基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺的設計與實現(xiàn)

劉東巖

（內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾旗氣象局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

在農(nóng)業(yè)信息技術(shù)正朝著網(wǎng)絡化、智能化、數(shù)字化方向發(fā)展的今天，如能將網(wǎng)絡技術(shù)、 WebGIS 技術(shù)、 模型組件技術(shù)綜合應用于農(nóng)業(yè)信息化研究，則有望加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。

一、WebGIS概況

（一）傳統(tǒng)GIS

傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)采用基于文件共享的分布式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集中存放于服務器，由空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，客戶端采用GIS桌面系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行操作。該方式存在著若干問題：1.處理完全依賴于客戶端桌面系統(tǒng)，效率低；2.每個客戶端都需配備昂貴的專業(yè)GIS軟件，而一般用戶GIS應用僅限于其中一部分功能，造成巨大浪費；3.軟件操作復雜，難以普及使用。

（二）WebGIS

WebGIS是大眾化的GIS，在Internet上的每個節(jié)點-客戶端，只需使用通用瀏覽器（如MicrosoftIE8.0）即能訪問服務器，得到WebGIS服務器所提供的服務。WebGIS具有如下特點：1.WebGIS僅需在服務器端配備GIS軟件，客戶端即可通過瀏覽器訪問服務器，而不需要專門安裝GIS軟件，盡管有時也需要安裝一些插件，但使用成本比完全配備整套GIS軟件低得多；2.用頁面取代窗口，簡單易用，用戶不需要具備專業(yè)知識，大大降低了操作難度；3.用戶可透明地訪問GIS數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)異構(gòu)共享，而不需關(guān)心WebGIS服務器究竟采用何種GIS軟件。

二、平臺設計

（一）技術(shù)路線

基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺建設的總體目標是實現(xiàn)數(shù)字化、格點化、網(wǎng)頁化，適用于省、市、縣三級的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務系統(tǒng)。它立足高分辨率的氣象監(jiān)測、預報格點數(shù)據(jù)、作物分布和行政區(qū)劃信息、多樣性指標庫(包括14類農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警指標、6類作物7種農(nóng)用天氣預報指標和作物氣候評價模型)和農(nóng)業(yè)氣象觀測網(wǎng)絡(人工和自動氣象站監(jiān)測)，采用SQL Server 2012建立農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫；使用C#進行數(shù)據(jù)處理，采用Asp.Net平臺和JavaScript、Html等計算機語言進行網(wǎng)站搭建，研制基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺。本研究使用OpenLayers 3來組織、發(fā)布與瀏覽地圖，它是一個專為Web GIS客戶端開發(fā)的JavaScript類庫包，支持WMS(Web Mapping Service)和WFS(Web FeatureService)等網(wǎng)絡服務規(guī)范。利用OpenLayers 3自帶的瓦片技術(shù)建立了適用于農(nóng)業(yè)氣象的業(yè)務底圖，客戶通過Internet或Internet服務器發(fā)出請求時，Open-Layers通過OGC(Open Geospatial Consortium)服務形式將請求發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)加載到客戶瀏覽器，并將已處理好的瓦片地圖存儲在Memcached緩存組件中，以提高服務器處理性能和提高Internet訪問速度。

（二）平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

1.數(shù)據(jù)庫技術(shù)。以SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫管理平臺為開發(fā)平臺，遵循氣象行業(yè)數(shù)據(jù)標準、網(wǎng)格化數(shù)據(jù)標準及WebGIS對屬性數(shù)據(jù)庫的要求，分類別建立數(shù)據(jù)表、視圖、觸發(fā)器、存儲過程等數(shù)據(jù)庫對象，構(gòu)建農(nóng)業(yè)氣象基礎數(shù)據(jù)庫。2.基于面向服務SOA的分布式應用程序架構(gòu)。與傳統(tǒng)架構(gòu)相比，SOA為信息資源之間定義了更為靈活的松散耦合關(guān)系。整體采用分布式平臺架構(gòu)，各個子平臺支持平臺集群部署。3.指標體系及預報評價模型。農(nóng)業(yè)氣象災害指標體系。篩選適用于當?shù)氐臉I(yè)務應用多年的農(nóng)業(yè)氣象指標，針對當前主要農(nóng)作物生產(chǎn)中可能遭受的主要農(nóng)業(yè)氣象災害，進行災害監(jiān)測和預警。農(nóng)用天氣預報模型。農(nóng)用天氣預報是指針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中作物生長發(fā)育、農(nóng)事活動和相關(guān)技術(shù)措施對天氣條件的需求而開展的一種專業(yè)氣象預報。氣候評價模型。農(nóng)作物的生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成是光、溫、水等多個氣象要素協(xié)調(diào)效應的結(jié)果。

三、平臺實現(xiàn)

（一）平臺主要模塊

基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺是快速接收處理各類農(nóng)業(yè)氣象信息、分析農(nóng)業(yè)氣象條件、運行農(nóng)業(yè)氣象模型、繪制農(nóng)業(yè)氣象圖形(圖像、表格)、制作農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的重要基礎保障。遵循“綜合的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫、專業(yè)化的農(nóng)業(yè)氣象處理分析系統(tǒng)、多功能的圖形制作系統(tǒng)”的平臺開發(fā)要求，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺具有全程性、多時效、定量化的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測分析、預測預報功能。

（二）平臺功能

1.圖形操作。在Internet上瀏覽平臺網(wǎng)頁具有強大和豐富的圖形操作功能，OpenLayers除了可以在瀏覽器中實現(xiàn)地圖瀏覽的基本效果，如放大(Zoom In)、縮小(Zoom Out)、平移(Pan)等常用操作之外，也可以進行選取面、選取線、要素選擇、圖層疊加等不同的操作，也可以對已有的OpenLayers操作和數(shù)據(jù)支持類型進行擴充，如增加底圖類型(包括地形、衛(wèi)星、交通和空白底圖)、選擇站名、站號等信息的顯示與否。通過地區(qū)切換，可以掩膜任意市縣的底圖并進行顯示；通過IP地址識別技術(shù)可以自動定位或者手工定位；此外，還可以實現(xiàn)圖片、數(shù)據(jù)、文檔導出等功能。2.農(nóng)業(yè)氣象信息查詢與統(tǒng)計。平臺依托OpenLayers建立信息服務Web站點，并以Html Viewer方式在Web站點上發(fā)布農(nóng)業(yè)氣象查詢信息。查詢功能包括對氣象站觀測數(shù)據(jù)(常規(guī)氣象觀測站數(shù)據(jù)、農(nóng)田氣象觀測站觀測信息、農(nóng)田小氣候觀測站等觀測數(shù)據(jù))、監(jiān)測預報信息(農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警信息、農(nóng)用天氣預報信息、病蟲害監(jiān)測預報信息等)進行查詢；統(tǒng)計功能包括對單站和區(qū)域的農(nóng)業(yè)氣象信息(包括農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測信息、農(nóng)用天氣預報信息、病蟲害監(jiān)測信息等)進行旬、月、季、年和任意時間尺度統(tǒng)計。3.農(nóng)業(yè)氣象條件診斷分析。農(nóng)業(yè)氣象災害的發(fā)生、發(fā)展到消亡，影響因素是多種多樣的，各因素之間存在著相互聯(lián)系、相互影響和相互制約的關(guān)系。為了客觀定量地研究它們之間的數(shù)量關(guān)系，基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務平臺采用氣象學、統(tǒng)計學等研究領(lǐng)域的算法和模型，進行定量及定性分析，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)進行多角度分析(包括農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警、農(nóng)用天氣預報、氣象條件在線分析、農(nóng)業(yè)氣候資源、農(nóng)業(yè)氣象病蟲害監(jiān)測預報、產(chǎn)量預報等)。平臺可以提供較為準確的定量化的監(jiān)測預警預報信息，在空間上不僅涵蓋了省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)四級行政區(qū)域，而且細化到5 km×5 km的網(wǎng)格點上，精細化程度較高，具有較好的適用性。此外，平臺還支持自主構(gòu)建評價體系，對信息進行建模評價。

GIS對氣象資料的管理、查詢、制作專題圖和統(tǒng)計分析中已經(jīng)起到不可代替的作用。建設基于WebGIS的氣象服務系統(tǒng)，是適應氣象服務深入發(fā)展的需要。