地理信息系统论文.doc

摘 要伴随着互联网信息技术的极大发展，使得具有巨大应用前景的WebGIS技术走上了历史的舞台。WebGIS技术将传统的GIS功能进行了非常大的扩展，WebGIS以internet网络为平台，大大不同于以往的GIS系统，使其不再是少数专业GIS人员使用的工具，而是成为了能够普及并推广的通用工具。WebGIS具有传统的GIS不能比拟的优越性，是GIS技术的一个重要发展趋势和方向。本论文以电子科技大学清水河校区数字化校园地理信息系统建设为研究实例，设计了数字化校园的WebGIS模型，并予以实现。建设数字化校园就是采用互联网技术、通讯信息技术、计算机技术等对整个学校的科学研究、教学工作、日常管理和生活服务有关的所有信息进行全方位的数字化和信息化，从而把学校建设成为具备不仅面向校园内，而且同时也面向社会的一个超越空间的数字化虚拟大学。基于WebGIS的数字化校园地理信息系统是WebGIS技术的一个具体应用。本文在阐述了电子科技大学数字校园建设的重要性和必要性的基础上，首先讨论了当前国内外现有WebGIS发展现状，详细介绍了WebGIS技术特点和实现方法。并提出了电子科技大学清水河校区数字化校园的WebGIS模型，此模型基于MVC模式，将对地图操作的空间业务和非空间业务逻辑进行分离。同时还介绍了包括电子科技大学清水河校区数字化校园地理信息系统建设的系统需求分析、系统总体设计的指导思想和目标、系统功能设计等内容。其次，论文对系统所采用的WebGIS服务器平台ArcGIS Server 9.3进行了深入研究和讨论，介绍了该平台的基本组成和体系结构，说明了ArcGIS Server 9.3的运行机制。系统整体结构是采用J2EE技术把系统进行了分层设计，在开发上是采用标准的JSF技术和 JavaADF技术，从而提高系统的可维护性，加快了开发速度，降低了开发风险。最后，文章阐述了系统空间数据库的详细设计，分析讨论了电子科技大学清水河校区数字化校园建设地理信息系统的部分功能设计和实现的源代码和论文所做的关键技术研究工作，对系统的各功能某块进行了测试，给出了总结和展望。关键词：地理信息系统，WebGIS，数字校园，ArcGIS Server 目录第一章绪论11.1数字化校园概要11.2课题的背景和意义21.3国内外发展现状41.3.GIS发展现状41.3.WebGIS发展现状41.4本人的主要工作51.5论文的组织结构6第二章数字化校园系统分析与总体设计122.1数字化校园系统需求分析122.1.1数字化校园建设原则122.1.2数字化校园建设内容132.2基于WebGIS的数字化校园系统总体设计142.2.1基于WebGIS的数字化校园系统总体设计142.2.2基于WebGIS的数字化校园系统网络结构设计142.3系统的应用支撑平台设计142.3.1系统应用平台设计需求162.3.2系统应用平台设计目标162.4系统框架设计182.4.1系统整体IT架构设计182.4.2基于WebGIS的数字化校园地理信息系统模型192.5基于WebGIS的数字化校园地理信息系统功能设计192.5.1地图浏览功能222.5.1.1地图放大、缩小功能222.5.1.2地图漫游功能222.5.1.3鹰眼地图功能232.5.1.4全图显示功能232.5.2电子地图控制功能232.5.2.1图层控制功能232.5.2.2空间数据更新功能242.5.3综合信息查询功能252.5.3.1信息查看功能252.5.3.2信息查询、定位功能252.5.4其它实现功能252.5.4.1距离测量功能252.5.4.2地图打印功能262.5.4.3面积测量功能262.5.4.4资源配送功能262.5.4.5最短路径查询功能262.6本章小结26第一章 绪论地理信息系统(Geographical Information system，GIS)的主要目标是广泛收集、大量储存、高效管理、综合分析和直观显示各种地理空间信息数据1。它是在现代计算机软硬件和互联网的支持下，以特定的格式支持输入/输出、存储、显示以及进行地理空间信息综合查询、空间网络分析、辅助决策的有效工具。GIS以信息化、数字化的形式反映人类生活的地球空间地理信息和各种各样变化的空间数据以及描述这些空间数据所具有的特征和属性，并采用模型化的方法来模拟地理空间对象的行为特征2。1.1 数字化校园概要计算机信息技术和高等教育事业的高速发展，越来越多的高等院校都开始进行各自数字化校园的建设。1992年克莱蒙特大学肯斯.格力(Keneth Genne) 教授发起并主持的一项大型科研项目“信息化校园”(The Campus of Computing project)，第一次提出了数字化校园的概念。数字化校园是以互联网络为基础，利用先进的信息化方法和软、硬件工具，实现从资源（如公文、图书、讲义、课件等）、学校环境（包括实验室、设备、教室等）到活动（包括教、学、管理、服务、办公等）的全面数字化。后来，在1998年l月31日，美国前副总统在美国加利福尼亚科学中心发表了题目为“数字化地球：21世纪我们认识地球的方式”的演讲，又第一次提出“数字地球”这个概念，从此全世界开始接受数字化这个概念，进而引出了“数字城市”等各种数字化概念。数字化校园具有以下五个数字化的典型特征：数字化的管理方法和工作环境、数字化的生活环境、数字化的教学资源、数字化的网络环境、数字化的教育学习环境 3。数字化校园建设的实质是：学校和教育管理部门通过信息化方法，对校园内的各种信息资源数据进行有效集成、快速整合和充分利用，达到对日常校务管理过程和教育、教学的优化、统一协调，实现教学过程与学习过程的全面优化，为学校的老师和同学创造一个良好的教学、学习及生活环境。从而达到提高学校管理水平、科学研究水平和教学质量的目的4。在学校的传统基础设施上建设一个数字化的空间，以扩展校园的空间和时间维度，提高高等院校的工作效率，拓展传统的学校功能，最终实现高等院校的全面信息化和数字化。1.2 课题的背景和意义建设电子科技大学清水河校区数字化校园的目的是为建立统一的、开放的、先进的、安全的、人性化的、承载综合应用的数字化校园系统，实现“网上办公、网上教学、网上管理、网上服务”全面网络化的目标，对整个教学工作、科学研究、生活管理等各个方面提供高效的计算机信息化、人工智能化管理，为全校老师、同学、职工提供便捷、信息全面互享的服务；实现学校各种信息整合和资源的配置优化，提高学校的管理水平，使电子科技大学信息化建设达到国内一流高校水平5。最近几年来，电子科技大学的发展可以用日新月异来形容，电子科技大学是教育部直属的国家“211 工程”和“985 工程”的重点高校，是一所以电子信息科学为核心，涵盖理工、管理和人文等学科的综合大学。现有教职工 3000 余人，学生29000 余人。主校区设有电子工程、通信工程、计算机等 16 个学院以及软件学院、网络教育学院和职业技术学院。此外还有其他三个校区学院，分别是在成都九里堤校区的继续教育学院、成都高新西区校区的成都学院和中山市校区的中山学院。随着电子科技大学办学发展的需要，学校在新校区的建设中也提出了建设一所高标准、高技术的数字校园的目标。电子科技大学清水河校区面积规模为 3081 亩，计划安排全日制学生 50000 余人及教职工 5000 余人。在筹建清水河校区的同时，电子科技大学特别提出了同步建设清水河校区数字化校园的规划，旨在将清水河校区建设为数字化、人性化、高品质的学习、工作和生活环境，并将学校信息化建设提升到国内一流水平6。清水河校区数字化校园将为实现将电子科技大学建设成“在电子信息领域具有世界先进水平的一流大学”的战略目标打下坚实的基础，提供跨越式发展的平台。电子科技大学清水河校区数字化校园旨在充分利用现代成熟的信息技术和信息化实践经验，结合高校特点，采用总体规划、分布实施策略，在全校范围逐步实现科研设计、教学管理、数据资源的信息化，全面提高教学、科研和管理水平，适应高校的信息发展战略，把电子科技大学建设成一个统一的、先进的、开放的、安全的、人性化的数字化校园，使电子科技大学信息化应用达到国内一流高校的先进水平。在过去的校园信息化建设过程中，学校各个部门基本以开发管理信息系统为主，这样的话就导致了下面两个问题的出现：第一、最早时各个部门的管理信息系统基本是单机版，虽然实现了工作由手工到计算机信息化的飞跃，但是很多系统在设计时都没有考虑到和校园其它部门的系统进行信息共享，这样便造成了信息冗余的问题，并且各部门间要实现信息共享会比较困难，形成了很多的信息孤立点。第二个问题是：传统的管理信息系统对于时间和地理空间数据根本无法处理，这样使得这些系统受到了极大的局限，而GIS系统作为一个专门用于收集、储存、管理、分析和表达地球空间数据信息的系统，把每一个要素的地理位置及其相关属性信息有机的结合起来，根据实际需要精确、真实的反馈给用户7。采用万维网地理信息系统技术，能更高效率、更加直接、更加全面地管理空间数据及相应的属性信息。它相对于单一的基于属性数据库的管理信息系统来说具有更加直观、信息容量更加巨大的优点，它还能更加有效地提高校园的管理水平8。所以，建设这样一个系统对电子科技大学清水河校区的发展具有非常重大、深远的意义。WebGIS技术为电子科技大学清水河校区实现全面动态管理和规划提供了一个有效的、现代化的办法。基于公用GIS平台与数字化校园基础支撑平台可以规划数字化校园面向数字管理、数字经营和数字生活的各种应用系统。GIS平台在该系统中的位置和作用如图1-1所示。图1-1 GIS平台在数字化校园中的作用1.3 国内外发展现状1.3.1 GIS发展现状GIS技术是20世纪60年代中期提出并开始发展的。当时，该技术的提出是为了解决地球环境问题。1963年加拿大科学家Gonlinmson第一个提出地理信息系统（GIS）这一专用术语，并在加拿大建立起世界上第一个GIS系统(加拿大地理信息系统CGIS)，用于加拿大自然资源的管理和规划；随后，美国一所著名大学又开发出了一套比较完整的GIS软件：SYSMAP。这便是GIS技术的起步9。20世纪70、80年代以后，伴随着计算机软硬件设备的高速发展，促使GIS技术向着专业应用的方向发展。随后，计算机网络技术又使地理信息数据的传输效率得到了非常大的提高，很多经济发达国家在那时都建设了许多面向专业应用的GIS系统，这些系统在城市建设规划和自然资源有效管理等方面展示了他们非常特别的作用。上世纪末期，GIS系统渐渐成为高层专业人员辅助决策的工具，并开始转向更加复杂的实际应用，这一发展极大的促进了地理信息产业的形成。市场上也出现了一些具有代表性的软件如ESRI公司的ArcGIS、MapInfo、国内的SurperMAP等。如今，经过近半个世纪的发展，GIS技术己经成为一门涵盖地理测绘学、计算机科学与技术、地球环境科学的综合性学科10。1.3.2 WebGIS发展现状20世纪末，GIS技术进入了一个快速发展的时期。GIS已经在非常多的部门和领域得到了应用，出现了一大批从事地理信息系统学科的企业，他们开发出了很多较好的GIS软件，如：VIEWGIS、MAPGIS、GEOSTAR、CITYSTAR、SURPERMAP等9。全球GIS爱好者对GIS技术开发和研究主要集中在空间数据关系模型、GIS的决策支持、地理信息展示、人工智能控制和专家系统的引入等方面，讨论的更多是如何利用地理信息系统获取更大的经济效益，拓展GIS的应用范围，提升开发水平等问题。但是Web技术的出现和迅猛发展，人们对GIS又开始提出了更高的要求，要求具有提供基于互联网的联机事物处理能力的GIS系统的出现，。通过Web客户端满足用户对空间数据处理、分析的需求，为其提供空间数据浏览、查询和分析功能成为GIS发展的必然趋势。在此情况下，基于Web技术的地理信息系统(WebGIS)随之诞生，这一技术的出现标志着GIS技术的发展进入了一个全面崭新的阶段11。目前来说，虽然WebGIS技术发展很快，但是总的说来还处于初级阶段。它还是面临着分布式数据操作难以实现、数据共享困难并不易解决、数据继承困难、缺乏网络内容交互等几个巨大的挑战，亟待我们解决。但是，WebGIS有着其无与伦比的重要性和它所提供的巨大商业机会，全球各大GIS企业都在推出他们的WebGIS产品12。现在，世界范围内有很多的网站可以为用户提供交互访问远程GIS服务的能力，Internet和GIS都是正在高速发展的技术，这使得GIS软件开发人员能够设计出专业的应用，或者使之接近专业人员甚至普及至大众。一些著名的商业GIS软件。ESRI公司的ArcView和Arc/Info，就是通过运行自己的GIS服务，使用户可以通过特定的服务为自己的需求定做GIS功能，这想必也是基于Web的GIS系统的一条发展之路。1.4 本人的主要工作电子科技大学计算机学院信息安全实验室“清水河校区数字化校园地理信息系统”项目组长。个人职责：(1) 项目管理：主要是对项目的进度、项目相关文档和对项目参与人员所负责的各个功能模块完成情况的监督。(2) 项目的理论研究与分析：主要是对项目的可行性进行分析，并且对系统中所涉及的理论知识、技术难点和关键算法等进行研究(3) 项目设计：负载编写项目的需求分析、概要设计、详细设计、系统测试报告等。(4) 项目实现：个人负责项目功能模块中的综合信息查询模块和网络分析模块的代码实现；整合其它项目组成员的模块实现代码，集成为一个系统。(5) 其它工作：在数据库的设计与实现中，所有的空间数据都以.shp格式存储在ORACLE10g数据库中。数据来源于电子科技大学清水河校园建设的CAD图纸。其中涉及到了大量的数据格式转换问题，比如从CAD图纸到.shp文件的转换，空间坐标系的调整，建筑物的空间坐标校正，空间信息的录入、补充，管线和道路的空间分析等大量而繁琐的工作。在不断解决各种问题中，我和项目组的成员不断学习、积累，付出了大量的时间与努力，也获得了许多宝贵的经验。1.5 论文的组织结构本论文以J2EE和ArcGIS Server技术为基础，设计以ArcGIS Server9.3为GIS软件平台，基于MVC模式的WebGIS模型。项目以该模型为基础，结合WebGIS技术，设计一个基于网络用户在线交互操作的、带有空间信息查询、分析功能的数字化校园地理信息系统。本论文共分为7章，论文结构和主要内容如下：第一章：介绍了数字校园的概要，课题的来源和意义，WebGIS的发展情况和本人的主要工作以及论文的研究内容。第二章：介绍了WebGIS的数字化校园设计与实现中所用技术的相关背景知识，包括WebGIS的实现技术以及系统平台软件ArcGIS9.3。第三章：阐述了系统的需求分析、总体设计、平台设计、框架设计和功能设计。第四章：详细阐述了系统的数据库详细设计。在对Geodatabase进行介绍过后，主要介绍了系统的数据库的存储结构和三种数据资源的表结构。第五章：在介绍了系统部框架实现和部分功能实现及其界面后，最短路径算法进行了讨论，着重研究分析了系统中的关键理论和算法，如SDE在空间关系数据库中究竟是如何存储一个地理要素的、如何用SQL语言操作空间数据库、分布式空间数据库的数据分发等。第六章：介绍了系统所做的测试工作，主要是对系统进行测试的硬、软件环境进行了介绍，对各个功能模块进行了测试说明。第七章：论文总结与展望，对文章所介绍的系统进行了总结，提出了基于WebGIS的数字化校园系统未来发展方向，并对系统尚不完善的地方提出了意见第二章 数字化校园系统分析与总体设计2.1 数字化校园系统需求分析2.1.1 数字化校园建设原则根据电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案技术要求书，在清水河校区数字化校园的总体设计过程中，依据清水河校区数字化校园的具体需求，本着高起点、统一全面规划、便于日常维护，又要为将来的扩展与新技术的融合打下基础的原则进行21。在设计过程中应遵循以下总体原则：(1) 先进性电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案应适应新技术发展的潮流，采用目前业界先进的技术架构和技术解决方案，方案不但要保证理论上可行，更重要的是实际上可用，最大限度地满足数字化校园建设需求。(2) 可靠性设计中要选用高可靠性产品，合理设计系统架构，制订可靠的备份策略，保证数据传输的可靠性。要充分考虑到应用系统的具体情况，最大限度地支持清水河校区各应用系统的正常运行。(3) 安全性为了保证清水河校区关键性数据和应用的安全可靠， 需要提供多种方式和层次的访问控制，选用具备安全保护功能的产品，为系统提供高质量的安全保障；并考虑必要的安全防范与灾难应对措施，确保系统安全稳定运行。(4) 扩展性随着系统应用规模的不断扩大，要求系统能方便地扩充容量，支持更多的用户和应用。随着通信技术的不断发展，系统要能平滑地过渡到新的技术和设备，保护现有投资，既照顾到目前的应用需求，又能满足今后系统的发展需要。(5) 开放性与标准化电子科技大学清水河校区数字化校园系统应当建设成一个开放的系统，并遵循相关国际、国内或行业标准。(6) 易维护方案的设计不仅要保证系统能正常稳定运行，设计的系统还要易于管理和维护。(7) 管理性系统设计应选用先进的网络管理平台，提供方便、高效的管理系统，让使用者可以有效地控制和管理整个网络。(8) 统一规划，分步实施对整个清水河校区制定总体规划，协调配置，使之具有良好的伸缩性，可扩充、易升级，保证系统建设的总体性能和投资效率。同时，为保护投资，可以采取分步实施的策略。(9) 人性化 电子科技大学清水河校区数字化校园系统设计必须考虑以人为本原则，能够为用户提供灵活、方便、友好的信息服务。2.1.2 数字化校园建设内容根据电子科技大学清水河校区数字化校园总体设计方案技术要求书，清水河校区数字化校园的建设内容主要包括： 1. 基础设施：主要包含园区网络系统、数据中心、安全监控系统、消防监控系统、结构化布线系统、校园广播系统、门禁系统等。 2. 基础服务系统：主要包括数据库、存储与备份服务和其它基础服务系统。 3. 应用支撑平台：建设一个提供统一的、伸展的、安全的、可互操作的、数据共享的应用开发与运行环境支撑平台，实现数据共享与应用集成。 4. 应用系统：建设一个基于Internet/Intranet的校园综合业务/信息系统，实现学校整个业务的“网上办公、网上管理、网上教学、网上服务”。 5. 信息资源：建设丰富的数字化教学资源库、数字化科研信息资源库、数字化图书资源库、数字化人力资源库以及其它资源库。 6. 统一信息门户：为校园网用户提供单点登录、统一身份认证和权限管理功能，提供主动的、快捷的、个性化的信息服务。 7. 数字化校园安全体系：建立数字化校园网络、信息与系统安全体系，确保校园网络、关键数据、关键应用、关键业务部门的安全，实现数字化校园系统高效安全地运行。 8. 数字化校园标准与规范体系：建立数字化校园建设、运行、管理和维护的相关标准和规范体系。 9. 数字化校园相关的机制：建立数字化校园系统的管理、建设、开发、运行与维护的机构与机制，实现数字化校园系统高效有序地运行。2.2 基于WebGIS的数字化校园系统总体设计2.2.1 基于WebGIS的数字化校园系统总体设计电子科技大学清水河校区数字化校园旨在充分利用现代成熟的信息技术和信息化实践经验，结合高校特点，采用总体规划、分布实施策略，在全校范围逐步实现科研设计、教学管理、数据资源的信息化，全面提高教学、科研和管理水平，适应高校的信息发展战略，把电子科技大学建设成一个统一的、先进的、开放的、安全的、人性化的数字化校园，使电子科技大学信息化应用达到国内一流高校的先进水平22。电子科技大学清水河校区数字化校园的总体设计如图3-1所示。2.2.2 基于WebGIS的数字化校园系统网络结构设计电子科技大学清水河校区数字化校园是一个全新的系统，网络用户总数超过8万，它需要与电子科技大学其他校区实现网络互联和资源共享，并且开展远程教学、视频会议、资源共享和远程办公。清水河校区具备多个出口和多个数据分中心，通过有线和无线手段覆盖整个校区。网络设计上要求高带宽、高可靠性、高可扩展性，以及较高的安全保护能力和便于集中管理23。2.3 系统的应用支撑平台设计在数字化校园的总体架构中，应用支撑平台是应用系统层的承载平台，向应用系统层提供所需的各种服务，如资源共享、信息交换、业务访问、业务集成、安全管理和系统管理等通用性的服务24-25。图3-1 数字化校园建设总体设计系统应用支撑平台即通常意义上的中间件，它在网络和基础服务之上、应用系统之下，在信息系统的软件平台中起着承上启下的作用。应用支撑平台架构在基础服务层上，利用基础服务层的各种服务来实现自己的基础功能27。应用支撑平台与基础服务层选用的架构无关，依靠中间件产品强大的跨平台特性，它可以独立于基础服务层，利用成熟的、标准的接口访问基础服务层所提供的服务。2.3.1 系统应用平台设计需求数字化校园应用支撑平台建设需求为：(1) 建立基于面向服务体系结构（SOA）的数字化校园信息系统，以服务的形式构建业务逻辑，实现服务共享、重用和配置，适应业务流程的变化28。(2) 对第三方系统进行有效的服务整合，使之成为数字化校园系统的有机整体。(3) 各个应用系统采用统一体系架构，实现应用互通、互操作与数据共享，支持业务流程按需重组与业务增长。(4) 采用统一的信息门户展现应用系统中的数据和信息资源，实现单点登录和统一权限管理。2.3.2 系统应用平台设计目标清水河校区数字化校园应用支撑平台建设目标为：1. 建立统一应用支撑平台，包括：(1) 统一数据集成平台：采用统一的数据规范，将分布在各个业务系统中的数据进行统一的处理和管理，并提供规范化的数据接口模式，可以将外部系统的数据源集成在统一数据平台之上。通过统一数据平台为应用系统提供透明的数据访问能力和支持决策的可信赖的、一致的数据基础29。(2) 统一应用集成平台：采用基于面向服务的架构（SOA）技术构建实现应用系统。根据SOA的参考模型，一方面整理现有应用系统，将各个应用系统的功能模块封装成标准的服务(WSDL)，另一方面规范新的业务功能的开发。通过企业服务总线（ESB）实现各服务之间的连通性，通过流程的编排实现业务流程自动化。(3) 统一服务提供平台：建立基于门户技术的统一服务提供平台。通过内部和外部的统一门户，为学生和教师提供集成的、可定制的个性化服务门户。统一服务交付平台与核心事务处理平台之间依赖通用的XML标准进行数据传递。可以根据需要将XML转化为HTML，基于浏览器展现，或转化为WML，基于各种移动设备实现信息共享30。(4) 统一业务处理平台：采用基于J2EE的技术标准，市场上成熟、稳定、高性能、主流的应用服务器作为业务运行平台，提供灵活的配置和部署。借助虚拟化，整合计算资源。根据不同业务的性能要求、关键程度，运用策略将计算资源动态分配给业务处理程序，使现有设备上实现最大的吞吐量。自动监控性能统计数据，并动态管理系统资源，以优化性能31。(5) 统一资源管理平台：将分散在数字化校园不同应用上的各种数据、信息进行统一管理。在目录服务的基础之上，根据系统权限策略来管理用户对数字化校园的信息和其它资源的权限。(6) 统一系统管理平台：建立统一高效的系统监控系统，覆盖网络、服务器、数据库、中间件、应用等IT系统的各个方面。对数字化校园计算机系统、网络设备、终端设备以及数据资源进行统一监控与管理，保证整个系统的高可用性和高可靠性，要以集中统一的管理方式，高效率、反应灵敏的技术服务机制，标准化、自动化的管理流程达到提供优质的IT服务。2. 整合资源数字化校园应用支撑平台在为新建系统提供支撑之外，同时也是对旧有资源的充分利用和整合，保证各类资源的合理使用和效用的充分发挥。设备资源：充分利用目前的主机系统、网络带宽、存储备份设备、终端设备。信息资源：将系统积累下来的历史数据与数字化校园新产生的数据进行整合，按不同的应用主题，根据不同层次信息消费对象的需求，有效利用数据仓库和决策支持技术。技术资源：技术在不断发展，技术资源也在不断新陈代谢。各种先进、实用的技术，比如面向服务的架构、流程自动化、统一门户、统一安全策略等，都需要进行合理的选择和有效的整合，避免产品之间的不兼容。人力资源：合理安排不同技能的人力资源组合，利用三层结构带来的基于中心维护优点，减少低层次技术维护人员，增加系统基础设施的建设、规划、业务需求分析和设计、应用系统测试等关键环节的人员。3. 优化架构数字化校园应用支撑平台需要树立SOA理念。数字化校园应用支撑平台技术架构的设计是整个系统的核心和成功的关键。4. 强化应用数字化校园应用支撑平台的建设过程应该明确各个子系统的划分，同时明确每个子系统的功能边界和子系统之间的信息交换模式和内容。每个应用都有明确具体的需求和使用模式，应用之间的信息交互和共享接口也应明确。2.4 系统框架设计2.4.1 系统整体IT架构设计电子科技大学清水河校区数字化校园，要规划未来2-3年的系统的发展，需要采用一个先进而完整的架构设计方法论来将关键领域进行系统地规划和设计。基于Zachman 框架和Web Services的思想，在结合电子科技大学数字化校园本身的业务和系统情况之后，设计了名为EA (Enterprise Framework)的数字化校园整体IT架构。在这个架构的指导下，不仅可以进行数字化校园的规划，也可以进一步针对各个关注领域沿架构视角进行细化和分解设计，直到可供实施的粒度32。该架构将从业务、服务、应用、技术和数据（信息）等几个方面提出更为具体的规划来制订相应的参考模型（Reference Model），以及基于组件、面向服务的架构和业务驱动的系统设计和实施方法论：(1) PRM （Performance Reference Model, 业务绩效参考模型）总体战略发展目标和对应的绩效衡量体系业务岗位责任考核体系(2) BRM （Business Reference Model, 业务参考模型）各部门业务规程与外部用户、合作院校之间的工作规范(3) SRM （Service Reference Model, 服务参考模型）服务层次、服务类型组件、访问和交付渠道(4) DRM （Data Reference Model, 数据参考模型）业务聚焦的数据标准化跨机构数据交换标准(XML) (5) TRM （Technology Reference Model, 技术参考模型）软件与基础设施生命周期管理规程2.4.2 基于WebGIS的数字化校园地理信息系统模型.NET与Java的Web应用开发框架ADF，为开发人员提供了基于GIS服务器端AO组件构建网络应用程序和网络服务的框架。ADF中包括了一系列的用户界面工具和Web控件，使用ADF可以迅速配置GIS的.NET下或JSP应用程序。其中Web控件封装了AO组件的具体实现，通过ADF开发人员能使用所有的ArcObjects软件控件，并利用这些控件来构建功能强大的GIS应用程序。此外，ADF还包括一个用于部署Web应用的Web运行时，这使得开发者不用在Web服务器上安装AO，就能够运行部署的Web应用。Java ADF是建立在基于J2EE标准的JSF框架之上的，并通过该标准来创建Web控件，不仅如此，JavaADF还提供了相应标准连接到GIS服务器。因为基于JSF构架的Web应用程序符合MVC的设计标准，所以通过 Java ADF框架开发的WebGIS应用也是MVC构架模式。由此我们可以构造基于MVC模式的数字化校园WebGIS应用模型，如图3-2所示。图3-2 系统的WebGIS模型2.5 基于WebGIS的数字化校园地理信息系统功能设计基于地理信息系统为清水河校区提供地理信息服务，为相关部门提供信息。功能包括：根据清水河校区总体规划与发展布局，进一步扩展和完善空间数据基准。在这里，应考虑与现有国家坐标系统和国家新一代地心、三维、动态大地基准之间的联系与融合。建立起有效的空间基础数据特别是框架数据更新机制，努力完善空间基础数据的分级、尺度和内容体系，实现数据形式的多样化、标准化，促使DOM、DEM、框架DLG以及三维数据成为未来空间数据的主导形式。建立空间数据的分发和服务体系，使空间基础数据更好地为数字化校园、数字社区建设服务。通过建立良好的数据分发与服务模式，最大程度地发挥空间数据产品的应用潜力和效益。发展先进实用的空间信息获取、更新、管理与应用服务技术支撑体系，为地理空间基础框架建设提供技术保障。数字化校园地理信息系统功能主要包括以下几个部分：(1) 校区导航各层次的用户可以通过各种终端连接地理信息系统，在自己的权限范围内查询校内设施、道路的详细数据。系统提供搜索功能，让用户快速定位自己需要寻找的建筑或单位。(2) 管网管理对各类管线进行快速方便的编辑、查询、定位与统计，制出标准的管线剖面图；具有故障定位、关阀方案、最佳路径、最短路径等管网分析功能；可实现管网的自动标注、自动捕点，自动提示安全间距，并能显示及打印标准的管线图与三维管线图。极大的简便工作人员的操作管理，同时能提供辅助决策支持。包括燃气管网管理；供水管网管理；电力输配管网系统。(3) 环卫地理信息环卫地理信息提供对厕所分布、垃圾箱分布、果壳箱分布、道路清扫面积、垃圾产量及清运等信息的地图查询及记录查询、分析、统计。同时提供对各类基础设施的损坏及维修进行记录、跟踪、分析、查询。(4) 路灯地理信息路灯地理信息提供道路路灯、校区路灯分布信息的地图查询及记录查询、分析、统计。同时对路灯的巡视检查、损坏、维修、检修等信息进行记录、跟踪、查询。(5) 养护地理信息养护地理信息提供对道路、桥梁、排水设施等基础设施的地图查询、跟踪、统计、查询。它可以对这些基础设施的抽查、检查、巡视、维修、施工质量、竣工验收等工作记录、统计、查询。(6) 绿化地理信息绿化地理信息提供对绿地、行道树、古树名木等信息的地图查询、统计，对绿地、行道树、古树名木的修剪、施肥、巡视、移植的跟踪、统计及审批，同时对绿化养护设施的损坏、维修、质量检查的记录、统计。(7) 消防地理信息消防地理信息提供对校内消防设施、设备、通道的地图查询、跟踪、统计、查询。同时对它们的损坏及维修进行记录、跟踪、分析、查询。(8) 土地利用规划管理 该系统是针对土地利用现状及规划数据的建库、管理、空间分析和图形输出而开发的一个应用系统，实现图形数据采集、编辑及各种属性数据的录入和修改。图形数据获取可通过数字化仪数字化或屏幕数字化，也可直接将其它格式的图形数据导入，系统提供了多种数据转换功能。系统功能模块提供了对数据库中各种比例尺专题地图进行浏览和编辑的方法和手段，包括索引图、基本要素分布图等。地图显示功能有放大、缩小、漫游、地图刷新等。地图控制和综合信息查询功能有信息查询、图层控制、距离量测、信息定位、区域查询、空间分析、专题图显示、预测决策数据提供等。以下分别进行叙述。图3-3 基于WebGIS数字化校园地理信息系统功能需求2.5.1 地图浏览功能2.5.1.1 地图放大、缩小功能引言：按比例将地图放大。当用户点击工具栏上的“放大（缩小）”按钮或者选择菜单选项中的放大（缩小）功能后。用户的鼠标移到地图显示窗口时，鼠标的样式即变为放大（缩小）镜状。输入A：当鼠标在电子地图上的某一点单击时：加工：若如果允许继续放大（缩小），则地图以该点为中心放大（缩小）显示，比例为原来的一倍。如果不允许继续放大（缩小），则提示“地图不能再进行放大（缩小）操作”。输入B：用鼠标在地图上拉出一个矩形框（安下左键保持并移动光标到适当为之释放（缩小）左键）：加工：如果允许继续放大（缩小），并且能满窗口显示整个矩形框指定的范围，则地图显示窗口满屏显示矩形框指定的范围，达到地图无级缩放的目的。如果允许继续放大（缩小），但不能满窗口显示整个矩形框指定的范围，则以该矩形中心为中心，以最大（小）比例放大（缩小）地图。如果不允许继续放大（缩小），则提示“用例不能再进行放大（缩小）操作”。输出：经过放大(缩小)后的地图，用户的鼠标移出电子地图显示窗口，鼠标的样式又变为原状。2.5.1.2 地图漫游功能引言：提供移动地图的功能。在电子地图的显示比例大于全图显示比例的前提下，当用户点击工具栏上的“漫游”按钮或者选择菜单选项中的漫游功能后：输入：鼠标在地图上的拖动加工：(1) 当用户鼠标移到电子地图上时，鼠标样式标为手状；(2) 当光标移至某一位置按下鼠标左键在屏幕上移动时，地图将向拖动的方向移动；松开鼠标左键，地图停止移动；(3) 鼠标移出电子地图时，鼠标恢复原样。输出：移动后的地图。2.5.1.3 鹰眼地图功能引言：通过鹰眼快速移动电子地图的过程。鹰眼窗口（软件的右下角）是电子地图的缩略图，在缩略图上有一个红色矩形框，代表地图显示窗口的当前显示区域。将鼠标移动到红色矩形框上，安下鼠标左键，拖动红色矩形框，则电子地图显示窗口跟随显示红色矩形框区域的地图。同时，通过放大、缩小、漫游等是电子地图显示窗口显示范围发生变化，鹰眼窗口的红色矩形框显示也发生相应变化。输入：鹰眼窗口的红色矩形框，或地图显示窗口内的地图。加工：系统对地图窗口和鹰眼窗口地图的匹配。输出：地图显示窗口显示鹰眼红色矩形框内的地图，或鹰眼窗口的红色矩形框显示电子地图内的地图范围。2.5.1.4 全图显示功能引言：电子地图全图显示。当用户点击工具栏上的“全图显示”按钮或者菜单中的全图显示功能后，电子地图的显示比例设为全图显示比例，鼠标的样式变为正常。输入：无加工：输出：地图显示窗口满屏显示整个地图。2.5.2 电子地图控制功能2.5.2.1 图层控制功能引言：通过树状列表向用户显示组成当前地图的所有图层信息，用户可通过选中或不选中图层前的单选框来控制该图层在地图中的可见性。输入：选择一个图层，并对其进行上移、下移、删除、添加等操作。加工：(1) 询问用户是进行一个图层的移动还是重新给所有图层排序。(2) 若是移动一个图层，读入需要移动的图层，则先在数据库中判断该图层是否存在。若不存在，系统提示出错。(3) 若存在，将该层移动到最上层并显示。(4) 若输入是图层排列顺序，读入图层排列顺序，然后再数据库中判断图层是否全部存在，若全部存在，从最底的一个图层开始重复(3)中的操作，直到所有图层显示完