摘 要： 針對混合模式下GIS應用系統特點和現有空間數據維護的不足，提出“分類分散維護”空間數據維護方案，探討了這種方案的設計和實現，并通過其在政務GIS中的典型應用說明其具有實用性。
關鍵詞： 混合模式；空間數據維護；GIS；政務GIS

1 混合模式下GIS分類分散空間數據維護
1.1 混合模式GIS應用系統
    目前GIS應用系統的體系結構主要有三種：單機操作模式、客戶/服務器（Client/Server，C/S）模式和瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）模式。混合模式GIS應用系統是指采用C/S與B/S兩種模式結合的GIS應用系統，其中C/S方式具有強壯的數據操縱和事務處理能力，以及嚴密的數據安全性和完整性約束特點，B/S方式則具有系統容易集成、維護工作量少、易于升級、可以基于Internet 的遠程訪問特點，因此采用C/S與B/S模式相結合的方式可以優勢互補，使系統更加完善，該模式現已成為GIS應用系統的首選模式。就采用混合模式系統的開發而言，對于信息交互量不大、遠程訪問、信息查詢的用戶操作模塊，采用B/S模式來予以實現，而對于信息量交互大、數據處理復雜、安全要求高的模塊，采用C/S結構模式。
    混合模式GIS應用系統是將C/S模式和B/S模式有機結合在一起，將內網外網以物理邏輯隔離，系統各個功能根據其特點分別以兩種不同模式實現，兩種模式公用一個核心數據庫，組合成具有實用價值的GIS應用系統，其結構圖如圖1所示。 防火墻Web服務器系統終端各級部門用戶系統終端地圖服務器授權Internet用戶C/S模式B/S模式系統中心數據庫
1.2 混合模式GIS應用系統空間數據維護
    地理信息系統最基本的組成部分是空間數據，系統建立、運行維護過程中70%左右的工作是空間數據庫的建設與維護。考慮到空間數據維護的復雜性，混合模式下GIS應用系統一般都將繁重復雜的空間數據維護放到了C/S模式下完成，然而這種方式存在諸多問題。首先，GIS應用系統大多有涉及面廣，空間數據量大且變化頻繁的特點，如果將所有數據的維護更新任務放到C/S模式下，必然需要靠大規模調查、外業測繪、遙感等手段獲取更新信息，實現這些必然要求有一支龐大的數據維護技術隊伍，同時還要求有強大的經費支持。一旦這些跟不上，系統的空間數據便無法及時更新，系統也就無法高效運行。其次，完全依靠C/S模式空間數據維護，不易實現空間數據的實時入庫，也就無法很好滿足災害應急系統的要求，因為問題的起源和發現大多都來源于分布廣泛的B/S用戶，而他們又不能迅速將實時信息入庫，只能向上報告，而要等到C/S用戶將信息入庫，無疑降低了系統的實用性和高效性。再者，完全依賴C/S模式完成空間數據維護，也不符合現在的機構管理機制和信息系統要求，因為事務處理均為分布廣泛的基層部門用戶負責處理，一般他們是在B/S模式下工作，他們具有采集實時業務數據和更新數據的條件，上級主管部門只是指揮控制協調作用，而現在要求他們去負責數據維護是不合要求也不現實的。
1.3 “分類分散維護”的空間數據維護
    結合混合模式GIS應用系統的特點和現有空間數據維護的不足，提出針對該模式下空間數據的維護策略“分類分散維護”。主要思想就是針對系統涉及的不同空間數據特點進行分類，對不同的類別數據采用相對應的最合適、高效的數據維護方式。改變現有C/S集中式維護的諸多不足，降低了空間數據維護的難度和成本，提高系統數據的時效性和系統的實用性。
    GIS應用系統的空間數據一般可分為基礎空間數據和專題空間數據，基礎空間數據是指系統涉及范圍內的行政區、居民地、交通、水系等基礎框架數據。專題空間數據是系統業務應用所需的空間數據，不同應用所需的數據不同。
    基礎空間數據具有變化周期長、更新代價高特點，一般是按年按月來更新，如果每個系統都自己來維護的話，勢必重復投入，造成資源大量浪費，既不必要也不現實，基于國家基礎空間數據共享的需要，這類信息應該由國家專門部門如國家基礎地理信息中心、各測繪局、基礎數據生產單位等來負責空間數據的生產和維護更新，在C/S模式下將購買或索取到的更新數據進行質量審查和相應處理后進行批量更新。
專題空間數據具有變化周期短、更新頻繁的特點，根據應用需求還可以將其分為基礎專題空間數據和業務專題空間數據。前者指業務處理需要的專業基礎數據，如森林防火地理信息系統中的防火要素撲火隊、護林點等。可以按周按天來更新，而后者指業務處理過程中產生的數據，如森林防火地理信息系統中的火災處理相關數據。更新要求多為實時更新、及時響應。針對這些數據特點，采用按業務特點分別由各業務部門負責維護，而在同一部門內部，按區域特點由基層單位進行數據更新和維護，由C/S部門審核驗證后入庫。對實時更新要求的業務專題空間數據則進行特殊處理，通過“綠色通道”通過程序檢核直接入庫，如發生火災必須將火災相關信息實時入庫。同時針對不同部門，通過共同的平臺、數據庫標準和集中控制機制來統一管理空間數據庫，實現資源共享。這樣既保障空間數據能夠及時、有效地更新處理，也方便訪問不同地區及不同部門的數據，將處理的高效性和高度的可訪問性有機的結合起來。空間數據分類分散維護流程如圖2所示。
    專題臨時數據庫專題空間工作數據庫B/S維護用戶數據審核合格入庫不合格恢復C/S 審核用戶基礎空間數據庫C/S 維護用戶基礎數據生產單位實時更新周期更新工作庫基礎數據應用數據綠色通路

此主題相關圖片如下：
圖2 空間數據分類分散維護流程
2 分類分散空間數據維護的設計與實現
2.1 分類分散空間數據維護技術實現
    要實現混合模式GIS應用系統空間數據“分類分散維護”思想要求系統必須具有C/S模式下空間數據維護功能、B/S模式下同樣具有空間數據維護功能和C/S還必須具有對B/S維護審核控制的功能。現有的C/S數據維護功能和對B/S維護的審核已經是很成熟的技術，已經不是問題了。主要問題在于B/S模式下實現數據維護存在一定難度。B/S模式實現數據維護主要有以下幾種方式：
1、 基本信息提交到服務器后，由C/S處理
    這種方式間接利用現有C/S強大成熟的空間數據維護功能，將C/S數據維護功能做成Web Services或者通過遠程方法調用方式，B/S用戶將需要編輯對象信息以特定形式發送到C/S端，C/S端接收后調用響應模塊進行空間數據維護更新。這種方式適合各種類型政務GIS系統，但需要較大的開發投入，技術復雜，實現較困難。
2、 利用空間數據庫和空間數據庫引擎提供的API
    利用空間數據庫和空間數據庫引擎提供的API實現B/S維護，如ESRI在空間數據庫引擎ArcSDE基礎上開發了一套基于OGC 簡單要素標準(Simple Feature Specification)實現的API，面向開放系統開發，可以用于客戶端與ArcSDE的交互過程，目前提供基于C語言和Java語言的實現，通過這些可以實現對空間數據庫建立連接并對空間數據的管理和空間分析功能。這種方式適合中小型政務GIS系統，投入相對底，能實現基本的空間數據維護，技術比較成熟，但對于復雜空間數據維護稍顯不足。
3、 利用現有WebGIS軟件的空間數據編輯維護功能
    隨著GIS平臺走向網絡化，不少的GIS復雜功能也開始可以通過網絡來完成。B/S模式下圖形的編輯無疑是GIS網絡化成熟的一個標志。如ArcGIS Server便提供網絡環境下空間數據復雜編輯功能，它在ArcSDE中添加了基于服務器端的GIS處理能力，不僅僅是數據的訪問，還提供集中管理、多用戶編輯的能力。這種方式適合大型政務GIS系統應用，因為系統軟件投入相對高，能實現復雜的空間數據維護；但目前這種技術還不是很成熟，處在發展中。
2.2 混合模式GIS應用系統空間數據庫設計
    網絡存在不定因素，如果直接開放工作數據庫的維護權限的話，會給系統帶來很大的潛在危險，也不符合信息系統的安全要求，故可以采取將專題空間信息分兩個庫建設，一個工作專題空間數據庫和一個過渡專題空間數據庫，兩者對外開放不同權限，前者對C/S開放，和B/S瀏覽開放。后者對B/S維護開放，開始兩者一致，當B/S數據維護后暫時不一致，在B/S維護數據經審核后兩者又恢復一致。B/S用戶修改后的信息必須在C/S端經過主管部門的審查通過后才能進入工作數據庫。所有B/S維護用戶把他們空間數據維護信息寫入過渡數據庫時，系統記錄維護信息。C/S用戶檢查這些B/S數據維護信息，并審核這些維護數據。對于合格的數據，則將他們從過渡數據庫導入生產數據庫。對于不合格數據，則將C/S原始空間數據退回到過渡數據庫中，使兩者保持數據的一致性。這種審核一般是定時完成。對于需要實時處理的業務數據可根據需要開辟“綠色通道”，即通過系統自動審核，而后觸發事務處理機制對其進行處理。
    對空間數據維護需要記錄用戶維護過程信息，包括用戶信息、維護時間、地點、維護性質、數據審核信息等，使對空間信息的維護做到可以核查、追蹤，保證數據安全性和可靠性。
3 分類分散維護在政務GIS中的應用
    GIS在電子政務中的應用，形成了政務GIS的專門研究和應用領域。政務GIS由于具有地域廣闊、部門眾多、業務復雜的特點，故采用純C/S或B/S模式，均不能很好地滿足需求，實際上通常是采用C/S、B/S混合模式開發。在這種混合模式下，通常是簡單地將空間數據維護任務放到了C/S模式下，這樣就沒有發揮B/S模式優勢，對空間數據大量頻繁更新顯得力不從心，特別是針對突發應急事務的處理。政務GIS專題信息更新頻繁，數據需求現勢性強。因此迫切需要改變通常C/S集中維護這種模式，充分利用政務GIS良好的運行環境：多為政府專網，高速安全有良好的網絡保證；用戶具有較高的素質，系統培訓可以使用戶掌握空間數據維護能力；較強的資金和技術支持，確保系統采用先進技術開發和良好的運行。
    下面以一個實例具體說明空間數據“分類分散維護”思想的實際應用。在某省森林防火地理信息系統中，分別以兩種模式：C/S和B/S運行，前者在局域圖2 空間數據分類分散維護流程
2 分類分散空間數據維護的設計與實現
2.1 分類分散空間數據維護技術實現
    要實現混合模式GIS應用系統空間數據“分類分散維護”思想要求系統必須具有C/S模式下空間數據維護功能、B/S模式下同樣具有空間數據維護功能和C/S還必須具有對B/S維護審核控制的功能。現有的C/S數據維護功能和對B/S維護的審核已經是很成熟的技術，已經不是問題了。主要問題在于B/S模式下實現數據維護存在一定難度。B/S模式實現數據維護主要有以下幾種方式：
1、 基本信息提交到服務器后，由C/S處理
    這種方式間接利用現有C/S強大成熟的空間數據維護功能，將C/S數據維護功能做成Web Services或者通過遠程方法調用方式，B/S用戶將需要編輯對象信息以特定形式發送到C/S端，C/S端接收后調用響應模塊進行空間數據維護更新。這種方式適合各種類型政務GIS系統，但需要較大的開發投入，技術復雜，實現較困難。

2、 利用空間數據庫和空間數據庫引擎提供的API

    利用空間數據庫和空間數據庫引擎提供的API實現B/S維護，如ESRI在空間數據庫引擎ArcSDE基礎上開發了一套基于OGC 簡單要素標準(Simple Feature Specification)實現的API，面向開放系統開發，可以用于客戶端與ArcSDE的交互過程，目前提供基于C語言和Java語言的實現，通過這些可以實現對空間數據庫建立連接并對空間數據的管理和空間分析功能。這種方式適合中小型政務GIS系統，投入相對底，能實現基本的空間數據維護，技術比較成熟，但對于復雜空間數據維護稍顯不足。

3、 利用現有WebGIS軟件的空間數據編輯維護功能

    隨著GIS平臺走向網絡化，不少的GIS復雜功能也開始可以通過網絡來完成。B/S模式下圖形的編輯無疑是GIS網絡化成熟的一個標志。如ArcGIS Server便提供網絡環境下空間數據復雜編輯功能，它在ArcSDE中添加了基于服務器端的GIS處理能力，不僅僅是數據的訪問，還提供集中管理、多用戶編輯的能力。這種方式適合大型政務GIS系統應用，因為系統軟件投入相對高，能實現復雜的空間數據維護；但目前這種技術還不是很成熟，處在發展中。

2.2 混合模式GIS應用系統空間數據庫設計

    網絡存在不定因素，如果直接開放工作數據庫的維護權限的話，會給系統帶來很大的潛在危險，也不符合信息系統的安全要求，故可以采取將專題空間信息分兩個庫建設，一個工作專題空間數據庫和一個過渡專題空間數據庫，兩者對外開放不同權限，前者對C/S開放，和B/S瀏覽開放。后者對B/S維護開放，開始兩者一致，當B/S數據維護后暫時不一致，在B/S維護數據經審核后兩者又恢復一致。B/S用戶修改后的信息必須在C/S端經過主管部門的審查通過后才能進入工作數據庫。所有B/S維護用戶把他們空間數據維護信息寫入過渡數據庫時，系統記錄維護信息。C/S用戶檢查這些B/S數據維護信息，并審核這些維護數據。對于合格的數據，則將他們從過渡數據庫導入生產數據庫。對于不合格數據，則將C/S原始空間數據退回到過渡數據庫中，使兩者保持數據的一致性。這種審核一般是定時完成。對于需要實時處理的業務數據可根據需要開辟“綠色通道”，即通過系統自動審核，而后觸發事務處理機制對其進行處理。

    對空間數據維護需要記錄用戶維護過程信息，包括用戶信息、維護時間、地點、維護性質、數據審核信息等，使對空間信息的維護做到可以核查、追蹤，保證數據安全性和可靠性。

3 分類分散維護在政務GIS中的應用

    GIS在電子政務中的應用，形成了政務GIS的專門研究和應用領域。政務GIS由于具有地域廣闊、部門眾多、業務復雜的特點，故采用純C/S或B/S模式，均不能很好地滿足需求，實際上通常是采用C/S、B/S混合模式開發。在這種混合模式下，通常是簡單地將空間數據維護任務放到了C/S模式下，這樣就沒有發揮B/S模式優勢，對空間數據大量頻繁更新顯得力不從心，特別是針對突發應急事務的處理。政務GIS專題信息更新頻繁，數據需求現勢性強。因此迫切需要改變通常C/S集中維護這種模式，充分利用政務GIS良好的運行環境：多為政府專網，高速安全有良好的網絡保證；用戶具有較高的素質，系統培訓可以使用戶掌握空間數據維護能力；較強的資金和技術支持，確保系統采用先進技術開發和良好的運行。

    下面以一個實例具體說明空間數據“分類分散維護”思想的實際應用。在某省森林防火地理信息系統中，分別以兩種模式：C/S和B/S運行，前者在局域網內向省林業廳以及省森林防火指揮中心提供森林防火輔助系統應用，后者則在廣域網范圍內向遍及全省范圍的各級林業工作人員提供森林防火輔助信息。系統采用統一的數據庫存取機制，保證兩類用戶（C/S與B/S）都能訪問到一致的信息。在數據的存取機制上，C/S用戶具有瀏覽、維護、管理、備份等幾種權限，但是C/S維護用戶都有權對全省的數據進行操作，主要負責基礎空間數據的維護更新和對B/S維護的審核。而B/S維護用戶盡管也具有瀏覽、維護空間數據的權限，但是，B/S維護用戶被限制在僅能對本行政區劃內的專題空間數據操作上。作為數據維護中的數據操作的原則，B/S維護用戶對空間數據操作命令只對過渡數據庫里的數據進行修改，而不對工作數據庫里的數據產生影響。B/S用戶修改后的信息必須在C/S端經過有關部門的審查通過后才能進入工作數據庫。對于火災業務數據因為需要實時處理則通過“綠色通道”直接入庫。通過將過渡數據庫與工作數據庫隔離，減少由于連接所造成的數據庫安全隱患。B/S模式下的空間數據維護是利用空間數據庫引擎ArcSDE的API來實現的。圖3為C/S審核來自B/S森林防火要素維護界面。


4 結束語

    結合混合模式GIS應用系統特點，對其空間數據維護采取“分類分散維護”的方式，對空間數據按其特點進行合理分類，對不同空間數據類型采取不同的維護方法，有效地共享基礎空間數據，利用分布廣泛的B/S用戶維護更新專題空間數據，有效的克服C/S集中式維護的不足，這種方式無疑是GIS應用系統走向成熟實用的需要，不過目前B/S模式下空間數據維護技術有待完善。

參考文獻

[1]. 王家耀.空間信息系統原理[M].北京:科學出版社,2001.
[2]. 潘瑜春,鐘耳順,趙春江.GIS空間數據庫的更新技術[J].2004,6(1):36-40.
[3]. 高志剛,邊小凡,張志強.提高C/S模式系統可維護性研究[J].微機發展.2004,14(3):17-19.
[4]. 易任重,劉曉海,廖曉昕.一個基于C/S與B/S混合架構的應用實例解析[J].計算機工程與應用,2001,16:159-161.
[5]. 熊麗華,楊峰.基于ArcSDE的空間數據庫技術的應用研究[J].計算機應用,2004,24(3):90-91,96.
[6]. 張明波,申排偉,陸鋒等.空間數據引擎關鍵技術與應用分析[J].地球信息科學,2004,6(4):80-84.
[7]. 金江軍,潘懋.電子政務數據資源的開發利用[J].地理與地理信息科學,2003,19(6):42-46.
[8]. 中國GIS協會政務信息系統專業委員會.政務GIS的現狀與展望[J].地理信息世界,2004,2(5),31-35.
[9]. 張清浦.電子政務與GIS[J].測繪科學,2003,28(1),5-8