基于数据中心的园林绿化信息管理系统构建及关键技术

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摘要：为了对园林绿化规划、工程建设、养护管理、社会化服务提供科学管理依据，城市园林绿化管理部门需要构建园林绿化信息管理系统。本文在充分分析系统建设需求基础上，讨论了系统建设的关键技术，并利用数据中心集成开发平台提供的二次开发设计环境和运行环境，灵活快速的搭建出系统。该系统能为日常管理工作提供帮助，将对改善城市生态环境、改善投资环境发挥着重要作用。
关键词：地理信息系统；数据中心；园林绿化；工作流

1、前言
随着中国经济高速度发展，园林绿化把城市装扮得越来越漂亮，园林绿化建设作为城市基础设施建设的重要组成一部分，同样也面临着“重建设轻管理”的问题，从而导致信息化程度不高，矛盾凸现，已经影响了城市园林绿化的建设与发展。这种矛盾主要表现在以下几个方面：（1）园林绿化分类复杂，管理难度大；（2）城市建设发展速度太快，园林绿化的相关资料难以及时更新；（3）传统的管理方式，难以准确统计各类绿化、古树名木、公园、风景名胜区等信息；（4）规划、评估还是靠人工靠经验。
鉴于以上原因，我们必须要研究城市园林绿化信息管理系统建设的关键技术与方法，并利用研究的相关技术快速的搭建城市园林绿化信息管理系统，通过系统的运营来提高业务水平和管理效率，并对城市园林绿化情况进行综合评价，为制定城市发展战略提供必要的园林绿化信息。
2、城市园林绿化信息管理系统的目标
城市园林绿化信息管理系统是采用地理信息系统、三维虚拟仿真、数据库、高速宽带网等高新技术，来研究园林绿化分类编码及管理、数据资源共享、数据的现势性、园林绿化三维模型等问题，把城市的社会绿化、古树名木、公园、风景名胜区等以数字化的方式表现，通过整合城市的基础空间数据库、遥感影像数据和园林绿化信息数据库，为日常管理工作提供帮助，通过多种手段对改善城市生态环境、改善投资环境发挥重要作用。
1）建立地理信息综合平台。实现城市园林绿化及相关数据的共享、永久保存和实时查询，实现动态管理。
2）建立行政许可办理平台。将行政许可审批流程与GIS紧密结合，实现审批过程的数字化、无纸化。
3）建立辅助决策平台。有助于园林绿化规划设计、数据查询、模拟拆迁、方案优化等。
4）建立社会服务平台。通过网络向社会公开公布城市园林绿化信息，让市民享受到城市园林绿化快速发展带来的成果。
3、系统层次结构设计
园林绿化信息管理系统可基于MapGIS数据中心集成开发平台（简称数据中心）（吴信才，2009）进行构建，采用三层结构体系进行设计开发，如图1所示。第一层是软硬件基础层，它是管理运营平台运行的物质基础。其中硬件包括网络设备、服务器、存储备份设备等，网络包括政府专网、Internet、互联网、GPRS网络等；软件涉及操作系统、数据库管理系统、镜像及备份工具、GIS平台、安全防护软件等。第二层是数据中心集成开发平台层，它是园林绿化行业信息管理系统搭建、配置和系统运行的环境。第三层是应用与服务系统层，即提供给用户的业务应用与服务系统。



图1 园林绿化信息管理系统层次结构


数据中心集成开发平台根据城市对园林绿化信息化管理要求，提取共性需求与功能，采用面向服务的架构思想，在数据中心集成开发平台中设计开发出相应的抽象功能模块，而每个功能模块又由若干基本功能单元构成，从下到上可分为三层（图1）：第一层是提供基础和通用的功能，如基础的异构数据的视图、GIS功能、遥感功能、三维功能、处理数据的工作空间、保障数据安全性的权限管理模块等；第二层是提供园林基础和通用功能，如园林绿化数据模型管理、园林绿化基础功能管理、园林绿化基础方法管理等功能；第三层是提供针对具体园林的专业功能，如园林绿化辅助分析、拆迁分析等。另外，对特定业务需求提供标准的功能模块扩展接口，支持特定业务逻辑的集成。特定业务的功能开发完成后，也可以纳入功能仓库中，成为功能仓库的有机部分，从而实现特定业务功能的可重用性。
另外，数据中心集成开发平台功能模块与功能模块之间的连接采用“松耦合”方式。“松耦合”方式是互连网的最佳耦合方式，它结构灵活、可扩展性强，受网络环境影响最小。操作采取面向“服务”方式进行，就是把“进行数据存取操作”变为“请求数据存取服务”，“数据存取服务”是所有“服务”的特例，充分体现“面向服务”的最新设计思想。




4、系统功能设计
城市园林绿化信息管理系统的功能主要包括以下几个方面：
4.1建立绿地分类数据字典
绿地按照功能进行分类，与城市用地相对应，分大类、中类、小类三个层次，共计29个类别，包含公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地、其他绿地、行道树、古树名木、植物资源保护基地等。
根据城市绿地分类标准，建立数据字典，是实现园林绿化信息有效管理、数据共享和动态更新的基础。其中，分类编码应符合科学性、系统性、稳定性、完整性、兼容性、可扩展性、适应性和灵活性（阎正等，1998）。
4.2实现各类数据、资料的统一管理
园林绿化包含各类专题数据，业务类有社会绿地、行道树、古树名木等等；工程类有绿地系统规划、详细规划、工程项目的规划设计方案、城市园林绿化发展中长期规划和年度计划等文档；同时不但有基础空间数据、城市遥感影像资料，还有水源、气象、生态环境、病虫害等非空间数据。
通过数据中心提供的数据管理器，将异构空间数据和非空间数据，按照不同区域、不同时间年代、不同类别进行归类、整理、统一管理，便于查询检索、分类统计（图2）。







图2 园林绿化数据中心管理器


4.3园林绿化规划辅助分析
通过园林绿化规划设计要素与居民地要素的空间叠加分析，可以统计出园林绿化工程涉及的拆迁和居民安置的任务量，再根据数据库中的成本核算属性数据，计算出直接相关的费用。综合分析规划区域园林绿化建设工程成本，调整绿化结构和布局，以使风险最小化、效益最大化。
基于数字地面模型（DTM）、水系要素、生态环境要素、气象数据、植物病虫害要素， 使用地理信息系统的缓冲区、叠加、归类、DTM 等空间分析功能，对园林规划区域坡度坡向、水源、气象、生态环境、病虫害等进行分析，预测规划区域适宜种植的植物种类和布局（中国地理信息网，2008）。
4.4建立园林绿化三维景观
利用三维景观模型评价和展示园林绿化规划设计的美观性。将数字高程模型（DEM）、遥感影像、纹理、规划图、数字地形图等数据进行结合，动态生成三维模型，通过不同的视角进行全方位的实时观察，感受绿化规划的设计效果，便于动态调整园林绿化的布局。
4.5结合审批流程实现数据动态更新
通过工作流，将行政许可审批流程与GIS紧密结合，实现GIS与MIS（Management Information System）、OA（Office Automation）的无缝连接，根据审批许可证的信息，在相关的绿地区域或者范围，对绿化信息进行动态修改，以保证数据的现势性（曾文等，2006）。
4.6园林信息WEB发布和社会化服务
通过Internet提供公园、绿地、风景名胜区的信息发布与查询；通过网络公布全市公园分布情况和游园活动；通过公布全市古树名木情况，便于市民开展认建认养活动。






5、系统采用的关键技术
5.1数据中心
数据中心是基于新一代GIS架构技术及新一代开发模式的集成开发平台，是集“基础”与“应用”为一体的综合开发与应用集成平台。
数据中心既是一个“资源管理器”又是一个“系统开发器”。“资源管理器”管理“数据资源”和“功能资源”两大资源。数据资源通过数据仓库管理；功能资源通过功能仓库管理（吴信才, 2006）。“系统开发器”采用柔性设计理念，使系统能够被快捷地搭建出来，并且能适应需求的变化迅速做出调整，真正实现了“零编程、巧组合、易搭建”的可视化开发。
5.2园林绿化建模
数字高程模型（DEM）是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（DTM）的一个分支，另外的分支是各种非地貌特性以矩阵形式表示的数字模型，包括自然地理要素以及与地面有关的社会经济及人文要素，如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等等。用数字高程模型（DEM）、三维仿真等技术建立园林绿化规划区域的三维景观模型。如城区绿地系统规划模型、园林绿化专业规划和绿地系统详细规划模型、园林绿化用地比例和布局模型、城市园林绿地和风景名胜区的规划模型等。
5.3时空数据管理
基态修正法是时空数据管理方法之一，不存储研究区域中每个状态的全部信息，只存储某个时刻的数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量。“基态修正法”可使时态数据量大大减小。
园林绿化历史数据管理建立在元组级，在基态修正法基础上的一种改良，一般把园林绿化建设历史上某次城市改造后的状态作为“基态”，把用户最关注的“现在”状态，即系统最后一次更新的数据状态，作为“现状”，将不同时期的园林绿化信息进行有效的管理，在能够充分反映城市园林的发展与变化的同时，既能够有效控制和减少历史数据的冗余，又不会使历史数据管理太难。
5.4 工作流技术
基于网络控制的工作流模型，实现了业务的灵活调整和定制，解决了GIS和办公自动化的无缝集成。通过拓扑关系能够自动实现条件判断、循环、会签等功能。
在这一模型中，“结点”代表了工作流中的园林绿化单位的业务科室，“网线”代表了工作流中不同科室之间的联系，如：局长办公室与综合科之间的联系，这样工作流中的流转发送就转化为了网络中的资源流动，工作流控制也就变成了网络控制，可视化了各个科室的业务逻辑，使各个科室业务逻辑的控制更加简便、快捷和准确。






6、系统的搭建过程
6.1专业基础和行业专业功能构建
构建城市园林绿化信息管理系统的专业基础功能包含：园林绿化数据模型、元数据管理、园林绿化基础功能仓库、园林绿化基础方法仓库、数据交换组件等基础管理功能。如图3所示。其中，基础功能库含数据管理基础功能库、数据更新基础功能库、数据分析基础功能库、三维模型、编码引擎等。




构建系统的应用功能包含：应用功能库、业务流程库等功能。其中，应用功能库包含分析功能库、业务功能库及专题图功能等。分析功能库：包括园林绿化拆迁成本核算、绿化分析、绿地对比分析、指标分析等；园林业务功能：包括园林工程管理、园林规划管理、园林养护等。
专业基础和行业专业功能均可利用Visual Studio 2005，按照插件开发的相关接口标准规范进行插件开发，当插件功能完成后，找到相应的注册文件（*.rgs），并按照插件注册标准进行编辑注册。
6.2应用系统搭建
（1）系统构建流程
搭建式、配置式开发模型采用柔性设计理念，使系统能够被快捷地搭建出来，并且能适应需求的变化迅速做出调整。首先采用配置工具如数据中心设计器、工作流设计器及用户权限设计器，按照园林绿化的业务需求设计系统，形成XML文件存储的系统解决方案，系统运行时通过运行环境，将解决方案加载到可伸缩的框架中，即可搭建成园林绿化信息管理系统，如图4所示。




（2）系统功能搭建
利用集成设计器完成系统界面设计（如系统的右键菜单、系统菜单、工具条、状态栏、热键、交互等）和数据的层次化数据目录配置；通过工作流设计器可以灵活的定义行政审批流程；用户权限配置工具可定义系统用户、用户角色、用户权限、用户部门、区域、设施类型，根据角色加载相关权限的菜单、工具条，为用户搭建应用系统提供权限的分配，实现权限与业务应用融合。最后通过数据中心搭建的系统主界面如图5所示。




7.结束语
园林绿化信息管理系统，将城市基础空间数据库、园林绿化专业数据库以及非空间数据库紧密集成管理，便于全面掌握城市园林绿化现状，实时监控城市绿化情况并进行综合评价。通过将行政审批流程与GIS紧密结合起来，并借助网络技术，使得园林绿化单位最终能够在一个统一的工作流框架下协调各机构开展行政和业务工作，从本质上提高管理信息化程度，实现“数字园林”的最终目标。


参考文献：
[1] 阎正，蒋景瞳，何建邦，等. 城市地理信息系统标准化指南. 北京：科学出版社，1998：20-21.
[2] 吴信才. 地理信息系统原理方法及应用. 武汉：中国地质大学出版社，2000.
[3] 吴信才，吴亮. 面向服务的分布式空间信息支撑平台.中国地质大学学报，31（5）：585-589.
[4] 吴信才. 数据中心集成开发技术——新一代GIS架构技术与开发模式.中国地质大学学报，34(3)：1-7.
[5] 曾文，张德津. 基于GIS的市政管理信息集成方案及关键技术中国地质大学学报，31（5）：688-692.

作者：中国地质大学信息工程学院 王西光 林伟华

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