移动水利信息APP模块的设计与实现

赵杏杏，张晓祥

(河海大学 地理信息科学与工程研究所，江苏 南京 210098)

移动水利信息APP模块的设计与实现

赵杏杏，张晓祥

(河海大学 地理信息科学与工程研究所，江苏 南京 210098)

研究旨在实验性地设计与开发基于手持设备操作系统iOS的移动水利信息APP模块，实现水利站网的雨情、风情和水情信息的实时查询与展示。研究从两个方面进行展开，其一是以Flex 4.6为基础开发平台，通过调用ArcGIS API for Flex 进行手持设备操作系统iOS平台下的APP模块的设计与开发;其二是借助ArcGIS Online公有云GIS平台实现水利信息的实时查询与展示。移动水利信息APP模块的设计与开发实现了水利信息的移动查询与实时获取，为管理决策提供了实时高效的信息平台。

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

雨情、风情和水情等水利相关信息是进行各项水利管理与决策的基本依据，快速准确地掌握某个地区的水利信息可以提高决策的科学性和准确性，特别是在防汛、防台、防潮等应用方面，快速的信息获取对于防灾减灾降低因灾损失方面有着重要的意义[1]。近年来，在中国已经有不少研究和应用部门在着手研制各类移动水利信息发布的应用系统[2]。以前很多水利信息发布系统特别是防汛应用系统多在计算机终端实现，并且多采用C/S或B/S架构进行信息发布[3-4]。WebGIS信息发布就是一种典型的信息发布系统，这种方法需要工作人员利用计算机终端进行信息查询、分析[4]，大大改进了水利信息的获取方式，但是这种方法对于一线水利工程技术人员仍然缺乏灵活性，在这种背景下，基于移动平台的GIS应用应运而生[5]。2004年，移动GIS和无线互联网地理服务器的集成在环境监测和管理系统中得到了普遍的应用[6]。2005年，海岸带管理和决策一体化系统中移动GIS和无线技术开始得到关注[7-8]。移动GIS技术不仅在展示水利信息如水库、水闸、监测站等水利工程信息和水情信息等包括水灾、雨情等方面有重要的作用[9]，并且使工作人员能够利用小型移动设备实时获取水利信息，增强数据的时效性和便利性。

2008年以来，以美国苹果公司iPhone和iPad等智能手机和终端的发布为标志，以及我国第三代移动通信(3G)技术的投入运营，各种移动应用在硬件设备和通信带宽方面的瓶颈逐步被打破，基于智能手机的移动应用APP模块开发获得迅速发展。APP是英文Application的简称，一般是指智能手机的第三方应用程序。比较著名的APP商店有Apple的iTunes商店，Android的Android Market，诺基亚的Ovi store，还有Blackberry用户的BlackBerry App World，以及微软的应用商城等。APP应用对于有志在移动应用领域有所表现的开发者来说，能很容易掌握开发技术，同时也能容易地将自己开发的应用安装到相应的移动操作系统平台。其中，基于Apple公司的iOS移动操作系统的APP应用最为广泛。在GIS地图应用方面，很多GIS厂商也都开放了地图应用接口(API)，比较知名的有Google Maps API以及Microsoft Bing Maps API以及ESRI ArcGIS Online等等。移动水利信息系统的应用在国内也已经有诸多应用案例，虞开森等就基于iphone的防汛掌上通平台的建设进行了实践[2]；上海、浙江也已经实验性地开发出以智能终端设备为载体的APP防汛信息系统[2,4]，在一些应用中，很多应用还扩展到实时水文模型的数据计算与模拟数据的实时获取与发布。

本次研究旨在实验性地设计与开发基于手持设备操作系统iOS的移动水利信息APP模块，实现水利站网的雨情、风情和水情信息的实时查询与展示。移动水利信息APP模块的研究采用富客户端技术(Rich Internet Applications，RIA)，通过Flex Builder 4.6与ArcGIS API for Flex的连接进行设计与实现；同时借助ArcGIS Online平台将数据库中的水利信息数据以GIS公有云的方式展示，实现水利信息的移动查询与实时展示。为了便于结果的研究与展示，研究以太湖流域为例。

1 总体结构设计

移动GIS结构与原理是移动水利信息应用程序设计与实现的理论依据[10-12]。图1是基于此设计的移动水利信息查询与展示系统的总体结构图，是本研究的整体思路。本次开发采用APP设计的3层架构，主要包括数据管理、界面设计和应用显示。数据管理是应用程序设计与实现的基础，是在开发之初进行的数据整理与准备，并将其利用ArcHydro水文数据模型进行快速建库，为移动水利信息APP模块的实现及ArcGIS Online的展示提供数据服务和框架。界面设计包括地图服务模块和业务逻辑模块，其中，地图服务模块主要是将基础地理数据和水利专题数据借助第三方平台展示，移动水利信息APP模块的开发将数据通过ArcGIS Server发布，以此服务为基础，利用现有的Web/桌面开发技能进行设计。而ArcGIS Online展示则是通过ArcGIS Online页面平台调用数据库中的基础信息，利用其提供的基础地理底图在线发布水利信息GIS服务。桌面显示则是将模块和服务在手持设备操作系统iOS上显示应用，移动水利信息APP模块需要将在桌面上设计的应用程序通过Adobe 公司出品的AIR(Adobe Integrated Runtime)打包成可以在手持设备操作系统iOS上安装的应用程序，Adobe AIR是Adobe公司针对网络与桌面应用的结合所开发出来的技术，它可以不必经由浏览器而对网络上的云端程序做控制。这样，通过简单的安装就能实现水利信息的实时查询与展示。同时ArcGIS Online展示只需在有无线网链接的手持设备上即可实现，iOS操作系统上安装APP应用软件即能调用水利信息GIS底图服务。

图1 总体结构图

数据是移动水利信息APP模块设计与开发的基础，移动水利信息系统的开发需要使用基础地理信息数据和水利专题数据。基础地理信息主要是GIS底图资料，包括GIS底图、遥感图和DEM图等。GIS底图主要是流域的一些点线面及站点等底图信息，遥感图和DEM图一般是用于防汛信息系统的地理底图。水利专题信息包括水库、堤防、蓄滞洪区、水闸、测站等水利工程信息和雨情、水情、灾情等水情信息及水利管理信息。在整理好基础地理信息和水利专题信息的基础上，利用ArcHydro水文数据模型进行建库，以便于数据的统一管理与使用，最终将这些信息通过ArcGIS Server发布或ArcGIS Online展示，在移动GIS平台中分类、分层次、分区域展示。这3层架构之间是通过GPRS/WLAN/3G等无线网络进行数据的更新与传递的。

2 技术平台介绍

2.1 开发技术

本次开发所用的富客户端应用(RIA)技术和传统的Web应用类似，但RIA在某种程度上却颠覆了传统Web应用的理念和设计。为了能提供客户端更优秀的表现和交互能力，RIA一般会在客户端添加一个引擎，这个引擎和Java虚拟机的作用很相似，RIA会在这个引擎中运行所有编译过的脚本及相关的资源。通过这个引擎的中介作用，把传统Web应用中很多在服务器上执行的功能转移到了客户端。一方面减轻了服务器的压力，另一方面也提高了客户端的处理和交互能力。RIA技术的这种通用性和功能转移给水利信息查询系统由桌面移植到手持设备操作系统iOS提供了很大的方便。

2.2 开发平台

本次开发主要是借助ArcGIS API中的Flex平台，进行水利信息APP模块的设计与开发，并最终将程序移植到Adobe AIR中，打包成能在手持设备操作系统iOS上安装的应用程序，主要使用的软件有ArcGIS Server 9.3/ArcGIS Online、Flex Builder 4.6、ArcGIS API for Flex、Adobe AIR等(见表1)。其中ArcGIS Server 9.3是发布企业级GIS应用程序的综合平台，ArcGIS Online是GIS公有云平台，它们主要是提供创建和配置GIS应用程序和服务的框架，借此将数据库中的地理信息数据和水利专题数据以地图图层的形式发布；Flex Builder 4.6是目前最为流行的RIA技术，包括Flex 4.6 SDK和Flash Builder 4.6两个部分，应用中主要是利用其中引入的移动优化组件和移动优化应用程序框架，利用现有的Web/桌面开发技能来创建能部署于Apple iOS的移动水利信息应用程序；ArcGIS API for Flex是ArcGIS在RIA领域的第一个产品，主要是开发运行于浏览器中的Web应用或运行于桌面的AIR应用，基于ArcGIS Server的REST接口，可以非常便捷地使用地图功能和REST接收提供的GIS查询及分析功能，利用其中封装的类和功能，实现移动GIS应用；Adobe AIR是针对网络与桌面的应用的结合所开发出来的技术，可以不必经由浏览器而对网络上的云端程序做控制，允许利用现有的Web开发技能优势，建立和配置跨平台的桌面RIA应用，通过Adobe AIR将在Flex 4.6开发的水利信息系统打包成需要的移动应用程序。

表1 开发平台及功能描述

3 APP系统功能设计与实现

移动水利信息APP系统主要是实现水利站网的雨情、风情和水情信息的实时查询与展示。主要设计了通用模块和业务平台两个功能模块，如图2所示。

图2 功能设计图

3.1 通用模块

通用模块为实现业务功能提供了一些与业务无关的通用功能，是实现地图操作与业务平台的基础[9]。通用的基础工具主要包括地图的漫游、拉框放大、拉框缩小、前一视图、后一视图、全图等，是每一个地图操作系统都应该具备的功能。它方便用户进行地图的浏览，提升用户与地图的交互体验。

ArcGIS API for Flex的Map控件本身通过鼠标滚轮的滑动就能将地图进行放大或缩小，但是局限是操作对象始终是整个地图，而使用中往往需要对某个指定的目标对象进行放大或缩小。本研究使用的是其中的Navigation工具。Navigation工具并不是一个工具条，而是将漫游(Pan)、拉框放大(ZOOM_IN)、拉框缩小(ZOOM_OUT)、前一视图(zoomToPrevExtent)、后一视图(zoomToNextExtent)、全图(zoomToFullExtent)进行了绑定。最终通过Flex中的ToggleButtonBar作为宿主调用这些功能。

3.2 业务平台

业务平台由各种业务查询和分析模块组成。按照组件调用标准，业务层接受表现层的调用请求，调用或者启动相关的业务模块或通用模块进行处理，并将结果返回给表现层。根据实际应用需要，主要分为信息查询和信息分析两部分。

信息查询功能是水利信息APP模块的基本功能，也是模块的核心所在，主要包括空间查询和属性查询两个方面。

空间查询主要是查询搜索指定的水文站和雨量站等水利信息站，实现快速的查找与定位。属性查询也就是信息查询，即获得指定的水文站、雨量站的属性信息，方便使用者查找实验区的水利信息，以及时对水利水位信息进行分析研究。图3是空间查询的一个界面显示，使用者只需在查询窗口中输入站点名称，系统就能定位显示该站点。图4是属性查询的界面显示，用户只需在屏幕上点击相应的站点，就能弹出该站点的信息窗口。空间查询与属性查询的结合方便了水利信息的移动访问，极大地提高了信息的访问效率。

图3 空间查询

信息分析功能主要包括雨情、水情、风情的数据分析以及台风路径和防汛预警等辅助功能。雨情分析是指同步展示各雨量站的实时降雨信息，通过与后台数据库的连接，以及对测站数据进行分析处理，按照1 h，3 h，6 h，12 h，24 h时段范围和小雨 、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨的降雨量标准分类列表展示各雨量站实时降雨量即雨量等级；水情分析是指各水位站点的水位信息分析，主要是通过与数据库结合并对测站数据分析处理，列出各站点的警戒水位、水位时间及水位值；风情分析则是按照各站点的不同风级将其用不同的颜色进行区分，以显示警戒作用；台风路径是利用Google地图API的接口技术，结合互联网的Google map电子地图，以点线方式在地图上展示台风的移动轨迹和预计移动方向；防汛预警则是将暴雨预警信息分蓝、黄、橙、红4种颜色表示，传递的是一种防汛常识。信息分析功能是对信息查询的扩展，在流域的防汛、防洪、防潮等方面具有重要的意义。

4 ArcGIS Online信息发布

ArcGIS Online是一个面向全球用户的公有云GIS平台，包含了全球范围内的底图、地图数据、应用程序以及可配置的应用模板和开发人员使用的GIS工具和API，可用于创建Web地图、发布GIS服务、共享地图、数据和应用程序，以及管理组织的内容和多个用户。

借助ArcGIS Online云服务，将数据库中的基础信息调用到地理底图上，即将水利信息地图化，这样就创建了属于自己的私有云，实现了水利信息的数据共享。用户只需在手持设备操作系统iOS上安装ArcGIS，就能调用水利信息地图服务，并能实现各站点信息的查询(见图5)。随着近年来全国暴雨、洪水现象越来越多，通过ArcGIS Online平台实时快速获取各流域的雨情、风情、水情等信息，能有效地防灾减灾，降低因灾损失，这也将是后面研究的重点。

ArcGIS Online的出现为广大GIS用户提供了全新的GIS应用模式，方便了用户的使用，与移动水利信息APP模块起到了相辅相成的作用。

5 结束语

本研究对基于手持设备操作系统iOS的移动水利信息APP模块的设计与实现进行了初步尝试。通过设计与开发，实现了基于手持设备操作系统iOS的移动水利信息APP模块及ArcGIS Online公有云平台的水利信息移动展示，将移动GIS结构与原理更好地应用于水利站网的雨情、风情和水情信息的实时信息查询、信息分析与信息展示模块，为水利信息的管理决策提供了实时高效的信息平台,同时也促进了水利信息的现代化发展。

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[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

[责任编辑：刘文霞]

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

国家自然科学基金资助项目(41201394；41201117)

赵杏杏(1989-)，女，硕士研究生.

TV213.4

：A

：1006-7949(2014)07-0046-05