基于智慧城市GIS系统的设计与实现

基于智慧城市GIS系统的设计与实现

饶先选1

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北  武汉  430021）

[摘 要]本文章基于geoTools及Geoserver等GIS工具技术，阐述了智慧城市GIS系统的设计及实现方法。先介绍了项目建设意义及背景，然后分析了系统功能及技术架构，并对前端GIS数据的上传及自动化发布服务管理与专题展示分析的实现上进行了设计，最后进行总结及展望。

[关键词]geoTools；Geoserver；自动化发布；专题展示

1  引言

随着webGIS技术及智慧城市应用的不断发展，各类GIS数据的汇聚、转换及可视化分析等中台应用越来越广泛，各企业和政府机构对各类专业GIS数据的管理及分析指挥需求也越来越强烈。WebGIS也称万维网地理信息系统，是在Internet或Intranet环境下的一种兼容、存储、处理、分析、显示和应用地理信息的计算机信息系统[1]。“智慧城市”是一种“以数字化、网络化和智能化的信息技术设施为基础，以社会、环境、管理为核心要素，以泛在、惠民、绿色为主要特征的现代城市可持续发展韬略”[2]。基于智慧城市GIS系统（以下简称本系统）针对智慧城市二维时空数据提供存储、转换处理及自动化发布管理和专题展示等功能，通过空间数据库管理框架，建设空间数据服务体系，为基础时空各专题服务提供统一的空间数据应用服务、为信息化管理和宏观决策提供依据。

2系统功能及技术架构

本系统属于GIS类型数据的存储管理及自动化服务发布与专题展示平台。系统运行环境基本要求是CPU为i3及其以上型号、内存为4G及以上、硬盘容量为100G或以上。操作系统为Win7及以上。

2.1 系统功能

系统从功能上分为五大模块，分别为“数据管理”、“空间处理”、“图层管理”、“查询分析”、“服务管理”、“系统管理”五大模块。“数据管理”提供了GIS数据的上传、对文件及库表两种数据源的一键发布功能，以及多种转换后的坐标系及格式文件导入及批量下载功能。“空间处理”模块提供常用的GIS坐标系转换及多种格式的转换功能，以及提供了GIS发布图层及样式的在线编辑功能。“图层管理”工具提供了对数据服务进行编辑类型管理功能。“查询分析”模块集成了图层预览及服务新增和删除管理、缓冲区及统计分析查询等功能。“服务管理”模块，提供“空间库管理”及“文件库管理”两大类的服务状态管理功能。“系统管理”模块，提供角色、用户、组织结构及权限和日志的管理。

2.2 技术架构

    本系统数据层主要包含postgis库及文件库。服务层采用基于springboot框架下的geoTools工具开发的java微服务构件，以及以Geoserver提供的wms为主的GIS图层服务，所有服务在流转到应用层之前都要进行鉴权及token验证，才能在前端应用端进行服务消费与展示。应用层涉及用户管理、数据管理、图层管理、服务管理及各类统计应用等。

3系统设计

3.1 GIS数据上传管理

数据是本系统的核心驱动力，对数据的采集及上传管理是首要的关键一步。在上传格式上，支持常规的shapefile、gdb、zip及geoJson等格式的上传及分类管理。上传后，后台geoTools工具会自动解译GIS数据的图层类型（点、线、面等）、边框范围、坐标系等信息，并支持数据表单按资源数据或坐标系的过滤查询、名称属性修改及文件删除等管理功能。

3.2 数据处理

数据处理是当上传的源数据在格式或坐标系上不符合发布的标准时，通过提供的各类转换工具对其进行快速转换及数据共享交换。格式上主要提供shp、geojson及库表之间的互转功能，坐标系转换借助geoTools工具可以实现wgs84、北京54、西安80、武汉2000和web墨卡托投影坐标系的任意之间互转功能。此外，空间处理模块基于WFS元素服务还提供了GIS数据的空间编辑及样式修改等维护功能，能够对GIS数据进行属性、几何及样式的修改及持久化保存。

3.3 自动化发布

系统在对上传后的数据进行坐标系转换及确认等处理后，就可以对数据进行一键发布至Geoserver，或导入postgis后再一键发布。即在发布源上同时支持文件类型和库表类型的自动发布，底层工具主要是依靠it.geosolutions开源库，它是Geoserver的rest接口的标准化应用库，能在maven仓库下通过简单的引入到springboot框架下做标准化开发，具有模块化及开发灵活性等特点。当然，对于shp类型的发布是需要先压缩zip然后再发布到Geoserver，只不过前端屏蔽了两者格式的差异性，可以让用户无感地选择发布shp源或库表类型数据形成图层服务。

3.4 专题展示分析

本模块的设计核心是将所有的发布图层以资源地址的形式，通过导入、修改和删除事务操作将其挂钩到图层树上。图层树上会有详细的数据类型目录分类，包含在线底图、行政区域、水系、道路、管网、地铁、铁路、用地、街道分区、防汛等类别。通过这种数据与类型的关联导入，可以很灵活地实现图层数据的分类管理及专题数据叠加展示。此外，系统提供多种GIS分析，比如管网的上下游分析、统计分析、缓冲区分析、横纵剖面分析等功能，满足专题展示下的数据分析需求。

3.5 服务管理

服务管理的作用是对已发布的各类图层服务进行启停管理及业务编辑等管理。通过后台it.geosolutions开源库的支撑，模块提供了文件库及postgis空间库两大类的服务管理及监控功能，能够通过前端的服务监控告警功能及服务启停管理功能提高GIS服务的运行管理效率。此外，服务与系统管理的角色有关联关系，通过配置角色的数据权限范围，可以让角色内的所有用户共享到服务资源。

4总结与展望

4.1 总结

本文章详细阐述了智慧城市GIS系统的功能模块组成及技术框架设计流程。从整体GIS数据的多格式上传管理、格式及坐标系转换、图层一键发布到后期的维护编辑及专题展示分析等，形成了借助Geoserver中间件以springboot微服务为主体的大数据存储及分析中台，能够提供数据层、服务层、分析应用层等多维度的高效管理及监测运行等功能，以统一的空间数据库及文件库位核心，通过标准化WMS等服务为信息化管理和宏观决策提供分析依据。

4.2 展望

其一，本系统的数据模式仅限于二维GIS数据，故系统运行环境配置要求也比较低。后续随着cim及cim+应用需求的增加，本系统可能会考虑三维结构数据的管理及自动化发布服务，比如支持arcgis的I3S、超图的S3M或3dtiles标准的服务管理及数据处理分析功能。

其二，在业务功能上，考虑到多级政府机构往往对数据涉密要求高，后续考虑对数据或功能权限的分配采用订阅式地资源请求方式，通过审核流程将多级用户的服务共享请求进行处理，形成数据共享的高效安全、符合用户特定制度的时空大数据管理产品。

参考文献：

[1]吴信才．地理信息系统与实现[M]．北京：电子工业出版社，2002：214-218.
[2]王世伟．说“智慧城市”[J]．图书情报工作，2011，（2）：5-9.

[作者简介] 饶先选（1988—），男，汉族，湖北武汉人，供职于武汉市政工程设计研究院有限责任公司高工，研究方向：智慧城市、cim。