基于WebGIS技術開發浮標綜合管理平臺系統的研究

任品德，牟 健，姜 峰

（國家海洋局南海分局，廣東 廣州 510300）

基于WebGIS技術開發浮標綜合管理平臺系統的研究

任品德，牟 健，姜 峰

（國家海洋局南海分局，廣東 廣州 510300）

根據浮標綜合管理平臺系統建設的實際情況，從需求分析、系統結構設計、數據建模以及實現技術等幾個方面，詳細介紹了基于WebGIS技術開發接收浮標數據、存儲浮標數據、多媒體查詢及展示浮標數據的綜合管理平臺系統。在建設過程中，采用浮標數據中心數據庫、GIS信息數據庫、浮標數據展示3個組成部分進行系統軟件設計，提高了系統的可維護性。采用關系型數據庫來進行數據的存取，解決了各種浮標格式不統一的問題，使查詢變得更為方便；利用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL來開發WebGIS，實現了電子海圖的漫游、數據查詢以及數據統計結果輸出；通過這個平臺系統，可以自動化、多功能、大容量、形象化地展示及查詢浮標的各種數據。

WebGIS技術；浮標；綜合管理平臺

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，而且對地球的環境有著重要的影響。隨著科學技術的進步。海洋已經成為人類活動的重要空間。進入21世紀以來，世界各國紛紛加大了對海洋研究和開發的投入，開發和利用海洋具有非常重大的意義。因此，21世紀被人們稱為海洋的世紀[1]。

隨著人類對海洋的開發利用，海洋受人類活動的影響也越來越明顯，由此形成的海洋災害也越來越嚴重。海洋資料浮標是世界各國海洋環境監測與海洋災害預報的主要手段之一，它具有全天候、長期連續、定點進行監測的特點，是其它海洋監測手段無法替代的[2]。我國海洋資料浮標技術的研究與發展是從20世紀70年代起步的。在國家海洋局的大力發展下，經過幾十年的努力，不斷研究與提高，有力地推動了浮標事業的發展。到目前為止，在我國北海、東海、南海3個海域錨位常年工作的資料浮標已經有大、中、小型20多套，初步改變了我國海洋資料浮標的落后面貌，為我國海洋環境監測網和海洋災害預報網的建設奠定了基礎。但傳統的浮標資料工作模式為：岸站接收到衛星傳輸的浮標數據后，通過RS232串口把數據傳輸到專門的浮標接收電腦中，由專門的接收程序進行接收，其數據存儲在相應的數據庫中。這種傳統的工作模式存在著明顯的不足：每套浮標都是單獨地接收、存儲數據，不能把整個浮標監測網的數據整合，無法為GIS應用平臺提供數據支持，不便于數據查詢和使用，已經無法滿足當今社會信息化、網絡化工作的需要。而基于WebGIS開發的綜合管理平臺系統就可以同步遷移數據，把數據存放在統一的數據庫中，作為數據中心，提供給各種的前臺應用[3]。

1 WebGIS技術簡介

GIS技術經過數十年的發展，已逐漸成熟和穩固。GIS技術已深入到各行各業。GIS技術的應用日趨廣泛，已成為城市規劃、設施管理和工程建設等領域的重要工具。GIS技術已被公認為21世紀的支柱產業。而且隨著網絡的產生和迅猛發展，使GIS技術也踏上網絡的列車。隨著人們對GIS技術應用的需求，利用網絡技術在WEB上發布和出版GIS信息，以供用戶瀏覽、查詢并獲取所需的空間數據和應用，是GIS技術發展的必然趨勢；網絡技術的迅速發展為GIS技術提供了一種嶄新而又非常有效的地理信息載體，使得在因特網上實現GIS技術應用日益引起人們的關注，GIS技術和網絡技術的融合，正逐漸形成一種新的技術，而這種新技術就是WebGIS。

WebGIS的最終目標是實現GIS技術與Web技術的有機結合，也就是將GIS融入Web。從Web的任意一個節點上，用戶使用瀏覽器(如IE)就可以瀏覽WebGIS站點中空間數據、制作專題地圖，進行地理信息的空間查詢、空間分析，甚至預測和決策，從而給Web的信息發布加上了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得到普及和擴展，使基于GIS的空間信息系統真正成為可操作、實用化和可共享的技術系統。與一般基于因特網的信息系統相比，WebGIS的最大特點是在空間框架下實現圖形、圖像數據與屬性數據的動態連接，提供網上可視化查詢和空間分析功能。與傳統GIS相比，WebGIS將屏蔽硬件、操作系統、網絡和數據庫的差異，達到不同應用和數據源之間的互相操作，提高計算機系統的開放性，強化多元數據的共享與綜合，展示不同層面上數據之間潛藏的信息，使空間數據和地理模型有可能在全球范圍內共享，從而為數據系統的科學研究提供一個功能強大而又方便有效的途徑[4]。

2 浮標綜合管理平臺系統總體架構

該系統由浮標數據中心數據庫、GIS信息數據庫、基于WebGis的浮標數據展示系統3個主要部分組成，如圖1所示。

整個浮標綜合管理平臺系統從數據接收到用戶使用，分為浮標數據采集層、數據存儲層和數據展示層3個大的層次。每一個層都經歷一個“應用需求一應用開發一應用實現”的開發鏈。這就需要我們對每一個層的每一個環節進行開發，從而實現整個數據體系的建立。數據采集層主要通過衛星采集浮標的原始數據；數據存儲層主要是把采集到的原始數據經過一定的加工步驟后統一格式存儲在統一的數據庫中；數據展示層主要通過網絡提供給用戶一定的功能實現支持，使用戶具有更多的網絡交互和使用能力，給用戶以更多的應用空間。上述3個層次的服務不是彼此割裂的，而是彼此之間有著密切的聯系，其實現難度也會隨層次的提升而加大。

圖1 系統總體架構圖

2.1 浮標數據中心數據庫

浮標數據中心數據庫采用1臺數據庫服務器，該服務器采用JAVA語言編寫采集程序，通過定時觸發的方法，將原始數據接收機采集到的浮標原始數據同步采集到數據庫中，并經過一定的加工步驟后統一格式存儲在統一的數據庫中。采集程序滿足采集同步延時不超過1 min；采集同步過程可靠，保證數據的一致性；遇到采集過程出現異常情況，監控平臺會自動報警，并自動進行重新采集。

浮標數據中心數據庫采用關系型數據庫，以Oracle 10g數據庫作為核心數據庫，為所有應用提供數據庫支持。Oracle 10g數據庫的特點是讀寫性能高、數據量大、可以支持GIS，在性能、安全性、穩定性等方面非常適合浮標數據中心數據庫的應用。在數據庫中把浮標數據分成11種類型，分11張表進行存放。經過對浮標數據進行分析研究后，對數據庫中的表制定合理的分區方案，并統一存儲格式。數據進行合理的分區后，數據查詢的速度可以大幅度增長。11張表分別為狀態表、波浪表、海流表、氣象表、風況表、水質表、加密要素表、氣壓表、氣溫表、雨量及能見度表和水溫表。

對于浮標這么重要的數據，需要對其進行備份。浮標數據的備份采用了2層備份，第1層存放在原始數據接收機里，第2層存放在數據庫服務器里；即浮標數據有2處存放，且地點隔離，在故障時，可以進行備份恢復。所有數據存放的磁盤均采用RIAD1磁盤鏡像技術，進行100%的備份。通過2層數據備份+RIAD1磁盤鏡像技術+地點隔離的數據備份方案，浮標數據得到很好的保護，既防止了由于機器故障導致的數據丟失，也防止了由于火災等事故導致的數據丟失，同時還防止了因磁盤損壞導致的數據丟失。

2.2 GIS信息數據庫和基于WebGIS的浮標數據展示系統

WebGIS信息系統采用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL進行開發。OPENLAYER是WebGIS信息系統的展示層。OPENLAYER是由MetaCarta公司開發的，用于WebGIS信息系統客戶端的JavaScript包，通過BSD License發行。它實現訪問地理空間數據的方法都符合行業標準，比如OpenGIS的WMS和WFS規范。OPENLAYER采用純面向對象的JavaScript方式開發，同時借用了Prototype框架和Rico庫的一些組件。OPENLAYER所能夠利用的地圖數據資源豐富多彩，在這方面提供給較多的選擇，比如WMS，WFS，GoogleMap，WorldWind等。

GEOSERVER是WebGIS信息系統應用服務器。WebGIS信息系統是OpenGIS Web服務器規范的J2EE實現，利用GEOSERVER可以方便地發布地圖數據，允許用戶對特征數據進行更新、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；能夠將網絡地圖輸出為jpg，gif，SVG等多種格式；能夠運行在任何基于 J2EE/Servlet之上；嵌入MapBuilder支持AJAX的地圖客戶端。

ORACLE/MYSQL負責存儲地理信息數據。Oracle是第1個基于SQL標準的數據庫管理系統，同時該數據庫也是第1個以SQL為基礎的關系型數據庫管理系統。該系統可以支持多用戶、大事務量的事務處理；數據安全性和完整性控制強；支持分布式數據處理；可移植性、可兼容性和可連接性高等特點。地理信息數據在GIS軟件中是按照圖層來分類存儲的，和數據相對應的屬性數據是以關系數據的形式存儲的，數據有多少個屬性，對應的表就有多少個相應的字段。而在ORACLE/MYSQL數據庫中，一個圖層可以放在一個表中，包括圖層所具有的屬性數據與地理信息數據，屬性數據的存放形式基本不變，分布在相應的字段中。

3 應用實例

根據OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL的組合開發方案，進行開發基于WebGIS的浮標綜合管理平臺系統。由于是基于Web的B/S結構，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實現數據查詢、數據統計，并形成各種圖、表，如圖2、圖3所示。

通過Web的B/S結構，既簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，還能實現不同的人員從不同的地點以不同的接入方式訪問和操作共同的數據庫，且能有效地保護數據平臺和管理訪問權限，保障了服務器數據庫具有很高的安全性，查詢系統結構如圖4所示。

圖2 顯示1個浮標詳情

圖3 柱狀統計表

圖4 查詢系統結構示意圖

4 小結

WebGIS作為GIS與因特網技術的有機結合，為海洋空間信息的組織、利用和共享提供了一種有效機制。本項研究在這方面做了一些工作，從系統的整體設計架構入手，逐步分而治之，細化每個子系統，分別對系統架構、浮標數據的采集、浮標數據采集的監控、數據庫選型和數據庫設計、數據存儲和備份、浮標綜合展示平臺功能等方面進行技術分析，使該系統充分利用現有資源，并結合實際情況，降低總體成本和日后維護成本。該系統設計完善強大、易于維護、操作簡單，功能豐富，以現有的網絡技術為基礎，選擇適當的網絡集成方案，開發了海洋浮標綜合管理的WebGIS應用系統，為各類海洋浮標數據的存儲和共享提供了平臺；本項研究借用了WebGIS的空間顯示和查詢功能，在此基礎上進一步開發和定制，實現了浮標數據庫系統中可視化查詢的功能模塊。此外，由于GIS系統具有獨特的空間地理分析能力，利用該技術可對接收到的各種浮標數據源進行空間地理分析，把以點為單位的數據源進行符合統計學的科學分析統計并應用發布，為各相關部門提供科學的參考依據，并為領導決策層和指揮部門提供輔助決策支持。

[1]馮士筰,李鳳岐.海洋科學導論[M].北京：高等教育出版社,1999:5-6.

[2]侍茂崇,高郭平,鮑獻文.海洋調查方法[M].青島：青島海洋大學出版社,2000:192-193.

[3]王軍成.國內外海洋資料浮標技術現狀及發展[J].海洋技術,1998,17(1):9-15.

[4]劉振民,章任群.WebGIS技術在海洋信息共享中的應用[J].海洋技術,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

國家高技術研究發展計劃 （863計劃）重大項目資助（2008AA09A401）

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

牟健（1979-），男，工程師，碩士，主要從事海洋儀器設備的系統集成和維護工作。電子郵箱：moujianxiaoshe@sina.com