務(wù)器

服務(wù)器端要負(fù)責(zé)Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通信，負(fù)擔(dān)比較大?？梢钥紤]多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器，進(jìn)行負(fù)載均衡，負(fù)責(zé)服務(wù)端的計(jì)算、與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，Web服務(wù)，空間數(shù)據(jù)的發(fā)布。多臺(tái)服務(wù)器可以分擔(dān)不同的任務(wù)，如：GIS應(yīng)用服務(wù)器，屬性數(shù)據(jù)搜索、統(tǒng)計(jì)計(jì)算應(yīng)用服務(wù)器，也可設(shè)多臺(tái)GIS應(yīng)用服務(wù)器，多臺(tái)Web服務(wù)器，系統(tǒng)根據(jù)用戶訪問的數(shù)量及系統(tǒng)運(yùn)算量，進(jìn)行負(fù)載均衡，以確保系統(tǒng)的速度和安全可靠，安裝系統(tǒng)的服務(wù)端控件及數(shù)據(jù)庫接口，如：JDBC、ADO.NET等安裝在應(yīng)用服務(wù)器上。

峰峰集團(tuán)WebGIS地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用的物理結(jié)構(gòu)如下圖所示：前臺(tái)信息服務(wù)部分由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、WebGIS應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器和瀏覽器組成。

系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖