一種基于WebGIS的航空氣象數據發布方法研究

作者簡介：花毓幸（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：GIS在氣象中的應用。

*通信作者：辛高森（1990— ），男，工程師，碩士；研究方向：GIS在氣象中的應用。

摘要：針對航空氣象數據發布的需求和現狀，文章提出了一種基于開源WebGIS軟件MapServer來構建航空氣象數據發布平臺的方法，利用MapFile進行文件的組織與配置，并通過OpenLayers可視化表達。該方法實現了2種常見的航空氣象數據的發布，并且可以通過網絡瀏覽器直接查看。結果表明，基于MapServer的WebGIS可以實現常見類型的航空氣象數據的發布，為未來航空氣象數據的發布提供了有效的方式。

關鍵詞：WebGIS；MapServer；航空氣象

中圖分類號：P4" 文獻標志碼：A

0" 引言

航空氣象的服務宗旨是能夠及時、準確地提供飛行所需要的各類氣象情報。在實際的業務運行中，如何切實提高航空氣象服務的準確性和覆蓋范圍，建立全面暢通的氣象信息發布通道，進一步增強用戶應對氣象條件變化的應急能力，是目前航空氣象領域的一個研究方向。眾所周知，氣象數據在本質上屬于地理空間數據，對于航空氣象數據的發布，可以嘗試采用地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的相關技術來解決。利用網絡將氣象數據實時更新和發布，形成一個網絡地理信息系統（WebGIS）。WebGIS具有開放性、互操作性、分布性以及可擴展性的特點［1］，在不同環境下，使用戶能夠忽視軟硬件平臺的差異，實現不同用戶之間的訪問、不同應用與數據源之間的通信和對分布的源數據、應用程序進行協同處理；很容易與網絡中的其他信息、服務進行無縫集成，取長補短，使用戶可以流暢地訪問WebGIS數據。WebGIS這些特點有助于實現氣象數據更快、更廣泛的發布。本文將使用開源WebGIS軟件MapServer來實現航空氣象數據。

近幾年，國內基于MapServer的研究有了較快的發展。熊靜等［2］基于MapServer建立遙感影像發布系統，給出了利用Mapserver等一系列開源軟件實現遙感影像網絡發布的框架。吳文浩等［3］采用MapServer開發出基于WebGIS的江蘇省外來森林病蟲害基礎信息網絡平臺，實現了信息查詢、空間分析、地圖標注等功能。林國忠等［4］利用MapServer建立了江西省林木種質資源信息系統，實現了林木種質資源WebGIS服務和林木種質資源維護與管理。潘明陽等［5］以MapServer為平臺，研究了基于MapFile的海圖數據訪問、制圖表達等關鍵問題。夢華等［6］通過MapServer搭建一個開源地理信息發布系統，實現了地物在不同比例尺下進行分層顯示。鑒于此，本文選定航空氣象數據中常見的閃電和雷達數據為例，利用“MapServer+OpenLayers”構建航空氣象數據發布平臺，以期能夠為航空氣象數據的發布提供一種有效的途徑。

1" MapServer與MapFile

MapServer是在20世紀90年代由美國明尼蘇達大學（University of Minnesota，UMN）自然資源學系和美國太空總署所（National Aeronautics and Space Administration，NASA）開發、提供的WebGIS解決方案，是一個免費的開源WebGIS系統，在許多開源社區和開源愛好者的支持和努力下，功能愈來愈強大。MapFile文件是MapServer的基本配置文件［7］，也是整個WebGIS系統的核心，扮演著空間數據組織者的角色，文件格式后綴為.map。

在MapFile 文件中， 包含了對數據源、使用的數據格式、用戶交互、對OGC規范的支持等的描述信息。通過MapFile文件的組織，MapServer可以直接訪問多個空間數據庫和多種格式的地圖文件（包括矢量類型和柵格類型），避免了不同數據格式轉換所造成的信息丟失。同時MapServer所訪問的數據源可以分布在不同的計算機上，MapFile文件將它們組織起來，降低了對于平臺構建所需的軟硬件要求。MapFile文件將各種地理要素組織成具有層次關系的對象系統，以圖層（layer）為單位管理多源數據，它定義了地圖要素之間的關系、繪制模式和地圖數據存放的路徑等信息［6］。MapFile的基本結構如圖1所示。

使用MapServer實現氣象數據發布平臺的搭建，MapServer系統采用3層結構［8］，所有的地圖數據和應用程序都放在服務端，客戶端只是提出請求，所有的響應都是在服務端完成。日常只需進行服務端維護，客戶端無須任何維護，大大降低了系統的工作量。其結構如圖 2所示。

2" 數據及其預處理

基礎地理數據：采用1∶1×105比例尺南通市行政邊界。

閃電數據及預處理：閃電數據采用的是閃電文本數據，利用開源GIS軟件QGIS將數據處理為shapefile格式的文件，保留時間、經度、緯度、強度、陡度、誤差、定位方式等多個字段。

雷達數據及預處理：雷達數據采用的是經過處理后的某一時期的南通市雷達數據圖像，格式為JPG圖像。采用Global Mapper軟件為其添加坐標及投影信息。

3" 氣象數據發布

3.1" 基礎底圖數據發布

本平臺的基礎底圖是南通市Shapefile格式地圖，是MapServer中使用最廣泛的一種數據，采用C#+MapScript對MapFile文件進行編輯，利用MapScript提供的豐富接口對MapFile文件的數據、樣式、顏色等進行定義。所需要使用到的接口以及相互之間的關系，如圖 3所示。

在MapFile文件中，底圖圖層類型為 “TYPE POLYGON”，長度計量單位為“UNITS DD”，標注的字體為黑體“simhei”。

3.2" 閃電數據發布

閃電需要發布的數據是點Shapefile格式圖層，同時閃電強度的大小存在正負關系，在編輯MapFile文件的過程中，為了能夠科學分類和管理閃電數據，需要使用“expression”接口將這種正負關系表現出來，選擇用紅色“+”號表示正強度，用綠色“-”號表示負強度。在MapFile文件中，圖層類型為點“TYPE POINT”，如圖4所示。

3.3" 雷達數據發布

本平臺發布的雷達數據是經過處理之后的JPG格式圖像，屬于柵格圖層，柵格數據能在MapServer中很好地支持與發布。使用MapScript編輯MapFile文件的過程中，利用layerObj定義該圖層，使用data、type、units分別定義數據、數據類型和長度單位，如圖 5所示。

在MapFile文件中確定類型為柵格數據“TYPE" RASTER” ，長度計量單位采用經緯度“UNITS" DD”。

4" 基于OpenLayers發布平臺的搭建

OpenLayers為MapServer提供了一系列實現空間數據傳輸與表達的客戶端功能，可實現MapFile文件數據的可視化、基本的地圖功能以及與客戶完成交互操作。采用OpenLayers作為客戶端，不存在瀏覽器依賴性問題，允許用戶以可傳輸的塊來編輯矢量地理數據，并具有矢量數據的渲染的功能。作為地圖瀏覽的" 客戶端，OpenLayers能提供地圖分幅和預讀取等功能，不用每次從服務器讀取新的地圖塊，大大提高了地圖的瀏覽速度 ［9］。OpenLayers中Map類是網頁中的動態地圖，它相當于一個容器，可向里面添加控件Control。Control類提供各種各樣的控件，可在瀏覽器中實現基本的地圖瀏覽和地圖數據的查詢、編輯等功能。對一些常用的OpenLayers控件項目，OpenLayers本身都封裝好了，可直接加載［10-11］。

利用OpenLayers中的加載圖層的功能，指示MapServer將2個或幾個圖層合并發布，如圖6所示，達到將不同類別氣象數據形象表現出來的功能，便于對不同類別氣象數據進行查詢。

5" 結語

通過采用WebGIS的思想與方法，可以快捷地實現航空氣象數據的動態發布，為氣象數據的發布提供了智能化、信息化的發布平臺；通過發布平臺的建立，發現利用WebGIS發布航空氣象信息能提高氣象服務的覆蓋率，建立全面暢通氣象信息的發布渠道，進而為增強應對極端天氣事件而引發的氣象災害防御和應急能力提供了一種有效的解決辦法；本文所采用的WebGIS軟件絕大多數都為開源軟件，為相關課題的研究提供了較為經濟的途徑。本文對于WebGIS的應用只是一種探索，未來對于WebGIS的研究還會不斷加深，筆者有理由相信，航空氣象有GIS的加持必將會有長遠的發展。

參考文獻

［1］王春林，黃墨燃.WebGIS幾種構造方法評價［J］.中國西部科技， 2009（25）：3-4.

［2］熊靜，張箐.基于MapServer的遙感影像發布系統的研究［J］.遙感信息，2007（1）：53-57，75.

［3］吳文浩，李明陽，何燕潔.基于WebGIS的江蘇省外來森林病蟲害基礎信息網絡平臺的開發［J］.安徽農業科學，2010（4）：2184-2186.

［4］林國忠，葉水仙，溫小榮.基于MapServer的江西省林木種質資源信息系統的設計與實現［J］.南京林業大學學報（自然科學版），2011（2）：143-145.

［5］潘明陽，高進，李超，等.基于MapFile的電子海圖數據訪問和制圖表達［J］.大連海事大學學報，2014（2）：63-68.

［6］夢華，陳圣波，張棟，等.基于開源MapServer地理信息發布實現的研究［J］.世界地質，2015（3）：848-852.

［7］謝鵬珠.基于開源WebGIS平臺的研究和基本功能實現［J］.哈爾濱師范大學自然科學學報，2021（1）：68-74.

［8］黃寧海，陳碩.基于WebGIS平臺的城市監視系統研究［J］.智能建筑與城市信息，2007（3）：8-12.

［9］李源泰，李紅波，趙俊三.開源GIS在WebGIS中的應用初探［J］.地理空間信息，2010（2）：100-102.

［10］龍云，楊平.OpenLayers開發綜述［J］.科技信息，2013（1）：104，147.

［11］楊鵬，鄒時林.基于OpenLayers的WebGIS客戶" 端的研發［J］.測繪與空間地理信息，2012（3）：131-133.

（編輯" 沈" 強）

Research of a method for publishing aviation meteorological data based on WebGIS

HUA" Yuxing1， XIN Gaosen2*

（1.Nantong Surveying and Mapping Institute Co.， Ltd.， Nantong 226006， China;

2.Qingdao Air Traffic Management Station of Civil Aviation of China， Qingdao 266300， China）

Abstract：" In response to the demand and current situation of aviation meteorological data publishing， this article proposes a method for constructing aviation meteorological data publishing platform based on the open-source WebGIS software MapServer， using MapFile for file organization and configuration， visualized through OpenLayers. This method achieves the publication of two common aviation meteorological data， which can be directly viewed through a web browser. The results indicate that WebGIS based on MapServer can achieve the publication of common types of aviation meteorological data， providing an effective way for the future publication of aviation meteorological data.

Key words： WebGIS; MapServer; aviation meteorology