基于WebGIS的農業氣象業務平臺的設計與實現

劉東巖

（內蒙古自治區準格爾旗氣象局，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

在農業信息技術正朝著網絡化、智能化、數字化方向發展的今天，如能將網絡技術、 WebGIS 技術、 模型組件技術綜合應用于農業信息化研究，則有望加快農業產業化發展進程。

一、WebGIS概況

（一）傳統GIS

傳統GIS系統采用基于文件共享的分布式結構，數據集中存放于服務器，由空間數據庫系統進行統一管理，客戶端采用GIS桌面系統對數據進行操作。該方式存在著若干問題：1.處理完全依賴于客戶端桌面系統，效率低；2.每個客戶端都需配備昂貴的專業GIS軟件，而一般用戶GIS應用僅限于其中一部分功能，造成巨大浪費；3.軟件操作復雜，難以普及使用。

（二）WebGIS

WebGIS是大眾化的GIS，在Internet上的每個節點-客戶端，只需使用通用瀏覽器（如MicrosoftIE8.0）即能訪問服務器，得到WebGIS服務器所提供的服務。WebGIS具有如下特點：1.WebGIS僅需在服務器端配備GIS軟件，客戶端即可通過瀏覽器訪問服務器，而不需要專門安裝GIS軟件，盡管有時也需要安裝一些插件，但使用成本比完全配備整套GIS軟件低得多；2.用頁面取代窗口，簡單易用，用戶不需要具備專業知識，大大降低了操作難度；3.用戶可透明地訪問GIS數據，實現遠程數據異構共享，而不需關心WebGIS服務器究竟采用何種GIS軟件。

二、平臺設計

（一）技術路線

基于WebGIS的農業氣象業務平臺建設的總體目標是實現數字化、格點化、網頁化，適用于省、市、縣三級的現代農業氣象業務系統。它立足高分辨率的氣象監測、預報格點數據、作物分布和行政區劃信息、多樣性指標庫(包括14類農業氣象災害監測預警指標、6類作物7種農用天氣預報指標和作物氣候評價模型)和農業氣象觀測網絡(人工和自動氣象站監測)，采用SQL Server 2012建立農業氣象數據庫；使用C#進行數據處理，采用Asp.Net平臺和JavaScript、Html等計算機語言進行網站搭建，研制基于WebGIS的農業氣象業務平臺。本研究使用OpenLayers 3來組織、發布與瀏覽地圖，它是一個專為Web GIS客戶端開發的JavaScript類庫包，支持WMS(Web Mapping Service)和WFS(Web FeatureService)等網絡服務規范。利用OpenLayers 3自帶的瓦片技術建立了適用于農業氣象的業務底圖，客戶通過Internet或Internet服務器發出請求時，Open-Layers通過OGC(Open Geospatial Consortium)服務形式將請求發布的地圖數據加載到客戶瀏覽器，并將已處理好的瓦片地圖存儲在Memcached緩存組件中，以提高服務器處理性能和提高Internet訪問速度。

（二）平臺實現的關鍵技術

1.數據庫技術。以SQL Server 2012數據庫管理平臺為開發平臺，遵循氣象行業數據標準、網格化數據標準及WebGIS對屬性數據庫的要求，分類別建立數據表、視圖、觸發器、存儲過程等數據庫對象，構建農業氣象基礎數據庫。2.基于面向服務SOA的分布式應用程序架構。與傳統架構相比，SOA為信息資源之間定義了更為靈活的松散耦合關系。整體采用分布式平臺架構，各個子平臺支持平臺集群部署。3.指標體系及預報評價模型。農業氣象災害指標體系。篩選適用于當地的業務應用多年的農業氣象指標，針對當前主要農作物生產中可能遭受的主要農業氣象災害，進行災害監測和預警。農用天氣預報模型。農用天氣預報是指針對農業生產過程中作物生長發育、農事活動和相關技術措施對天氣條件的需求而開展的一種專業氣象預報。氣候評價模型。農作物的生長發育及產量和品質的形成是光、溫、水等多個氣象要素協調效應的結果。

三、平臺實現

（一）平臺主要模塊

基于WebGIS的農業氣象業務平臺是快速接收處理各類農業氣象信息、分析農業氣象條件、運行農業氣象模型、繪制農業氣象圖形(圖像、表格)、制作農業產品的重要基礎保障。遵循“綜合的農業氣象數據庫、專業化的農業氣象處理分析系統、多功能的圖形制作系統”的平臺開發要求，現代農業氣象業務平臺具有全程性、多時效、定量化的農業氣象監測分析、預測預報功能。

（二）平臺功能

1.圖形操作。在Internet上瀏覽平臺網頁具有強大和豐富的圖形操作功能，OpenLayers除了可以在瀏覽器中實現地圖瀏覽的基本效果，如放大(Zoom In)、縮小(Zoom Out)、平移(Pan)等常用操作之外，也可以進行選取面、選取線、要素選擇、圖層疊加等不同的操作，也可以對已有的OpenLayers操作和數據支持類型進行擴充，如增加底圖類型(包括地形、衛星、交通和空白底圖)、選擇站名、站號等信息的顯示與否。通過地區切換，可以掩膜任意市縣的底圖并進行顯示；通過IP地址識別技術可以自動定位或者手工定位；此外，還可以實現圖片、數據、文檔導出等功能。2.農業氣象信息查詢與統計。平臺依托OpenLayers建立信息服務Web站點，并以Html Viewer方式在Web站點上發布農業氣象查詢信息。查詢功能包括對氣象站觀測數據(常規氣象觀測站數據、農田氣象觀測站觀測信息、農田小氣候觀測站等觀測數據)、監測預報信息(農業氣象災害監測預警信息、農用天氣預報信息、病蟲害監測預報信息等)進行查詢；統計功能包括對單站和區域的農業氣象信息(包括農業氣候資源數據、農業氣象災害監測信息、農用天氣預報信息、病蟲害監測信息等)進行旬、月、季、年和任意時間尺度統計。3.農業氣象條件診斷分析。農業氣象災害的發生、發展到消亡，影響因素是多種多樣的，各因素之間存在著相互聯系、相互影響和相互制約的關系。為了客觀定量地研究它們之間的數量關系，基于WebGIS的農業氣象業務平臺采用氣象學、統計學等研究領域的算法和模型，進行定量及定性分析，實現對原始數據進行多角度分析(包括農業氣象災害監測預警、農用天氣預報、氣象條件在線分析、農業氣候資源、農業氣象病蟲害監測預報、產量預報等)。平臺可以提供較為準確的定量化的監測預警預報信息，在空間上不僅涵蓋了省、市、縣、鄉鎮四級行政區域，而且細化到5 km×5 km的網格點上，精細化程度較高，具有較好的適用性。此外，平臺還支持自主構建評價體系，對信息進行建模評價。

GIS對氣象資料的管理、查詢、制作專題圖和統計分析中已經起到不可代替的作用。建設基于WebGIS的氣象服務系統，是適應氣象服務深入發展的需要。