基于FLEX技術(shù)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)時(shí)空可視化表達(dá)

張明鋒 薛章斌

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基于FLEX技術(shù)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)時(shí)空可視化表達(dá)

張明鋒 薛章斌

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院

臺(tái)風(fēng)是世界上破壞性極大的自然災(zāi)害之一。福建省所處的地區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻繁,是中國(guó)遭受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的省份之一。本文基于ArcGIS Server、Flex技術(shù)，對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息時(shí)空可視化顯示平臺(tái)的建設(shè)進(jìn)行了探討。通過分析ArcGIS Server、Flex及其特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)平臺(tái)建設(shè)的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了該平臺(tái)建設(shè)的軟硬件環(huán)境，確定了平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)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(gòu)建了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息顯示平臺(tái)，包括地圖數(shù)據(jù)和臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的組織和管理、地圖服務(wù)的發(fā)布與管理、網(wǎng)站的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)為更好地表達(dá)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息提供了有效手段。

時(shí)空可視化表達(dá) 臺(tái)風(fēng)信息系統(tǒng) Flex技術(shù)

1 概述

臺(tái)風(fēng)是世界上最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。在全球的臺(tái)風(fēng)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(shí)西北太平洋中的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度也是最強(qiáng)的[1]。福建省所處的地區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻繁,是中國(guó)遭受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的省份之一。由于其造成的經(jīng)濟(jì)損失劇增，同時(shí)對(duì)民眾生活也造成一定影響，人們對(duì)臺(tái)風(fēng)的關(guān)注也越來越多，為了滿足這種需求就需要有一個(gè)表現(xiàn)力強(qiáng)，信息表達(dá)明確的信息了解渠道。高交互性、富客戶端的基于Flex、WebGIS的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化表達(dá)技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。通過該技術(shù)可以動(dòng)態(tài)、直觀、多層次地掌握臺(tái)風(fēng)信息，使得臺(tái)風(fēng)信息的表達(dá)更加豐富，從而給予人們更多的臺(tái)風(fēng)信息服務(wù)。本文以臺(tái)風(fēng)“珍珠”登陸為例，構(gòu)建基于ArcGIS Server以及Flex的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化表達(dá)的開發(fā)，將臺(tái)風(fēng)從發(fā)生到結(jié)束過程中，受影響的各個(gè)站點(diǎn)的信息；包括各大新聞?lì)l道發(fā)布的信息、相關(guān)政府管理部門發(fā)布的應(yīng)急措施以及現(xiàn)場(chǎng)情況；按照時(shí)間的先后順序進(jìn)行可視化表達(dá)，為用戶提供展現(xiàn)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息的時(shí)空可視化表達(dá)系統(tǒng)。

2 WebGIS與Flex技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 WebGIS研究進(jìn)展

隨著Internet 技術(shù)的發(fā)展，GIS與Internet結(jié)合成為必然的趨勢(shì)，WebGIS順應(yīng)而生，WebGIS是在Internet或Intranet環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的獲取、存儲(chǔ)、查詢、分析、顯示和輸出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是GIS發(fā)展的重要方向[2]。與傳統(tǒng)的Web應(yīng)用相比，WebGIS的最大特點(diǎn)是在空間框架下實(shí)現(xiàn)圖形、圖像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動(dòng)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(yīng)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(shù)不斷發(fā)展下用戶對(duì)系統(tǒng)豐富體驗(yàn)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(qǐng)求集中在服務(wù)器端處理，加重了服務(wù)器的計(jì)算負(fù)擔(dān)，提高了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。(3)基于HTML靜態(tài)標(biāo)簽建立，語義性差、可重用性和可擴(kuò)展性都不強(qiáng)，建立新的應(yīng)用大多要重新設(shè)計(jì)和開發(fā)[5]。

2.2 Flex研究進(jìn)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(shù)也應(yīng)用于WebGIS客戶端的生成過程。

RIA(Rich Internet Applications)稱為富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，具有高度互動(dòng)性、豐富用戶體驗(yàn)以及功能強(qiáng)大的客戶端[6]。RIA的特點(diǎn)是在客戶端可以進(jìn)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(qǐng)求傳遞，面向用戶界面中的各個(gè)小模塊，客戶端的模塊之間關(guān)系清晰，處理起來也更靈活。在不會(huì)影響到原有應(yīng)用的前提下,RIA技術(shù)對(duì)表現(xiàn)層進(jìn)行了大幅度的增強(qiáng)，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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)編程模型的高效RIA開發(fā)產(chǎn)品集，使用Flex技術(shù)開發(fā)部署RIA應(yīng)用程序非常簡(jiǎn)單。由于Flex技術(shù)基于MXML標(biāo)準(zhǔn)、CSS標(biāo)準(zhǔn)、XML標(biāo)準(zhǔn)、Action Script 3.0標(biāo)準(zhǔn)，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(wù)邏輯開發(fā)上。Flex編程模型和各個(gè)產(chǎn)品構(gòu)成了完整的RIA開發(fā)平臺(tái)，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(shù)[4-5]。

2.3 Flex技術(shù)與WebGIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于氣象領(lǐng)域現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類獲取臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的技術(shù)愈加快速、準(zhǔn)確，這使得臺(tái)風(fēng)信息內(nèi)容更充實(shí)，決策輔助的準(zhǔn)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(lǐng)域應(yīng)用的廣泛和深入，氣象領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越普及，更多氣象工作者開始認(rèn)識(shí)到地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，為臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)的管理提供了技術(shù)手段，同時(shí)，GIS在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用也為地理信息系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的有效結(jié)合提供了依據(jù)[7]。

目前，國(guó)內(nèi)在將WebGis技術(shù)應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)管理和發(fā)布方面取得了一定成果，如中國(guó)中央氣象臺(tái)網(wǎng)站、中國(guó)香港天文臺(tái)網(wǎng)站、福建水利信息網(wǎng)、廣西氣象臺(tái)網(wǎng)站、四創(chuàng)公司“風(fēng)影2005”軟件等。其中中國(guó)中央氣象臺(tái)網(wǎng)站在2009年將Flex技術(shù)引入了臺(tái)風(fēng)的網(wǎng)站建設(shè)上來，使用戶能夠更方便，更快捷，更豐富的接觸到臺(tái)風(fēng)信息，同時(shí)能夠提供有關(guān)信息供相關(guān)部門及時(shí)的采取相應(yīng)救助措施[8]。自從該網(wǎng)站運(yùn)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(shù)路線的可行性。故本文引入了Flex技術(shù)進(jìn)行基于WebGIS的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)時(shí)空可視化表達(dá)的系統(tǒng)開發(fā)中來。

另一方面，從以上網(wǎng)站的運(yùn)行結(jié)果來看，目前大部分臺(tái)風(fēng)網(wǎng)站的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)發(fā)布并沒有與時(shí)間相聯(lián)系，只是純粹地展現(xiàn)臺(tái)風(fēng)的空間數(shù)據(jù)，而沒有將相關(guān)的政府應(yīng)急，包括各類災(zāi)害信息融入，在信息的豐富程度上存在不足。因此本文以臺(tái)風(fēng)“珍珠”登陸為例，進(jìn)行基于ArcGIS Server以及Flex技術(shù)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化表達(dá)的開發(fā)，為用戶提供展現(xiàn)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)信息的一個(gè)應(yīng)用服務(wù)窗口。

3 基于Flex 的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)時(shí)空可視化表達(dá)系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

表1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)是以美國(guó)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(tái)，以及Microsoft公司的IIS作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件，運(yùn)用Flex 技術(shù)、ASP.NET技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的基于WebGIS的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)時(shí)空可視化表達(dá)。

3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

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

表現(xiàn)層?；跒g覽器的一個(gè)富客戶端，為用戶呈現(xiàn)一個(gè)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(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)的獲取、網(wǎng)上距離的量測(cè)、多媒體信息的游覽等。

應(yīng)用層。主要是負(fù)責(zé)響應(yīng)Flex富客戶端請(qǐng)求的核心層。它接受來自客戶端的請(qǐng)求，并根據(jù)用戶請(qǐng)求類型做出相應(yīng)響應(yīng)。通過.NET應(yīng)用服務(wù)器與ArcGIS Server服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)請(qǐng)求，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制。

數(shù)據(jù)層。它是系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存取機(jī)制，維護(hù)各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)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(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

3.3.1常規(guī)地圖操作功能

平臺(tái)具有對(duì)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(cè)量面積、屬性信息獲取等功能。當(dāng)臺(tái)風(fēng)逼近某一城市時(shí)，可方便地測(cè)量任意兩點(diǎn)和多點(diǎn)之間的距離，根據(jù)當(dāng)前位置和預(yù)報(bào)位置，結(jié)合移動(dòng)速度和風(fēng)圈半徑，為實(shí)施防汛預(yù)案提供科學(xué)依據(jù)。

3.3.2臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)聚合獲取

臺(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)及相關(guān)災(zāi)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(diào)用數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，另一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，則需要直接連接到遠(yuǎn)程相關(guān)政府部門信息發(fā)布網(wǎng)站，以信息聚合形式將相應(yīng)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(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)為例，主要包括臺(tái)風(fēng)的中心氣壓，經(jīng)緯度信息，最大風(fēng)速，風(fēng)力，移動(dòng)速度信息，方向，以及七級(jí)、10級(jí)、12級(jí)風(fēng)圈半徑信息等文本信息數(shù)據(jù)。相應(yīng)災(zāi)害信息如災(zāi)害警報(bào)，啟動(dòng)的預(yù)案等級(jí)等。由于從各相應(yīng)政府管理部門實(shí)時(shí)聚合獲取的數(shù)據(jù)中不少有明確發(fā)布時(shí)間標(biāo)識(shí)，因此可將此數(shù)據(jù)直接通過時(shí)空可視化表達(dá)系統(tǒng)按發(fā)布時(shí)間來動(dòng)態(tài)表達(dá)。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(yīng)政府管理部門數(shù)據(jù)源而定。

3.3.3臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)顯示及災(zāi)害信息可視化表達(dá)功能

該可視化表達(dá)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(shí)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(shí)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(guān)政府管理部門發(fā)布的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息窗口，右上角為信息控制中心，包括數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，動(dòng)態(tài)播放的控制，右下角為相應(yīng)多媒體信息的播放。

臺(tái)風(fēng)信息動(dòng)態(tài)顯示的功能如界面中間部分的地圖內(nèi)容所示，隨著時(shí)間的變化，點(diǎn)擊播放時(shí)，會(huì)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)的播放，同時(shí)將不同時(shí)刻中各相關(guān)政府部門發(fā)布的數(shù)據(jù)及信息在相應(yīng)的左下角位置進(jìn)行更新，同時(shí)各類帶有時(shí)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(jìn)行相應(yīng)顯示。這樣可以較好地將相應(yīng)災(zāi)害事件及政府管理部門應(yīng)對(duì)措施通過時(shí)空的概念明確結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化表達(dá)。

如需直接控制播放速度，或快速瀏覽動(dòng)態(tài)變化結(jié)果，則可使用界面中間位置的時(shí)間軸控制窗口來靈活拖動(dòng)，這樣各類相關(guān)信息就會(huì)自動(dòng)刷新。

圖2 臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)態(tài)顯示及災(zāi)害信息可視化表達(dá)功能界面

4 結(jié)語

本文基于ArcGIS Server、Flex技術(shù)，對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息的時(shí)空可視化顯示平臺(tái)的建設(shè)進(jìn)行了探討，并通過實(shí)際WebGis應(yīng)用信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將Flex技術(shù)融入到臺(tái)風(fēng)災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)信息網(wǎng)站的建設(shè)中來。系統(tǒng)開發(fā)結(jié)果在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害信息可視化表達(dá)方面效果較好，但作為一個(gè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)還需要在專業(yè)性和為各部門的服務(wù)性功能上加強(qiáng)研究，為Webgis技術(shù)應(yīng)用于相關(guān)災(zāi)害管理和信息發(fā)布上提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

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