基于FLEX技術的臺風災害數(shù)據(jù)時空可視化表達

張明鋒 薛章斌

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基于FLEX技術的臺風災害數(shù)據(jù)時空可視化表達

張明鋒 薛章斌

福建師范大學地理科學學院

臺風是世界上破壞性極大的自然災害之一。福建省所處的地區(qū)臺風災害發(fā)生頻繁,是中國遭受臺風影響最嚴重的省份之一。本文基于ArcGIS Server、Flex技術，對臺風災害數(shù)據(jù)信息時空可視化顯示平臺的建設進行了探討。通過分析ArcGIS Server、Flex及其特點，進而對平臺建設的總體方案進行了設計，提出了該平臺建設的軟硬件環(huán)境，確定了平臺的總體結構和所要完成的主要功能。在Flex builder3、visual studio2008的開發(fā)環(huán)境下，基于Flex、ArcGIS Server構建了臺風災害信息顯示平臺，包括地圖數(shù)據(jù)和臺風數(shù)據(jù)的組織和管理、地圖服務的發(fā)布與管理、網(wǎng)站的開發(fā)實現(xiàn)。該平臺為更好地表達臺風災害數(shù)據(jù)信息提供了有效手段。

時空可視化表達 臺風信息系統(tǒng) Flex技術

1 概述

臺風是世界上最嚴重的自然災害之一。在全球的臺風生成區(qū)中，西北太平洋地區(qū)的發(fā)生頻率最高，占全球總數(shù)的1/3以上，同時西北太平洋中的臺風強度也是最強的[1]。福建省所處的地區(qū)臺風災害發(fā)生頻繁,是中國遭受臺風影響最嚴重的省份之一。由于其造成的經(jīng)濟損失劇增，同時對民眾生活也造成一定影響，人們對臺風的關注也越來越多，為了滿足這種需求就需要有一個表現(xiàn)力強，信息表達明確的信息了解渠道。高交互性、富客戶端的基于Flex、WebGIS的臺風災害數(shù)據(jù)的時空可視化表達技術越來越受到人們的關注。通過該技術可以動態(tài)、直觀、多層次地掌握臺風信息，使得臺風信息的表達更加豐富，從而給予人們更多的臺風信息服務。本文以臺風“珍珠”登陸為例，構建基于ArcGIS Server以及Flex的臺風災害數(shù)據(jù)的時空可視化表達的開發(fā)，將臺風從發(fā)生到結束過程中，受影響的各個站點的信息；包括各大新聞頻道發(fā)布的信息、相關政府管理部門發(fā)布的應急措施以及現(xiàn)場情況；按照時間的先后順序進行可視化表達，為用戶提供展現(xiàn)臺風災害信息的時空可視化表達系統(tǒng)。

2 WebGIS與Flex技術研究現(xiàn)狀

2.1 WebGIS研究進展

隨著Internet 技術的發(fā)展，GIS與Internet結合成為必然的趨勢，WebGIS順應而生，WebGIS是在Internet或Intranet環(huán)境下實現(xiàn)對地理信息的獲取、存儲、查詢、分析、顯示和輸出的計算機系統(tǒng)，它是GIS發(fā)展的重要方向[2]。與傳統(tǒng)的Web應用相比，WebGIS的最大特點是在空間框架下實現(xiàn)圖形、圖像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動態(tài)鏈接，提供可視化查詢和空間分析的功能[3-4]。但是，WebGIS與傳統(tǒng)的Web應用一樣，具有一定的局限性，體現(xiàn)在：(1)用戶界面圖形顯示和交互能力較弱，不能滿足Web技術不斷發(fā)展下用戶對系統(tǒng)豐富體驗的要求，降低了系統(tǒng)的可用性。(2)沒有充分利用客戶端的處理能力，大多數(shù)用戶請求集中在服務器端處理，加重了服務器的計算負擔，提高了對網(wǎng)絡帶寬的要求。(3)基于HTML靜態(tài)標簽建立，語義性差、可重用性和可擴展性都不強，建立新的應用大多要重新設計和開發(fā)[5]。

2.2 Flex研究進展

由于傳統(tǒng)WebGIS存在以上不足，因此能夠創(chuàng)建高交互性、富客戶端的RIA技術也應用于WebGIS客戶端的生成過程。

RIA(Rich Internet Applications)稱為富互聯(lián)網(wǎng)應用，具有高度互動性、豐富用戶體驗以及功能強大的客戶端[6]。RIA的特點是在客戶端可以進行完整的數(shù)據(jù)處理，與用戶的交互更加友好，更迅速。界面交互并不依賴頁面，消息通過異步請求傳遞，面向用戶界面中的各個小模塊，客戶端的模塊之間關系清晰，處理起來也更靈活。在不會影響到原有應用的前提下,RIA技術對表現(xiàn)層進行了大幅度的增強，更好的提升了界面的友好程度。并減少了用戶與系統(tǒng)的遠程交互頻率，也減少了帶寬需求。

Flex是Adobe公司推出的RIA解決方案，F(xiàn)lex是一種基于標準編程模型的高效RIA開發(fā)產(chǎn)品集，使用Flex技術開發(fā)部署RIA應用程序非常簡單。由于Flex技術基于MXML標準、CSS標準、XML標準、Action Script 3.0標準，并提供豐富的組件，使得Flex開發(fā)人員只需將注意力集中于業(yè)務邏輯開發(fā)上。Flex編程模型和各個產(chǎn)品構成了完整的RIA開發(fā)平臺，并且擁有完善的文檔和示例，擁有規(guī)模較大的開發(fā)社區(qū)，是目前最成熟和完善的RIA技術[4-5]。

2.3 Flex技術與WebGIS技術結合應用于氣象領域現(xiàn)狀

隨著科學技術的快速發(fā)展，人類獲取臺風數(shù)據(jù)的技術愈加快速、準確，這使得臺風信息內容更充實，決策輔助的準確性也大幅度提高。近幾年來，隨著地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)在各領域應用的廣泛和深入，氣象領域的應用也越來越普及，更多氣象工作者開始認識到地理信息系統(tǒng)技術的應用價值，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，為臺風數(shù)據(jù)的管理提供了技術手段，同時，GIS在氣象領域的應用也為地理信息系統(tǒng)與臺風預報系統(tǒng)的有效結合提供了依據(jù)[7]。

目前，國內在將WebGis技術應用于臺風數(shù)據(jù)管理和發(fā)布方面取得了一定成果，如中國中央氣象臺網(wǎng)站、中國香港天文臺網(wǎng)站、福建水利信息網(wǎng)、廣西氣象臺網(wǎng)站、四創(chuàng)公司“風影2005”軟件等。其中中國中央氣象臺網(wǎng)站在2009年將Flex技術引入了臺風的網(wǎng)站建設上來，使用戶能夠更方便，更快捷，更豐富的接觸到臺風信息，同時能夠提供有關信息供相關部門及時的采取相應救助措施[8]。自從該網(wǎng)站運來以來，經(jīng)受了較大的公眾用戶的并發(fā)訪問量，證明了其技術路線的可行性。故本文引入了Flex技術進行基于WebGIS的臺風災害數(shù)據(jù)時空可視化表達的系統(tǒng)開發(fā)中來。

另一方面，從以上網(wǎng)站的運行結果來看，目前大部分臺風網(wǎng)站的臺風數(shù)據(jù)發(fā)布并沒有與時間相聯(lián)系，只是純粹地展現(xiàn)臺風的空間數(shù)據(jù)，而沒有將相關的政府應急，包括各類災害信息融入，在信息的豐富程度上存在不足。因此本文以臺風“珍珠”登陸為例，進行基于ArcGIS Server以及Flex技術的臺風災害信息數(shù)據(jù)的時空可視化表達的開發(fā)，為用戶提供展現(xiàn)臺風災害數(shù)信息的一個應用服務窗口。

3 基于Flex 的臺風災害信息數(shù)據(jù)時空可視化表達系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

表1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)是以美國ESRI公司的ArcGIS Server以及Macromedia公司的Flex Builder系列軟件作為WebGIS的開發(fā)平臺，以及Microsoft公司的IIS作為網(wǎng)絡服務軟件，運用Flex 技術、ASP.NET技術進行開發(fā)的基于WebGIS的臺風災害數(shù)據(jù)時空可視化表達。

3.2 系統(tǒng)總體結構

本次系統(tǒng)的框架主要分為3層，即表現(xiàn)層、應用層、數(shù)據(jù)層。

表現(xiàn)層。基于瀏覽器的一個富客戶端，為用戶呈現(xiàn)一個豐富的、具有高交互性的可視化界面，以圖文一體化的方式顯示空間和屬性信息，主要包括臺風信息數(shù)據(jù)的獲取、網(wǎng)上距離的量測、多媒體信息的游覽等。

應用層。主要是負責響應Flex富客戶端請求的核心層。它接受來自客戶端的請求，并根據(jù)用戶請求類型做出相應響應。通過.NET應用服務器與ArcGIS Server服務器進行響應空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)請求，對空間數(shù)據(jù)進行分析和控制。

數(shù)據(jù)層。它是系統(tǒng)的底層，負責空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存取機制，維護各種數(shù)據(jù)之間的關系。具體的框架如圖1所示。

圖1 基于Flex的WebGIS框架

3.3 系統(tǒng)核心功能設計和實現(xiàn)

3.3.1常規(guī)地圖操作功能

平臺具有對地圖圖層的各種操作功能，如放大、縮小、漫游、全圖顯示、前一視圖、后一視圖、量距、測量面積、屬性信息獲取等功能。當臺風逼近某一城市時，可方便地測量任意兩點和多點之間的距離，根據(jù)當前位置和預報位置，結合移動速度和風圈半徑，為實施防汛預案提供科學依據(jù)。

3.3.2臺風災害信息數(shù)據(jù)聚合獲取

臺風信息數(shù)據(jù)及相關災害信息數(shù)據(jù)的獲取主要通過兩種渠道，一種是直接ASP.NET調用數(shù)據(jù)庫內容，另一種實時數(shù)據(jù)，則需要直接連接到遠程相關政府部門信息發(fā)布網(wǎng)站，以信息聚合形式將相應信息按來源分類加以整理，并返回XML格式的文檔，接著由Flex直接獲取XML數(shù)據(jù)，并在瀏覽器端根據(jù)數(shù)據(jù)類型來加以顯示。以臺風信息數(shù)據(jù)為例，主要包括臺風的中心氣壓，經(jīng)緯度信息，最大風速，風力，移動速度信息，方向，以及七級、10級、12級風圈半徑信息等文本信息數(shù)據(jù)。相應災害信息如災害警報，啟動的預案等級等。由于從各相應政府管理部門實時聚合獲取的數(shù)據(jù)中不少有明確發(fā)布時間標識，因此可將此數(shù)據(jù)直接通過時空可視化表達系統(tǒng)按發(fā)布時間來動態(tài)表達。獲取的數(shù)據(jù)中除普通的文本信息數(shù)據(jù)，還可以是圖像數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，這依據(jù)于相應政府管理部門數(shù)據(jù)源而定。

3.3.3臺風路徑動態(tài)顯示及災害信息可視化表達功能

該可視化表達系統(tǒng)的總體界面框架如圖2所示，界面中間位置為地圖顯示窗口和時間軸控制窗口，中間部分上部為地圖操作工具條，界面框架左上角為時間信息，左下角為類似于福建氣象局、中央氣象局等各類相關政府管理部門發(fā)布的臺風災害信息窗口，右上角為信息控制中心，包括數(shù)據(jù)的導入，動態(tài)播放的控制，右下角為相應多媒體信息的播放。

臺風信息動態(tài)顯示的功能如界面中間部分的地圖內容所示，隨著時間的變化，點擊播放時，會進行臺風路徑動態(tài)的播放，同時將不同時刻中各相關政府部門發(fā)布的數(shù)據(jù)及信息在相應的左下角位置進行更新，同時各類帶有時間屬性的圖片、視頻信息也可在右下角的多媒體信息播放窗口進行相應顯示。這樣可以較好地將相應災害事件及政府管理部門應對措施通過時空的概念明確結合在一起，實現(xiàn)災害信息數(shù)據(jù)的時空可視化表達。

如需直接控制播放速度，或快速瀏覽動態(tài)變化結果，則可使用界面中間位置的時間軸控制窗口來靈活拖動，這樣各類相關信息就會自動刷新。

圖2 臺風路徑動態(tài)顯示及災害信息可視化表達功能界面

4 結語

本文基于ArcGIS Server、Flex技術，對臺風災害數(shù)據(jù)信息的時空可視化顯示平臺的建設進行了探討，并通過實際WebGis應用信息系統(tǒng)的設計將Flex技術融入到臺風災害相關數(shù)據(jù)信息網(wǎng)站的建設中來。系統(tǒng)開發(fā)結果在臺風災害信息可視化表達方面效果較好，但作為一個GIS應用系統(tǒng)，系統(tǒng)還需要在專業(yè)性和為各部門的服務性功能上加強研究，為Webgis技術應用于相關災害管理和信息發(fā)布上提供有益的經(jīng)驗。

[1] 戴偉.基于ArcGIS Server平臺的WebGIS臺風預報系統(tǒng)應用研究[D].武漢理工大學碩士學位論文，2009.

[2] 楊明,李全.基于J2EE和ArcIMS的地籍管理WebGIS[J].計算機工程, 2007, 33(15）:267-268.

[3] 方海濤,華連生,方亞明. 基于WebGIS和SVG技術的氣象參數(shù)信息系統(tǒng)[J].計算機工程,2008,34（10）:264-265.

[4] 劉二年,豐江帆,張宏.基于Flex的環(huán)保WebGIS研究[J].測繪與空間地理信息, 2006,29（2）:71-72.

[5]龍明,汶博,魏娟.基于RIA的網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].海洋測繪, 2006,26（5）:38-41.

[6] 劉光,唐大仕.WebGIS開發(fā)——ARCGIS Server與.NET[M].北京:清華大學出版社,2009

[7] 鄭曉陽,高芳琴.基于WebGIS的臺風信息服務系統(tǒng)研究及應用[J].城市道橋與防洪，2007,（4）：51-55.

[8]中央氣象臺臺風網(wǎng)站[EB/OL].http://map.weather.gov.cn/