基于A(yíng)rcGIS的氣象電子顯示屏管理系統的設計與實(shí)現

近年來(lái)，ArcGIS技術(shù)對于氣象學(xué)的重要性已經(jīng)被普遍接受。美國國家天氣服務(wù)中心將ArcGIS用于天氣服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)上的天氣信息發(fā)布。印度中尺度預報國家中心將預報模式與GIS結合，利用GIS的可視化和空間分析功能制作天氣圖和天氣發(fā)布。

　　隨著(zhù)氣象信息需求的不斷擴大，電子顯示屏作為傳統信息發(fā)布手段的延伸，在各行各業(yè)中快速發(fā)展，與氣象部門(mén)以往的信息發(fā)布渠道相比，有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，如表1所示，表中的五角星表示服務(wù)優(yōu)劣情況。陜西省氣象局目前已在全省各地區建成并投入使用1860塊氣象電子顯示屏。但這些氣象電子顯示屏缺乏體系化的省市聯(lián)動(dòng)機制，無(wú)法滿(mǎn)足省、地、縣三級信息發(fā)布的需要。為了規范氣象電子顯示屏的后續建設，將氣象電子顯示屏形成全省統一的體系化管理模式，在保證信息發(fā)送實(shí)時(shí)性的基礎上讓氣象電子顯示屏發(fā)揮更大的社會(huì )效益，基于ArcGIS的氣象電子顯示屏管理系統應運而生。

表1 服務(wù)方式分析

　　1 利用ArcGIS構建氣象電子顯示屏管理系統

　　氣象電子顯示屏管理系統通過(guò)調用ArcGIS提供的ArcIMS和ArcSDE功能來(lái)實(shí)現對地圖進(jìn)行操作和查詢(xún)的基本功能，將氣象電子顯示屏數據看作地理空間數據的屬性數據，動(dòng)態(tài)修改氣象電子顯示屏系統參數的屬性文件，并配置圖形文件，為用戶(hù)提供氣象信息的空間、屬性雙向可視化查詢(xún)。

　　1.1 地圖坐標轉換原理及流程

　　如何將瀏覽器中相關(guān)元素的坐標位置與現實(shí)中的大地坐標位置進(jìn)行轉換，是系統能否實(shí)現圖形化操作的關(guān)鍵環(huán)節，因此必須了解網(wǎng)頁(yè)坐標轉換的基本原理和操作流程。

　　1.1.1 坐標轉換原理

　　網(wǎng)頁(yè)中的一個(gè)點(diǎn)，是最小的網(wǎng)頁(yè)布局單位，其基點(diǎn)為左上角，習慣性用x和y軸坐標定義這個(gè)點(diǎn)在二維平面上的位置。該基點(diǎn)的位置為（0，0），基于這個(gè)基點(diǎn)，向右x軸值增加，向下y軸值增加。因此網(wǎng)頁(yè)中4個(gè)點(diǎn)的坐標以分辨率為1 024×768的屏幕來(lái)算，依次是左上（0，0）左下（0，768）右上（1 024，0）右下（1 024，768）。

　　1.1.2 坐標轉換流程

　　地圖坐標采用國內目前行業(yè)應用廣泛的d_bei-jing1954坐標系，當在網(wǎng)頁(yè)中發(fā)布調用地圖顯示請求后，通過(guò)ArcIMS服務(wù)器找到相應地圖的axl配置文件后，獲得與網(wǎng)頁(yè)大小相同的4個(gè)坐標點(diǎn)。由ArcIMS請求ArcGIS生成該位置的地圖信息后，渲染成指定格式圖片，并將該圖片存放位置傳回給網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)頁(yè)收到該地址后，直接加載該圖片顯示。

　　1.1.3 坐標轉換實(shí)現

　　鼠標在網(wǎng)頁(yè)中移動(dòng)，可以通過(guò)腳本取得鼠標的網(wǎng)頁(yè)坐標即x軸和y軸坐標，而此時(shí)在網(wǎng)頁(yè)中顯示的這張地圖4個(gè)點(diǎn)的實(shí)際坐標已經(jīng)通過(guò)Ac-rIMS在生成地圖時(shí)傳回給瀏覽器。因此，根據比例計算，可以得到當前鼠標位置所在點(diǎn)的地圖實(shí)際坐標。xin，yin是網(wǎng)頁(yè)中點(diǎn)的x軸y軸坐標，xDistance，yDistance是用地圖坐標算出的經(jīng)度距離，緯度距離，pixelx，pixely就是實(shí)際坐標算出比例。部分代碼如下

　　同理可進(jìn)行坐標的雙向轉換。

　　1.2 地圖文件制作

　　在A(yíng)rcGIS中，地圖文檔文件是以mxd作為擴展名。在用ArcIMS軟件編輯一個(gè)地圖后，它會(huì )把當前地圖的片面設置、圖層的符號顯示等配置信息存儲。但是在網(wǎng)頁(yè)中顯示地圖文件，則需要將該文件轉換成axl格式，才能實(shí)現。本系統中使用ArcIMS的地圖轉換工具將mxd格式的地圖文件轉換制作成axl格式的適合網(wǎng)頁(yè)顯示的地圖。

　　1.2.1 圖層剝離

　　首先是將mxd中的地圖各個(gè)層，重新導出shp格式的地圖文件。shp格式不是標準意義上的圖形文件，它只是一個(gè)點(diǎn)陣文件，它由ESRI公司開(kāi)發(fā)適用于A(yíng)rcGIS系統的系統文件，它包括主文件，索引文件，和dBASE表，其中主文件的后綴是shp。

　　1.2.2 圖層選取

　　根據剝離出來(lái)的shp文件，用ArcIMS軟件進(jìn)行二次編輯處理，如圖1所示。將所需的元素填充到圖層中，利用配色方案對圖層進(jìn)行渲染處理。

圖1shp文件編輯

　　1.2.3 圖層合成

　　最后將其中各個(gè)層的信息用xml格式寫(xiě)入axl文件中，因此，axl文件實(shí)際是一個(gè)xml格式的配置文件。

　　2 系統結構和主要功能

　　2.1 系統結構

　　氣象電子顯示屏可劃分為3層，業(yè)務(wù)應用層、邏輯控制層和數據訪(fǎng)問(wèn)層。業(yè)務(wù)應用層主要由各類(lèi)業(yè)務(wù)功能性操作組成，負責各類(lèi)信息的查詢(xún)、統計等。邏輯控制層是通過(guò)地圖方式進(jìn)行數據交互，在本地執行所有的地理空間位置信息檢索和對應的氣象數據提取工作。數據訪(fǎng)問(wèn)層是氣象數據及空間信息數據的存儲，包括ArcIMS和ArcSDE調用終端地圖信息及信息的讀取等，如圖2所示。

圖2 系統結構示圖

　　2.2 系統主要功能

　　2.2.1 區域管理功能

　　按照層次建立業(yè)務(wù)部門(mén)與行政部門(mén)之間的隸屬關(guān)系，以便區分選擇該區域可以操作哪些功能模塊。例如省級、市級、縣級氣象部門(mén)均可發(fā)布常規天氣預報信息。而橙色以上級別的預警信息則只能由省級氣象部門(mén)發(fā)布。

　　2.2.2 信息發(fā)布功能

　　根據需要發(fā)布的氣象信息或氣象預警信息種類(lèi)、級別，用戶(hù)可以選擇其權限范圍內的某個(gè)氣象顯示屏或者全部氣象顯示屏進(jìn)行信息發(fā)布。在信息內容編輯下輸入要發(fā)送的信息或導入預先設置的文本，按照提示就可以完成信息的發(fā)布。同時(shí)，用戶(hù)可以查詢(xún)所有發(fā)布過(guò)的信息，如圖3所示。

圖3 信息發(fā)布

　　2.2.3 圖形操作功能

　　首先通過(guò)腳本functions.js判斷鼠標的網(wǎng)頁(yè)坐標以及mousewheel.js拉動(dòng)后的坐標，從而得到框型結構四角的4個(gè)點(diǎn)的坐標，然后通過(guò)layerProperty.js把從后臺ArcSDE數據庫讀出所有終端信息的實(shí)際坐標轉換為網(wǎng)頁(yè)坐標，進(jìn)而判斷出某一終端坐標是否在框選范圍內。再通過(guò)layerContro1.js判斷用戶(hù)的操作是否選中了某一終端坐標，最后用menuContent.js獲取該終端坐標相對應的各類(lèi)終端信息，以供進(jìn)行具體業(yè)務(wù)上的其他功能性操作。

　　2.2.4 終端狀態(tài)觀(guān)查

　　如圖4所示。每一個(gè)硬件終端都有不同的狀態(tài)。該狀態(tài)通過(guò)管理系統平臺服務(wù)端插件，定時(shí)發(fā)送短信協(xié)議或觀(guān)查GPRS流量是否在線(xiàn)等多種途徑得到，然后由服務(wù)端插件回寫(xiě)至數據庫中。當在加載地圖需求時(shí)，氣象電子顯示屏管理系統可以在后臺數據庫中提取所有終端信息，并將其按照不同狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，并將要顯示的終端、對應的動(dòng)態(tài)圖層和需要顯示的終端狀態(tài)等信息一并提交給ArcIMS進(jìn)行相關(guān)任務(wù)處理。

圖4 終端狀態(tài)查詢(xún)

　　3 結束語(yǔ)

　　基于A(yíng)rcGIS的氣象電子顯示屏管理系統，為各類(lèi)公共氣象服務(wù)信息化產(chǎn)品提供了新的服務(wù)手段，同時(shí)也為解決目前國內氣象部門(mén)同類(lèi)系統應用中存在突出問(wèn)題提供了參考依據，相比目前同類(lèi)的應用服務(wù)系統，該系統有以下特點(diǎn)：

　?。?）開(kāi)創(chuàng )首家全省氣象電子顯示屏統一管理的模式，使氣象電子顯示屏項目建設體系化、規?；?、規范化。

　?。?）率先在同類(lèi)應用系統中通過(guò)ArcGIS引入了矢量地圖方式來(lái)實(shí)現系統功能性操作，包括地圖繪制、地圖瀏覽和圖層查詢(xún)，是氣象服務(wù)產(chǎn)品與ArcGIS服務(wù)成功結合的又一個(gè)案例。

　?。?）率先實(shí)現基于A(yíng)rcGIS的氣象信息管理體系，可以通過(guò)服務(wù)端實(shí)現對公共氣象服務(wù)信息化產(chǎn)品的集中管理。