基于ArcGIS的氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

近年來，ArcGIS技術對于氣象學的重要性已經被普遍接受。美國國家天氣服務中心將ArcGIS用于天氣服務和互聯(lián)網上的天氣信息發(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。

　　隨著氣象信息需求的不斷擴大，電子顯示屏作為傳統(tǒng)信息發(fā)布手段的延伸，在各行各業(yè)中快速發(fā)展，與氣象部門以往的信息發(fā)布渠道相比，有著明顯的優(yōu)勢，如表1所示，表中的五角星表示服務優(yōu)劣情況。陜西省氣象局目前已在全省各地區(qū)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)動機制，無法滿足省、地、縣三級信息發(fā)布的需要。為了規(guī)范氣象電子顯示屏的后續(xù)建設，將氣象電子顯示屏形成全省統(tǒng)一的體系化管理模式，在保證信息發(fā)送實時性的基礎上讓氣象電子顯示屏發(fā)揮更大的社會效益，基于ArcGIS的氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)應運而生。

表1 服務方式分析

　　1 利用ArcGIS構建氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)

　　氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)通過調用ArcGIS提供的ArcIMS和ArcSDE功能來實現(xiàn)對地圖進行操作和查詢的基本功能，將氣象電子顯示屏數(shù)據看作地理空間數(shù)據的屬性數(shù)據，動態(tài)修改氣象電子顯示屏系統(tǒng)參數(shù)的屬性文件，并配置圖形文件，為用戶提供氣象信息的空間、屬性雙向可視化查詢。

　　1.1 地圖坐標轉換原理及流程

　　如何將瀏覽器中相關元素的坐標位置與現(xiàn)實中的大地坐標位置進行轉換，是系統(tǒng)能否實現(xiàn)圖形化操作的關鍵環(huán)節(jié)，因此必須了解網頁坐標轉換的基本原理和操作流程。

　　1.1.1 坐標轉換原理

　　網頁中的一個點，是最小的網頁布局單位，其基點為左上角，習慣性用x和y軸坐標定義這個點在二維平面上的位置。該基點的位置為（0，0），基于這個基點，向右x軸值增加，向下y軸值增加。因此網頁中4個點的坐標以分辨率為1 024×768的屏幕來算，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，當在網頁中發(fā)布調用地圖顯示請求后，通過ArcIMS服務器找到相應地圖的axl配置文件后，獲得與網頁大小相同的4個坐標點。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頁，網頁收到該地址后，直接加載該圖片顯示。

　　1.1.3 坐標轉換實現(xiàn)

　　鼠標在網頁中移動，可以通過腳本取得鼠標的網頁坐標即x軸和y軸坐標，而此時在網頁中顯示的這張地圖4個點的實際坐標已經通過Ac-rIMS在生成地圖時傳回給瀏覽器。因此，根據比例計算，可以得到當前鼠標位置所在點的地圖實際坐標。xin，yin是網頁中點的x軸y軸坐標，xDistance，yDistance是用地圖坐標算出的經度距離，緯度距離，pixelx，pixely就是實際坐標算出比例。部分代碼如下

　　同理可進行坐標的雙向轉換。

　　1.2 地圖文件制作

　　在ArcGIS中，地圖文檔文件是以mxd作為擴展名。在用ArcIMS軟件編輯一個地圖后，它會把當前地圖的片面設置、圖層的符號顯示等配置信息存儲。但是在網頁中顯示地圖文件，則需要將該文件轉換成axl格式，才能實現(xiàn)。本系統(tǒng)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格式的適合網頁顯示的地圖。

　　1.2.1 圖層剝離

　　首先是將mxd中的地圖各個層，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，它只是一個點陣文件，它由ESRI公司開發(fā)適用于ArcGIS系統(tǒng)的系統(tǒng)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

　　根據剝離出來的shp文件，用ArcIMS軟件進行二次編輯處理，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

　　最后將其中各個層的信息用xml格式寫入axl文件中，因此，axl文件實際是一個xml格式的配置文件。

　　2 系統(tǒng)結構和主要功能

　　2.1 系統(tǒng)結構

　　氣象電子顯示屏可劃分為3層，業(yè)務應用層、邏輯控制層和數(shù)據訪問層。業(yè)務應用層主要由各類業(yè)務功能性操作組成，負責各類信息的查詢、統(tǒng)計等。邏輯控制層是通過地圖方式進行數(shù)據交互，在本地執(zhí)行所有的地理空間位置信息檢索和對應的氣象數(shù)據提取工作。數(shù)據訪問層是氣象數(shù)據及空間信息數(shù)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(tǒng)結構示圖

　　2.2 系統(tǒng)主要功能

　　2.2.1 區(qū)域管理功能

　　按照層次建立業(yè)務部門與行政部門之間的隸屬關系，以便區(qū)分選擇該區(qū)域可以操作哪些功能模塊。例如省級、市級、縣級氣象部門均可發(fā)布常規(guī)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、級別，用戶可以選擇其權限范圍內的某個氣象顯示屏或者全部氣象顯示屏進行信息發(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，用戶可以查詢所有發(fā)布過的信息，如圖3所示。

圖3 信息發(fā)布

　　2.2.3 圖形操作功能

　　首先通過腳本functions.js判斷鼠標的網頁坐標以及mousewheel.js拉動后的坐標，從而得到框型結構四角的4個點的坐標，然后通過layerProperty.js把從后臺ArcSDE數(shù)據庫讀出所有終端信息的實際坐標轉換為網頁坐標，進而判斷出某一終端坐標是否在框選范圍內。再通過layerContro1.js判斷用戶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終端信息，以供進行具體業(yè)務上的其他功能性操作。

　　2.2.4 終端狀態(tài)觀查

　　如圖4所示。每一個硬件終端都有不同的狀態(tài)。該狀態(tài)通過管理系統(tǒng)平臺服務端插件，定時發(fā)送短信協(xié)議或觀查GPRS流量是否在線等多種途徑得到，然后由服務端插件回寫至數(shù)據庫中。當在加載地圖需求時，氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)可以在后臺數(shù)據庫中提取所有終端信息，并將其按照不同狀態(tài)進行分類，并將要顯示的終端、對應的動態(tài)圖層和需要顯示的終端狀態(tài)等信息一并提交給ArcIMS進行相關任務處理。

圖4 終端狀態(tài)查詢

　　3 結束語

　　基于ArcGIS的氣象電子顯示屏管理系統(tǒng)，為各類公共氣象服務信息化產品提供了新的服務手段，同時也為解決目前國內氣象部門同類系統(tǒng)應用中存在突出問題提供了參考依據，相比目前同類的應用服務系統(tǒng)，該系統(tǒng)有以下特點：

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

　?。?）率先在同類應用系統(tǒng)中通過ArcGIS引入了矢量地圖方式來實現(xiàn)系統(tǒng)功能性操作，包括地圖繪制、地圖瀏覽和圖層查詢，是氣象服務產品與ArcGIS服務成功結合的又一個案例。

　?。?）率先實現(xiàn)基于ArcGIS的氣象信息管理體系，可以通過服務端實現(xiàn)對公共氣象服務信息化產品的集中管理。