新一代交互式水雨情?WebGIS?系統(tǒng)研制

周 艏，劉 敏

（廣東省水文局韶關(guān)水文分局，廣東 韶關(guān) 512028）

Internet 的迅速崛起和在全球范圍內(nèi)的飛速發(fā)展為 GIS 行業(yè)提供了一種嶄新而且非常有效的水情信息載體——WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）[1]。依托于 WebGIS 將地理信息發(fā)布于 Internet 上，從 Internet上的任意結(jié)點(diǎn)，用戶都可以瀏覽到 WebGIS 站點(diǎn)上的水情數(shù)據(jù)，制作專題地圖，進(jìn)行空間查詢檢索及分析，能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地地圖化發(fā)布，對(duì)防汛減災(zāi)工作具有輔助作用。國(guó)內(nèi)已相繼建立了若干基于 WebGIS 的防汛減災(zāi)系統(tǒng)，如廣東省三防信息查詢系統(tǒng)[2]、長(zhǎng)江防汛信息服務(wù)系統(tǒng)、黑龍江省防汛指揮信息服務(wù)子系統(tǒng)[3]等等。

1 WebGIS 體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想

網(wǎng)絡(luò)改變了 GIS 數(shù)據(jù)信息的獲取、傳輸、發(fā)布、共享、應(yīng)用、可視化等過程和方式，WebGIS 是交互式、分布式、動(dòng)態(tài)的地理信息系統(tǒng)，具有全球化的客戶/服務(wù)器應(yīng)用，它擴(kuò)大了 GIS 的潛在用戶范圍，具有良好的可擴(kuò)展和跨平臺(tái)特性。

1.1 WebGIS 體系結(jié)構(gòu)

WebGIS 體系結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層組成，符合3層結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)，它的業(yè)務(wù)邏輯層由 Web 和 GIS 應(yīng)用2個(gè)服務(wù)器組成。在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，客戶通過網(wǎng)絡(luò)向 WebGIS 服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，WebGIS 服務(wù)器處理請(qǐng)求并向數(shù)據(jù)服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)器返回?cái)?shù)據(jù)給 WebGIS 服務(wù)器，WebGIS服務(wù)器響應(yīng)并把處理后的數(shù)據(jù)返回客戶端。由于數(shù)據(jù)、服務(wù)和用戶的分布性，WebGIS 系統(tǒng)集成分布式技術(shù)，實(shí)際上3層結(jié)構(gòu)已發(fā)展為以服務(wù)為中心的多層體系結(jié)構(gòu)。

1.2 WebGIS 平臺(tái)的選擇

Google maps 與傳統(tǒng) WebGIS 相比，優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）地圖操作。Google maps 操作簡(jiǎn)單，自由縮放支持鼠標(biāo)滾動(dòng)，而且可以當(dāng)前鼠標(biāo)位置放大，十分方便，縮放與平移不需要切換。傳統(tǒng) WebGIS 支持移動(dòng)、拉框放大和縮小，放大、縮小，但是每種操作類型需要人工切換，當(dāng)你選擇放大操作時(shí)，操作完要平移地圖，必須要點(diǎn)工具欄的“平移”，將當(dāng)前操作切換為“平移”狀態(tài)，并且還不支持鼠標(biāo)去掉滾動(dòng)縮放地圖。

2）功能性?？傮w來說，目前傳統(tǒng) WebGIS 功能要比 Google maps 強(qiáng)一些，特別是最佳最短路徑、緩沖區(qū)及其他拓?fù)涞确治?。Google maps 可以實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量，最近和路徑分析等。目前 Google maps 推出了 Google maps 的街景模式，在街景模式下，人們可以以 360°視角漫游在虛擬的城市街道上，可以觀賞街頭景象，就如同在走在真實(shí)環(huán)境的大街上一樣。相信今后 Google maps 會(huì)越來越強(qiáng)大，足以滿足大眾化的需要。個(gè)人認(rèn)為，傳統(tǒng) WebGIS 在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用還是有市場(chǎng)，而大眾化應(yīng)用 Google maps 足以應(yīng)付。

3）開發(fā)成本。目前 Google maps 提供免費(fèi)的API，不再需要申請(qǐng) key 就能使用 Google maps；而WebGIS 的成本對(duì)個(gè)人用戶來說太高（這里不提盜版），就算今后 Google 收費(fèi)，估計(jì)每年的使用費(fèi)也不會(huì)太高。

4）使用環(huán)境。Google maps 要從服務(wù)器提取衛(wèi)星圖片，因此必須聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)才能使用，傳統(tǒng) WebGIS 不存在這個(gè)問題。

5）數(shù)據(jù)更新。Google 的地圖是用 Mapabc 的，但是目前開放的是 API 的，在國(guó)內(nèi)只有衛(wèi)星圖片，沒有 map。衛(wèi)星圖片更新由 Google 不定期進(jìn)行，在 2007年6月初完成了1次重大的圖像更新，接著分別在 2009年12月、2010年7月又更新了部分地區(qū)圖片。

基于傳統(tǒng) WebGIS 開發(fā)成本高、周期長(zhǎng)，維護(hù)困難等問題，大眾化應(yīng)用 Google maps 能滿足開發(fā)要求，因此，在北江流域水文信息化平臺(tái)的建設(shè)中，利用 Google maps 提供的開發(fā)平臺(tái)，能夠大大縮短開發(fā)周期。Google maps 與水雨情召測(cè)系統(tǒng)中 SQL數(shù)據(jù)庫的鏈接和 ASP 腳本解釋語言的編程，能夠很好地與原有信息系統(tǒng)相結(jié)合，達(dá)到預(yù)期的效果。通過 Google maps 在北江流域水文信息平臺(tái)中的實(shí)際應(yīng)用，可以看到，利用 Google maps 建立基于 Web 的地理信息系統(tǒng)有著開發(fā)成本低、周期短、維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 新一代水情信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

隨著《北江流域水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)》項(xiàng)目的實(shí)施完成，實(shí)現(xiàn)了水雨情召測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，但信息的發(fā)布使用不盡人意，為了能充分發(fā)揮水情信息采集系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，依托北江流域水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，針對(duì)水文信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，結(jié)合 Google maps 產(chǎn)品，基于 WebGIS 技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)構(gòu)建和應(yīng)用開發(fā)。系統(tǒng)計(jì)圍繞水雨情信息共享平臺(tái)用戶的實(shí)際需求，根據(jù)實(shí)用、開放、安全、可靠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、WebGIS 和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，在網(wǎng)上建立基于 WebGIS 和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)的完整應(yīng)用網(wǎng)站系統(tǒng)，以網(wǎng)頁的形式向用戶提供實(shí)時(shí)的水文信息，用戶可以在網(wǎng)上瀏覽傳統(tǒng)意義上的實(shí)時(shí)水文信息，并且在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)地圖的交互式訪問，在客戶端實(shí)現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化的地圖查詢檢索。

2 新一代交互式水雨情 WebGIS 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

從水文信息管理工作出發(fā)，實(shí)時(shí)水文信息系統(tǒng)的首要任務(wù)是能夠?qū)崟r(shí)查詢到各個(gè)雨情站點(diǎn)的雨量和水情站點(diǎn)的水位情況，以及對(duì)這些查詢結(jié)果的表達(dá)、分析等，為相關(guān)決策部門提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，本系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的 WebGIS 功能如下：

1）基本操作，瀏覽器端可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)地圖進(jìn)行放大、縮小、平移、全圖顯示、鷹眼等功能；

2）圖層管理，可對(duì)各個(gè)圖層進(jìn)行可視、當(dāng)前圖層、圖層顯示順序等設(shè)置；

3）圖例設(shè)置，不同雨量級(jí)別的雨情站點(diǎn)可以用不同符號(hào)進(jìn)行渲染顯示，超警戒、超汛限/危險(xiǎn)、正常等不同水位站點(diǎn)用不同的符號(hào)進(jìn)行顯示；

4）可進(jìn)行圖形、屬性的雙向查詢，結(jié)果以報(bào)表和直方圖（過程線）表示；

5）可動(dòng)態(tài)顯示某一時(shí)段的雨量直方圖和水位過程線；

6）對(duì)超過警戒水位的水位站點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警提示；

7）對(duì)超過某一量級(jí)雨量的雨情站點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警提示。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的 WebGIS 基本操作功能由 Google maps 服務(wù)器免費(fèi)提供完成。

鼠標(biāo)移動(dòng)查詢時(shí)，用戶通過移動(dòng)鼠標(biāo)到地圖上的某個(gè)站點(diǎn)查詢?cè)撜军c(diǎn)的水文信息時(shí)，Web 服務(wù)器將所選中的該站點(diǎn)站號(hào)的信息作為連接實(shí)時(shí)水文屬性數(shù)據(jù)庫條件，并結(jié)合時(shí)間等條件對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，結(jié)果以水情直方圖（雨情站點(diǎn)）或者水位過程線（水情站點(diǎn)）返回到瀏覽器端。

鼠標(biāo)點(diǎn)擊查詢時(shí)，用戶通過點(diǎn)擊地圖上的某個(gè)站點(diǎn)，Web 服務(wù)器將該站點(diǎn)的屬性信息作為查詢條件對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，將該站點(diǎn)的基本信息以表格的形式返回到瀏覽端，并通過連接站號(hào)信息查詢?cè)撜军c(diǎn)相關(guān)的水文信息。

若某個(gè)水情站點(diǎn)的水位超過警戒水位或者雨情站點(diǎn)的雨量超過某個(gè)量級(jí)，系統(tǒng)將用不同顏色符號(hào)來渲染該站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)警報(bào)，當(dāng)最近1h 超過30mm 將出現(xiàn)紅白閃爍報(bào)警。

在系統(tǒng)主界面任意位置按鼠標(biāo)右健，彈出功能菜單，實(shí)現(xiàn)用戶交互式功能查詢，可實(shí)現(xiàn)：逐時(shí)、逐日降水量（水位），逐旬、逐月降水量等查詢，單站降水量（水位）年報(bào)表、雨洪過程線的繪制，多站水位過程線比較，水位、降水等資料提取（整編用），以及調(diào)用用戶本機(jī)已安裝的“韶關(guān)市降水分析系統(tǒng)”進(jìn)行降水等值線面繪制和降水籠罩面積分析等。

3 結(jié)語

WebGIS 是在地理信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下發(fā)展起來的，代表了 GIS 的發(fā)展方向。WebGIS 支持下的北江流域水雨情召測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，解決了實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程訪問等問題，為水文和防汛等相關(guān)部門提供水雨情信息查詢、統(tǒng)計(jì)及分析服務(wù)，提高了各相關(guān)部門的辦公效率和服務(wù)質(zhì)量，降低了管理成本。

系統(tǒng)在功能上滿足用戶需要的同時(shí)，在性能設(shè)計(jì)上也盡量追求完善，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。系統(tǒng)具有較高的抗干擾性和控制故障的能力，系統(tǒng)的維護(hù)升級(jí)、數(shù)據(jù)的更新簡(jiǎn)單易行，還設(shè)置了訪問權(quán)限，杜絕了對(duì)系統(tǒng)的非法操作，同時(shí)系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔清晰、生動(dòng)直觀具有較好的可操作性。

[1] 宋關(guān)福，鐘耳順，王爾班.WebGIS——基于 Internet 的地理信息系統(tǒng)[J].中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，1998,3（3）: 221-254.

[2] 高雪山.廣東省三防信息查詢系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)[J].廣東水利水電，2002（4）: 17-19.

[3] 周惠成，何 斌，梁國(guó)華，等.WebGIS 在省級(jí)防汛指揮決策信息服務(wù)子系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2003,14（1）: 104-108.