探討WebGIS技術(shù)在公共氣象服務平臺中的應用

張 續(xù)，董 潔

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

探討WebGIS技術(shù)在公共氣象服務平臺中的應用

張 續(xù)1，董 潔2

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

公共氣象服務平臺是將所有的氣象數(shù)據(jù)進行收集整理、歸類分析的業(yè)務平臺。該平臺的技術(shù)開發(fā)是多方面的，數(shù)據(jù)庫的應用還有FTP文件的傳輸、C/S和B/S架構(gòu)模式、IIS服務配置、WebGIS技術(shù)的應用。近年來,大氣環(huán)流的異常導致越來越多的極端天氣出現(xiàn),持續(xù)高溫或低溫的天氣也在增多,暴雪或暴雨的強度也在加強,給社會和經(jīng)濟的發(fā)展帶來很大的影響,因而社會對氣象的預警和氣象信息的實時性要求在不斷提高。應用于公共氣象服務平臺的氣象信息則能實時反應一個地方實時的氣溫、風向、風速、氣壓、雨量等基本氣象要素,與地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合將這些氣象要素通過網(wǎng)站并與相應的地點顯示出來的是一個較理想的方式?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet）的迅速崛起和在全球的飛速發(fā)展，使萬維網(wǎng)（World Wide Web，簡稱WWW或Web）成為高效的全球信息發(fā)布渠道。隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對地理信息系統(tǒng)(GIS)的需求，利用Internet在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢分析功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢。于是，基于Internet技術(shù)的地理信息系統(tǒng) (WebGIS)就應運而生。

2 系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,簡稱 GIS），是以測繪測量為基礎，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機編程為平臺的全球空間分析技術(shù)。經(jīng)過了40 a的發(fā)展，到今天已經(jīng)逐漸成為一門相當成熟的技術(shù)，并且得到了極廣泛的應用。尤其是近些年，GIS更以其強大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優(yōu)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。GIS地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。簡單的說，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。物質(zhì)世界中的任何事物都被牢牢地打上了時空的烙印。人們的生產(chǎn)和生活中百分之八十以上的信息和地理空間位置有關。

WebGIS是利用Internet技術(shù)來擴展和完善GIS的一項新技術(shù)，其核心是在GIS中嵌入HTTP標準的應用體系，實現(xiàn)Internet環(huán)境下的空間信息管理和發(fā)布。WebGIS可采用多主機、多數(shù)據(jù)進行分布式部署，通過Internet/Internet實現(xiàn)互聯(lián)，是一種服務器/瀏覽器(B/S)結(jié)構(gòu)，服務器端向客戶端提供信息和服務，瀏覽器（客戶端）具有獲得各種空間信息和應用的功能。WebGIS可以使用通用瀏覽器進行瀏覽、查詢，很大程度上擴大了GIS潛在用戶范圍，用戶可在本機或某個服務器上進行分布式部件的動態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理分析，實現(xiàn)遠程異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享；WebGIS比較容易與Web中的其他信息服務進行無縫集成，建立靈活多變的GIS應用。地理信息系統(tǒng)(GIS),作為一門重要的空間信息技術(shù),在越來越多的組合地理位置的信息系統(tǒng)建設中發(fā)揮了很重要的作用。WebGIS是一種基于Web技術(shù)標準和通信協(xié)議的網(wǎng)絡化GIS,是Web技術(shù)和GIS技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,是利用Web技術(shù)來擴展和完善GIS的一項新技術(shù)。公共氣象服務業(yè)務平臺的氣象信息實時性強,要素多,因而信息量相當大,這些信息既包括空間地理信息,如經(jīng)緯度、海拔等,又包括大量與空間密不可分的氣象要素信息,如氣溫、風向、風速、氣壓、雨量等。應用WebGIS技術(shù)優(yōu)勢就在于通過站點結(jié)合地理位置的空間信息，可以快速管理和查詢實時及歷史氣象要素，方便網(wǎng)站用戶的瀏覽、查詢和分析數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和總體框架

網(wǎng)絡平臺訪問模式可采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)，客戶端訪問可通過Web瀏覽器。系統(tǒng)可采用層次化結(jié)構(gòu)，總框架包括數(shù)據(jù)層、GIS應用層、Web業(yè)務層。數(shù)據(jù)層是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)共享環(huán)境，即氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)，地理信息數(shù)據(jù)采用空間數(shù)據(jù)引擎（ArcSDE）存儲于Oracle數(shù)據(jù)庫，GIS應用層提供基本地圖操作、地圖服務的創(chuàng)建與管理、氣象要素顯示、查詢和統(tǒng)計功能，為系統(tǒng)提供GIS低層支持，Web應用層提供用戶與系統(tǒng)交互界面。

4 系統(tǒng)開發(fā)和運行環(huán)境

ArcGIS Server9.3，ASP.NET，Microsoft IIS6，AreSDE，Oracle 10G。 服務器端為 Microsoft Server 2003，ArcGIS Server9.3，Microsoft IIS6，ArcSDE，Oracle 10G。 客戶端為 Microsoft XP/2000/Vista等。

5 系統(tǒng)的功能用途

以Web方式，通過網(wǎng)絡為用戶提供實時的氣象要素信息，可進行氣溫、風向、風速、氣壓、雨量及歷史資料查詢。包括地圖基本操作:放大、縮小、漫游、全圖顯示、前后視圖、量距。圖層控制:對地圖信息分類，通過圖層樹控制顯示不同圖層。氣象要素顯示:在地圖上可疊加顯示站點位置和氣象要素觀測值，如氣溫、風向、風速、氣壓、雨量等。氣象信息查詢:查詢觀測站點氣象要素值，極值和歷史資料，站點相關的經(jīng)緯度、海拔高度、建站環(huán)境等基本屬性值。氣象信息統(tǒng)計:平均溫度、最高最低溫度、日照、雨量等的統(tǒng)計，再將統(tǒng)計結(jié)果顯示在地圖上。

6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

公共氣象服務業(yè)務平臺所處理的氣象信息，來自數(shù)據(jù)庫所存儲的各類歷史與實時資料和預報業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件。很多氣象領域應用廣泛的數(shù)據(jù)格式如MICAPS等，是通用GIS軟件不能直接調(diào)用的。因此WebGIS應用于氣象領域，首先要解決的是氣象資料的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。GIS中空間數(shù)據(jù)是按矢量模型和柵格模型進行組織和管理的，而矢量數(shù)據(jù)又細分為點、線、面三種類型，同類型的矢量數(shù)據(jù)可以形成矢量圖層。各圖層的矢量數(shù)據(jù)包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，氣象的自動站點數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)緯度值生成自動站點的圖形數(shù)據(jù)。先建立Ceodatabase的Table表，通過ArcSDE存儲于Oracle中，用SQL語句將自動站點的經(jīng)緯度坐標錄于該Table中，在ArcMap中通過經(jīng)緯度值生成自動站點。再輸出得到自動站點圖層。自動站的站名、區(qū)站號、海拔高度、建站環(huán)境等信息存于其屬性表中。氣溫、風向、風速、氣壓、雨量等氣象要素值則通過讀取Oracle數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，動態(tài)標注在相應的自動站旁。MICAPS數(shù)據(jù)文件也可以按照GIS的數(shù)據(jù)組織方式進行轉(zhuǎn)換和管理。如MICAPS中的四類格式（云圖、雷達及模式輸出產(chǎn)品等）則可以通過網(wǎng)格化處理后轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，再顯示在WebGIS的平臺上。

7 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫建設

空間數(shù)據(jù)庫的設計采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設計方法，空間對象采用CeoDatabase的空間特征類來構(gòu)造，并建立元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典。目前空間數(shù)據(jù)庫中主要管理的是基礎地理數(shù)據(jù)，遙感影像數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)?；A地理數(shù)據(jù)是1：5萬基礎地形圖，將shape格式的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換成CeoDatabase，形成格式統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫，以避免信息重復存儲，方便數(shù)據(jù)管理與維護。遙感影像數(shù)據(jù)通過拼接等處理，將其與地形圖進行配準，并將其以Raster Dataaets的格式入庫。根據(jù)空間數(shù)據(jù)的存儲特性與管理需求、數(shù)據(jù)庫開發(fā)應用等綜合考慮，用空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE與Oracle一起實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理。由于數(shù)據(jù)庫的強大的數(shù)據(jù)處理能力，加上ArcSDE獨特的空間索引機制，可以無縫地處理海量數(shù)據(jù)。ArcSDE采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用數(shù)據(jù)庫的安全手段使得地理數(shù)據(jù)更安全、更有保障。

8 系統(tǒng)地圖服務管理

地圖服務管理是基于ArcGIS Server來實現(xiàn)的，ArcGIS Server是由ESRI公司推出的構(gòu)建企業(yè)級地理信息系統(tǒng)應用程序和服務的平臺，包含兩個主要部分:GIS服務器和應用程序開發(fā)框架(ADF)。地圖服務器系統(tǒng)是基于ArcGIS Server部署的分布式系統(tǒng)，其中包括服務器對象管理器（SOM）以及服務器對象容器（SOC）。服務器對象管理器主要在地圖服務的管理、啟動和關閉以及地圖服務的運行服務器（SOC）的添加、刪除及負載均衡方面起著專門的作用。服務器對象容器是主要負責運行地圖服務并處理應用層提交的請求，因此實現(xiàn)SOC的動態(tài)增減是實現(xiàn)分布式地圖服務器系統(tǒng)的基礎。要實現(xiàn)對地圖服務的運行服務器（SOC）的添加、刪除等功能，首先以Server管理員身份連接到服務器，連接成功后，獲得服務器上運行的管理服務器對象（SOM），通過管理服務器添加/刪除服務對象容器（SOC）。對地圖服務要能根據(jù)需要實時地生成新的地圖服務，就要對地圖服務進行創(chuàng)建、刪除以及狀態(tài)管理。地圖服務的創(chuàng)建是將來自數(shù)據(jù)層的地圖數(shù)據(jù)以Web Service的形式發(fā)布為MapServer，給用戶訪問定制地圖提供接口。先連接到指定的SDE數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)庫連接后，選擇需要發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)并添加到.mxd文件中，連接服務器并獲得管理服務器對象(SOM)，將制作好的.mxd文件發(fā)布為地圖服務。對地圖服務的狀態(tài)管理就要獲取地圖服務，對其狀態(tài)進行配置，實現(xiàn)服務的刪除、暫停、停止、開啟等操作。

9 小結(jié)

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，各行各業(yè)對氣象信息的需求越來越多，迫切需要優(yōu)化公共氣象服務平臺的建設，使氣象產(chǎn)品發(fā)布方式適應新時期的要求。過去20 a中，電話、Call臺、手機發(fā)展普及，技術(shù)的發(fā)展引起了氣象公共服務方式和手段的轉(zhuǎn)變與發(fā)展。繼GSM網(wǎng)絡、CDMA網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展后，隨著3G技術(shù)應用以及更快的網(wǎng)絡傳輸速度，推動了WebGIS技術(shù)的發(fā)展，使氣象和地理信息緊密結(jié)合，氣象服務已經(jīng)不僅在于提供天氣預報，WebGIS技術(shù)的應用，可以提高公共氣象服務業(yè)務平臺氣象資料實時信息可視化效果、公共氣象服務實時性及直觀性和氣象信息綜合查詢與檢索。公共氣象服務應充分考慮社會需求，提高個性化精細化服務能力，使氣象事業(yè)的公益性發(fā)展方向不斷完善和優(yōu)化，以科技創(chuàng)新支撐氣象科技服務的快速健康發(fā)展，進一步延伸拓展公共氣象服務工作的新局面。

1002-252X(2012)02-0027-02

2012-2-1

張 續(xù)（1980-），男，天津市人，成都信息工程學院，本科生，工程師.