基于webgis氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

張勝強　陳亞超

摘要：在基于氣象傳感器的基礎(chǔ)上收集的大量氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（webgis）技術(shù)構(gòu)建具有實時共享的氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)多種類的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、分類可視化、天氣預(yù)警、氣象數(shù)據(jù)分析預(yù)測等功能，為農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)生活提供個性化、精細(xì)化、智能化氣象服務(wù)。

關(guān)鍵詞：氣象數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng);分析預(yù)測

中圖分類號：TP317 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0132-02

0 引言

基于internet平臺，采用web技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（webgis）是通過www協(xié)議將GIS系統(tǒng)運行在萬維網(wǎng)上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)訪問地理信息服務(wù)，實現(xiàn)在不同操作系統(tǒng)上獲取地理空間數(shù)據(jù)和空間分析服務(wù)。與傳統(tǒng)PC端的商用GIS軟件相比，網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)擴展和完善了地理信息系統(tǒng)的功能實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的共建、共享。網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)在開放性、移植性、可擴展性上網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)具有更加突出的優(yōu)勢。

為了更好地實現(xiàn)氣象精細(xì)化預(yù)報和氣象災(zāi)害性天氣的準(zhǔn)確預(yù)警，做好氣象預(yù)報服務(wù)工作，本文以氣象局發(fā)布的實時雨晴數(shù)據(jù)、雷達(dá)云圖數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)、實時采集的數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)設(shè)計了基于webgis技術(shù)的氣象信息管理平臺?；趙ebgis技術(shù)的氣象信息管理平臺，將網(wǎng)絡(luò)地圖、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)云圖，空間分析功能、統(tǒng)計分析、決策分析等功能集成與一體，能夠?qū)崿F(xiàn)氣象信息的實時發(fā)布，根據(jù)獲取的實時的多項氣象數(shù)據(jù)結(jié)合多模式集成預(yù)報方法，對臨近的氣象災(zāi)害天氣進(jìn)行預(yù)警，建成統(tǒng)一協(xié)調(diào)、反應(yīng)靈敏、運轉(zhuǎn)高效的惡劣天氣應(yīng)對機制，指導(dǎo)有人們的生產(chǎn)生活，發(fā)揮基于webgis技術(shù)的氣象信息管理系統(tǒng)在防災(zāi)減災(zāi)中的作用，避免或減少惡劣天氣造成的事故和損失。

1 Webgis簡介

WebGIS是Web技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 即基于網(wǎng)絡(luò)的地理信息服務(wù)， 用戶可通過瀏覽器客戶端從WebGIS服務(wù)器獲取地理信息。同時為地理信息共享提供便捷和有效的途徑。利用WebGIS技術(shù)，用戶只需要使用瀏覽器就可以進(jìn)行瀏覽地圖和地理空間數(shù)據(jù)分析。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，WebGIS技術(shù)可以實現(xiàn)全球各個領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)信息的共享，極大的提高了空間數(shù)據(jù)查詢、發(fā)布和維護的效率。

如今WebGIS的發(fā)展越來越開放化，發(fā)展出面向云端、面向大數(shù)據(jù)的WebGIS技術(shù)，通過云計算來處理海量的地理空間數(shù)據(jù)，采用分布式計算保證數(shù)據(jù)的高效性和實時性，WebGIS技術(shù)逐漸變得越來越強大，成為當(dāng)今的主流GIS技術(shù)。武漢大學(xué)李德仁和龔建雅等教授團隊研發(fā)的GeoGlobe，可以對互聯(lián)網(wǎng)上全球的含量數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、管理與可視化，用戶還可以根據(jù)需要設(shè)計自定義界面，調(diào)用動態(tài)庫進(jìn)行二次開發(fā)。

可見，國內(nèi)的WebGIS發(fā)展速度也是十分迅猛，WebGIS技術(shù)逐步開源化，服務(wù)方式由原來的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)逐步轉(zhuǎn)向云服務(wù)，從二維逐步轉(zhuǎn)向三維和四維，從各自分開獨立的系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)向兼容與集成，越來越滿足廣大用戶的工作和生活需要，在各個領(lǐng)域都被廣泛的應(yīng)用。

2 基于webgis的氣象管理平臺所具有的優(yōu)勢

（1）空間信息和屬性信息統(tǒng)一存儲、管理、查詢，可實現(xiàn)地圖操作基本功能、數(shù)據(jù)共享、空間分析等功能。

（2）實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合管理、能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)的快速查詢與檢索。

（3）Web GIS是GIS在Internet上的擴展，不僅繼承了GIS的功能，而且具有更新快捷、跨平臺、訪問范圍廣泛、共享性好、維護方便等優(yōu)勢，完全滿足氣象信息實時監(jiān)測、統(tǒng)一管理、共享的業(yè)務(wù)需求。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于webgis的氣象信息共享平臺是通過對利用無線網(wǎng)絡(luò)傳感器實時采集的氣象數(shù)據(jù)、氣象局發(fā)布的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖等種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用web service、http協(xié)議對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，基于webgis技術(shù)實現(xiàn)，氣象數(shù)據(jù)的實時發(fā)布以及對氣象災(zāi)害預(yù)警等功能。系統(tǒng)采用五層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)存儲管理層、服務(wù)層、應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)采集層：氣象數(shù)據(jù)是基于webgis的氣象信息管理平臺的核心數(shù)據(jù)來源主要有兩種方式：（1）地面站實時監(jiān)測的監(jiān)測數(shù)據(jù)。（2）在互聯(lián)網(wǎng)上獲取的氣象部門發(fā)布的高空站、農(nóng)業(yè)氣象站的觀測數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星云圖和雷達(dá)影像的柵格數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸層：氣象數(shù)據(jù)的傳輸包括兩種傳輸方式，第一種是基于物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議由氣象站的氣象傳感器采集到的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)交趙ebgis的氣象信息管理平臺;另一種是基于internet的http協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，主要是客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)出存儲層為基于webgis的氣象信息管理平臺提供數(shù)據(jù)支撐，用于存儲管理實時采集的氣象數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)影像、基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)組織管理為服務(wù)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問接口。

服務(wù)層：服務(wù)層對基于webgis的氣象信息管理平臺的業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)交互進(jìn)行封裝包括GIS分析服務(wù)、地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、預(yù)警服務(wù)等。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、查、刪、改業(yè)務(wù)模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化，為應(yīng)用層氣象數(shù)據(jù)分析、預(yù)報提供應(yīng)用服務(wù)。

應(yīng)用層：實現(xiàn)了基于webgis的氣象信息管理平臺的各項功能。包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)的基本操作、氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布、氣象災(zāi)害的分析預(yù)警等功能。實現(xiàn)了對氣象相關(guān)的各類數(shù)據(jù)的存儲管理、發(fā)布共享、分析、可視化，便于人們在農(nóng)業(yè)、社會生產(chǎn)生活活動中對氣象環(huán)境情況的及時了解果斷采取相應(yīng)措施應(yīng)對不利的氣象環(huán)境。

4 氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

氣象數(shù)據(jù)不僅包括圖片數(shù)據(jù)、歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，還包括柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲層采用對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Postgis，Postgis數(shù)據(jù)庫是一個開源的對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持空間點、線、面、多邊形等實體，能夠提供遵循OpenGIS規(guī)范的空間對象、空間索引、空間數(shù)據(jù)操作函數(shù)。數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、雷達(dá)云圖、氣象云圖、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)。

實時雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)：實時監(jiān)測數(shù)據(jù)包括由氣象傳感器測得的實時雨晴數(shù)據(jù)，雨天的實時雨量數(shù)據(jù)、以及空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分表存儲。

雷達(dá)云圖、氣象云圖：圖片數(shù)據(jù)可以根據(jù)功能分表以BLOB格式進(jìn)行存儲。

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，是基于webgis氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的專用GIS數(shù)據(jù)，作為氣象數(shù)據(jù)分析、可視化的載體，包含矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)功能

基于webgis的氣象數(shù)據(jù)管理平臺是基于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的專業(yè)的氣象數(shù)據(jù)管理平臺，其主要特點是將氣象觀測數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、以及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理以及實時發(fā)布，數(shù)據(jù)豐富、不僅含有實時性數(shù)據(jù)還包含歷史數(shù)據(jù)，為氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過氣象數(shù)據(jù)的實時發(fā)布、預(yù)測、預(yù)警為生產(chǎn)活動提供決策分析依據(jù)。其主要功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

實時數(shù)據(jù)監(jiān)測：提供氣象基本數(shù)據(jù)包括雷達(dá)圖、衛(wèi)星趣圖，監(jiān)測站監(jiān)測的實時雨晴數(shù)據(jù)，支承數(shù)據(jù)的時序查詢，與基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的交互查詢。

數(shù)據(jù)共享：將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以服務(wù)的方式發(fā)布，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化提供數(shù)據(jù)共享訪問的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口。實現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的可視化，支持地圖相關(guān)操作。

災(zāi)害預(yù)警：災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性與及時性是基于webgis氣象數(shù)據(jù)管理平臺氣象數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。本系統(tǒng)對于，雷電災(zāi)害、特大雨雪天氣、暴風(fēng)等特殊天氣做到及時監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確定位，快速預(yù)警。

分析預(yù)測：本系統(tǒng)可根據(jù)采集的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對氣候、空間質(zhì)量進(jìn)行實時分析、實時發(fā)布;對于大雨、大霧、大雪天氣做出能見度分析;對于存儲的歷史數(shù)據(jù)對歷史數(shù)據(jù)建模進(jìn)行時序分析為天氣預(yù)測提供知識庫。

6 結(jié)語

在廣泛收集、采集氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的管理。開發(fā)了基于webgis技術(shù)構(gòu)建具有實時共享的氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)多種類的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、分類可視化。提供了實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、氣象數(shù)據(jù)共享、氣象數(shù)據(jù)分析預(yù)測等功能，在生產(chǎn)生活中取得的較好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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Design of Weather data Sharing Service System Based on Webgis

ZHANG Sheng-qiang，CHEN Ya-chao

（Henan Polytechnic University，School of Surveying and Land Information Engineering， Jiaozuo Henan? 454003）

Abstract：Based on a large amount of meteorological data collected on the basis of meteorological sensors，a networked geographic information system（webgis） technology is used to construct a meteorological data management system with real-time sharing，which realizes unified management of various types of meteorological data，classification visualization， weather warning， Meteorological data analysis and forecasting functions provide personalized，refined and intelligent meteorological services for agriculture，production and life.

Key words：meteorological data;network geographic information system;analysis and forecast