任品德，牟 健，姜 峰

（國家海洋局南海分局，廣東 廣州 510300）

基于WebGIS技術(shù)開發(fā)浮標(biāo)綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)的研究

任品德，牟 健，姜 峰

（國家海洋局南海分局，廣東 廣州 510300）

根據(jù)浮標(biāo)綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際情況，從需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)建模以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)等幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹了基于WebGIS技術(shù)開發(fā)接收浮標(biāo)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)浮標(biāo)數(shù)據(jù)、多媒體查詢及展示浮標(biāo)數(shù)據(jù)的綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)。在建設(shè)過程中，采用浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫、GIS信息數(shù)據(jù)庫、浮標(biāo)數(shù)據(jù)展示3個(gè)組成部分進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，解決了各種浮標(biāo)格式不統(tǒng)一的問題，使查詢變得更為方便；利用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL來開發(fā)WebGIS，實(shí)現(xiàn)了電子海圖的漫游、數(shù)據(jù)查詢以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出；通過這個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)，可以自動(dòng)化、多功能、大容量、形象化地展示及查詢浮標(biāo)的各種數(shù)據(jù)。

WebGIS技術(shù)；浮標(biāo)；綜合管理平臺(tái)

我們居住的地球，陸地面積只占其表面積的29.2%，其它都是浩瀚的海洋。海洋不但有無盡的資源，而且對(duì)地球的環(huán)境有著重要的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。海洋已經(jīng)成為人類活動(dòng)的重要空間。進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界各國紛紛加大了對(duì)海洋研究和開發(fā)的投入，開發(fā)和利用海洋具有非常重大的意義。因此，21世紀(jì)被人們稱為海洋的世紀(jì)[1]。

隨著人類對(duì)海洋的開發(fā)利用，海洋受人類活動(dòng)的影響也越來越明顯，由此形成的海洋災(zāi)害也越來越嚴(yán)重。海洋資料浮標(biāo)是世界各國海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)的主要手段之一，它具有全天候、長期連續(xù)、定點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，是其它海洋監(jiān)測(cè)手段無法替代的[2]。我國海洋資料浮標(biāo)技術(shù)的研究與發(fā)展是從20世紀(jì)70年代起步的。在國家海洋局的大力發(fā)展下，經(jīng)過幾十年的努力，不斷研究與提高，有力地推動(dòng)了浮標(biāo)事業(yè)的發(fā)展。到目前為止，在我國北海、東海、南海3個(gè)海域錨位常年工作的資料浮標(biāo)已經(jīng)有大、中、小型20多套，初步改變了我國海洋資料浮標(biāo)的落后面貌，為我國海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)和海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)網(wǎng)的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。但傳統(tǒng)的浮標(biāo)資料工作模式為：岸站接收到衛(wèi)星傳輸?shù)母?biāo)數(shù)據(jù)后，通過RS232串口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄ｉT的浮標(biāo)接收電腦中，由專門的接收程序進(jìn)行接收，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。這種傳統(tǒng)的工作模式存在著明顯的不足：每套浮標(biāo)都是單獨(dú)地接收、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不能把整個(gè)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)整合，無法為GIS應(yīng)用平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持，不便于數(shù)據(jù)查詢和使用，已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化工作的需要。而基于WebGIS開發(fā)的綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)就可以同步遷移數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，作為數(shù)據(jù)中心，提供給各種的前臺(tái)應(yīng)用[3]。

1 WebGIS技術(shù)簡(jiǎn)介

GIS技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已逐漸成熟和穩(wěn)固。GIS技術(shù)已深入到各行各業(yè)。GIS技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛，已成為城市規(guī)劃、設(shè)施管理和工程建設(shè)等領(lǐng)域的重要工具。GIS技術(shù)已被公認(rèn)為21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。而且隨著網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和迅猛發(fā)展，使GIS技術(shù)也踏上網(wǎng)絡(luò)的列車。隨著人們對(duì)GIS技術(shù)應(yīng)用的需求，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在WEB上發(fā)布和出版GIS信息，以供用戶瀏覽、查詢并獲取所需的空間數(shù)據(jù)和應(yīng)用，是GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為GIS技術(shù)提供了一種嶄新而又非常有效的地理信息載體，使得在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)GIS技術(shù)應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注，GIS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，正逐漸形成一種新的技術(shù)，而這種新技術(shù)就是WebGIS。

WebGIS的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)GIS技術(shù)與Web技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，也就是將GIS融入Web。從Web的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，用戶使用瀏覽器(如IE)就可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中空間數(shù)據(jù)、制作專題地圖，進(jìn)行地理信息的空間查詢、空間分析，甚至預(yù)測(cè)和決策，從而給Web的信息發(fā)布加上了GIS這一直觀工具，使人們通過Web瀏覽查詢信息更加方便，也使GIS的功能通過Web得到普及和擴(kuò)展，使基于GIS的空間信息系統(tǒng)真正成為可操作、實(shí)用化和可共享的技術(shù)系統(tǒng)。與一般基于因特網(wǎng)的信息系統(tǒng)相比，WebGIS的最大特點(diǎn)是在空間框架下實(shí)現(xiàn)圖形、圖像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)連接，提供網(wǎng)上可視化查詢和空間分析功能。與傳統(tǒng)GIS相比，WebGIS將屏蔽硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的差異，達(dá)到不同應(yīng)用和數(shù)據(jù)源之間的互相操作，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開放性，強(qiáng)化多元數(shù)據(jù)的共享與綜合，展示不同層面上數(shù)據(jù)之間潛藏的信息，使空間數(shù)據(jù)和地理模型有可能在全球范圍內(nèi)共享，從而為數(shù)據(jù)系統(tǒng)的科學(xué)研究提供一個(gè)功能強(qiáng)大而又方便有效的途徑[4]。

2 浮標(biāo)綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)由浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫、GIS信息數(shù)據(jù)庫、基于WebGis的浮標(biāo)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)3個(gè)主要部分組成，如圖1所示。

整個(gè)浮標(biāo)綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)接收到用戶使用，分為浮標(biāo)數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)展示層3個(gè)大的層次。每一個(gè)層都經(jīng)歷一個(gè)“應(yīng)用需求一應(yīng)用開發(fā)一應(yīng)用實(shí)現(xiàn)”的開發(fā)鏈。這就需要我們對(duì)每一個(gè)層的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)體系的建立。數(shù)據(jù)采集層主要通過衛(wèi)星采集浮標(biāo)的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要是把采集到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的加工步驟后統(tǒng)一格式存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)展示層主要通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶一定的功能實(shí)現(xiàn)支持，使用戶具有更多的網(wǎng)絡(luò)交互和使用能力，給用戶以更多的應(yīng)用空間。上述3個(gè)層次的服務(wù)不是彼此割裂的，而是彼此之間有著密切的聯(lián)系，其實(shí)現(xiàn)難度也會(huì)隨層次的提升而加大。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.1 浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫

浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫采用1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，該服務(wù)器采用JAVA語言編寫采集程序，通過定時(shí)觸發(fā)的方法，將原始數(shù)據(jù)接收機(jī)采集到的浮標(biāo)原始數(shù)據(jù)同步采集到數(shù)據(jù)庫中，并經(jīng)過一定的加工步驟后統(tǒng)一格式存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。采集程序滿足采集同步延時(shí)不超過1 min；采集同步過程可靠，保證數(shù)據(jù)的一致性；遇到采集過程出現(xiàn)異常情況，監(jiān)控平臺(tái)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)進(jìn)行重新采集。

浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，以O(shè)racle 10g數(shù)據(jù)庫作為核心數(shù)據(jù)庫，為所有應(yīng)用提供數(shù)據(jù)庫支持。Oracle 10g數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)是讀寫性能高、數(shù)據(jù)量大、可以支持GIS，在性能、安全性、穩(wěn)定性等方面非常適合浮標(biāo)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。在數(shù)據(jù)庫中把浮標(biāo)數(shù)據(jù)分成11種類型，分11張表進(jìn)行存放。經(jīng)過對(duì)浮標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究后，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的表制定合理的分區(qū)方案，并統(tǒng)一存儲(chǔ)格式。數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分區(qū)后，數(shù)據(jù)查詢的速度可以大幅度增長。11張表分別為狀態(tài)表、波浪表、海流表、氣象表、風(fēng)況表、水質(zhì)表、加密要素表、氣壓表、氣溫表、雨量及能見度表和水溫表。

對(duì)于浮標(biāo)這么重要的數(shù)據(jù)，需要對(duì)其進(jìn)行備份。浮標(biāo)數(shù)據(jù)的備份采用了2層備份，第1層存放在原始數(shù)據(jù)接收機(jī)里，第2層存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里；即浮標(biāo)數(shù)據(jù)有2處存放，且地點(diǎn)隔離，在故障時(shí)，可以進(jìn)行備份恢復(fù)。所有數(shù)據(jù)存放的磁盤均采用RIAD1磁盤鏡像技術(shù)，進(jìn)行100%的備份。通過2層數(shù)據(jù)備份+RIAD1磁盤鏡像技術(shù)+地點(diǎn)隔離的數(shù)據(jù)備份方案，浮標(biāo)數(shù)據(jù)得到很好的保護(hù)，既防止了由于機(jī)器故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，也防止了由于火災(zāi)等事故導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，同時(shí)還防止了因磁盤損壞導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。

2.2 GIS信息數(shù)據(jù)庫和基于WebGIS的浮標(biāo)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)

WebGIS信息系統(tǒng)采用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL進(jìn)行開發(fā)。OPENLAYER是WebGIS信息系統(tǒng)的展示層。OPENLAYER是由MetaCarta公司開發(fā)的，用于WebGIS信息系統(tǒng)客戶端的JavaScript包，通過BSD License發(fā)行。它實(shí)現(xiàn)訪問地理空間數(shù)據(jù)的方法都符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比如OpenGIS的WMS和WFS規(guī)范。OPENLAYER采用純面向?qū)ο蟮腏avaScript方式開發(fā)，同時(shí)借用了Prototype框架和Rico庫的一些組件。OPENLAYER所能夠利用的地圖數(shù)據(jù)資源豐富多彩，在這方面提供給較多的選擇，比如WMS，WFS，GoogleMap，WorldWind等。

GEOSERVER是WebGIS信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器。WebGIS信息系統(tǒng)是OpenGIS Web服務(wù)器規(guī)范的J2EE實(shí)現(xiàn)，利用GEOSERVER可以方便地發(fā)布地圖數(shù)據(jù)，允許用戶對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、刪除、插入操作，通過GEOSERVER可以比較容易地在用戶之間迅速共享空間地理信息。GEOSERVER主要特性包括：兼容 WMS和 WFS特性；支持 PostGIS，ArcSDE，Oracle，MySQL，MapInfo等等；支持上百種投影；能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)地圖輸出為jpg，gif，SVG等多種格式；能夠運(yùn)行在任何基于 J2EE/Servlet之上；嵌入MapBuilder支持AJAX的地圖客戶端。

ORACLE/MYSQL負(fù)責(zé)存儲(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。Oracle是第1個(gè)基于SQL標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫也是第1個(gè)以SQL為基礎(chǔ)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以支持多用戶、大事務(wù)量的事務(wù)處理；數(shù)據(jù)安全性和完整性控制強(qiáng)；支持分布式數(shù)據(jù)處理；可移植性、可兼容性和可連接性高等特點(diǎn)。地理信息數(shù)據(jù)在GIS軟件中是按照?qǐng)D層來分類存儲(chǔ)的，和數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)是以關(guān)系數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)的，數(shù)據(jù)有多少個(gè)屬性，對(duì)應(yīng)的表就有多少個(gè)相應(yīng)的字段。而在ORACLE/MYSQL數(shù)據(jù)庫中，一個(gè)圖層可以放在一個(gè)表中，包括圖層所具有的屬性數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)的存放形式基本不變，分布在相應(yīng)的字段中。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL的組合開發(fā)方案，進(jìn)行開發(fā)基于WebGIS的浮標(biāo)綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)。由于是基于Web的B/S結(jié)構(gòu)，不需要安裝專用的程序，只用通過瀏覽器即可登陸該管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并形成各種圖、表，如圖2、圖3所示。

通過Web的B/S結(jié)構(gòu)，既簡(jiǎn)化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，還能實(shí)現(xiàn)不同的人員從不同的地點(diǎn)以不同的接入方式訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫，且能有效地保護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)和管理訪問權(quán)限，保障了服務(wù)器數(shù)據(jù)庫具有很高的安全性，查詢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖2 顯示1個(gè)浮標(biāo)詳情

圖3 柱狀統(tǒng)計(jì)表

圖4 查詢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 小結(jié)

WebGIS作為GIS與因特網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，為海洋空間信息的組織、利用和共享提供了一種有效機(jī)制。本項(xiàng)研究在這方面做了一些工作，從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)架構(gòu)入手，逐步分而治之，細(xì)化每個(gè)子系統(tǒng)，分別對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、浮標(biāo)數(shù)據(jù)的采集、浮標(biāo)數(shù)據(jù)采集的監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫選型和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份、浮標(biāo)綜合展示平臺(tái)功能等方面進(jìn)行技術(shù)分析，使該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有資源，并結(jié)合實(shí)際情況，降低總體成本和日后維護(hù)成本。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善強(qiáng)大、易于維護(hù)、操作簡(jiǎn)單，功能豐富，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)集成方案，開發(fā)了海洋浮標(biāo)綜合管理的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)，為各類海洋浮標(biāo)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和共享提供了平臺(tái)；本項(xiàng)研究借用了WebGIS的空間顯示和查詢功能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)和定制，實(shí)現(xiàn)了浮標(biāo)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可視化查詢的功能模塊。此外，由于GIS系統(tǒng)具有獨(dú)特的空間地理分析能力，利用該技術(shù)可對(duì)接收到的各種浮標(biāo)數(shù)據(jù)源進(jìn)行空間地理分析，把以點(diǎn)為單位的數(shù)據(jù)源進(jìn)行符合統(tǒng)計(jì)學(xué)的科學(xué)分析統(tǒng)計(jì)并應(yīng)用發(fā)布，為各相關(guān)部門提供科學(xué)的參考依據(jù)，并為領(lǐng)導(dǎo)決策層和指揮部門提供輔助決策支持。

[1]馮士筰,李鳳岐.海洋科學(xué)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社,1999:5-6.

[2]侍茂崇,高郭平,鮑獻(xiàn)文.海洋調(diào)查方法[M].青島：青島海洋大學(xué)出版社,2000:192-193.

[3]王軍成.國內(nèi)外海洋資料浮標(biāo)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].海洋技術(shù),1998,17(1):9-15.

[4]劉振民,章任群.WebGIS技術(shù)在海洋信息共享中的應(yīng)用[J].海洋技術(shù),2003,22(4):27-31.

Development of the Buoy Integrated Management Platform System Based on WebGIS

REN Pin-de,MOU Jian,JIANG Feng
(South China Sea Branch,State Oceanic Administration,Guangzhou Guangdong 510300,China)

According to the actual situation of the construction of the buoy integrated management platform system,the receiving,storing,multimedia querying and displaying based on WebGIS are introduced in detail from aspects of requirement analysis,system structure design,data modeling and implementation technology.In the construction process,the system software is designed using three components of central database of buoy data,GIS information database and buoy data display to improve the maintainability of the system.Using relational database for data access to solve the problem that various buoy formats are not unified,so that query becomes more convenient;using OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL to develop WebGIS,realizing the electronic chart roaming,data query and statistical results output.Through the platform system,various buoy data could be displayed and queried automatically,multi-functionally,large-capacity and visually.

WebGIS technology;buoy;integrated management platform

P715.2

B

1003-2029（2011）03-0005-04

2011-04-15

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 （863計(jì)劃）重大項(xiàng)目資助（2008AA09A401）

任品德（1982-），男，工程師，碩士，主要從事海洋環(huán)境信息系統(tǒng)建設(shè)、海洋資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)等研究工作。電子郵箱：renpinde@163.com

牟?。?979-），男，工程師，碩士，主要從事海洋儀器設(shè)備的系統(tǒng)集成和維護(hù)工作。電子郵箱：moujianxiaoshe@sina.com