基于REST Web Service的Web GIS洪災信息查詢系統設計與開發

陳先念 楊軍明

（1.浙江溫州輕工研究院 浙江 溫州 325003；2.浙江工貿職業技術學院 浙江 溫州 325003）

1 引言

洪災是全世界范圍最常見的、最具損壞性的一種災害類型。洪水災害給國民經濟和社會發展帶來不可估量的損失。對任何一種洪泛平原管理策略，確定某個區域或地點是否在洪水威脅的范圍內和洪水發生的可能性大小是第一步。如何能做到這一點，一個方便快捷的洪水信息查詢系統就至關重要。

洪災信息查詢可以給用戶提供某個特定地點的洪水災害的危害性，是一種變被動抗災為主動避災的一項防洪減災非工程措施。它是防洪減災體系中重要的組成部分，對防汛部門的科學指揮決策、有效避險，對水利部門科學地確定防洪標準和規劃防洪工程建設，為城鎮建設、土地規劃、生產經營和人民生活等提供防洪減災、避險等方面的技術指導與服務，有效避免洪水災害損失等都具有重要意義。

本文研究的重點就是如何利用現有的空間信息和網絡技術，研究開發一個開放的、快速的、便捷的洪水信息查詢系統。本文將以研究的背景為開始，然后介紹用于系統開發的相關地理空間技術，包括基于REST網絡地理信息服務、地圖緩存、以及空間處理服務。接著就研究區域浙江省，進行了簡單介紹。其中，重點在研究方法和系統實現的討論中。本文的最后是這個研究和開發的總結。

2 洪災查詢系統的主要地理空間技術

為了建立一個有效的洪災信息查詢系統，包括基于網絡的地理空間技術在內的一系列技術也已經被用到了系統的研究和開發中。

2.1 網絡地理信息系統（Web GIS）

GIS(geographic information system)是進行數據空間分析和空間數據顯示的有利工具。GIS已經被廣泛地應用于洪泛平原管理。而Web GIS[1][2]在理論上給世界上任何有網絡連接的用戶提供分布式信息查詢，使傳統意義上的GIS復雜空間分析功能在網絡上得以實現，在用戶提供實時數據和準確信息方面有至關重要的作用。

2.2 基于REST的網絡地理信息服務

在網絡服務（Web service）的體系結構研究中，REST（Representational State Transfer）是由Roy Fielding[3]提出來的。REST[4]是用來從一個網站的指定的位置獲取以XML（eXtensible Markup Language）方式存在的信息的方式。REST是利用已經成熟的網絡技術和協議，比如HTTP、XML，得到實現的。在這個研究中，地理數據都是以REST網絡服務的格式來發布和讀取的。

2.3 地圖緩存（Map Cache）

地圖緩存指的是把地圖服務在各個預先定義好的比例尺基礎上預先生成地圖、并在服務器上存儲起來[5]。這些預先生成的地圖是以地圖塊（tile）的格式存在。因為地圖塊已經在服務器上存在，所以動態生成地圖的時間就可以節省，從而用戶請求地圖的時間就可以極大縮短。地圖緩存主要應用于那些變化較小的基礎地理數據，比如遙感和航空圖像、交通運輸網絡、河網水文數據、和高程數據等。

3 研究區域

浙江省位于中國的東南沿海，其西南山脈眾多，是眾多河流的發源地，而且河流是由西南流向東北的；其東北是平原，而且河網密布[6]。由于自然環境和地形的復雜性，浙江省內的降雨量在時間和空間上的分布也不均勻。袁曉玉等人[7]研究了建國50年來浙江省的洪水和降水數據，發現浙江省的洪災淹沒面積呈逐年遞增的狀態。平均每年有大約35000間房屋被毀、190人死亡。

面對這些巨大的損失，如何對洪泛區進行有效的規劃和管理顯得尤其重要。其中，洪災信息的查詢就是一個重要工具。

4 洪災查詢系統的實現

ESRI的ArcGIS系列軟件被用于系統的開發。首先，使用ArcGISDesktop生成地圖和空間處理（geoprocessing）任務，然后用ArcGISServer把地圖發布成為Web地圖服務和把空間處理任務發布成為空間處理服務（geoprocessingservice）。ESRI的 ArcGIS Flex API用來開發基于ArcGIS Server的Web GIS系統。這個API給Web GIS的開發提供了各式各樣的資源，比如地圖調用、動態圖形／圖像生成、GIS任務（包括空間查詢、屬性查詢、空間信息處理）和其他預定義的用于Web GIS開發的組件。FlashBuilder4.0是本系統的程序開發語言。

洪災查詢系統的實現包括數據收集和地圖生成、把地圖發布成為地圖服務；復雜地理查詢功能在桌面地理信息系統中的實現和網絡地理信息中的發布；客戶端網絡GIS應用程序的開發實現。

4.1 數據、地圖、地圖服務的生成

這個研究中的主要專題數據主要包括河流和湖泊、洪水危害區域。這些數據有的是通過第三方得到的，有的是通過屏幕數字化得到的。這些數據是用來決定某個地點或感興趣的區域是否存在洪水危害。這些地理圖層在ESRI的ArcGISDesktop中生成地圖，包括地理特征的符號和顏色設定、地理特征的文字標注設定、各圖層在各比例尺的顯示和隱藏。

ESRIArcGISServer可以把地圖發布成為地圖服務。通過地圖服務,網絡用戶就可以瀏覽他人設計的地圖。地圖服務不僅能提供地圖給用戶，它的另外一個重要功能就是:網絡用戶可以獲取地圖的各個圖層的屬性數據。

這個研究中的基礎地理信息數據將采用來自第三方提供商，比如Google地圖、ESRI地圖。這些網絡地圖服務都是以地圖緩存的形式存在，以求達到最好的地圖更新效果。

4.2 空間處理的生成和發布

空間處理是建立在桌面GIS的基礎上的功能強大的空間數據處理任務。空間處理必須通過必要的軟件（比如：ESRI的ArcGISServer）轉化成基于網絡的網絡服務，也就是空間處理服務，就可以應用到WebGIS開發中。在這個系統中，對高程數據的處理就是其中的一個例子。

空間處理服務的主要功能就是把桌面GIS軟件強大的空間信息處理功能轉化成可以在網絡平臺上使用的網絡服務。當空間處理服務被網絡用戶調用的時候，它的所有空間信息處理功能都在服務端運行，然后把結果發送給用戶。

4.3 Web GIS模型

從概念上說，這個系統包括三個組成部分：數據采集模塊、數據顯示模塊、和數據分析和處理模塊（見圖1）。其中數據采集模塊負責數據的整合。這些數據既有來自本地的專題數據，也有來自第三方的Web數據服務。數據顯示模塊主要是有效地把數據或以地圖服務形式存在的數據顯示給用戶，包括圖層的可見或不可見的設置、圖層透視性的設置、空間處理結果的顯示。數據處理模塊負責處理數據查詢、空間數據分析等。

4.4 Web GIS的實現

基于上面的模型，我們研究開發出了浙江省洪災查詢系統（見圖2），提供一個Web GIS的系統，以方便用戶查詢洪災信息。

這個Web GIS是基于最新的Web技術和GIS技術，它具有很高的地圖更新功能、更快速的數據查詢功能、更強大的空間數據處理功能。這個系統把專題數據疊加在其他的基礎數據圖層上，用戶可以選擇自己感興趣的圖層。

這個系統提供了重要的洪災信息查詢功能（見圖3）。這些信息包括用戶所指定點的洪災信息（是否在歷史洪水地域）、高程信息、經緯度信息、和其他相關的社會經濟信息。

4.5 系統的主要特點

圖1 洪水信息查詢系統模型

圖2 浙江省洪災查詢系統界面

圖3 洪水信息彈出窗口

這個系統的主要特點包括：①快速的網絡地圖更新技術。這一點的實現主要是地圖緩存技術的使用。②快速的信息傳送技術。用戶檢索結果可以快速地反饋給用戶。③豐富的地圖導航功能方便用戶瀏覽地圖。④豐富的地圖測量和添加標識功能。方便用戶添加一些對自己有用的信息。⑤圖層管理功能：使用戶可以瀏覽其他的感興趣的第三方提供的地圖。⑥快速放縮功能：使用戶能夠快速瀏覽到自己感興趣的區域。⑦強大的打印功能：用戶可以把地圖打印成P D F格式，便于攜帶。

5 結論

讓人們了解所在地方或將要進行生產生活活動的地方的洪災信息是防災減災的重要手段。所以，人們需要一個能夠快速、便捷地進行洪水信息查詢的系統。這個洪災信息查詢系統的研究和開發是基于現在最快速的地圖更新技術（地圖緩存）、有效的網絡空間信息查詢和處理技術（空間信息處理服務）。因此，這個系統既給用戶提供了快速的地圖更新功能，也能有效整合專題地理數據，而且它提供了進行復雜空間分析的功能。它使普通民眾、洪泛平原管理人員、或其他相關機構工作人員只需要一臺電腦和網絡連接，就可以得到自己感興趣區域的洪災信息和其他相關的查詢，從而有效地對其在洪泛平原正在進行的活動進行有效的規劃。陜西水利

[1] International Federation of Red Cross and Red Crescent Societies. World Disaster Report 1998 [M], 1998. Oxford, Oxford University Press.

[2] Zhong-Ren Peng, Ming-hsiang Tsou. Internet GIS: distributed geographic information services for the Internet and wireless networks[M]. 2003, Hoboden, New Jersey: John Wiley and Sons. 679.

[3] Michael G. Tait. Implementing geoportals: applications of distributed GIS [J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2005. 29 (1):3-14.

[4] Roy T. Fielding. Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures [D]. Doctoral dissertation, University of California, Irvine, 2000.

[5] Leonard Richardson, Sam Ruby. RESTful Web Services [M]. 2007: O'Reilly Media. 448.

[6]丁春梅,何曉鋒,等.浙江省山洪災害成因分析及防治對策 [J].人民黃河,2010.32(4):19-20.

[7]袁曉玉,薛根元,等.浙江洪澇災害的統計分析[J].災害學,2002.17(1):56-61.