本文是一篇息系統與信息資源管理論文，本文提出了基于 WebGIS 的自然資源“一張圖”管理信息系統的設計與實現。系統基于WebGIS 進行系統架構建設，具有“數據訪問策略”、“權限管理策略”、“日志管理策略”，通過調用在線地理信息服務的方式實現諸多功能，使用的技術包括 ArcGIS API for JavaScript、AntV G2 等。在數據查詢、統計分析、數據可視化展示和制圖等方面具有實際應用價值，為自然資源局提供基礎地理信息共享服務平臺，同時為自然資源數據的管理提供支持。在實現系統建設的基礎上對系統進行性能方面的優化，使系統充分發揮自身價值，推動龍海市自然資源數據管理的信息化建設。

第一章  緒論

1.1  研究背景和意義
1.1.1  研究背景
隨著國土資源信息化的不斷加強，國土資源“一張圖”工程的建設目前已經在全國眾多省市開展。國土資源“一張圖”系統是在整合各類國土資源數據的基礎上實現的，利用 3S 技術、空間檢索技術、海量數據管理技術等[1]，融合了國土資源多元信息，將數據和各個職能部門的業務疊加到“一張圖”上，是一個能夠滿足國土資源動態監管目標的綜合服務平臺[2]。
2018 年 3 月，中共中央印發《深化黨和國家機構改革方案》[3]，組建自然資源部作為國務院組成部門，不再保留國土資源部。2018 年 12 月《龍海市市級機構改革實施方案》[4]公布，方案中指出：“組建市自然資源局，不再保留市國土資源局”。在機構改革的形勢下，對自然資源數據進行科學高效的信息化建設顯得尤為重要。為了將更多的自然資源數據與職能部門的工作流程對接，將數據管理規范化，構建滿足自然資源管理新時代、新形勢下新要求的“一張圖”系統的需求應運而生。結合龍海市自然資源局的情況，進行龍海市自然資源“一張圖”管理信息系統的建設。實現自然資源數據的共享使用和統一管理是重點建設內容。
1.1.2  研究意義
通過探究系統開發框架、數據庫、地圖服務器之間的關系，基于數據獲取安全性的考慮設計了“數據訪問策略”、“權限管理策略”、“日志管理策略”。在系統的建設過程中，本文繼續探索提升系統性能的手段，從 web 前端優化和使用 Nginx負載均衡方面提出相應的性能優化方案，在系統的多個運行環節縮短了響應時間，令系統充分發揮自身作用。
龍海市自然資源“一張圖”管理信息系統主要以建設自然資源數據統一平臺為目標，按照“整合、集成、應用、共享”的基本思路，實現地理信息技術和自然資源數據的融合發展。此“一張圖”系統可以解決自然資源數據在自然資源局內共享不便且缺乏合理的數據共享機制的問題，實現對自然資源數據的統一管理和維護，并能提高辦公人員的工作效率。

1.2  國內外研究進展綜述
國內外研究進展綜述分別從 WebGIS 技術、國土資源“一張圖”系統研究和 Web前端優化三個方面進行介紹。
1.2.1 WebGIS 技術
地理信息系統（GIS）在計算機技術、網絡技術發展下興起[5]，主要工作任務是實現數據的采集、處理、分析、存儲和結果展示等功能[6]。在很大程度上，GIS 技術的發展以計算機信息科技的進步為依托，當今時代的互聯網技術發展迅速，單機 GIS已無法滿足行業的需求，WebGIS 在網絡和地理信息系統技術的整合中應運而生[7]，成為 GIS 發展過程中不可或缺的重要組成部分。WebGIS 是指工作在 Web 網上的GIS，不僅具有傳統 GIS 的特點，而且是傳統 GIS 在網絡上的延伸和發展，它將地圖學、地理信息、計算機圖形學以及軟件工程等學科緊密聯系起來[8]，為傳統 GIS 的開發提供了契機[9]。它實現了空間數據在網絡環境下的檢索、訪問、存儲、分析、編輯、制圖輸出等 GIS 的基本功能[10]，是互聯網上地理信息發布、共享和交流協作的基礎。WebGIS 是一種分布式的地理信息系統[11]，將 Web 瀏覽器作為發送請求的客戶端，并將 Web 服務器作為響應請求的服務器[12]，在線地理信息服務為 WebGIS 系統調用空間數據提供極大便利性。WebGIS 具有更廣泛的客戶訪問范圍、平臺獨立性[13]、操作簡單[14]、互操作[15]、平衡高效的計算負載[16]等特點。目前隨著大數據、可視化、云平臺等前沿新興技術在各行各業扎根[17]，WebGIS 已應用于國土空間規劃[18]、災害評估[19]、地質[20]、礦產資源[21]、礦井[22]、水文水資源[23-24]、地震應急[25]等眾多領域。
在 WebGIS 建設方面國內外已有大量學者進行研究。國內方面，Bin Zhang[26]等（2018）設計的基于 WebGIS 的堤防工程信息管理系統采用基于 B/S 的多層體系結構，分為交互層、網絡層、邏輯層和數據層四層。羅鵬[27]等（2018）設計的林地“一張圖”系統的前端采用 ExtJS3.0、Flex4.0 開發，服務端采用 Java 語言開發；魏圓圓[28]等（2018）設計開發了農場生產管理信息系統；徐子惠[29]等（2018）設計的城市交通警情 WebGIS 系統，采用云數據庫存儲屬性數據。

第二章  相關技術介紹

2.1 Web 前端技術
Web 前端開發技術包括客戶端交互實現技術和網頁開發等內容[61]。Web 前端技術包括模塊打包器 webpack、Angular、ArcGIS API for JavaScript 和 AntV G2。
2.1.1 webpack
webpack[62]是一個現代 JavaScript 應用程序的靜態模塊打包器（module bundler），使用 webpack 將 JavaScript 文件打包在一起，打包后的文件可在瀏覽器中使用。傳統打包工具將所有的模塊編譯生成較大 bundle.js 文件，而 webpack 具有按需加載和模塊化的特性：通過異步加載部分代碼以實現按需加載；通過自執行函數啟動，然后通過自定義的exports和require實現模塊化，將所有模塊打包成一個或多個bundle，從而減少 http 請求次數。使用 webpack 能夠將業務分割成易于管理的更小的片段從而重復利用。webpack 的優點是使用異步 IO，具有多級緩存。webpack 兼容多種JavaScript 的書寫規范，即能夠將 JavaScript  ES6 轉換成支持更多瀏覽器的低版本的JavaScript。
2.1.2 Angular
Angular 是一個用 HTML 和 TypeScript 構建客戶端應用的平臺與框架[63]。Angular使用 TypeScript 編寫而成，TypeScript 是微軟推出的開源的基于類的面向對象編程語言，實現了類、接口、泛型等面向對象語言的特性，可以在任何瀏覽器、任何計算機和任何操作系統上使用。TypeScript 是 JavaScript 的超集，支持 Javascript 的所有語法和語義，可以編譯成純 JavaScript。Angular 遵循基于組件的體系結構，每個組件都是獨立且可重用的，通過在組件之間進行數據傳遞來控制客戶端的 UI 表現。Angular 應用是由一組 NgModule 定義形成的，NgModule 作為 Angular 的基本構造模塊為組件提供編譯的上下文環境，把相關的代碼收集到一些功能集當中，至少會有一個用于引導應用的 AppMoudle 根模塊，通常還會有很多特性模塊。在一個小型應用程序中，AppMoudle 可能是唯一的模塊[64]。

2.2  服務端技術
服務端是為客戶端服務的，服務端開發具有眾多編程語言，如 Java、PHP、ASP、Go、JavaScript 等。Java 是靜態面向對象編程語言的代表，是目前使用最廣泛的語言之一；PHP 是動態類型的服務器端語言，語法吸收了 C 語言、Java 語言的優點，是Web 開發領域主要使用語言之一；ASP 是微軟公司開發的服務器腳本語言，具有簡單、易維護的特點；Go 是 Google 開發的一種靜態強類型的編程語言，在高性能分布式系統領域中具有很高的開發效率；Node.js 是由 JavaScript 開發的，打破了過去JavaScript 只能在瀏覽器中運行的局面。本系統中涉及的服務端技術包括 Node.js、Koa、ArcGIS Server 以及 Nginx。
2.2.1 Node.js
Node.js 是一個基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 運行環境，輕量且高效，使用了一個事件驅動、非阻塞式 I/O 的模型。在 Node.js 服務器中運行的是高性能 V8 JavaScript 腳本語言，該腳本語言可以運行在服務器端。JavaScript 是客戶端的腳本語言，通常需要嵌入在網頁的 HTML 中，通過瀏覽器引擎在客戶端運行。Node.js 作為服務器端 JavaScript 的運行平臺，具有弱類型、基于作用域和原型鏈的特征，重點在于將 Web 前端中事件機制等思想遷移到了服務端的環境中[69]。Node.js 異步編程帶來了異常處理、函數層級嵌套過深、流程控制等問題。針對此問題產生了幾種解決策略，包括事件發布/訂閱模式、Promise/Deferred 模式、流程控制庫模式三種[70]。Node.js 的編寫比較便利，擁有的服務預留了簡單易讀寫的 API 入口文件，構建服務器時僅需要較少的 JavaScript 語言[71]。
第三章  系統設計 ................................. 15
3.1  需求分析 ......................................... 15
3.1.1  非功能需求分析 .......................................... 15
3.1.2  功能需求分析 ............................................ 16 
第四章  系統性能優化 ................................ 41
4.1 Web 前端優化 ............................. 41
4.1.1  瀏覽器緩存 .......................... 41
4.1.2 Gzip 壓縮 ................................... 44
第五章  系統實現 ............................... 59
5.1 業務應用子系統 ................................ 59
5.1.1  數據瀏覽 ............................... 59
5.1.2  數據查詢 ............................... 60

第五章  系統實現

5.1 業務應用子系統
業務應用子系統包括數據瀏覽、快速定位、數據查詢、統計分析等功能。
5.1.1  數據瀏覽
數據瀏覽模塊是對各類圖層的集中展示，功能包括圖層縮放、修改比例尺、測距、測面積、修改透明度、屬性識別等。其中，測距和測面積功能調用了 ArcGIS Server服務器上的 GeometryService。除此之外還涉及到與圖層相關的卷簾對比、雙屏對比功能。
卷簾對比功能實現對不同圖層在相同位置的內容對比。卷簾的方向包括水平和豎直，卷簾軸默認在地圖中央；卷簾對比的作用是通過拖動卷簾軸對比主圖層和次圖層的不同。卷簾對比的界面如圖 5-1 所示。

第六章  總結與展望

6.1  總結
隨著國土資源機構的改革和信息化建設的加強，如何提高自然資源綜合管理水平效率、如何更加安全高效地實現自然資源數據的共享成為了關注的重點。本文提出了基于 WebGIS 的自然資源“一張圖”管理信息系統的設計與實現。系統基于WebGIS 進行系統架構建設，具有“數據訪問策略”、“權限管理策略”、“日志管理策略”，通過調用在線地理信息服務的方式實現諸多功能，使用的技術包括 ArcGIS API for JavaScript、AntV G2 等。在數據查詢、統計分析、數據可視化展示和制圖等方面具有實際應用價值，為自然資源局提供基礎地理信息共享服務平臺，同時為自然資源數據的管理提供支持。在實現系統建設的基礎上對系統進行性能方面的優化，使系統充分發揮自身價值，推動龍海市自然資源數據管理的信息化建設。主要取得了以下幾方面的研究成果：
（1）通過對龍海市自然資源“一張圖”管理信息系統進行具體業務需求分析，整理系統開發的功能需求，對現有系統平臺數據進行分類整合，實現對多源異構的基礎地理空間數據的整合處理，完成數據庫設計。
（2）結合需求和數據明確系統開發目標和設計原則并設計具有“數據訪問策略”、“權限管理策略”、“日志管理策略”的系統架構。
（3）設計并實現了基于 WebGIS 的自然資源“一張圖”管理信息系統。功能涉及的技術包括基于 Geoprocessing Service 的疊加分析、CAD 文件導入功能、基于 AntV G2 的自然資源數據可視化分析（折線圖、柱狀圖）、基于數據庫腳本語言的圖層列表更新功能等。系統中的部分參數、圖層服務地址等信息可靈活配置，具備良好的可擴展性。為龍海市自然資源局提供了一套可以將自然資源數據共享使用的“一張圖”管理信息系統。
（4）對系統從兩個方面進行性能優化：Web 前端優化和 Nginx 負載均衡設計，實驗表明本文實現的瀏覽器緩存、Gzip 壓縮和 Angular 懶加載均在一定程度上起到提升系統性能的作用，體現在具體實例下減少數據請求的響應時間等。同時，探究Nginx 負載均衡的使用方式。
參考文獻（略）