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

近年來，ArcGIS技術(shù)對于氣象學的重要性已經(jīng)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(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(jié)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(shè)，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(chǔ)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(gòu)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(diào)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(jù)看作地理空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)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(xiàn)實中的大地坐標位置進行轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)能否實現(xiàn)圖形化操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此必須了解網(wǎng)頁坐標轉(zhuǎn)換的基本原理和操作流程。

　　1.1.1 坐標轉(zhuǎn)換原理

　　網(wǎng)頁中的一個點，是最小的網(wǎng)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(wǎng)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(zhuǎn)換流程

　　地圖坐標采用國內(nèi)目前行業(yè)應用廣泛的d_bei-jing1954坐標系，當在網(wǎng)頁中發(fā)布調(diào)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(wǎng)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(wǎng)頁，網(wǎng)頁收到該地址后，直接加載該圖片顯示。

　　1.1.3 坐標轉(zhuǎn)換實現(xiàn)

　　鼠標在網(wǎng)頁中移動，可以通過腳本取得鼠標的網(wǎng)頁坐標即x軸和y軸坐標，而此時在網(wǎng)頁中顯示的這張地圖4個點的實際坐標已經(jīng)通過Ac-rIMS在生成地圖時傳回給瀏覽器。因此，根據(jù)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(wǎng)頁中點的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就是實際坐標算出比例。部分代碼如下

　　同理可進行坐標的雙向轉(zhuǎn)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(shè)置、圖層的符號顯示等配置信息存儲。但是在網(wǎng)頁中顯示地圖文件，則需要將該文件轉(zhuǎn)換成axl格式，才能實現(xiàn)。本系統(tǒng)中使用ArcIMS的地圖轉(zhuǎn)換工具將mxd格式的地圖文件轉(zhuǎn)換制作成axl格式的適合網(wǎng)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(jù)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(jié)構(gòu)和主要功能

　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　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(jù)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(jù)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(jù)提取工作。數(shù)據(jù)訪問層是氣象數(shù)據(jù)及空間信息數(shù)據(jù)的存儲，包括ArcIMS和ArcSDE調(diào)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jù)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(quán)限范圍內(nèi)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(nèi)容編輯下輸入要發(fā)送的信息或?qū)腩A先設(shè)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(wǎng)頁坐標以及mousewheel.js拉動后的坐標，從而得到框型結(jié)構(gòu)四角的4個點的坐標，然后通過layerProperty.js把從后臺ArcSDE數(shù)據(jù)庫讀出所有終端信息的實際坐標轉(zhuǎn)換為網(wǎng)頁坐標，進而判斷出某一終端坐標是否在框選范圍內(nèi)。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(jù)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(jù)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(guān)任務處理。

圖4 終端狀態(tài)查詢

　　3 結(jié)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(chǎn)品提供了新的服務手段，同時也為解決目前國內(nèi)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(jù)，相比目前同類的應用服務系統(tǒng)，該系統(tǒng)有以下特點：

　　（1）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(shè)體系化、規(guī)模化、規(guī)范化。

　　（2）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(chǎn)品與ArcGIS服務成功結(jié)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(chǎn)品的集中管理。