一種基于WebGIS的航空氣象數(shù)據(jù)發(fā)布方法研究

作者簡(jiǎn)介：花毓幸（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：GIS在氣象中的應(yīng)用。

*通信作者：辛高森（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：GIS在氣象中的應(yīng)用。

摘要：針對(duì)航空氣象數(shù)據(jù)發(fā)布的需求和現(xiàn)狀，文章提出了一種基于開源WebGIS軟件MapServer來構(gòu)建航空氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)的方法，利用MapFile進(jìn)行文件的組織與配置，并通過OpenLayers可視化表達(dá)。該方法實(shí)現(xiàn)了2種常見的航空氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器直接查看。結(jié)果表明，基于MapServer的WebGIS可以實(shí)現(xiàn)常見類型的航空氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布，為未來航空氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布提供了有效的方式。

關(guān)鍵詞：WebGIS；MapServer；航空氣象

中圖分類號(hào)：P4" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

航空氣象的服務(wù)宗旨是能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地提供飛行所需要的各類氣象情報(bào)。在實(shí)際的業(yè)務(wù)運(yùn)行中，如何切實(shí)提高航空氣象服務(wù)的準(zhǔn)確性和覆蓋范圍，建立全面暢通的氣象信息發(fā)布通道，進(jìn)一步增強(qiáng)用戶應(yīng)對(duì)氣象條件變化的應(yīng)急能力，是目前航空氣象領(lǐng)域的一個(gè)研究方向。眾所周知，氣象數(shù)據(jù)在本質(zhì)上屬于地理空間數(shù)據(jù)，對(duì)于航空氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布，可以嘗試采用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的相關(guān)技術(shù)來解決。利用網(wǎng)絡(luò)將氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和發(fā)布，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）。WebGIS具有開放性、互操作性、分布性以及可擴(kuò)展性的特點(diǎn)［1］，在不同環(huán)境下，使用戶能夠忽視軟硬件平臺(tái)的差異，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的訪問、不同應(yīng)用與數(shù)據(jù)源之間的通信和對(duì)分布的源數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序進(jìn)行協(xié)同處理；很容易與網(wǎng)絡(luò)中的其他信息、服務(wù)進(jìn)行無縫集成，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使用戶可以流暢地訪問WebGIS數(shù)據(jù)。WebGIS這些特點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)更快、更廣泛的發(fā)布。本文將使用開源WebGIS軟件MapServer來實(shí)現(xiàn)航空氣象數(shù)據(jù)。

近幾年，國(guó)內(nèi)基于MapServer的研究有了較快的發(fā)展。熊靜等［2］基于MapServer建立遙感影像發(fā)布系統(tǒng)，給出了利用Mapserver等一系列開源軟件實(shí)現(xiàn)遙感影像網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的框架。吳文浩等［3］采用MapServer開發(fā)出基于WebGIS的江蘇省外來森林病蟲害基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息查詢、空間分析、地圖標(biāo)注等功能。林國(guó)忠等［4］利用MapServer建立了江西省林木種質(zhì)資源信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了林木種質(zhì)資源WebGIS服務(wù)和林木種質(zhì)資源維護(hù)與管理。潘明陽等［5］以MapServer為平臺(tái)，研究了基于MapFile的海圖數(shù)據(jù)訪問、制圖表達(dá)等關(guān)鍵問題。夢(mèng)華等［6］通過MapServer搭建一個(gè)開源地理信息發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地物在不同比例尺下進(jìn)行分層顯示。鑒于此，本文選定航空氣象數(shù)據(jù)中常見的閃電和雷達(dá)數(shù)據(jù)為例，利用“MapServer+OpenLayers”構(gòu)建航空氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，以期能夠?yàn)楹娇諝庀髷?shù)據(jù)的發(fā)布提供一種有效的途徑。

1" MapServer與MapFile

MapServer是在20世紀(jì)90年代由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota，UMN）自然資源學(xué)系和美國(guó)太空總署所（National Aeronautics and Space Administration，NASA）開發(fā)、提供的WebGIS解決方案，是一個(gè)免費(fèi)的開源WebGIS系統(tǒng)，在許多開源社區(qū)和開源愛好者的支持和努力下，功能愈來愈強(qiáng)大。MapFile文件是MapServer的基本配置文件［7］，也是整個(gè)WebGIS系統(tǒng)的核心，扮演著空間數(shù)據(jù)組織者的角色，文件格式后綴為.map。

在MapFile 文件中， 包含了對(duì)數(shù)據(jù)源、使用的數(shù)據(jù)格式、用戶交互、對(duì)OGC規(guī)范的支持等的描述信息。通過MapFile文件的組織，MapServer可以直接訪問多個(gè)空間數(shù)據(jù)庫和多種格式的地圖文件（包括矢量類型和柵格類型），避免了不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換所造成的信息丟失。同時(shí)MapServer所訪問的數(shù)據(jù)源可以分布在不同的計(jì)算機(jī)上，MapFile文件將它們組織起來，降低了對(duì)于平臺(tái)構(gòu)建所需的軟硬件要求。MapFile文件將各種地理要素組織成具有層次關(guān)系的對(duì)象系統(tǒng)，以圖層（layer）為單位管理多源數(shù)據(jù)，它定義了地圖要素之間的關(guān)系、繪制模式和地圖數(shù)據(jù)存放的路徑等信息［6］。MapFile的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

使用MapServer實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)的搭建，MapServer系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)［8］，所有的地圖數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序都放在服務(wù)端，客戶端只是提出請(qǐng)求，所有的響應(yīng)都是在服務(wù)端完成。日常只需進(jìn)行服務(wù)端維護(hù)，客戶端無須任何維護(hù)，大大降低了系統(tǒng)的工作量。其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

2" 數(shù)據(jù)及其預(yù)處理

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：采用1∶1×105比例尺南通市行政邊界。

閃電數(shù)據(jù)及預(yù)處理：閃電數(shù)據(jù)采用的是閃電文本數(shù)據(jù)，利用開源GIS軟件QGIS將數(shù)據(jù)處理為shapefile格式的文件，保留時(shí)間、經(jīng)度、緯度、強(qiáng)度、陡度、誤差、定位方式等多個(gè)字段。

雷達(dá)數(shù)據(jù)及預(yù)處理：雷達(dá)數(shù)據(jù)采用的是經(jīng)過處理后的某一時(shí)期的南通市雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像，格式為JPG圖像。采用Global Mapper軟件為其添加坐標(biāo)及投影信息。

3" 氣象數(shù)據(jù)發(fā)布

3.1" 基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)發(fā)布

本平臺(tái)的基礎(chǔ)底圖是南通市Shapefile格式地圖，是MapServer中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)，采用C#+MapScript對(duì)MapFile文件進(jìn)行編輯，利用MapScript提供的豐富接口對(duì)MapFile文件的數(shù)據(jù)、樣式、顏色等進(jìn)行定義。所需要使用到的接口以及相互之間的關(guān)系，如圖 3所示。

在MapFile文件中，底圖圖層類型為 “TYPE POLYGON”，長(zhǎng)度計(jì)量單位為“UNITS DD”，標(biāo)注的字體為黑體“simhei”。

3.2" 閃電數(shù)據(jù)發(fā)布

閃電需要發(fā)布的數(shù)據(jù)是點(diǎn)Shapefile格式圖層，同時(shí)閃電強(qiáng)度的大小存在正負(fù)關(guān)系，在編輯MapFile文件的過程中，為了能夠科學(xué)分類和管理閃電數(shù)據(jù)，需要使用“expression”接口將這種正負(fù)關(guān)系表現(xiàn)出來，選擇用紅色“+”號(hào)表示正強(qiáng)度，用綠色“-”號(hào)表示負(fù)強(qiáng)度。在MapFile文件中，圖層類型為點(diǎn)“TYPE POINT”，如圖4所示。

3.3" 雷達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)布

本平臺(tái)發(fā)布的雷達(dá)數(shù)據(jù)是經(jīng)過處理之后的JPG格式圖像，屬于柵格圖層，柵格數(shù)據(jù)能在MapServer中很好地支持與發(fā)布。使用MapScript編輯MapFile文件的過程中，利用layerObj定義該圖層，使用data、type、units分別定義數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度單位，如圖 5所示。

在MapFile文件中確定類型為柵格數(shù)據(jù)“TYPE" RASTER” ，長(zhǎng)度計(jì)量單位采用經(jīng)緯度“UNITS" DD”。

4" 基于OpenLayers發(fā)布平臺(tái)的搭建

OpenLayers為MapServer提供了一系列實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)傳輸與表達(dá)的客戶端功能，可實(shí)現(xiàn)MapFile文件數(shù)據(jù)的可視化、基本的地圖功能以及與客戶完成交互操作。采用OpenLayers作為客戶端，不存在瀏覽器依賴性問題，允許用戶以可傳輸?shù)膲K來編輯矢量地理數(shù)據(jù)，并具有矢量數(shù)據(jù)的渲染的功能。作為地圖瀏覽的" 客戶端，OpenLayers能提供地圖分幅和預(yù)讀取等功能，不用每次從服務(wù)器讀取新的地圖塊，大大提高了地圖的瀏覽速度 ［9］。OpenLayers中Map類是網(wǎng)頁中的動(dòng)態(tài)地圖，它相當(dāng)于一個(gè)容器，可向里面添加控件Control。Control類提供各種各樣的控件，可在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)基本的地圖瀏覽和地圖數(shù)據(jù)的查詢、編輯等功能。對(duì)一些常用的OpenLayers控件項(xiàng)目，OpenLayers本身都封裝好了，可直接加載［10-11］。

利用OpenLayers中的加載圖層的功能，指示MapServer將2個(gè)或幾個(gè)圖層合并發(fā)布，如圖6所示，達(dá)到將不同類別氣象數(shù)據(jù)形象表現(xiàn)出來的功能，便于對(duì)不同類別氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

5" 結(jié)語

通過采用WebGIS的思想與方法，可以快捷地實(shí)現(xiàn)航空氣象數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)發(fā)布，為氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布提供了智能化、信息化的發(fā)布平臺(tái)；通過發(fā)布平臺(tái)的建立，發(fā)現(xiàn)利用WebGIS發(fā)布航空氣象信息能提高氣象服務(wù)的覆蓋率，建立全面暢通氣象信息的發(fā)布渠道，進(jìn)而為增強(qiáng)應(yīng)對(duì)極端天氣事件而引發(fā)的氣象災(zāi)害防御和應(yīng)急能力提供了一種有效的解決辦法；本文所采用的WebGIS軟件絕大多數(shù)都為開源軟件，為相關(guān)課題的研究提供了較為經(jīng)濟(jì)的途徑。本文對(duì)于WebGIS的應(yīng)用只是一種探索，未來對(duì)于WebGIS的研究還會(huì)不斷加深，筆者有理由相信，航空氣象有GIS的加持必將會(huì)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

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（編輯" 沈" 強(qiáng)）

Research of a method for publishing aviation meteorological data based on WebGIS

HUA" Yuxing1， XIN Gaosen2*

（1.Nantong Surveying and Mapping Institute Co.， Ltd.， Nantong 226006， China;

2.Qingdao Air Traffic Management Station of Civil Aviation of China， Qingdao 266300， China）

Abstract：" In response to the demand and current situation of aviation meteorological data publishing， this article proposes a method for constructing aviation meteorological data publishing platform based on the open-source WebGIS software MapServer， using MapFile for file organization and configuration， visualized through OpenLayers. This method achieves the publication of two common aviation meteorological data， which can be directly viewed through a web browser. The results indicate that WebGIS based on MapServer can achieve the publication of common types of aviation meteorological data， providing an effective way for the future publication of aviation meteorological data.

Key words： WebGIS; MapServer; aviation meteorology