移動水利信息APP模塊的設計與實現

趙杏杏，張曉祥

(河海大學 地理信息科學與工程研究所，江蘇 南京 210098)

移動水利信息APP模塊的設計與實現

趙杏杏，張曉祥

(河海大學 地理信息科學與工程研究所，江蘇 南京 210098)

研究旨在實驗性地設計與開發基于手持設備操作系統iOS的移動水利信息APP模塊，實現水利站網的雨情、風情和水情信息的實時查詢與展示。研究從兩個方面進行展開，其一是以Flex 4.6為基礎開發平臺，通過調用ArcGIS API for Flex 進行手持設備操作系統iOS平臺下的APP模塊的設計與開發;其二是借助ArcGIS Online公有云GIS平臺實現水利信息的實時查詢與展示。移動水利信息APP模塊的設計與開發實現了水利信息的移動查詢與實時獲取，為管理決策提供了實時高效的信息平臺。

移動GIS；iOS；水利信息；APP；ArcGIS Online；ArcGIS API for Flex

雨情、風情和水情等水利相關信息是進行各項水利管理與決策的基本依據，快速準確地掌握某個地區的水利信息可以提高決策的科學性和準確性，特別是在防汛、防臺、防潮等應用方面，快速的信息獲取對于防災減災降低因災損失方面有著重要的意義[1]。近年來，在中國已經有不少研究和應用部門在著手研制各類移動水利信息發布的應用系統[2]。以前很多水利信息發布系統特別是防汛應用系統多在計算機終端實現，并且多采用C/S或B/S架構進行信息發布[3-4]。WebGIS信息發布就是一種典型的信息發布系統，這種方法需要工作人員利用計算機終端進行信息查詢、分析[4]，大大改進了水利信息的獲取方式，但是這種方法對于一線水利工程技術人員仍然缺乏靈活性，在這種背景下，基于移動平臺的GIS應用應運而生[5]。2004年，移動GIS和無線互聯網地理服務器的集成在環境監測和管理系統中得到了普遍的應用[6]。2005年，海岸帶管理和決策一體化系統中移動GIS和無線技術開始得到關注[7-8]。移動GIS技術不僅在展示水利信息如水庫、水閘、監測站等水利工程信息和水情信息等包括水災、雨情等方面有重要的作用[9]，并且使工作人員能夠利用小型移動設備實時獲取水利信息，增強數據的時效性和便利性。

2008年以來，以美國蘋果公司iPhone和iPad等智能手機和終端的發布為標志，以及我國第三代移動通信(3G)技術的投入運營，各種移動應用在硬件設備和通信帶寬方面的瓶頸逐步被打破，基于智能手機的移動應用APP模塊開發獲得迅速發展。APP是英文Application的簡稱，一般是指智能手機的第三方應用程序。比較著名的APP商店有Apple的iTunes商店，Android的Android Market，諾基亞的Ovi store，還有Blackberry用戶的BlackBerry App World，以及微軟的應用商城等。APP應用對于有志在移動應用領域有所表現的開發者來說，能很容易掌握開發技術，同時也能容易地將自己開發的應用安裝到相應的移動操作系統平臺。其中，基于Apple公司的iOS移動操作系統的APP應用最為廣泛。在GIS地圖應用方面，很多GIS廠商也都開放了地圖應用接口(API)，比較知名的有Google Maps API以及Microsoft Bing Maps API以及ESRI ArcGIS Online等等。移動水利信息系統的應用在國內也已經有諸多應用案例，虞開森等就基于iphone的防汛掌上通平臺的建設進行了實踐[2]；上海、浙江也已經實驗性地開發出以智能終端設備為載體的APP防汛信息系統[2,4]，在一些應用中，很多應用還擴展到實時水文模型的數據計算與模擬數據的實時獲取與發布。

本次研究旨在實驗性地設計與開發基于手持設備操作系統iOS的移動水利信息APP模塊，實現水利站網的雨情、風情和水情信息的實時查詢與展示。移動水利信息APP模塊的研究采用富客戶端技術(Rich Internet Applications，RIA)，通過Flex Builder 4.6與ArcGIS API for Flex的連接進行設計與實現；同時借助ArcGIS Online平臺將數據庫中的水利信息數據以GIS公有云的方式展示，實現水利信息的移動查詢與實時展示。為了便于結果的研究與展示，研究以太湖流域為例。

1 總體結構設計

移動GIS結構與原理是移動水利信息應用程序設計與實現的理論依據[10-12]。圖1是基于此設計的移動水利信息查詢與展示系統的總體結構圖，是本研究的整體思路。本次開發采用APP設計的3層架構，主要包括數據管理、界面設計和應用顯示。數據管理是應用程序設計與實現的基礎，是在開發之初進行的數據整理與準備，并將其利用ArcHydro水文數據模型進行快速建庫，為移動水利信息APP模塊的實現及ArcGIS Online的展示提供數據服務和框架。界面設計包括地圖服務模塊和業務邏輯模塊，其中，地圖服務模塊主要是將基礎地理數據和水利專題數據借助第三方平臺展示，移動水利信息APP模塊的開發將數據通過ArcGIS Server發布，以此服務為基礎，利用現有的Web/桌面開發技能進行設計。而ArcGIS Online展示則是通過ArcGIS Online頁面平臺調用數據庫中的基礎信息，利用其提供的基礎地理底圖在線發布水利信息GIS服務。桌面顯示則是將模塊和服務在手持設備操作系統iOS上顯示應用，移動水利信息APP模塊需要將在桌面上設計的應用程序通過Adobe 公司出品的AIR(Adobe Integrated Runtime)打包成可以在手持設備操作系統iOS上安裝的應用程序，Adobe AIR是Adobe公司針對網絡與桌面應用的結合所開發出來的技術，它可以不必經由瀏覽器而對網絡上的云端程序做控制。這樣，通過簡單的安裝就能實現水利信息的實時查詢與展示。同時ArcGIS Online展示只需在有無線網鏈接的手持設備上即可實現，iOS操作系統上安裝APP應用軟件即能調用水利信息GIS底圖服務。

圖1 總體結構圖

數據是移動水利信息APP模塊設計與開發的基礎，移動水利信息系統的開發需要使用基礎地理信息數據和水利專題數據。基礎地理信息主要是GIS底圖資料，包括GIS底圖、遙感圖和DEM圖等。GIS底圖主要是流域的一些點線面及站點等底圖信息，遙感圖和DEM圖一般是用于防汛信息系統的地理底圖。水利專題信息包括水庫、堤防、蓄滯洪區、水閘、測站等水利工程信息和雨情、水情、災情等水情信息及水利管理信息。在整理好基礎地理信息和水利專題信息的基礎上，利用ArcHydro水文數據模型進行建庫，以便于數據的統一管理與使用，最終將這些信息通過ArcGIS Server發布或ArcGIS Online展示，在移動GIS平臺中分類、分層次、分區域展示。這3層架構之間是通過GPRS/WLAN/3G等無線網絡進行數據的更新與傳遞的。

2 技術平臺介紹

2.1 開發技術

本次開發所用的富客戶端應用(RIA)技術和傳統的Web應用類似，但RIA在某種程度上卻顛覆了傳統Web應用的理念和設計。為了能提供客戶端更優秀的表現和交互能力，RIA一般會在客戶端添加一個引擎，這個引擎和Java虛擬機的作用很相似，RIA會在這個引擎中運行所有編譯過的腳本及相關的資源。通過這個引擎的中介作用，把傳統Web應用中很多在服務器上執行的功能轉移到了客戶端。一方面減輕了服務器的壓力，另一方面也提高了客戶端的處理和交互能力。RIA技術的這種通用性和功能轉移給水利信息查詢系統由桌面移植到手持設備操作系統iOS提供了很大的方便。

2.2 開發平臺

本次開發主要是借助ArcGIS API中的Flex平臺，進行水利信息APP模塊的設計與開發，并最終將程序移植到Adobe AIR中，打包成能在手持設備操作系統iOS上安裝的應用程序，主要使用的軟件有ArcGIS Server 9.3/ArcGIS Online、Flex Builder 4.6、ArcGIS API for Flex、Adobe AIR等(見表1)。其中ArcGIS Server 9.3是發布企業級GIS應用程序的綜合平臺，ArcGIS Online是GIS公有云平臺，它們主要是提供創建和配置GIS應用程序和服務的框架，借此將數據庫中的地理信息數據和水利專題數據以地圖圖層的形式發布；Flex Builder 4.6是目前最為流行的RIA技術，包括Flex 4.6 SDK和Flash Builder 4.6兩個部分，應用中主要是利用其中引入的移動優化組件和移動優化應用程序框架，利用現有的Web/桌面開發技能來創建能部署于Apple iOS的移動水利信息應用程序；ArcGIS API for Flex是ArcGIS在RIA領域的第一個產品，主要是開發運行于瀏覽器中的Web應用或運行于桌面的AIR應用，基于ArcGIS Server的REST接口，可以非常便捷地使用地圖功能和REST接收提供的GIS查詢及分析功能，利用其中封裝的類和功能，實現移動GIS應用；Adobe AIR是針對網絡與桌面的應用的結合所開發出來的技術，可以不必經由瀏覽器而對網絡上的云端程序做控制，允許利用現有的Web開發技能優勢，建立和配置跨平臺的桌面RIA應用，通過Adobe AIR將在Flex 4.6開發的水利信息系統打包成需要的移動應用程序。

表1 開發平臺及功能描述

3 APP系統功能設計與實現

移動水利信息APP系統主要是實現水利站網的雨情、風情和水情信息的實時查詢與展示。主要設計了通用模塊和業務平臺兩個功能模塊，如圖2所示。

圖2 功能設計圖

3.1 通用模塊

通用模塊為實現業務功能提供了一些與業務無關的通用功能，是實現地圖操作與業務平臺的基礎[9]。通用的基礎工具主要包括地圖的漫游、拉框放大、拉框縮小、前一視圖、后一視圖、全圖等，是每一個地圖操作系統都應該具備的功能。它方便用戶進行地圖的瀏覽，提升用戶與地圖的交互體驗。

ArcGIS API for Flex的Map控件本身通過鼠標滾輪的滑動就能將地圖進行放大或縮小，但是局限是操作對象始終是整個地圖，而使用中往往需要對某個指定的目標對象進行放大或縮小。本研究使用的是其中的Navigation工具。Navigation工具并不是一個工具條，而是將漫游(Pan)、拉框放大(ZOOM_IN)、拉框縮小(ZOOM_OUT)、前一視圖(zoomToPrevExtent)、后一視圖(zoomToNextExtent)、全圖(zoomToFullExtent)進行了綁定。最終通過Flex中的ToggleButtonBar作為宿主調用這些功能。

3.2 業務平臺

業務平臺由各種業務查詢和分析模塊組成。按照組件調用標準，業務層接受表現層的調用請求，調用或者啟動相關的業務模塊或通用模塊進行處理，并將結果返回給表現層。根據實際應用需要，主要分為信息查詢和信息分析兩部分。

信息查詢功能是水利信息APP模塊的基本功能，也是模塊的核心所在，主要包括空間查詢和屬性查詢兩個方面。

空間查詢主要是查詢搜索指定的水文站和雨量站等水利信息站，實現快速的查找與定位。屬性查詢也就是信息查詢，即獲得指定的水文站、雨量站的屬性信息，方便使用者查找實驗區的水利信息，以及時對水利水位信息進行分析研究。圖3是空間查詢的一個界面顯示，使用者只需在查詢窗口中輸入站點名稱，系統就能定位顯示該站點。圖4是屬性查詢的界面顯示，用戶只需在屏幕上點擊相應的站點，就能彈出該站點的信息窗口。空間查詢與屬性查詢的結合方便了水利信息的移動訪問，極大地提高了信息的訪問效率。

圖3 空間查詢

信息分析功能主要包括雨情、水情、風情的數據分析以及臺風路徑和防汛預警等輔助功能。雨情分析是指同步展示各雨量站的實時降雨信息，通過與后臺數據庫的連接，以及對測站數據進行分析處理，按照1 h，3 h，6 h，12 h，24 h時段范圍和小雨 、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨的降雨量標準分類列表展示各雨量站實時降雨量即雨量等級；水情分析是指各水位站點的水位信息分析，主要是通過與數據庫結合并對測站數據分析處理，列出各站點的警戒水位、水位時間及水位值；風情分析則是按照各站點的不同風級將其用不同的顏色進行區分，以顯示警戒作用；臺風路徑是利用Google地圖API的接口技術，結合互聯網的Google map電子地圖，以點線方式在地圖上展示臺風的移動軌跡和預計移動方向；防汛預警則是將暴雨預警信息分藍、黃、橙、紅4種顏色表示，傳遞的是一種防汛常識。信息分析功能是對信息查詢的擴展，在流域的防汛、防洪、防潮等方面具有重要的意義。

4 ArcGIS Online信息發布

ArcGIS Online是一個面向全球用戶的公有云GIS平臺，包含了全球范圍內的底圖、地圖數據、應用程序以及可配置的應用模板和開發人員使用的GIS工具和API，可用于創建Web地圖、發布GIS服務、共享地圖、數據和應用程序，以及管理組織的內容和多個用戶。

借助ArcGIS Online云服務，將數據庫中的基礎信息調用到地理底圖上，即將水利信息地圖化，這樣就創建了屬于自己的私有云，實現了水利信息的數據共享。用戶只需在手持設備操作系統iOS上安裝ArcGIS，就能調用水利信息地圖服務，并能實現各站點信息的查詢(見圖5)。隨著近年來全國暴雨、洪水現象越來越多，通過ArcGIS Online平臺實時快速獲取各流域的雨情、風情、水情等信息，能有效地防災減災，降低因災損失，這也將是后面研究的重點。

ArcGIS Online的出現為廣大GIS用戶提供了全新的GIS應用模式，方便了用戶的使用，與移動水利信息APP模塊起到了相輔相成的作用。

5 結束語

本研究對基于手持設備操作系統iOS的移動水利信息APP模塊的設計與實現進行了初步嘗試。通過設計與開發，實現了基于手持設備操作系統iOS的移動水利信息APP模塊及ArcGIS Online公有云平臺的水利信息移動展示，將移動GIS結構與原理更好地應用于水利站網的雨情、風情和水情信息的實時信息查詢、信息分析與信息展示模塊，為水利信息的管理決策提供了實時高效的信息平臺,同時也促進了水利信息的現代化發展。

[1]虞開森，黃康，駱小龍，等. 面向GIS的汛情信息時空展現[J]. 水利信息化，2011 (6):11-15.

[2]虞開森，駱小龍，余魁. 等. 基于Iphone的防汛掌上通平臺設計與應用[J]. 水利水電科技進展，2010，30(6):74-77.

[3]黃康，虞開森，俞志強，等. 面向服務的防汛GIS支撐平臺設計與實現[J]. 浙江大學學報：理學版，2011，38(4):456-460.

[4]黃孔海，邱超，虞開森，等. 基于WebGIS的實時水情信息發布與預警系統的設計與實現[J]. 水文，2006，26(4)：74-77.

[5]趙金霞. 地理信息系統的發展趨勢[J]. 信息系統工程，2012(8)：45-46.

[6]TSOU M. Integrated mobile GIS and wireless internet map servers for environmental monitoring and management[J]. Cartography and Geographic Information Science, 2004 ,31(3):37-51.

[7]TONG NIU XU, RUIJIN M,TARIG A,et al. Integration of Mobile GIS and Wireless Technology for Coastal Management and Decision-Making[J].Photogrammetric engineering and remote sening , 2005, 17(34):453-356.

[8]TONG NIU XU,RUIJIN M,TARIG A,et al. On-side coastal decision making with wireless mobile GIS[J].Photogrammetric engineering and remote sening, 2005, 17(34): 1-6.

[9]廖志偉. 水利信息化在防洪抗旱工程中的應用研究[J]. 硅谷，2012，6(4):124-125.

[10]張潔. 移動GIS體系結構的研究[J].計算機光盤軟件與應用[J].工程技術，2011，7(16):71-72.

[11]ALSABHAN W,S LOVE.Journal of Systems and Information Technology Emerald Article: Platforms and viability of mobile GIS in real-timehydrological models: A review and proposed model[J].Journal of Systems and Information Technology, 2004,13(4):425-444.

[12]和軍政，毛奎中，林均玲,等. 基于移動GIS的測繪系統設計與實現[J].測繪工程，2010，19(4)：39-42.

[13]虞開森，駱小龍，謝放，等. 水利工程數據庫維護模式探討[J]. 水利水電科技進展，2005，25(4):74-77.

[14]RORY BIGGADIKE. Developing a Custom ArcGIS Application for the iPad[EB/OL] [2012-02]. http://www.esri.com/news/arcuser/0112/developing-a-custom-arcgis-application-for-the-ipad2.html

[責任編輯：劉文霞]

Design and implementation of mobile water-related information APP

ZHAO Xing-xing，ZHANG Xiao-xiang

(Institute of Geographical Information Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098,China)

It is a pilot study on the design and development of water-related information system’s APP module prototype based on iOS, which is used to perform online information query and display of water-related information such as rainfall, wind and river. Two major parts are included: the first is the design and implementation of mobile water-related information system’s APP module based on ArcGIS API for Flex, and the second is the water-related information’s real-time query and display based on ArcGIS online public cloud GIS platform. Water-related information system’s APP module prototype is implemented to perform the information’s mobile query and real-time acquirement, which provides an efficient information platform for management and decision-making.

mobile GIS; iOS; water-related Information; App; ArcGIS Online; ArcGIS API for Flex

2013-07-29

國家自然科學基金資助項目(41201394；41201117)

趙杏杏(1989-)，女，碩士研究生.

TV213.4

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：1006-7949(2014)07-0046-05