【PHP开源代码栏目提醒】:网学会员在PHP开源代码频道为大家收集整理了“开源WebGIS技术在城市灾害研究中的应用——以上海市为例 - 硕士论文“提供大家参考,希望对大家有所帮助!
上海师范大学 硕士学位
论文开源WebGIS技术在城市灾害研究中的应用——以上海市为例 别:硕士 专业:自然地
理学 指导教师:温家洪芮建勋 20090401上海师范大学硕士学位
论文 摘 要 社会发展正面临着严峻的考验,人口和环境的脆弱性不断加大。
城市是人类活动的集聚空间,是区域经济、政治、文化等的主要载体。
近年来,城市灾害种类多样,危害程度越来越大,已经成为全世界关注的焦点。
1999年,国际上就设立了全球环境变化与人类安全综合研究计划(GECHS),重视自然灾害与城市脆弱性的研究。
现代城市由于人口和财富等的大量聚集,大大改变了原有的自然条件与社会环境,人类的一切活动对城市各种功能的依赖性日益增强,而城市的抗灾性与安全性则越来越差。
随着经济发展和城市现代化进程的加快,利用GIS等先进的技术手段来提高城市的防灾抗灾能力,已经成为城市公共安全的一项紧迫任务。
WebGIS是在Internet或Intranet网络环境下的一种存储、处理、显示、分析和应用地理信息的计算机信息系统。
即采用浏览器/服务器的计算模式通过Internet发布电子地图,实现GIS中的功能。
在这项技术中,可以充分使用开源软件(绝大多数为免费),形成低成本高效率的架构。
本文在系统归纳和总结国内外现有的开源WebGIS技术以及具体应用实例的基础上,结合城市灾害研究的相关理论知识,建立城市灾害数据库,开发配套空间分析工具集,并构建基于开源WebGIS的城市灾害信息系统,从而提高灾害数据库和空间分析工具集的设计水平,丰富城市灾害信息系统的构建方法,为城市灾害研究工作提供可靠的分析工具、系统平台和技术支持,也为开源WebGIS技术的其它应用提供有力的参考。
主要得出以下结论: (1)开源软件成本低廉,且在效率上并不逊色于大多数商业软件,不失为建立WebGIS的良好选择。
(2)基于对象关系型数据库PostgreSQL和配套的空间数据库引擎PostGIS,完成了上海城市灾害数据库的建设。
(3)开发了空间分析工具集,实现了查询统计、空间量算、专题制图、结果输出等功能。
对各种工具进行分类管理,保证它们既各自独立,又能相互搭配使用。
(4)采用Apache+MapServer+PostgreSQL+PHP的架构,建立了基于开源WebGIS的上海城市灾害信息系统。
关键词:开源WebGIS;城市灾害;数据库;空间分析:信息系统;上海上海师范大学硕士学位
论文 摘要The App I i cat i on of Open Sou rce WebG I S Techno I ogy i n the Research of Urban D i saster:Shangha i Case Study Abstract Social development is facing a severe test,the vulnerabi 1 i ty ofpopulation and environment is increasing constantly.The city is aconcentration space of human activity and main carrier of regional economiC,pol itical,culture and SO On.In recent years,urban disasters had a lot oftypes,the damage was increasing constantly and had become a focus ofattention around the world. In 1999.the international global environmentalchange and human security research program(GECHS)had been established,theprogram attent ion to the research about natural di sasters and vulnerabi 1 i tyof urban.Because of the large number of aggregation of population,wealthand SO on,the modern cities change the original natural conditions and socialenvironment greatIy.A1l human activities are growing dependence on thevarious functions of the city,but the recovery and security of the city isgetting worse.Along with economiC development and the process of urbanmodernization become fast, use means of advanced technology such as GIS toimprove the capacity of disaster prevention and resi l ience of the city hasbecome an urgent task of public safety of the city. WebGIS is a computer information system which could storage,process,di splay,analyze and apply geographic information in the environment ofInternet or Intranet. It uses the computing model of Browser/Server andpublishes electronic map with Internet,then it will achieve the functionsof GIS.In thi s technology,there are many open source software(most of themare free)could be used to formation a structure which is cost-effectire. III 上海师范大学硕士学位
论文 摘要 This article is based on summarize and SUm up the technology of open source WebGIS and its applications which are existing home and abroad right now.Combine the theoretical knowledge related to urban disaster,establish urban disaster database,develop spatial analysiS toolkit,and construct urban disaster information system which base on open source WebGIS.All these will raise design standards of disaster database and spatial analysis toolkit, enrich construction method of urban disaster information system,provides credible analysis tool,system platform and technical support for the study of urban disaster.At the same time,provide a strong reference for other appl ications of open source WebGIS.The main conclusions are: (1)The open source software is low—cost。
and not worse than most commercial software on efficiency.It is a good choice for developing WebGIS.(2)Finish the construction of shanghai urban disaster database based on the object——relational database PostgreSQL and spatial database engine PostGIS.(3)Develop the spatial analysis toolkit to achieve functions of query statistics,space calculation,thematic mapping,the results of the output and SO on.Manage the various tools by categories,ensure their independence and also they could use each other.“)Develop shanghai urban disaster information system based on open source WebGIS by using Apache,MapServer,PostgreSQL and PHP.Key words:Open source WebGIS:Urban disaster:Database:Spatial analysis: Information system;ShanghaiIv.1-海师范火学硕一l:学位
论文 学位
论文独创性声明。
j
论文使用授权声明 学位
论文独创性声明 本
论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
论文中除了特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。
其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己在
论文中做了明确的声明并表示了谢意。
论文作者签名:陈词 同期:∞口7年』月培同
论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位
论文的规定,即:学校有权保留送交
论文的复印件,允许
论文被查阅和借阅;学校可以公布
论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其它手段保存
论文。
保密的
论文在解密后遵守此规定。
论文作者签名:陈司 同期:毋』月帅 翩签名:陶 同期:伊,月/8 FI 85上海师范大学硕士学位
论文 第l章绪论 第1章 绪论1,1选题背景与研究意义 当前,防御和减轻灾害是世界各国共同面临的重大问题。
自然灾害与人为灾害相互交织,不仅给资源和环境造成深远破坏,还严重地危害社会经济的可持续发展。
联合国秘书长安南在2000年10月1 1日国际减灾日文告中曾指出:我们的世界比以往任何时候更容易受到灾害和伤害…。
20世纪80年代末90年代初以来,联合国倡导开展了“国际减轻自然灾害10年”活动,在很大程度上促进了全球对减轻自然灾害
问题的研究乜3。
我国自然地理条件复杂,生态环境基础脆弱,灾害发生的频率高、强度大,是世界上少数几个受灾最严重的国家之一,常年受灾人口在2亿人次以上。
随着国民经济的发展、生产规模的扩大和社会财富的增长,灾害造成的损失也逐年上升。
近十年来,每年自然灾害造成的
经济损失都在1000亿元以上口1。
2008年是中国的多灾之年,年初的雪灾和5·12汶川大地震,给人民群众的生产生活造成重大损失,对人民群众的生命和财产构成严重威胁。
由于人口和环境的脆弱性不断加大,社会发展正面临着严峻的考验n吲。
城市是人类活动的集聚空间,是区域经济、政治、文化等的主要载体№】。
近年来,城市灾害种类多样,危害程度越来越大,已经成为全世界关注的焦点盯3。
1999年,国际上就设立了全球环境变化与人类安全综合研究计划(GECHS),重视自然灾害与城市脆弱性的研究旧3。
现代城市由于人口和财富等的大量聚集,大大改变了原有的自然条件与社会环境,人类的一切活动对城市各种功能的依赖性日益增强,而城市的抗灾性与安全性则越来越差怕3。
随着经济发展和城市现代化进程的加快,利用GIS等先进的技术手段来提高城市的防灾抗灾能力,已经成为城市公共安全的一项紧迫任务。
WebGIS是Internet技术和wWw技术应用于GIS开发的产物,它将目前作为信息发布共享平台的Web作为一个能够承载地理空间信息的平台,在Web上提供对地理空间数据的访问n引。
运用这项技术,可以通过互联网分布式的进行地理空间信息的查询 上海师范大学硕士学位
论文 第1章绪论 与分析,并支持辅助决策。
这种分布性既减轻了服务器端的负担,同时也提高了用 户端的访问速度。
而且充分使用开源软件(绝大多数为
免费),在系统功能不受影 响的前提下,保证了成本的低廉。
因此,应用开源WebGIS技术,可以使城市防灾减 灾工作的分析、预测、模拟和决策更为科学。
上海地处海、陆结合部,人口、经济要素密集,是人流、物流、信息流高度汇 集和发散之地,同时也是我国城市灾害多发的特大城市之~,属于沿海灾害敏感带, 承受着来自海陆二向的自然灾害和特大城市固有的人为灾害的双重困扰。
对于上海 这样一个国际化大都市而言,灾害造成的影响将会辐射全国。
可以说,提高上海市 对灾害的承受能力,最大限度地减少灾害损失,对上海市的防灾减灾工作具有重要 意义。
因此,本文以上海市为例,结合实际情况,运用开源WebGIS技术,构建了城 市灾害信息系统平台和数据库,开发了空间分析工具集,不仅可以为降低城市灾害 风险与影响提供技术支持,还可以丰富、充实和发展我国在城市灾害研究工作中应 用GIS技术的理论和方法,具有较高的科学价值与现实意义。
1.2国内外研究现状 1.2.1国际研究现状. 近年来,国际上对减灾和灾害风险做了大量研究
工作。
2002年12月世界银行 灾害管理部与ProVention联盟举办了“灾害风险的未来:建立更安全的城市’’研讨 会,同时编撰出版了
论文集n¨。
2004年由UNDP发表一份全球
报告,题目是《降低 灾害风险:对发展的挑战》n别。
由美国哥伦比亚大学和ProVention联盟共同完成了 “自然灾害热点(Hotspots)计划”,其研究成果《自然灾害热点:全球风险分析》 n引,以及《自然灾害热点:案例研究》m1已公开发表。
灾害风险指标(DRI)首次给 出了全球国家级的人类脆弱性,创建了两个全球性的脆弱性指标,而Hotspots计划提出了3个灾害风险指标,并且编制了全球多个单灾种亚国家级的灾害风险图。
继Hotspots计划之后,ProVention联盟与UNDP又启动了“全球风险辨识计划(GRIP)”,这是一个全球性评估、辨识和分析灾害风险和损失的计划,目标是为降低灾害风险 的决策提供重要信息,并帮助确定降低风险投入的优先领域¨51。
2上海师范大学硕士学位
论文 第1章绪论 在开源webGIS方面,国际上已有多种软件平台,但基本都是采用Java或C/C++这两种工具开发的。
使用Java的主要有:Deegree、OpenMap、GeoServer、GeoTools、uDig、mapbui lder等,使用C/C++的主要有:GRASS、MapServer等。
所有这些开源软件平台大都遵循GPL(General Public License,通用公共许可证)或LGPL(LesserGeneral Public License,次级通用公共许可证)授权协议,不仅可以兼容ESRIshapefi le、Mapinfo、Oracle等商业软件的数据格式,同时也提供了针对MySQL、PostGlS等开源
软件的可靠接口。
在灾害研究工作中,国际上已经出现了一些应用开源WebGIS技术的成功
案例。
从这些项目的开发过程来看,基本都是以原有的灾害数据库为基础,增加配套的网络版系统平台或工具集,除了保留数据库提供的信息查询和数据下载等常规功能,更升级出GIS或空间分析以及网络数据共享等功能。
比较著名的例子有:历史灾害数据库Oeslnventar、全球级别的紧急灾害数据库EM-DAT、慕尼黑再保险公司灾害数据库NatCat、瑞士再保险公司数据库Sigma等。
1.2.2国内研究现状 自上世纪80年代以来,国内学者逐渐开始关注城市灾害与风险研究。
代表性专著有金磊编著的《城市灾害学原理》n胡和王绍玉、冯百侠所著《城市灾害应急与管理》n”。
黄崇福等提出了城市自然灾害风险评价的一级和二级模型¨卜193。
而李杰等通过分析火灾案例,对城市火灾风险进行了研究蛆们。
罗培研制了基于GIS的重庆市地质灾害风险评估信息系统幢¨。
徐向阳等研究了湖南省城市洪水灾害的主要成因,提出了洪灾的防治对策口21。
史培军等依据灾害系统理论和中国自然灾害数据库,构建并获得了城市脆弱性水平指数,将中国城市自然灾害风险划分为高、较高、中等、较低和低风险5个等级,编制了中国城市自然灾害风险评价图九。
许世远等对我国沿海城市自然灾害研究的重点进行了探讨,提出当前应集中开展自然灾害风险实证研究‘矧。
在开源WebGIS方面,国内也已经有了一些探索和尝试,但归结起来,还是主要集中在相关理论和方法的研究以及服务器或信息系统的设计,较为成熟的具体应用 3 上海师范大学硕士学位
论文 第1章绪论 还很少,并且只局限于个别专业领域。
如熊静等研究了基于MapServer的遥感影像发 布系统瞳钔。
龚灏等设计了基于PHP/PostgreSQL的飞机装配检验信息系统乜引。
刘旭林 等使用开源软件构建了基于WebGIS的气象信息显示和查询系统晗引。
杨朝晖等开发了 基于开源WebGIS的网络房地产估价系统啪1。
朱俊丰等对基于开源平台的中小型 WebGIS应用进行了研究乜引。
周波等研究设计了基于数字城市系统平台的GIS Server 服务器∞们。
吕家恪等构建了三层结构的WebGIS应用
系统,实现了矢量格式和栅格格 式空间数据的网络发布b1|。
宋现锋等探讨了
开源代码技术的FLASH地图实现方法阳2。
。
陈航等使用开源软件构建了wMS服务器,研究了PHP等开源工具在WebGIS中的应用口引。
汤焱彬等提出了一种中小城市实用的WebGIS架构
方案口引。
1.2.3不足之处 目前国际上关于开源WebGIS技术的应用日益增多,但涉及城市灾害研究的应用 还是相对较少,且过于依赖原有的灾害数据库,还没有形成完善的开源WebGIS系统 平台。
虽然加入了Web服务和一定的GIS模块,但总体来说,还都只是一些基础性 的功能。
在诸如空间分析、专题制图等能充分发挥WebGIS技术优势的功能上尚显薄 弱,开发力度还不够。
. 与国际相比,国内在此项技术上起步较晚,从理论到实际应用都还处于初级阶 段,急需进一步加强。
从国内研究现状来看,已有一些小范围或地方级的尝试,但 应用水平还比较低。
主要是因为我国还没有统一规范的数据结构与标准,研究人员 的目标和所使用的构建方法也各不相同,造成相互之间缺乏兼容性,没有真正实现 开源WebGIS技术所强调的
网络共享与互操作。
另外,在城市灾害研究中的应用更是 风毛麟角,不仅缺乏完整的系统平台,同时也缺少能满足实际需求的配套空间分析工具集和模型库。
1.3研究内容与技术路线 1.3.1研究内容 本文拟在系统归纳和总结国内外现有的开源WebGIS技术以及具体应用实例的4上海师范大学硕士学位
论文 第1章绪论基础上,结合城市灾害研究的相关理论知识,建立城市灾害数据库,开发配套空间分析工具集,并构建基于开源WebGIS的城市灾害信息系统,从而提高灾害数据库和空间分析工具集的
设计水平,丰富城市灾害信息系统的构建方法,为城市灾害研究工作提供可靠的分析工具、系统平台和技术支持,也为开源WebGIS技术的其它应用提供有力的参考。
具体研究内容包括: (1)开源WebGIS技术 掌握开源WebGIS技术的基本原理和特点,明确所采用的体系结构:Web服务器Apache:地图应用服务器MapServer;数据库PostgreSQL和编程语言PHP。
了解目前开源WebGIS技术的主要应用。
(2)建立城市灾害数据库 数据库是技术应用的根本,一切功能都建立在后台强大的数据库的基础之上。
采用加州大学伯克利分校
计算机系开发的对象关系型数据库PostgreSQL。
它功能丰富,可以方便的存储和管理空间数据,并拥有高效的空间索引。
为了便于使用和管理,数据库又划分为若干个子数据库。
如基础地理信息数据库、社会经济数据库、灾情数据库等。
(3)开发空间分析工具集 以实际应用范围和具体服务对象为依据,对所需要的空间分析工具集进行设计。
主要包括
查询统计工具、空间量算工具、专题制图工具、结果输出工具等。
(4)城市灾害信息系统 以满足实际应用需求为原则,具备Web信息发布、空间信息的存储与管理等基本功能,提供了地图服务,可以满足多用户并发访问,并能实现专题地图、查询统计与空间分析等功能。
同时,开源架构保证了系统拥有很强的可扩展性,可以随时增补新功能,以适应用户需求的变化。
在实际应用中,以工作站为结点,形成分布式的网络系统平台,实现局域网内或远程信息传输与共享。
1.3.2技术路线 本文运用开源WebGIS技术,建立城市灾害数据库,开发相关空间分析工具集, 上海师范大学硕士学位
论文 第1章绪论 构建城市灾害信息系统,为城市灾害研究工作提供了技术支持和分析工具,并辅助 管理与决策。
具体技术路线如图1-1所示: 图1-1
论文的技术路线6上海师范大学硕士学位
论文 第2章开源WebG|S技术 第2章开源WebGIS技术 Internet/Intranet的兴起带动了GIS的迅速发展,并使GIS的应用更加广泛和深入。
开源WebGIS是在Internet/Intranet网络环境下的一种兼容存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机信息系统。
由于浏览器技术的普及,浏览器应用的简单和易用等特点,基于浏览器的GIS应用很快成为Internet/Intranet构架下应用的主流。
开源WebGIS是指基于Internet平台,客户端的应用采用WWW协议的,运行在万维网上的地理信息系统。
它利用互联网技术来扩腰和完善地理信息系统。
其核心是以WWW为主要技术手段,在地理信息系统中使用HTTP和TCP/IP标准,实现互联网环境下的空间信息管理等地理信息系统的功能。
与传统的GIS相比,具有B/s体系结构的开源WebGIS使得原来基于单机或局域网的GIS扩展到整个因特潮,这样地学数据和地学模型有可能在全球范国内共享。
经过合理的组织,开源WebGIS可以实现数据和模型的透明,为地球系统科学研究提供一个功能强大而又方便的有效的途径。
此外,开源WebGIS开发和应用管理的成本低、使用简单,能实现真正的信息共享,并且平台具有很强的独立性、良好的可扩展性、更广泛的访问范围、平衡高效的计算负载等诸多优点。
2.1开源WebG|S技术的基本原理及特点2。
1。
1开源WebG I s技术的基本原理 传统的单机GIS软件或基于主机/终端的GIS软件在20世纪80年代后期逐渐向局域网的C/S模式转变。
随着越来越多的局域网接入因特网,GIS软件在c/s体系结构的基础上开始支持因特网的B/s模式。
B/S模式的开源WebGIS技术是由数据库、应用服务器和浏览器组成的三层体系结构(如图2—1所示)。
测览器通过HTTP协议向Web服务器提如数据请求;Web服务器通过~定的数据库接口访问后台的数据库服务器;由数据库服务器处理查询请求,然后将数据处理结果返圈给Web服务器;Web 7 上海师范大学硕士学位
论文 第2章开源WebG/S技术 服务器再对数据库服务器传回的数据经过加工后传给客户端浏览器。
在浏览器/服务 器模式中,客户端只需安装通用的浏览器,因此极大的方便了网络管理。
同时,基 于TCP/IP协议很好的解决了跨平台性,并且使不同的机型、操作系统能相互兼容。
图2—1开源webGIS的三层体系结构 总结起来,开源WebGIS技术的原理并不复杂,主要流程如下: (1)首先,设计一个可以交互的Web页(可以应用ASP、PHP、ASP.net、JSP等,商用WebGIS大多选择除了PHP的其他语言,而开源WebGIS大都选择了PHP),通过此Web页,向Web服务器提交有关GIS服务的请求。
(2)此请求会包含对地图数据的请求,包括查询等,请求会通过web服务器提交给地图应用服务器。
(3)地图应用服务器可以使用几种技术,CGI、COM、Java Serverlet或者.net技术、Web Service技术,通过这些组件包装已有的GIS软件,获取客户端的请求,将用户需求转化为具体的操作,返回需求的数据(一般是一个地图图片或者查询的数据集),这个过程称为地图的Render,实际上也是最为耗时的操作。
(4)Web服务器获取了地图应用服务器返回的图片,然后作为一个Web页返回到客户端。
3上海师范大学硕士学位
论文 第2章开源WebGIS技术2.1.2开源Web6 I S技术的特点 开源WebGIS技术是以网络为中心的,使用www作为主要技术手段,是GIS技术和WWW技术的有机结合。
同时,使用了HTTP和TCP/IP标准,实现互联网环境下的空间信息管理等功能。
因此,WWW的特点决定了开源WebGIS技术的特点。
具体如下: (1)基于Internet/Intranet标准 开源WebGIS支持Internet网络
通信和TCP/IP、HTTP.