基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉東巖

（內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗氣象局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

在農(nóng)業(yè)信息技術(shù)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化方向發(fā)展的今天，如能將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 WebGIS 技術(shù)、 模型組件技術(shù)綜合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息化研究，則有望加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

一、WebGIS概況

（一）傳統(tǒng)GIS

傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)采用基于文件共享的分布式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集中存放于服務(wù)器，由空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，客戶端采用GIS桌面系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。該方式存在著若干問(wèn)題：1.處理完全依賴于客戶端桌面系統(tǒng)，效率低；2.每個(gè)客戶端都需配備昂貴的專業(yè)GIS軟件，而一般用戶GIS應(yīng)用僅限于其中一部分功能，造成巨大浪費(fèi)；3.軟件操作復(fù)雜，難以普及使用。

（二）WebGIS

WebGIS是大眾化的GIS，在Internet上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)-客戶端，只需使用通用瀏覽器（如MicrosoftIE8.0）即能訪問(wèn)服務(wù)器，得到WebGIS服務(wù)器所提供的服務(wù)。WebGIS具有如下特點(diǎn)：1.WebGIS僅需在服務(wù)器端配備GIS軟件，客戶端即可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)服務(wù)器，而不需要專門安裝GIS軟件，盡管有時(shí)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(yè)面取代窗口，簡(jiǎn)單易用，用戶不需要具備專業(yè)知識(shí)，大大降低了操作難度；3.用戶可透明地訪問(wèn)GIS數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)異構(gòu)共享，而不需關(guān)心WebGIS服務(wù)器究竟采用何種GIS軟件。

二、平臺(tái)設(shè)計(jì)

（一）技術(shù)路線

基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、格點(diǎn)化、網(wǎng)頁(yè)化，適用于省、市、縣三級(jí)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)。它立足高分辨率的氣象監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)格點(diǎn)數(shù)據(jù)、作物分布和行政區(qū)劃信息、多樣性指標(biāo)庫(kù)(包括14類農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)、6類作物7種農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)和作物氣候評(píng)價(jià)模型)和農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)(人工和自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè))，采用SQL Server 2012建立農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)；使用C#進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Asp.Net平臺(tái)和JavaScript、Html等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行網(wǎng)站搭建，研制基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)。本研究使用OpenLayers 3來(lái)組織、發(fā)布與瀏覽地圖，它是一個(gè)專為Web GIS客戶端開(kāi)發(fā)的JavaScript類庫(kù)包，支持WMS(Web Mapping Service)和WFS(Web FeatureService)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)規(guī)范。利用OpenLayers 3自帶的瓦片技術(shù)建立了適用于農(nóng)業(yè)氣象的業(yè)務(wù)底圖，客戶通過(guò)Internet或Internet服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，Open-Layers通過(guò)OGC(Open Geospatial Consortium)服務(wù)形式將請(qǐng)求發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)加載到客戶瀏覽器，并將已處理好的瓦片地圖存儲(chǔ)在Memcached緩存組件中，以提高服務(wù)器處理性能和提高Internet訪問(wèn)速度。

（二）平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

1.數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。以SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，遵循氣象行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)格化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及WebGIS對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，分類別建立數(shù)據(jù)表、視圖、觸發(fā)器、存儲(chǔ)過(guò)程等數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，構(gòu)建農(nóng)業(yè)氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。2.基于面向服務(wù)SOA的分布式應(yīng)用程序架構(gòu)。與傳統(tǒng)架構(gòu)相比，SOA為信息資源之間定義了更為靈活的松散耦合關(guān)系。整體采用分布式平臺(tái)架構(gòu)，各個(gè)子平臺(tái)支持平臺(tái)集群部署。3.指標(biāo)體系及預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)模型。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)體系。篩選適用于當(dāng)?shù)氐臉I(yè)務(wù)應(yīng)用多年的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，針對(duì)當(dāng)前主要農(nóng)作物生產(chǎn)中可能遭受的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警。農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)模型。農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)是指針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中作物生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)事活動(dòng)和相關(guān)技術(shù)措施對(duì)天氣條件的需求而開(kāi)展的一種專業(yè)氣象預(yù)報(bào)。氣候評(píng)價(jià)模型。農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成是光、溫、水等多個(gè)氣象要素協(xié)調(diào)效應(yīng)的結(jié)果。

三、平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

（一）平臺(tái)主要模塊

基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)是快速接收處理各類農(nóng)業(yè)氣象信息、分析農(nóng)業(yè)氣象條件、運(yùn)行農(nóng)業(yè)氣象模型、繪制農(nóng)業(yè)氣象圖形(圖像、表格)、制作農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)保障。遵循“綜合的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)化的農(nóng)業(yè)氣象處理分析系統(tǒng)、多功能的圖形制作系統(tǒng)”的平臺(tái)開(kāi)發(fā)要求，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)具有全程性、多時(shí)效、定量化的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)功能。

（二）平臺(tái)功能

1.圖形操作。在Internet上瀏覽平臺(tái)網(wǎng)頁(yè)具有強(qiáng)大和豐富的圖形操作功能，OpenLayers除了可以在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)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(jìn)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(duì)已有的OpenLayers操作和數(shù)據(jù)支持類型進(jìn)行擴(kuò)充，如增加底圖類型(包括地形、衛(wèi)星、交通和空白底圖)、選擇站名、站號(hào)等信息的顯示與否。通過(guò)地區(qū)切換，可以掩膜任意市縣的底圖并進(jìn)行顯示；通過(guò)IP地址識(shí)別技術(shù)可以自動(dòng)定位或者手工定位；此外，還可以實(shí)現(xiàn)圖片、數(shù)據(jù)、文檔導(dǎo)出等功能。2.農(nóng)業(yè)氣象信息查詢與統(tǒng)計(jì)。平臺(tái)依托OpenLayers建立信息服務(wù)Web站點(diǎn)，并以Html Viewer方式在Web站點(diǎn)上發(fā)布農(nóng)業(yè)氣象查詢信息。查詢功能包括對(duì)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)(常規(guī)氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)、農(nóng)田氣象觀測(cè)站觀測(cè)信息、農(nóng)田小氣候觀測(cè)站等觀測(cè)數(shù)據(jù))、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)信息(農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息、農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)信息、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)信息等)進(jìn)行查詢；統(tǒng)計(jì)功能包括對(duì)單站和區(qū)域的農(nóng)業(yè)氣象信息(包括農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息、農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)信息、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)信息等)進(jìn)行旬、月、季、年和任意時(shí)間尺度統(tǒng)計(jì)。3.農(nóng)業(yè)氣象條件診斷分析。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)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(lián)系、相互影響和相互制約的關(guān)系。為了客觀定量地研究它們之間的數(shù)量關(guān)系，基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)采用氣象學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等研究領(lǐng)域的算法和模型，進(jìn)行定量及定性分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度分析(包括農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)、氣象條件在線分析、農(nóng)業(yè)氣候資源、農(nóng)業(yè)氣象病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、產(chǎn)量預(yù)報(bào)等)。平臺(tái)可以提供較為準(zhǔn)確的定量化的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)信息，在空間上不僅涵蓋了省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)四級(jí)行政區(qū)域，而且細(xì)化到5 km×5 km的網(wǎng)格點(diǎn)上，精細(xì)化程度較高，具有較好的適用性。此外，平臺(tái)還支持自主構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，對(duì)信息進(jìn)行建模評(píng)價(jià)。

GIS對(duì)氣象資料的管理、查詢、制作專題圖和統(tǒng)計(jì)分析中已經(jīng)起到不可代替的作用。建設(shè)基于WebGIS的氣象服務(wù)系統(tǒng)，是適應(yīng)氣象服務(wù)深入發(fā)展的需要。