基于C/S與B/S混合結構的石漠化信息管理系統研究與應用

劉發勇，熊康寧，蘭安軍，詹鳳麗，王小林，艾　玉

(1.貴州師范大學 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽550001；2.國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學 地理與環境科學學院，貴州 貴陽550001)

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基于C/S與B/S混合結構的石漠化信息管理系統研究與應用

劉發勇1,2，熊康寧1,2，蘭安軍2,3，詹鳳麗3，王小林3，艾玉3

(1.貴州師范大學 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽550001；2.國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴州 貴陽 550001；3.貴州師范大學 地理與環境科學學院，貴州 貴陽550001)

[摘要]針對石漠化綜合治理信息管理滯后、成果共享困難等，基于ArcGIS Engine、Microsoft Visual Studio和Dreamweaver開發環境，采用C/S與B/S混合結構體系構建石漠化管理信息系統，介紹了系統體系結構、系統功能、數據組織等。C/S桌面應用系統以ComGIS技術進行組建，實現數據的查詢、分析與統計等?；贗nternet的WebGIS應用系統通過ArcGIS Server技術實現石漠化綜合治理數據及成果信息的共享與發布，為石漠化的綜合治理提供技術支撐。

喀斯特石漠化是我國南方亞熱帶喀斯特地區典型的生態問題[1-4]。隨著GIS與RS技術的發展，許多學者將其引入到喀斯特石漠化問題的研究中來，并取得了較好的成果。Leszek Litwin以WebGIS為支撐，使用地圖服務器和空間數據庫應用程序，建立了阿特拉斯的喀斯特信息網站，提供了建立喀斯特信息管理系統的方案[5]；胡順光、廖赤眉、譚啟宇等在地理統計分析方法的基礎上，借助ArcGIS軟件中的空間疊加分析功能，實現了從地理基礎數據到石漠化專題數據的轉化[6-8]；閻熙睿等以南川區石漠化治理數據為主要數據源，提出了石漠化治理成果信息系統數據庫建立的具體流程與方法，并對系統功能進行了介紹[9-10]；王鈺從系統結構、數據庫和網絡功能等方面探討了貴州省石漠化監測與管理信息系統的設計方法，并實現了石漠化治理信息的有效管理與數據共享[11]。綜合上述研究成果，目前學術界關于石漠化綜合治理成果數據管理、數據庫建設和成果共享等方面的專題研究不多，本次研究在國家“十二五”科技支撐計劃重大課題的支持下，通過建立基于C/S(Client/Server結構)與B/S(Browser/Server結構)混合結構的管理信息系統，以期能為示范區石漠化綜合治理提供一個有效的數據管理體系，為石漠化治理工作的開展、數據集成和成果共享等提供參考。

1系統設計與數據組織

1.1系統體系結構

C/S系統與B/S系統分別有各自的優勢與不足。傳統的C/S應用系統積累了大量的應用和信息，但其在網絡環境下很難實現共享，而借助Internet能充分利用這些已有的應用和信息；B/S模式是一種基于Internet的適用于信息發布與信息查詢的系統模式，但隨著地理數據的應用，其在線數據處理功能的實現尚存在一些困難[12]?；谏鲜鲈?，本研究建立的石漠化信息管理系統以石漠化空間數據為基礎，采用C/S與B/S混合結構來構建系統，其中C/S桌面應用系統能實現數據的處理、更新和空間分析等，而B/S網絡系統能實現數據的查詢、瀏覽和成果發布等。系統采用數據服務層、邏輯應用層、用戶視圖層三層體系結構進行搭建：用戶視圖層是系統與用戶的交互層，用戶根據需求發送指令；邏輯應用層是系統的中間連接，在接收到用戶發送的請求后，通過ArcSDE連接到數據庫，實現數據的調用；數據服務層是系統的基礎，為系統提供基礎數據支持，在邏輯應用層接收到用戶層的需求指令后，向數據服務層調用數據，最后將結果返回用戶層。邏輯應用層能根據用戶的不同需求，提供不同的服務內容。桌面用戶以C/S系統為主，而當切換至IE用戶時，系統則轉為B/S系統。兩個系統彼此獨立運行，但又通過數據層緊密聯系。系統總體框架結構見圖1。

1.2系統功能分析

系統功能的完整性決定了系統的實用性。與傳統管理信息系統不同，地理信息管理系統的主體是地理數據，地理數據具有空間屬性和時間屬性，因此在數據的層次結構與數據之間的聯系方面存在明顯的區別，具體系統功能根據數據結構體系的不同也存在差異。

圖1　系統總體框架結構

C/S系統能實現地理數據的基本操作、統計分析、空間查詢，以及地圖制圖等功能；B/S系統分為普通網頁與WebGIS網頁兩大模塊，普通網頁以文本、圖片、報表等形式實現信息的快速查詢，但要詳細查詢大量空間數據庫則要采用WebGIS網頁服務技術。ArcGIS Server技術是在Internet與地圖查詢技術相結合前提下發展起來的一種新興技術，其通過ArcSDE技術調用數據庫，在Internet平臺上為用戶提供地理空間數據的瀏覽、查詢和分析功能，實現基于Web的空間數據發布與共享。

1.3數據組織與管理

石漠化綜合治理是一項復雜的工作，需要多源數據的支持，包括基礎圖件數據、表格數據、文本數據，以及從各類專題圖形數據中提取的信息等。根據管理系統的特點，將數據分為三大類，即基礎數據、生態環境數據、石漠化專題數據。根據基礎數據的特點，再進一步將數據細分為自然環境數據與社會經濟數據兩類，其中社會經濟數據通常以表格形式存儲。但在GIS應用系統中為了能直觀地對數據進行展示，通常以行政區為單元將社會經濟數據連接到行政區數據屬性表中，賦予其地理空間信息，在進行地圖顯示的時候便可以直觀地以餅狀圖和柱狀圖等形式進行顯示。由此建立的主體數據庫結構體系見圖2。

2系統關鍵技術

2.1ComGIS

ComGIS技術又稱組件式GIS，是在局域網上開發C/S模式地理信息系統的關鍵技術[12]。組件技術的使用使近年來興起的面向對象的開發技術進入到成熟的實用化階段，很好地解決了傳統系統開發中代碼重用的問題，不僅可以集成到開發者的GIS應用軟件中，而且能為系統用戶提供二次開發的機會，用戶可以根據自己的需求利用組件提供的接口進行再開發，設計出符合自己需求的GIS軟件。

圖2　主體數據庫結構體系

2.2ArcGIS Server

ArcGIS Server是ESRI公司在其主導產品ArcGIS的基礎上推出的用于構建集中管理、支持多用戶、具備高級GIS功能的企業級GIS應用平臺[13]。ArcGIS Server不僅為用戶提供了簡單快速的服務器端配置和集中的服務管理，而且為用戶提供了大量用于地理空間數據操作和分析的組件，通過運行并管理運行在GIS服務器上的服務對象提供GIS資源從而實現相應功能。ArcGIS Server的服務器對象是管理和提供GIS資源服務的軟件對象。服務器對象本身是一種粗粒度的ArcObjects組件[14-15]。

2.3ArcSDE

ArcSDE是ArcGIS應用軟件調用DBMS數據的通道，是ArcGIS的空間數據引擎(Spatial Database Engine)，其為DBMS提供了一個開放的接口，從而為用戶提供空間和非空間數據庫的高效率操作服務。ArcSDE采用客戶端/服務器體系結構，客戶端是用戶選擇的運行軟件，服務器端即為ArcSDE應用服務器和RDBMS服務器，以及用戶基于ArcCatalog所建立的地理數據庫(Geo Database)。ArcSDE是ArcGIS軟件通過關系數據庫調用地理空間數據的關鍵技術。ArcSDE還提供了與其他應用程序的接口，用戶可以根據自己的需求將空間數據的檢索和分析等功能通過這一接口集成到自己的應用系統中，從而實現功能的模塊化組建[16-18]。

3系統的實現與應用

3.1系統開發環境

結合系統決策者與系統運行的需要，系統開發采用可視化、面向對象、事件觸發方式的開發語言——VB實現。開發選用Microsoft Visual Studio環境，ArcGIS軟件選用ArcGIS 10.0與ArcGIS Engine 10.0的組件模塊進行集成二次開發，系統界面設計、GIS接口等采用VB語言進行組建，地理空間數據的輸入、處理、輸出和數據的圖形可視化等采用ArcEngine實現?？臻g數據和非空間數據通過網站進行信息共享，由普通圖文信息和WebGIS空間地圖服務信息共同組成。普通網頁開發設計工具采用Dreamweaver和Flash實現，WebGIS地圖信息采用ArcGIS Server平臺發布。

3.2石漠化系統應用

關嶺-貞豐花江喀斯特高原峽谷中-強度石漠化綜合治理示范區位于貴州省關嶺縣與貞豐縣交界處的北盤江峽谷花江段，是貴州高原上一個典型的喀斯特峽谷區域。該示范區總面積5 161.65 hm2，其中喀斯特面積占87.92%，海拔450～1 450 m，相對高差1 000 m，冬春溫暖干旱，夏秋濕熱多雨，年均降水量1 100 mm，熱量資源豐富，多年平均氣溫18.4 ℃。以山地為主，耕地資源不足，耕地土層淺薄、分布不連續且保水性與耐旱性差，長期高強度的土地墾殖和亂墾濫伐使土地生產力下降、土壤養分流失。農業產出與生存需求之間的矛盾演變成惡性循環，加劇了石漠化的演化過程，對人類生存造成了嚴重威脅。經過多年的石漠化綜合治理，示范區在實踐中探索出轉變土地利用方式(由原先以糧食種植為主轉為以栽植經果林為主)，并總結出了以特色產業為主的循環經濟石漠化綜合治理模式。示范區石漠化管理信息系統以示范區石漠化數據庫為基礎，集石漠化空間數據管理、數據采集、查詢統計、空間分析和專題制圖于一體，能為石漠化綜合治理決策部門提供便利服務?；ń痉秴^C/S桌面應用系統與B/S網絡應用系統見圖3。

4討論與結論

本研究以C/S和B/S模式混合結構體系建立喀斯特石漠化信息系統，系統開發具有很強的針對性，通過對系統結構體系、數據組織，以及系統功能的介紹與分析，實現了石漠化綜合治理成果數據的管理與網絡共享，是對新技術的一種嘗試，為實現區域石漠化綜合治理模式的推廣應用提供了有效的途徑。同時，采用組件式GIS開發技術與基于ArcGIS Server的地圖發布技術進行系統設計，大大提高了軟件的可操作性。在以后的研究中可加強治理成果數據的WebGIS共享應用，實現石漠化綜合治理信息數據的更新，為用戶更快地掌握最新研究動態提供便利。本次系統設計實現了基本的地圖功能服務，但系統功能還有許多有待完善與改進的地方。在今后石漠化管理信息系統開發工作中，應加強桌面系統空間分析功能與WebGIS在線數據分析功能的應用，并建立石漠化專題數據制圖技術體系，實現石漠化專題信息的快速制圖。

圖3　花江示范區C/S桌面應用系統與B/S網絡應用系統

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(責任編輯李楊楊)

[基金項目]貴州省科技計劃重大專項(黔科合重大專項字〔2004〕6007號)；國家“十二五”科技支撐計劃重大課題(2011BAC09B01)

[中圖分類號]S157;TP311

[文獻標識碼]A

[文章編號]1000-0941(2016)01-0066-04

[作者簡介]劉發勇(1991—)，男，貴州黔西縣人，碩士研究生，研究方向為喀斯特生態環境；通信作者熊康寧(1958—)，男，貴州威寧縣人，博導，教授，碩士，主要從事喀斯特與洞穴、資源與環境和石漠化生態治理等方面的研究。

[收稿日期]2015-05-05

[關鍵詞]C/S；B/S；石漠化；管理信息系統