探討WebGIS技術(shù)在公共氣象服務(wù)平臺(tái)中的應(yīng)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(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

探討WebGIS技術(shù)在公共氣象服務(wù)平臺(tái)中的應(yīng)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(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

公共氣象服務(wù)平臺(tái)是將所有的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理、歸類分析的業(yè)務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)的技術(shù)開發(fā)是多方面的，數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用還有FTP文件的傳輸、C/S和B/S架構(gòu)模式、IIS服務(wù)配置、WebGIS技術(shù)的應(yīng)用。近年來(lái),大氣環(huán)流的異常導(dǎo)致越來(lái)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(qiáng)度也在加強(qiáng),給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)很大的影響,因而社會(huì)對(duì)氣象的預(yù)警和氣象信息的實(shí)時(shí)性要求在不斷提高。應(yīng)用于公共氣象服務(wù)平臺(tái)的氣象信息則能實(shí)時(shí)反應(yīng)一個(gè)地方實(shí)時(shí)的氣溫、風(fēng)向、風(fēng)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(guò)網(wǎng)站并與相應(yīng)的地點(diǎn)顯示出來(lái)的是一個(gè)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(wàn)維網(wǎng)（World Wide Web，簡(jiǎn)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(duì)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(shì)。于是，基于Internet技術(shù)的地理信息系統(tǒng) (WebGIS)就應(yīng)運(yùn)而生。

2 系統(tǒng)概述

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,簡(jiǎn)稱 GIS），是以測(cè)繪測(cè)量為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和使用的數(shù)據(jù)源，以計(jì)算機(jī)編程為平臺(tái)的全球空間分析技術(shù)。經(jīng)過(guò)了40 a的發(fā)展，到今天已經(jīng)逐漸成為一門相當(dāng)成熟的技術(shù)，并且得到了極廣泛的應(yīng)用。尤其是近些年，GIS更以其強(qiáng)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(lái)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(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)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(jiǎn)單的說(shuō)，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(shí)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(guān)。

WebGIS是利用Internet技術(shù)來(lái)擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心是在GIS中嵌入HTTP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用體系，實(shí)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(jī)、多數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式部署，通過(guò)Internet/Internet實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，是一種服務(wù)器/瀏覽器(B/S)結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端向客戶端提供信息和服務(wù)，瀏覽器（客戶端）具有獲得各種空間信息和應(yīng)用的功能。WebGIS可以使用通用瀏覽器進(jìn)行瀏覽、查詢，很大程度上擴(kuò)大了GIS潛在用戶范圍，用戶可在本機(jī)或某個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布式部件的動(dòng)態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(wù)進(jìn)行無(wú)縫集成，建立靈活多變的GIS應(yīng)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(lái)越多的組合地理位置的信息系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮了很重要的作用。WebGIS是一種基于Web技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)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(lái)擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)。公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)的氣象信息實(shí)時(shí)性強(qiáng),要素多,因而信息量相當(dāng)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(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量等。應(yīng)用WebGIS技術(shù)優(yōu)勢(shì)就在于通過(guò)站點(diǎn)結(jié)合地理位置的空間信息，可以快速管理和查詢實(shí)時(shí)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(luò)結(jié)構(gòu)和總體框架

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)訪問(wèn)模式可采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)，客戶端訪問(wèn)可通過(guò)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(yīng)用層、Web業(yè)務(wù)層。數(shù)據(jù)層是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(chǔ)于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，GIS應(yīng)用層提供基本地圖操作、地圖服務(wù)的創(chuàng)建與管理、氣象要素顯示、查詢和統(tǒng)計(jì)功能，為系統(tǒng)提供GIS低層支持，Web應(yīng)用層提供用戶與系統(tǒng)交互界面。

4 系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境

ArcGIS Server9.3，ASP.NET，Microsoft IIS6，AreSDE，Oracle 10G。 服務(wù)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(guò)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供實(shí)時(shí)的氣象要素信息，可進(jìn)行氣溫、風(fēng)向、風(fēng)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(duì)地圖信息分類，通過(guò)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(diǎn)位置和氣象要素觀測(cè)值，如氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量等。氣象信息查詢:查詢觀測(cè)站點(diǎn)氣象要素值，極值和歷史資料，站點(diǎn)相關(guān)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(jì):平均溫度、最高最低溫度、日照、雨量等的統(tǒng)計(jì)，再將統(tǒng)計(jì)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(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)所處理的氣象信息，來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的各類歷史與實(shí)時(shí)資料和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件。很多氣象領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)用于氣象領(lǐng)域，首先要解決的是氣象資料的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。GIS中空間數(shù)據(jù)是按矢量模型和柵格模型進(jìn)行組織和管理的，而矢量數(shù)據(jù)又細(xì)分為點(diǎn)、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(dòng)站點(diǎn)數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)緯度值生成自動(dòng)站點(diǎn)的圖形數(shù)據(jù)。先建立Ceodatabase的Table表，通過(guò)ArcSDE存儲(chǔ)于Oracle中，用SQL語(yǔ)句將自動(dòng)站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)錄于該Table中，在ArcMap中通過(guò)經(jīng)緯度值生成自動(dòng)站點(diǎn)。再輸出得到自動(dòng)站點(diǎn)圖層。自動(dòng)站的站名、區(qū)站號(hào)、海拔高度、建站環(huán)境等信息存于其屬性表中。氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量等氣象要素值則通過(guò)讀取Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)標(biāo)注在相應(yīng)的自動(dòng)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(jìn)行轉(zhuǎn)換和管理。如MICAPS中的四類格式（云圖、雷達(dá)及模式輸出產(chǎn)品等）則可以通過(guò)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(tái)上。

7 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法，空間對(duì)象采用CeoDatabase的空間特征類來(lái)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(kù)中主要管理的是基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，遙感影像數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)是1：5萬(wàn)基礎(chǔ)地形圖，將shape格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換成CeoDatabase，形成格式統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，以避免信息重復(fù)存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)管理與維護(hù)。遙感影像數(shù)據(jù)通過(guò)拼接等處理，將其與地形圖進(jìn)行配準(zhǔn)，并將其以Raster Dataaets的格式入庫(kù)。根據(jù)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)特性與管理需求、數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)應(yīng)用等綜合考慮，用空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎ArcSDE與Oracle一起實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理。由于數(shù)據(jù)庫(kù)的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，加上ArcSDE獨(dú)特的空間索引機(jī)制，可以無(wú)縫地處理海量數(shù)據(jù)。ArcSDE采用了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)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(wù)管理

地圖服務(wù)管理是基于ArcGIS Server來(lái)實(shí)現(xiàn)的，ArcGIS Server是由ESRI公司推出的構(gòu)建企業(yè)級(jí)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用程序和服務(wù)的平臺(tái)，包含兩個(gè)主要部分:GIS服務(wù)器和應(yīng)用程序開發(fā)框架(ADF)。地圖服務(wù)器系統(tǒng)是基于ArcGIS Server部署的分布式系統(tǒng)，其中包括服務(wù)器對(duì)象管理器（SOM）以及服務(wù)器對(duì)象容器（SOC）。服務(wù)器對(duì)象管理器主要在地圖服務(wù)的管理、啟動(dòng)和關(guān)閉以及地圖服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)器（SOC）的添加、刪除及負(fù)載均衡方面起著專門的作用。服務(wù)器對(duì)象容器是主要負(fù)責(zé)運(yùn)行地圖服務(wù)并處理應(yīng)用層提交的請(qǐng)求，因此實(shí)現(xiàn)SOC的動(dòng)態(tài)增減是實(shí)現(xiàn)分布式地圖服務(wù)器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖服務(wù)的運(yùn)行服務(wù)器（SOC）的添加、刪除等功能，首先以Server管理員身份連接到服務(wù)器，連接成功后，獲得服務(wù)器上運(yùn)行的管理服務(wù)器對(duì)象（SOM），通過(guò)管理服務(wù)器添加/刪除服務(wù)對(duì)象容器（SOC）。對(duì)地圖服務(wù)要能根據(jù)需要實(shí)時(shí)地生成新的地圖服務(wù)，就要對(duì)地圖服務(wù)進(jìn)行創(chuàng)建、刪除以及狀態(tài)管理。地圖服務(wù)的創(chuàng)建是將來(lái)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(wèn)定制地圖提供接口。先連接到指定的SDE數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)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(wù)器并獲得管理服務(wù)器對(duì)象(SOM)，將制作好的.mxd文件發(fā)布為地圖服務(wù)。對(duì)地圖服務(wù)的狀態(tài)管理就要獲取地圖服務(wù)，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的刪除、暫停、停止、開啟等操作。

9 小結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，各行各業(yè)對(duì)氣象信息的需求越來(lái)越多，迫切需要優(yōu)化公共氣象服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，使氣象產(chǎn)品發(fā)布方式適應(yīng)新時(shí)期的要求。過(guò)去20 a中，電話、Call臺(tái)、手機(jī)發(fā)展普及，技術(shù)的發(fā)展引起了氣象公共服務(wù)方式和手段的轉(zhuǎn)變與發(fā)展。繼GSM網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展后，隨著3G技術(shù)應(yīng)用以及更快的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，推動(dòng)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(wù)已經(jīng)不僅在于提供天氣預(yù)報(bào)，WebGIS技術(shù)的應(yīng)用，可以提高公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)氣象資料實(shí)時(shí)信息可視化效果、公共氣象服務(wù)實(shí)時(shí)性及直觀性和氣象信息綜合查詢與檢索。公共氣象服務(wù)應(yīng)充分考慮社會(huì)需求，提高個(gè)性化精細(xì)化服務(wù)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(wù)的快速健康發(fā)展，進(jìn)一步延伸拓展公共氣象服務(wù)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(xué)院，本科生，工程師.