地質遺蹟資訊系統設計與實現論文
摘要：河南省地域廣闊，境內華北地臺、秦嶺褶皺帶和大別地塊構成了河南省獨特的地質結構，形成了河南省複雜多樣的地質地貌和豐富的地質遺蹟資源。為了實現對河南省地質遺蹟的資訊化管理，本文對基於GIS技術的河南省地質遺蹟資訊系統設計與實現進行了研究。
關鍵詞：GIS技術；河南省；地質遺蹟資訊系統；設計
1系統關鍵技術和工具
1.1網路GIS技術
系統應用了ArcGISforServer平臺提供的網路GIS服務。ArcGISforServer是基於SOA架構的GIS伺服器，通過它可以跨企業或跨網際網路以服務形式共享二三維地圖、地址定位器、空間資料庫和地理處理工具等GIS資源，並允許多種客戶端（如Web端、移動端、桌面端等）使用這些資源建立GIS應用[1]。網路GIS技術可以實現空間資料管理、空間視覺化（製圖）、線上編輯空間分析和地理處理、實時資料處理分析、以地圖為核心的內容管理等方面的應用，並且能夠為使用者提供豐富的Web服務。
1.2三維場景管理與視覺化技術
隨著GIS理論和技術的不斷髮展，空間場景獲取的精度越來越高，資料量也呈TB級增長趨勢。針對如此大規模的海量三維場景資料，三維場景渲染系統的處理能力也需要成倍的增長。當前序列化三維場景渲染已不能滿足當前大規模三維場景渲染的高效化、實時化需求。本次設計充分利用多核硬體的並行化處理能力，同時針對大規模三維場景資料特點，從三維場景視覺化流程上進行分析，對視覺化過程中的任務進行有效分解，將傳統的三維視覺化渲染流程分解為場景更新、資料載入和場景渲染三個主要的並行化模組，以主執行緒、資料載入模組和場景渲染模組來進行實現，結合可視物件查詢機制，構成三維場景繪製的整個過程。
1.3MVC設計模式
MVC（ModelViewController）是一個設計模式，它強制性使應用程式的輸入、處理和輸出分開[2]。使用MVC應用程式被分成三個核心部件：模型、檢視、控制器。MVC中的M是指資料模型，V是指使用者介面，C則是控制器。它們各自處理自己的任務。系統開發採用SSH框架實現MVC模式。SSH是struts+spring+hibernate的一個整合框架，是目前較流行的一種Web應用程式開源框架。
1.4資料庫建模工具
在資料庫建模的過程中，運用PowerDesigner進行資料庫設計，此設計工具不但能讓人直觀的理解模型，而且可以充分的利用資料庫技術，對資料庫進行優化設計。PowerDesigner是Sybase公司的CASE工具集，使用它可以方便地對管理資訊系統進行分析設計，它幾乎包括了資料庫模型設計過程所需的全部功能。使用PowerDesigner工具來建立系統資料庫模型，可以使程式設計師很好的理解業務流程並掌握系統架構者的架構思想，因此可以更好地滿足客戶的功能需求。
1.5第三方控制元件
此係統中使用了不少第三方控制元件，如ExtJS中的Ext表格控制元件、Fu－sionCharts等。其中，krpano是一種基於flash的三維全景播放器，它不僅體積小巧、靈活，而且效能良好，作為一款跨平臺的AdobeFlash播放器，它是當今世界上最流行的互動三維全景播放器[3]。Krpano擁有許多獨特效能，比如，可以通過調整“魚眼”視角來使使用者看到更大視野，可以實現對巨幅全景的支援（比如數十億畫素的全景圖片）。另外，它還支援指令碼控制，擁有豐富的外掛可供選擇，而且使用者還可以根據需要開發自己的外掛。
2系統設計
2.1設計概述
河南省地質遺蹟資訊系統的建設主要為了滿足河南省地質遺蹟、地質公園資料資訊化管理，方便各級使用者快速的瞭解和維護地質遺蹟、地質公園資料。本次資訊系統的`建設以GIS為基礎，在地質環境資訊化建設的基礎上，結合了無人機拍攝等先進技術，開發出了易於管理的地質遺蹟、地質公園資訊系統。本系統將全省的地質遺蹟、地質公園、相關多媒體資料、720°全景資料進行收集整理，對關係資料進行建庫入庫，方便統一管理和後期更新。本系統的建設目的是要建設一個易於使用、管理的地質遺蹟地質公園資訊系統平臺，以方便使用者對全省地質遺蹟、地質公園資訊快速查閱、維護、管理，同時可以為使用者提供部分地質公園的720°全景展示，為使用者更加直觀、身臨其境的瞭解地質公園現場提供平臺，並且為今後地質環境資訊化建設提供技術支撐。
2.2系統總體結構
河南省地質遺蹟地質公園資訊系統基於SOA體系架構，採用B/S模式，以地理資訊系統（GIS）為基礎，通過空間資料引擎將空間資料和非空間資料統一儲存於關係型資料庫中，建設面向各級使用者的地質遺蹟相關資訊查詢平臺，實現各種型別的資料資源和功能資源的統一組織和管理，在GIS支撐平臺基礎上，提供各類WebService服務介面供各個應用系統呼叫，同時針對宣傳、服務和管理不同業務的需求，分別建設地質遺蹟地質公園資訊展示子系統和地質遺蹟地質公園資訊管理子系統[4]。整個地質遺蹟地質公園資訊系統自下而上由產品與支撐、服務與邏輯、服務介面、客戶端元件、應用子系統五大部分組成。按照這五大部分，並考慮到系統面向的使用者，可把地質遺蹟地質公園資訊系統平臺分為六層，即基礎設施層、資料中心層、服務層、客戶端元件層、應用層與使用者層。
2.3地質遺蹟720°全景拍攝方案設計
本系統在建設的過程中，為了使使用者能夠身臨其境的體驗河南省的地質遺蹟，採用720°全景拍攝技術對嵩山地質公園13處地質遺蹟點和人文景點進行了全景拍攝。全景拍攝具有以下幾個方面的特點：水平垂直各360°，全景720°視角，沒有任何視線盲點，想看哪裡就看哪兒；全部是實景拍攝，真實立體，而且採用專業自改制高畫素相機進行拍攝，清晰度非常高；互動性強，滑鼠隨意拉動觀看，嵌入地圖，行走漫遊；內嵌內容豐富，視訊廣告、圖片、文字、語音、動畫等；使用者感受“身臨其境，觸手可及”。全景拍攝對天氣條件有特殊的要求，為了保證拍攝效果，天氣必須為多雲或晴朗天氣，無人機起飛處地面風力小於4級風，空氣能見度必須要好。
2.4資料庫建設
在本系統的業務資料庫包括行政區劃、地質遺蹟、地質公園、多媒體資料、使用者資訊等6大類業務資料。下文對資料庫的邏輯模型、物理模型以及實體關係模型進行簡要介紹。
2.4.1資料庫邏輯模型
地質遺蹟資料庫按邏輯劃分可分為結構化資料和非結構化資料，其中結構化資料主要用於完成系統的查詢統計業務，包括地質遺蹟、地質公園基礎資料等，是系統內最重要的業務資料，此類資料按照一定的關係模式儲存於Oracle資料庫中；非結構化資料主要是與基礎業務資料相關的資料資料，包括與地質遺蹟、地質公園相關的視訊、文件、圖片等，此類資料儲存在伺服器的磁碟空間中，以WebService服務的形式供系統呼叫。
2.4.2資料庫物理模型
本系統設計所需的基礎元素包括地質遺蹟、地質公園、行政區劃、多媒體資料以及使用者等[5]。資料結構不使用外來鍵進行強制關聯，而是採用鬆耦合式關聯，這樣可以有效提升資料的容錯性、可操作性和可維護性。另外，此係統中，資料之間的關聯全部在資料層面進行，可以有效提升系統的可移植性。
2.4.3資料庫實體關係模型
本系統業務資料實體關係結構較為清晰，不存在實體之間多對多的複雜邏輯關係。其中，一項地質遺蹟記錄雖然包含多個多媒體資料，但是隻屬於一個地質遺蹟型別和一個行政區劃區域；同樣，一項地質公園記錄雖然包含多個多媒體資料和地質遺蹟，但是隻屬於一個行政區劃區域；一項使用者記錄只屬於一個行政區劃區域。
3系統實現
河南省地質遺蹟地質公園資訊系統以GIS技術為基礎，取得了豐碩的成果。①收集了河南省全省的地質遺蹟地質公園資料及相關多媒體資料，包括大量的全景拍攝資料，並且統一將這些資料整理入庫。②開發了河南省地質遺蹟地質公園資訊展示子系統，通過Web端訪問，實現了包括二三維電子地圖展示，全省地質遺蹟地質公園資訊查詢統計、相關多媒體資料瀏覽下載、地質公園720°全景漫遊等功能。③開發了河南省地質遺蹟地質公園資訊管理子系統，通過Web端訪問，實現對全省地質遺蹟地質公園的資料及相關多媒體資料的管理和維護工作，同時也實現了對系統使用者的相關管理和維護。④形成了專案實施過程中的成果文件，包括需求說明書、概要設計、詳細設計、使用者操作手冊、系統部署手冊等。整個系統的建設情況，已經部分實現了預期的系統功能。
4結束語
本系列按系統理論方法，充分運用水文地質學、環境地質學、網路工程、軟體工程、資料庫技術的理論知識，結合地理資訊科技、三維數字地球、衛星遙感技術、大資料技術等高新技術，通過調研、反覆論證研究、複雜的資料資源整合建設、軟硬體環境建設和大量的軟體開發工作，河南省地質遺蹟地質公園資訊系統建設取得了較為豐碩的成果。但是，在整個系統建設的過程中仍舊存在著一些問題，包括資料資源整合與入庫問題、資料資源共享機制問題、地質公園地質遺蹟建設成果推廣應用問題以及後續經費問題。這些問題不僅需要開發者進行不斷的研究和改進，而且需要相關部門提供必要的資金支援。
參考文獻
[1]裴偉霞，李曉亮，劉遠飛，李麗.基於WebGIS的地質遺蹟管理資訊系統設計與實現———以關中城市群地質遺蹟為例[J].城市勘測，2014（02）：19~22.
[2]姜川.基於GIS的地質專案落實跟蹤平臺的設計及應用[J].地礦測繪，2017，33（03）：11~13.
[3]儲皓.中國敦煌地質公園管理資訊系統的設計與實現[D].中國地質大學（北京），2015.
[4]霍光傑，李滿洲，王繼華.河南省地質環境資訊化工程建設報告，2018.
[5]羅興賢，高江錦，郭元輝，周智勇，周曉慶.基於的地質公園We－bGIS管理平臺構建[J].軟體導刊，2016，15（02）：66~68.
