婁本昊，王方雄*，侯英姿（1.遼寧師范大學(xué)遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116029；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116029）

基于WebGIS的高速公路氣象信息服務(wù)系統(tǒng)研究

婁本昊1，2，王方雄1，2*，侯英姿1，2
（1.遼寧師范大學(xué)遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116029；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116029）

基于SuperMap iClient/iServer，探索了高速公路氣象信息服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計方法與開發(fā)技術(shù)。提出了三層B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能模塊化、HTML5+CSS3+JavaScript界面設(shè)計組合、空間數(shù)據(jù)庫引擎+關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方案，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了氣象實(shí)況信息查詢、氣象信息預(yù)警服務(wù)、氣象信息統(tǒng)計，路徑導(dǎo)航等服務(wù)功能，為公眾駕車安全出行提供了便捷的信息服務(wù)平臺。

高速公路；氣象信息；SuperMap iClient；JavaScript；WebGIS

1　引言

伴隨著中國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，由惡劣天氣引發(fā)的高速公路交通安全問題日益突出［1］，能見度、降水量、風(fēng)速風(fēng)向、冰雪狀況等氣象要素都是造成高速交通事故的重要原因。怎樣能夠準(zhǔn)確、實(shí)時的將高速公路交通出行的氣象數(shù)據(jù)告知大眾已成為了一個需要迫切解決的問題。隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和WebGIS的飛速發(fā)展以及SuperMap軟件產(chǎn)品的日益成熟，通過將地理空間數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以使氣象要素在地圖上的表現(xiàn)更為準(zhǔn)確和豐富。本文基于SuperMap iClient/iServer來探索高速公路氣象信息服務(wù)系統(tǒng)（Highway Meteorological Information Service System，HMISS）的結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能開發(fā)和數(shù)據(jù)庫的建立方法，研究氣象要素在地圖上的可視化表達(dá)，為用戶獲得高速公路上的氣象信息提供了渠道。

2　系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

高速公路氣象信息服務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用三層B/S結(jié)構(gòu)，包括客戶層、WebGIS服務(wù)層和數(shù)據(jù)層?？蛻魧邮窍蛴脩籼峁┡c系統(tǒng)友好訪問的客戶端，用戶可以通過Web瀏覽器進(jìn)行訪問。該層的Web UI采用HTML5+CSS3設(shè)計，主要功能采用JavaScript語言調(diào)用SuperMap iClient API進(jìn)行開發(fā)，包含有基礎(chǔ)GIS功能、氣象實(shí)況、氣象預(yù)警、氣象統(tǒng)計等功能模塊。WebGIS服務(wù)層由Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器組成，通過Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器可以承接起功能接口和數(shù)據(jù)的訪問，從而連接起客戶層和數(shù)據(jù)層［2］。數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)存儲系統(tǒng)所需要的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫讀取、寫入、刪除對象，為WebGIS服務(wù)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.2系統(tǒng)界面設(shè)計

系統(tǒng)界面主題元素采用HTML5+CSS3+JavaScript進(jìn)行設(shè)計。地圖中間為地圖窗口，利用SuperMap iClient提供的ScaleLine、OverviewMap、PanZoomBar選項(xiàng)可分別顯示比例尺、鷹眼和地圖控制工具。地圖上用于顯示地物詳情的界面利用SuperMap iClient提供的Popup接口進(jìn)行包裝，其內(nèi)部是一個html頁面，此頁面可以跟隨地物的經(jīng)緯度進(jìn)行移動。

2.3系統(tǒng)功能設(shè)計

HMISS采用功能模塊化的設(shè)計方式［3］，可以為用戶提供基礎(chǔ)GIS功能（包括地圖瀏覽、空間信息查詢和屬性信息查詢）、氣象實(shí)況、氣象預(yù)警、氣象統(tǒng)計等功能。

2.3.1氣象實(shí)況模塊

氣象實(shí)況模塊主要為用戶提供以下幾個功能：氣象站點(diǎn)實(shí)況查詢、高速路段實(shí)況查詢、能見度和降水量的等值線和等值面查詢。氣象站點(diǎn)實(shí)況查詢可以查詢當(dāng)時氣象站點(diǎn)的八大要素：能見度、降水量、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、相對濕度、路面溫度、路面狀況［4］。高速路段實(shí)況查詢可以對高速路段進(jìn)行對行車安全影響比較大的能見度、降水量、相對濕度、路面溫度的數(shù)值查詢。等值面和等值面查詢可以對能見度和降水量的等值線和等值面進(jìn)行實(shí)況顯示。

2.3.2氣象預(yù)警模塊

氣象預(yù)警模塊包括高速公路的能見度和降水量預(yù)警功能。根據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在HMISS中將能見度設(shè)置3個閾值，從而將高速公路上的能見度和降水量分別分為紅、橙、黃三個預(yù)警等級。通過氣象站點(diǎn)可以獲得實(shí)時的能見度和降水量數(shù)據(jù)，然后通過程序?qū)?shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，將每段高速公路數(shù)據(jù)通過顏色來顯示不同的預(yù)警等級信息進(jìn)行表達(dá)［5］。

2.3.3氣象統(tǒng)計模塊

氣象統(tǒng)計模塊包括路段統(tǒng)計和氣象站點(diǎn)統(tǒng)計功能。①通過氣象站點(diǎn)可以獲得高速公路上氣象八大要素的實(shí)時數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，即可以折線圖的形式實(shí)現(xiàn)對氣象要素過去24小時各個時刻的統(tǒng)計顯示、對氣象要素過去一周和過去一個月的平均數(shù)值顯示。②選擇高速公路氣象站點(diǎn)得到能見度、降水量、路面溫度和相對濕度這些對高速公路行車具有重大影響的氣象要素，在高速公路上分段并統(tǒng)計，對行車安全具有重大意義。同樣可以將這些氣象要素以折線圖的形式進(jìn)行統(tǒng)計，使用戶可以了解到該路段的氣象變化情況。

2.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

鑒于道路氣象數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)道路地理數(shù)據(jù)等的海量性，HMISS的數(shù)據(jù)管理采用空間數(shù)據(jù)庫引擎（SuperMap SDX+）結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（SQL Server）的主流解決方案，可以支持海量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲和管理氣象諸如能見度、降水量、溫度、相對濕度等屬性數(shù)據(jù)；使用SuperMap SDX+管理高速公路數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)以及影像數(shù)據(jù)等，準(zhǔn)確組織高速公路拓?fù)鋽?shù)據(jù)從而管理復(fù)雜的路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)。在HMISS中，空間數(shù)據(jù)圖層分為地形數(shù)據(jù)圖層、影像數(shù)據(jù)圖層、交通數(shù)據(jù)圖層，屬性數(shù)據(jù)來源于天氣實(shí)時數(shù)據(jù)、氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)等。在高速公路和高速氣象站的數(shù)據(jù)表中，既包含有經(jīng)緯度等空間數(shù)據(jù)，也包含有能見度、降水量等屬性數(shù)據(jù)［6］。

3　系統(tǒng)功能開發(fā)

HMISS的主要功能采用JavaScript語言，基于SuperMap iClent進(jìn)行開發(fā)，氣象實(shí)況、氣象預(yù)警、氣象統(tǒng)計功能的實(shí)現(xiàn)如下。

3.1氣象實(shí)況

3.1.1氣象站點(diǎn)實(shí)況

通過SuperMap iClent提供的查詢服務(wù)類接口QueryBySQLService查找到氣象站點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)，使用Markers接口在氣象站點(diǎn)上添加標(biāo)注，并在標(biāo)注上綁定click事件，在click事件函數(shù)中調(diào)用Popup. FramedCloud接口，將已經(jīng)查找到的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)到添加popup詳情頁面中顯示。

3.1.2高速路段實(shí)況

將每段高速都匹配根據(jù)距離分段獲得的氣象數(shù)據(jù)，并使用Strategy.GeoText接口添加標(biāo)簽顯示相應(yīng)的氣象信息數(shù)值。

3.1.3等值線和等值面

使用超圖軟件提供的SurfaceAnalystService表面分析服務(wù)類接口可以繪制出能見度和降水量的等值線和等值面信息。首先在SurfaceAnalystParametersSetting接口中設(shè)置提取等值線或等值面的基準(zhǔn)值、等值距、采樣容限、光滑度及其處理方法，然后在DatasetSurfaceAnalystParameters接口中設(shè)置裁剪范圍、數(shù)據(jù)集、柵格分辨率等信息，在surfaceAnalystMethod中設(shè)置生成等值線還是等值面，若設(shè)置為ISOLINE則生成等值線，設(shè)置為ISOREGION則生成等值面。若執(zhí)行成功則進(jìn)入SurfaceAnalystCompleted函數(shù)中，通過Geometry.GeoText接口定義標(biāo)簽，通過features［i］.style語句定義樣式。功能界面如圖1所示。

3.2氣象預(yù)警

通過氣象站點(diǎn)獲得能見度和降水量數(shù)據(jù)后，遍歷所有的高速路段并將其賦值，根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)，使用feature.style語句讓不同能見度或降水量數(shù)值的高速路段在地圖上顯示不同的顏色。并且在地圖上設(shè)置一個臨時圖層，在圖層里通過使用Strategy.GeoText接口定義一個標(biāo)簽的strategy策略，在這個策略里設(shè)置好預(yù)警的起始、終止的數(shù)值和style，即可實(shí)現(xiàn)在標(biāo)簽上顯示預(yù)警顏色。在高速路段上有符合能見度或降水量預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的情況下，系統(tǒng)會自動定義一個layer災(zāi)害預(yù)警彈窗頁面，提示用戶注意防范氣象災(zāi)害。功能界面如圖2所示。

3.3氣象統(tǒng)計

系統(tǒng)通過折線圖的方式表達(dá)了過去的氣象變化信息。通過QueryBySQLService接口可以直接查找到存儲在數(shù)據(jù)庫中過去的氣象數(shù)據(jù)，然后在地圖上將氣象站點(diǎn)或高速路段的位置上添加標(biāo)注和popup窗口。Popup窗口上設(shè)置3個標(biāo)簽頁分別統(tǒng)計過去24小時、過去一周、過去一個月氣象變化狀況的折線圖。功能界面如圖3所示。折線圖需要引入JavaScript的Chart.js文件，然后定義Chart表，數(shù)據(jù)及樣式相關(guān)信息可以通過labels、datasets、data、scaleLabel、scaleFontSize、scaleFontSize、scaleFontColor等屬性定義。

4　結(jié)束語

圖1　能見度等值線及等值面功能界面

HMISS基于SuperMap iClient/iServer進(jìn)行開發(fā)，Web界面采用HTML5、CSS3構(gòu)建基本元素和樣式，主要功能由JavaScript語言設(shè)計開發(fā)而成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用三層B/S結(jié)構(gòu)，由客戶層、WebGIS服務(wù)層和數(shù)據(jù)層組成。HMISS的數(shù)據(jù)庫由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成，空間數(shù)據(jù)庫包含各種類型的地理數(shù)據(jù)，由SuperMap SDK+管理，屬性數(shù)據(jù)包含各種氣象數(shù)據(jù)，和空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在SQL Server數(shù)據(jù)庫中。實(shí)現(xiàn)了氣象實(shí)況、氣象預(yù)警、氣象統(tǒng)計等功能，介紹了主要功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和部分功能代碼。HMISS將進(jìn)一步修改和完善，開發(fā)出更多實(shí)用有效的功能，為高速公路的氣象信息管理和交通安全維護(hù)做出貢獻(xiàn)。

圖2　能見度氣象預(yù)警功能界面

圖3　相對濕度統(tǒng)計信息功能界面

［1］朱金花.山西高速公路氣象信息專項(xiàng)服務(wù)系統(tǒng)研究［D］.電子科技大學(xué)，2012.

［2］張茜.WebGIS和Flex架構(gòu)在公眾氣象信息發(fā)布系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［D］.南京信息工程大學(xué)，2013.

［3］張翔，王方雄，崔羽.城市三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)［J］.測繪地理信息，2015（02）：17-19.

［4］張軍.交通氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2014.

［5］馮民學(xué).高速公路交通氣象智能化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究［D］.南京信息工程大學(xué)，2005.

［6］萬婷婷，王方雄.大連市旅游信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)［J］.地理空間信息，2011（06）：77-79，82，3.

（2016-05-26收稿S編輯）

Highway Meteorological Information Service System based on WebGIS

LOU Ben-hao1，2et al
（1.Liaoning Key Lab of Physical Geography and Geomatics，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China；2.School of Urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Explored the design method and development technology of highway meteorological information service system based on SuperMapiClient/iServer.Proposedathree-layerB/Ssystem structure，function modular and HTML5+CSS3+JavaScript interface design composition，system design of spatial database engine+ relational database，developed and realized query functions of weather condition information，weather warning information service functions，query functions of weather statistics information，route navigationfunctionsandotherservicefunctions，provideda convenientpublicdrivingsafetytravelinformationservice platform.

highway；meteorological information；SuperMap iClient；JavaScript；WebGIS

P409

A

1003-7853（2016）03-0066-03

婁本昊（1992-），男，河南省平頂山市人，碩士研究生，主要從事WebGIS研究與開發(fā)。

王方雄（1973-），男，博士，副教授，主要從事WebGIS、GIS建模與集成研究。