基于WebGIS技术开发浮标综合管理平台系统的研究

任品德，牟 健，姜 峰

（国家海洋局南海分局，广东 广州 510300）

基于WebGIS技术开发浮标综合管理平台系统的研究

任品德，牟 健，姜 峰

（国家海洋局南海分局，广东 广州 510300）

根据浮标综合管理平台系统建设的实际情况，从需求分析、系统结构设计、数据建模以及实现技术等几个方面，详细介绍了基于WebGIS技术开发接收浮标数据、存储浮标数据、多媒体查询及展示浮标数据的综合管理平台系统。在建设过程中，采用浮标数据中心数据库、GIS信息数据库、浮标数据展示3个组成部分进行系统软件设计，提高了系统的可维护性。采用关系型数据库来进行数据的存取，解决了各种浮标格式不统一的问题，使查询变得更为方便；利用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL来开发WebGIS，实现了电子海图的漫游、数据查询以及数据统计结果输出；通过这个平台系统，可以自动化、多功能、大容量、形象化地展示及查询浮标的各种数据。

WebGIS技术；浮标；综合管理平台

我们居住的地球，陆地面积只占其表面积的29.2%，其它都是浩瀚的海洋。海洋不但有无尽的资源，而且对地球的环境有着重要的影响。随着科学技术的进步。海洋已经成为人类活动的重要空间。进入21世纪以来，世界各国纷纷加大了对海洋研究和开发的投入，开发和利用海洋具有非常重大的意义。因此，21世纪被人们称为海洋的世纪[1]。

随着人类对海洋的开发利用，海洋受人类活动的影响也越来越明显，由此形成的海洋灾害也越来越严重。海洋资料浮标是世界各国海洋环境监测与海洋灾害预报的主要手段之一，它具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点，是其它海洋监测手段无法替代的[2]。我国海洋资料浮标技术的研究与发展是从20世纪70年代起步的。在国家海洋局的大力发展下，经过几十年的努力，不断研究与提高，有力地推动了浮标事业的发展。到目前为止，在我国北海、东海、南海3个海域锚位常年工作的资料浮标已经有大、中、小型20多套，初步改变了我国海洋资料浮标的落后面貌，为我国海洋环境监测网和海洋灾害预报网的建设奠定了基础。但传统的浮标资料工作模式为：岸站接收到卫星传输的浮标数据后，通过RS232串口把数据传输到专门的浮标接收电脑中，由专门的接收程序进行接收，其数据存储在相应的数据库中。这种传统的工作模式存在着明显的不足：每套浮标都是单独地接收、存储数据，不能把整个浮标监测网的数据整合，无法为GIS应用平台提供数据支持，不便于数据查询和使用，已经无法满足当今社会信息化、网络化工作的需要。而基于WebGIS开发的综合管理平台系统就可以同步迁移数据，把数据存放在统一的数据库中，作为数据中心，提供给各种的前台应用[3]。

1 WebGIS技术简介

GIS技术经过数十年的发展，已逐渐成熟和稳固。GIS技术已深入到各行各业。GIS技术的应用日趋广泛，已成为城市规划、设施管理和工程建设等领域的重要工具。GIS技术已被公认为21世纪的支柱产业。而且随着网络的产生和迅猛发展，使GIS技术也踏上网络的列车。随着人们对GIS技术应用的需求，利用网络技术在WEB上发布和出版GIS信息，以供用户浏览、查询并获取所需的空间数据和应用，是GIS技术发展的必然趋势；网络技术的迅速发展为GIS技术提供了一种崭新而又非常有效的地理信息载体，使得在因特网上实现GIS技术应用日益引起人们的关注，GIS技术和网络技术的融合，正逐渐形成一种新的技术，而这种新技术就是WebGIS。

WebGIS的最终目标是实现GIS技术与Web技术的有机结合，也就是将GIS融入Web。从Web的任意一个节点上，用户使用浏览器(如IE)就可以浏览WebGIS站点中空间数据、制作专题地图，进行地理信息的空间查询、空间分析，甚至预测和决策，从而给Web的信息发布加上了GIS这一直观工具，使人们通过Web浏览查询信息更加方便，也使GIS的功能通过Web得到普及和扩展，使基于GIS的空间信息系统真正成为可操作、实用化和可共享的技术系统。与一般基于因特网的信息系统相比，WebGIS的最大特点是在空间框架下实现图形、图像数据与属性数据的动态连接，提供网上可视化查询和空间分析功能。与传统GIS相比，WebGIS将屏蔽硬件、操作系统、网络和数据库的差异，达到不同应用和数据源之间的互相操作，提高计算机系统的开放性，强化多元数据的共享与综合，展示不同层面上数据之间潜藏的信息，使空间数据和地理模型有可能在全球范围内共享，从而为数据系统的科学研究提供一个功能强大而又方便有效的途径[4]。

2 浮标综合管理平台系统总体架构

该系统由浮标数据中心数据库、GIS信息数据库、基于WebGis的浮标数据展示系统3个主要部分组成，如图1所示。

整个浮标综合管理平台系统从数据接收到用户使用，分为浮标数据采集层、数据存储层和数据展示层3个大的层次。每一个层都经历一个“应用需求一应用开发一应用实现”的开发链。这就需要我们对每一个层的每一个环节进行开发，从而实现整个数据体系的建立。数据采集层主要通过卫星采集浮标的原始数据；数据存储层主要是把采集到的原始数据经过一定的加工步骤后统一格式存储在统一的数据库中；数据展示层主要通过网络提供给用户一定的功能实现支持，使用户具有更多的网络交互和使用能力，给用户以更多的应用空间。上述3个层次的服务不是彼此割裂的，而是彼此之间有着密切的联系，其实现难度也会随层次的提升而加大。

图1 系统总体架构图

2.1 浮标数据中心数据库

浮标数据中心数据库采用1台数据库服务器，该服务器采用JAVA语言编写采集程序，通过定时触发的方法，将原始数据接收机采集到的浮标原始数据同步采集到数据库中，并经过一定的加工步骤后统一格式存储在统一的数据库中。采集程序满足采集同步延时不超过1 min；采集同步过程可靠，保证数据的一致性；遇到采集过程出现异常情况，监控平台会自动报警，并自动进行重新采集。

浮标数据中心数据库采用关系型数据库，以Oracle 10g数据库作为核心数据库，为所有应用提供数据库支持。Oracle 10g数据库的特点是读写性能高、数据量大、可以支持GIS，在性能、安全性、稳定性等方面非常适合浮标数据中心数据库的应用。在数据库中把浮标数据分成11种类型，分11张表进行存放。经过对浮标数据进行分析研究后，对数据库中的表制定合理的分区方案，并统一存储格式。数据进行合理的分区后，数据查询的速度可以大幅度增长。11张表分别为状态表、波浪表、海流表、气象表、风况表、水质表、加密要素表、气压表、气温表、雨量及能见度表和水温表。

对于浮标这么重要的数据，需要对其进行备份。浮标数据的备份采用了2层备份，第1层存放在原始数据接收机里，第2层存放在数据库服务器里；即浮标数据有2处存放，且地点隔离，在故障时，可以进行备份恢复。所有数据存放的磁盘均采用RIAD1磁盘镜像技术，进行100%的备份。通过2层数据备份+RIAD1磁盘镜像技术+地点隔离的数据备份方案，浮标数据得到很好的保护，既防止了由于机器故障导致的数据丢失，也防止了由于火灾等事故导致的数据丢失，同时还防止了因磁盘损坏导致的数据丢失。

2.2 GIS信息数据库和基于WebGIS的浮标数据展示系统

WebGIS信息系统采用OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL进行开发。OPENLAYER是WebGIS信息系统的展示层。OPENLAYER是由MetaCarta公司开发的，用于WebGIS信息系统客户端的JavaScript包，通过BSD License发行。它实现访问地理空间数据的方法都符合行业标准，比如OpenGIS的WMS和WFS规范。OPENLAYER采用纯面向对象的JavaScript方式开发，同时借用了Prototype框架和Rico库的一些组件。OPENLAYER所能够利用的地图数据资源丰富多彩，在这方面提供给较多的选择，比如WMS，WFS，GoogleMap，WorldWind等。

GEOSERVER是WebGIS信息系统应用服务器。WebGIS信息系统是OpenGIS Web服务器规范的J2EE实现，利用GEOSERVER可以方便地发布地图数据，允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作，通过GEOSERVER可以比较容易地在用户之间迅速共享空间地理信息。GEOSERVER主要特性包括：兼容 WMS和 WFS特性；支持 PostGIS，ArcSDE，Oracle，MySQL，MapInfo等等；支持上百种投影；能够将网络地图输出为jpg，gif，SVG等多种格式；能够运行在任何基于 J2EE/Servlet之上；嵌入MapBuilder支持AJAX的地图客户端。

ORACLE/MYSQL负责存储地理信息数据。Oracle是第1个基于SQL标准的数据库管理系统，同时该数据库也是第1个以SQL为基础的关系型数据库管理系统。该系统可以支持多用户、大事务量的事务处理；数据安全性和完整性控制强；支持分布式数据处理；可移植性、可兼容性和可连接性高等特点。地理信息数据在GIS软件中是按照图层来分类存储的，和数据相对应的属性数据是以关系数据的形式存储的，数据有多少个属性，对应的表就有多少个相应的字段。而在ORACLE/MYSQL数据库中，一个图层可以放在一个表中，包括图层所具有的属性数据与地理信息数据，属性数据的存放形式基本不变，分布在相应的字段中。

3 应用实例

根据OPENLAYER+GEOSERVER+ORACLE/MYSQL的组合开发方案，进行开发基于WebGIS的浮标综合管理平台系统。由于是基于Web的B/S结构，不需要安装专用的程序，只用通过浏览器即可登陆该管理系统实现数据查询、数据统计，并形成各种图、表，如图2、图3所示。

通过Web的B/S结构，既简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，还能实现不同的人员从不同的地点以不同的接入方式访问和操作共同的数据库，且能有效地保护数据平台和管理访问权限，保障了服务器数据库具有很高的安全性，查询系统结构如图4所示。

图2 显示1个浮标详情

图3 柱状统计表

图4 查询系统结构示意图

4 小结

WebGIS作为GIS与因特网技术的有机结合，为海洋空间信息的组织、利用和共享提供了一种有效机制。本项研究在这方面做了一些工作，从系统的整体设计架构入手，逐步分而治之，细化每个子系统，分别对系统架构、浮标数据的采集、浮标数据采集的监控、数据库选型和数据库设计、数据存储和备份、浮标综合展示平台功能等方面进行技术分析，使该系统充分利用现有资源，并结合实际情况，降低总体成本和日后维护成本。该系统设计完善强大、易于维护、操作简单，功能丰富，以现有的网络技术为基础，选择适当的网络集成方案，开发了海洋浮标综合管理的WebGIS应用系统，为各类海洋浮标数据的存储和共享提供了平台；本项研究借用了WebGIS的空间显示和查询功能，在此基础上进一步开发和定制，实现了浮标数据库系统中可视化查询的功能模块。此外，由于GIS系统具有独特的空间地理分析能力，利用该技术可对接收到的各种浮标数据源进行空间地理分析，把以点为单位的数据源进行符合统计学的科学分析统计并应用发布，为各相关部门提供科学的参考依据，并为领导决策层和指挥部门提供辅助决策支持。

[1]冯士筰,李凤岐.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社,1999:5-6.

[2]侍茂崇,高郭平,鲍献文.海洋调查方法[M].青岛：青岛海洋大学出版社,2000:192-193.

[3]王军成.国内外海洋资料浮标技术现状及发展[J].海洋技术,1998,17(1):9-15.

[4]刘振民,章任群.WebGIS技术在海洋信息共享中的应用[J].海洋技术,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

国家高技术研究发展计划 （863计划）重大项目资助（2008AA09A401）

任品德（1982-），男，工程师，硕士，主要从事海洋环境信息系统建设、海洋资源开发和环境保护等研究工作。电子邮箱：renpinde@163.com

牟健（1979-），男，工程师，硕士，主要从事海洋仪器设备的系统集成和维护工作。电子邮箱：moujianxiaoshe@sina.com