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微警用
毛里求斯警用地理信息系统的设计与应用
2011-09-07 10:09:21 作者 : 映君 来源 : 赛迪网1 项目背景
毛里求斯警用地理信息系统是我国政府“援毛里求斯城市安全监控及无线通讯指挥系统”的重要组成部分。整个项目作为体现我国“科技援外”的重要战略转变，需要充分发挥我国自主创新的视频监控系统（CCTV）、无线集群通讯系统（WTS）及地理信息系统（GIS）等高科技领域的最新研究成果，并对我国企业跨国实施信息系统集成项目提出了新要求。
毛里求斯警用地理信息系统需要无缝集成城市安全监控系统和无线通讯指挥系统的建设成果，以GIS为中心，集中在地图上展示各类警用相关的空间数据和业务数据，包括在地图上快速搜索和定位基础的地理信息（地名、道路）、专题地理信息（警局、学校、医院、银行、宾馆、饭店等）、城市安全监控设备（各种高速球型摄像机及枪式摄像机）、无线通讯基站、无线通讯终端以及执勤警员等，并能够在地图上快速地切换显示指定位置的实时监控视频、制定基于空间位置的监控方案、实时监控警车和警员的位置及状态,以及直观地展示各类警用专题统计数据，从而提高毛里求斯警察局的监控和通讯指挥中心在处置重大突发事件、监控各级部门的工作效率、进行科学决策等提供强大的技术支持。
2 系统设计
系统的设计总体上采用了主流的B/S架构。其中数据全部集中存储在SQL Server数据库中。该系统数据库按照功能设计由三个数据库组成：业务数据库、矢量空间数据库和影像空间数据库。其中业务数据库存储系统用户、角色、专题地图设置、统计数据、GPS终端坐标等相关数据；矢量空间数据库存储地图矢量数据；影像空间数据库存储地图影像。
基于数据库的基础上开发的应用系统整体上由两个子系统和三个与外部系统集成的服务程序。其中两个子系统分别是前端子系统（Web Client）和后台管理子系统（Administration Tool）；三个与外部系统集成服务程序分别是GPS短消息服务程序(Message Client)、视频报警服务程序(CCTV Alarm)及基站报警服务程序(Base Station Alarm)。
前端子系统采用当前流行的富客户端GIS开发技术开发,开发平台为SuperMap iClient for Silverlight， GIS服务器采用SuperMap IS .NET发布地图服务和各种GIS功能。其中背景地图的发布采用了IS .NET的金字塔图片缓存模式，极大地提高了前端地图访问的速度和效率。
后台管理子系统也是采用B/S架构开发。该子系统主要是为了实现对前端运行子系统的功能和数据进行配置和修改，从而保证系统能够保证用户灵活多变的需求。
前端和后台两个子系统都是通过微软的IIS中间件，发布为Web站点，客户端只需要通过标准的浏览器就可以访问系统提供的全部功能。
与外部系统集成的三个服务程序全部采用C/S架构，分别实现了与外部GPS短消息服务器、视频报警服务器以及基站报警服务器之间的通讯，实时地接收外部系统的消息，并写入本系统相应的数据库表中，供前端子系统查询显示时调用。
系统主体结构如图1所示。
图1. MPGIS总体结构
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本项目的空间数据库是基于毛方客户提供的全岛基础地图数据（全部为DWG格式）通过使用SuperMap Deskpro将CAD数据转化、处理并入库，建立了基于SuperMap SDX+ for SQL Server的矢量数据库。此外根据毛方提供的影像数据（ECW格式），通过Deskpro也将全部ECW数据导入到空间数据库中，并合并成一个影像数据集，建立影像数据库。全部数据加起来一共为30G左右。最后，通过Deskpro的专题制图功能，配置了两幅地图作为本项目的背景地图使用，分别是一幅矢量地图和一幅影像地图。
系统采用Microsoft Visual Studio 2010集成开发环境，使用Power Designer V15进行数据库设计，项目各种相关文档、代码及数据通过SVN版本管理软件进行集中管理，采用LoadRunner录制脚本进行性能测试。开发过程基本遵循迭代方式。
3 系统功能：
3.1 前端子系统
前端子系统是操作员日常操作使用的平台，考虑到操作员基本上是缺乏GIS概念和基础的非GIS专业人员，因此在软件设计开发上重点考虑的是界面友好、操作简便、功能实用等要素。
前端子系统由四个模块构成，分别是基本地理信息模块，视频监控模块，GPS监控模块及案件录入模块，分别实现基础地理信息展现，视频信息查询及展现，GPS终端监控定位及轨迹查询，案件查询及编辑等功能。
3.1.1 基本地理信息模块
前端基本地理信息模块包括矢量及航空影像的切换展现，地图放大、缩小、平移、前后视图切换、鹰眼、坐标信息、测距、测面积、快速查询、地图书签、地图打印以及专题图展示等功能。
1) 快速查询
快速查询允许用户先选择希望查询的图层，然后输入查询关键字。参考互联网用户的查询习惯，系统设计开发了输入信息自动模糊匹配完成的功能，即用户输入关键字查询时，系统能够自动匹配相关输入，提示用户系统中与之模糊匹配的备查列表，便于用户选择。系统也支持模糊查询，所有匹配的数据均可高亮显示的地图中(图2)。
图2.快速查询
考虑到不同图层的可查询字段在系统开发运行后仍具有一定的不确定性，系统管理员可通过后台管理子系统配置前端可查询图层的名称及一个或多个可查询的字段。设置完成后前端子系统将自动根据设置的图层及字段信息进行模糊匹配，从而使系统具有灵活的数据兼容能力，满足客户更换、增加数据用来查询的需求。
2) 图层控制
为了方便用户能任意地调整客户端地图中图层的显示顺序、可见性以及透明度，设计开发了方便实用的图层控制器（图3）。在图层控制器中，在原来Deskpro工作空间中配置好的一幅地图，被当成是一个图层在图层控制器中进行控制。借助开启IS .NET的服务器端金字塔图片缓存的功能，系统能快速地显示由海量数据支撑的背景地图。客户端图层中的其他图层主要是矢量图层，其矢量数据是通过在iClient中调用IS .NET的数据服务接口从服务器端获取的矢量数据流，然后通过iClient的渲染引擎根据后台管理数据库设置的专题数据以及渲染风格设置显示在客户端地图中。不同于传统的瘦客户端模式的Web GIS，客户端矢量图层具有更美观、更快速以及更友好的显示和交互性能。
用户通过图层控制器可以调整所有图层的显示顺序及其可见性和透明度，从而达到不同的地图显示效果，满足不同的客户需求。此外，不同的用户可以保存自己的图层设置方案；系统每次登录时默认按用户保存的图层设置方案显示地图，从而满足用户的个性化需求。
图3.图层控制器
3) 专题地图
应用iClient提供的丰富的客户端专题制图的开发接口，系统开发支持了六种不同类型的客户端专题地图用来展示常用的警用专题数据及统计数据，分别为单值专题图、分段专题图、热点图、饼状专题图、时间序列分段专题图以及时间序列热点图。其中，单值专题图可以根据不同的图标来显示不同类型的点，而用相同的图标来显示相同类型的点（图4）；分段专题图可以根据指定的分段方法，对应值在不同的分段范围内的对象用不同的颜色来显示，而在相同范围内的对象用相同的颜色来显示的功能（图5）；热点图是一种随着富客户端技术兴起而发展起来的特殊的专题地图，可以直观地展现一组空间上离散的点对象（例如案件）在空间上分布的相对疏密情况（图6）；饼状专题图可以展现不同统计区域的不同统计指标之间的占比关系（图7）；时间序列分段专题图可以动态展现同一统计指标不同的统计时段的时空变化过程（图8）；时间序列热点专题图可以动态显示不同时间发生的案件在时间和空间上的演变过程（图9）。为了方便展示后两种特殊的时空专题地图，设计开发了专门的时间序列播放控制器。
图4.单值专题图
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图5.分段专题图
图6.热点图
图7.饼状专题图
图8.时间序列分段专题图
图9.时间序列热点图
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3.1.2 视频监控模块
通过与CCTV监控系统集成，操作员可通过在地图上点击或拉框来查询一定区位或区域内的摄像头，也可以通过输入摄像头ID或者安装地址等基本属性信息进行查询。查询到的摄像头将以气泡的形式高亮显示在地图上，此时点击查看视频的按钮就可以弹出多画面窗口分页显示全部选中的摄像头的实时画面（图10）。在弹出的多画面窗口中，通过选中任意视频画面，地图上将居中定位显示该窗口对应的气泡，从而方便操作员随时快速地对照视频与其在地图上的位置，提高监控和决策效率。
操作员也可以将事先查询好的摄像头的组合作为方案保存下来，以便随时快速地切换不同的监控方案，避免每次重复进行查询操作。
图10.单窗口多画面监控方案
除了支持单窗口多画面的监控方式外，操作员也可以在单击视频查看按钮后直接单击地图上任何摄像头图标，系统将弹出单个视频播放窗口来播放该摄像头的实时画面。此种分散的多窗口模式更有利于调整地图和视频窗口的位置，达到某些特定的监控效果（图11）。
图11.多窗口监控
3.1.3 GPS监控模块
GPS监控模块实现了对持有无线通讯终端的警员或警车、直升机等的位置进行实时监控及查看历史轨迹的功能。警员所配备的无线通讯终端由WTS厂家提供，对于集成了GPS模块的无线通讯终端，系统通过发短信的形式能够设置终端向短消息中心按指定的间隔发送定位信息。通过本系统开发的短消息通讯服务程序，能够与短消息中心服务器进行通讯，获取并将定位信息解析、纠偏然后存入数据库中。前端子系统通过定时获取数据库中的终端位置信息进行地图位置的更新，从而实现实时位置监控效果（图12）以及历史轨迹回放的功能（图13）。由于采用了富客户端地图开发技术，地图的刷新效率以及支持的监控目标的数量相对传统的瘦客户端地图模式有了极大的提高。
图12. 警员位置实时监控
图13.轨迹回放
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3.1.4 案件录入模块
本模块主要提供案件数据的采集入库功能。操作员可以先通过快速查询功能查找到案件的发生地点，然后在相应的位置上添加案件点，并通过系统提供的案件属性录入界面，录入或编辑案件的基本属性信息，从而建立和维护一个基于空间定位的案件信息库。通过将该信息库与系统的单值专题图功能和热点图展示功能的结合，可以在地图上分类显示案件的分布并显示案件的高发、频发区域，从而为总局领导决策提供直观的空间决策支持。
3.2 后台管理子系统
后台管理子系统是为了满足客户数据的不确定性以及对前端子系统功能的灵活配置和安全控制而设计的。系统管理员可以通过后台管理子系统来配置地图图层和专题地图，也可以调整和设置系统的用户权限、查看系统访问日志以及设置IP地址过滤规则等。
后台管理子系统主要包含数据管理模块、地图管理模块、GPS管理模块以及系统管理模块。
3.2.1 数据管理模块
为了通过专题图形式直观的展示警察局的各种统计数据，系统支持先导入不同类型的统计数据，然后再根据导入的统计数据进行专题地图展示的功能。
1) 数据模板管理
考虑到客户的统计数据缺乏统一的标准，无法事先定义好各种统计表的表结构。我们专门设计了数据模板的功能来描述和匹配各种外部导入的统计数据表。所谓数据模板其实就是一个用来描述表结构的模板。不同的统计表结构可以定义不同的模板来匹配。另外为了避免每次导入一个数据表都需要在数据库中新建一个对应的物理表，系统预定义了一个固定能容纳50个字段的大表，用户最多可以定义50个字段来描述一个表结构。在新建模板时，系统默认了50个字段名分别为P1至P50,，用户可以依次按照需要修改其名称，并根据统计表具有的字段数启用相应数量的列，对于未启用的列则任其在数据库中保持为空值。
为了满足制作时间序列图的需要，对所有的数据模板都要求选择确定是属于“同一指标不同时间”类，还是属于“同一时间不同指标”类。前者可以用来制作时间序列分段范围专题地图。
2) 数据表管理
数据表是外部导入的统计数据表在本系统中的一个拷贝。在定义好相应的数据模板后，即可新建一个数据表。在定义数据表时，必须指定数据表的两个基本的维度，其一是表结构信息，可通过选择事先定义好的数据模板来确定；另一个维度是统计的区域信息，可通过选择一个与之匹配的地图图层（通常为统计边界）来确定。每个数据表可以通过命名来标示其内容。
3.2.2 地图管理模块
1) 背景图管理
此功能用于配置背景地图信息。用户可配置一个或多个背景地图。每个背景地图对应于工作空间中的一个地图，也可以设置采用谷歌地图或必应地图作为背景地图。超过一个背景地图同时存在时，需指定默认的地图，其余背景地图则可通过点击地图右上角的背景图标签按钮来进行切换，从而无需修改代码即可实现灵活更换背景地图的功能，以及实现类似谷歌地图中地图、影像图和地形图之间的背景地图切换效果。
2) 专题图管理
用户通过前端子系统所能看到的六种专题地图均可由管理员通过本模块来增加、删除和修改(图14)。
图14.专题图管理
每类专题地图都需要设置一些基本的参数。除热点图及时间序列热点图只需要直接指定一个与之关联的点图层外（时间序列热点图另外还需要指定时间字段及时间序列），其余地图都需要首先指定一个事先定义并编辑好的数据表，然后再设置该数据表中用于统计的一个或多个字段。
此外，系统还提供了定制地图渲染的图标或颜色方案的功能，方便用户修改地图渲染的图标或颜色方案。
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3.2.3 GPS终端管理模块
此模块主要是为了方便管理员添加、修改和删除GPS终端设备信息设计开发的。只有在此模块中正确地把GPS终端的号码、类型、领用人、监控间隔等基本信息都设置进来的设备才能被前端子系统正确地监控。
3.2.4 系统管理模块
系统管理功能分为用户管理、IP管理和日志管理等，供系统管理员创建用户及角色，分配系统功能和数据访问权限以及维护系统安全使用。
系统管理员可以通过后台系统创建角色和用户，前端和后台系统按照功能划分不同模块，各个功能模块在系统设计之初就基本确定，因此，在定义角色时，只需设定角色所拥有的功能权限即可（图15）。
图15.角色功能权限设置
系统管理员也可以设定不同角色对应的图层浏览权限，所有属于当前角色的用户均可浏览设定的图层，否则，则不具备查看该图层的权限（图16）。
图16.角色的图层权限设置
4 结语
截止到6月底，本系统已经在毛里求斯警察总局安装部署并通过了半年的试运行。运行结果表明，系统运行稳定、功能实用、操作简便、配置灵活，初步得到了毛里求斯警察局用户的肯定和认可。系统充分应用了SuperMap GIS软件的最新技术成果，不仅建立了毛里求斯警用空间矢量数据库和影像数据库，提供了方便实用的GIS查询和专题制图功能，而且与视频监控系统和GPS监控系统进行了紧密的集成，提高了毛里求斯警察总局应用GIS进行空间决策的能力和效率。同时也应该看到，目前该系统提供的功能相对还是比较简单，还有待随着今后系统的深入应用，在收集更多客户需求的基础上进行功能的完善。
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