北海区海洋环境监测多源数据分析系统研究_靳熙芳

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1、科 技信息 2011 年 第 5 期SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION0 引言海洋环境监测数据动态集成与分析系统的设计目标是实现多源 、多类型 、多时效监测数据及预报信息的实时空间可视化显示 。 数据集成子系统负责海洋环境数据的初始化分析整理 ， 而基于 Web 的分析展示则由数据分析子系统完成 。海洋环境监测多源数据分析系统负责将基础地理信息与数据集成子系统动态集成的属性数据进行动态关联 ，并将各种组合信息制作成服务进行发布 ，最终实现基于 WebGIS 的海洋环境监测信息的可视化 。 数据分析子系统与数据集成子系统之间的逻辑关系如图 1 所示 。图 1 数据集

2、成子系统与数据分析子系统逻辑关系图1 海洋环境监测多源数据分析系统设计1-3海洋环境监测多源数据分析系统主要是指对实时多源的海洋环境监测综合信息数据的动态分析研究 ，主要包含三大模块 ：实时监测信息空间可视化模块 、监测要素数据分析模块 、数值预报信息可视化模块 。 多源数据分析系统组成示意图如图 2 所示 。图 2 多源数据分析系统组成示意图11 实时监测信息空间可视化模块系统利用 WebGIS 创建浏览器模式下的北海区基础地理信息 ，并在此基础上根据相关资料创建各海洋环境监测点的数据层 ，并将从数据库提取的海洋监测要素数据叠加于该基础地理数据层之上 ，赋予其监测点的空间位置属性 ，使监测数

3、据与监测位置相关联 ，使最终用户能更直观的了解到整个海洋环境的变化情况 ，并利用实时监测数据实现海洋监测数据的动态分析以及空间可视化显示 。12 监测要素数据分析模块针对海洋环境监测多源数据集成系统实时接收的海洋环境监测要素数据 ，一方面利用 OpenGL 绘图编程接口 ，实时绘制监测要素 24小时变化曲线 ，另一方面 ，采用数据视图展示集成系统对监测要素质量控制结果 ， 为预报员提供分析监测要素变化规律和趋势的宝贵资料 。13 数值预报信息可视化模块采用 WebService 技术发布风暴潮预报 、 气温预报等数值预报服务 ，提供对单独每个时刻数据的查询浏览 ，以及对历史数据进行动态播放 ，

4、实现基于 WebGIS 的数值预报信息发布功能 。2 海洋环境监测多源数据分析系统实现4-52.1 基于 Web 的空间可视化模块基于 Web 的空间可视化模块主要实现两部分功能 ： 第一部分实现基于 Web 的基础地理信息可视化 。 第二部分研究空间属性信息动态关联算法 ， 实现 Web 方式下监测预报信息的实时在线可视化刷新功能 。211 基于 Web 的基础地理信息可视化基于 Web 的基础地理信息可视化一方面通过研究基本的 WebGIS 功能实现示范海区的基础地理信息在 Web 上的可视化 ， 另一方面通过创建基于瓦片的地图服务实现了对示范海区基础底图的快速访问 。1）WebGIS 基

5、本功能的实现基本 GIS 功能使用户能够对系统进行基本的 GIS 操作 ，为海洋数据的管理提供辅助支持 。 ArcGIS Server 开发平台通过 Server 类库和GISClient 类库实现 Web 方式下的 GIS 数据访问和操作 。本系统中涉及的 WebGIS 基本功能包括 ：地图导航 ：包括放大 、缩小 、前一视图 、后一视图 、全图 、漫游功能 ；图层控制功能 ：包括底图切换 、图层显示选择 、图层加载功能 。 其中 ，底图切换是指为方便用户操作 ，通过设置操作按钮使海图仅在遥感影像图和行政区划图之间进行相互切换显示 。 图层控制是指用户可以隐藏或显示底图数据图层之外的各个海洋

6、信息图层 ；图层加载功能是指加载本地 shp 格式数据 。自定义图层 ：用户可以在底图上自定义绘制点 、线 、面及标注 ，同时 ，可以自定义设置图层的透明度显示 。辅助工具 ：提供长度和面积测量工具 ，提供通过属性和地理位置查询要素的功能 ，同时书签工具提供记录并快速定位到当前保存工作视图的功能 。2）基础海图的快速访问技术传统的 WebGIS 是实时请求地图服务器传输地图的 ，反映了地图的现时性 ；而基于地图瓦片服务框架首先预生成规矩的瓦片地图存储于硬盘目录下 ，地图以链接图片的方式快速定制 。 例如在 Google 地图中 ，地图数据由大量的正方形图片组成 ，共有 18 级缩放比例 ，每个

7、地图图片都有坐标值 ，由 X 和 Y 值构成 ，比例因子 Zoom 取值范围是 (017)，操作地图滑竿显示更大比例尺地图时 ，图片的数量发生裂变 。 两种模式在请求及响应的速度方面有明显的差异 ，基于地图瓦片服务框架的响应速度要快于传统的 WebGIS， 同时对地图服务器的负载也相对较小 。系统通过对底图服务创建缓存的方式动态改进客户端用来显示复杂地图所花费的时间 ，解决底图数据快速访问的技术难题 。 首先 ，服务器端将地图设定为多个比例尺 ，对于每个比例尺提前将地图分成若干小图片 ，客户端请求时不再需要由服务器动态创建渲染图片 ，而是直接获取需要的小图片拼接成地图进行显示 。 这种数据提供

8、方式下 ，客户端使用缓存地图服务获取和显示地图时仅仅受到带宽限制 ，解决北海区海洋环境监测多源数据分析系统研究靳熙芳 王 硕（国家海洋局北海预报中心 山东 青岛 266033）【摘 要 】 本文试探性地研究利用 WebGIS 创建浏览器模式下的北海区基础地理信息 ， 并将从数据库提取的监测数据与基础地理信息叠加 ，使监测数据与监测位置相关联 ，并将各种组合信息制作成服务进行发布 ，最终实现基于 WebGIS 的海洋环境监测信息的可视化 ，使最终用户能更直观的了解到整个海洋环境的变化情况 。【关键词 】海洋监测 ；数据分析 ；空间可视化 ；数值预报本刊重稿 5科 技信息SCIENCE & TEC

9、HNOLOGY INFORMATION2011 年 第 5 期科了传统地图获取渲染方式下需要牺牲图像质量来换取显示的难题 。212 监测信息在线更新功能监测信息在线更新功能涉及以下几步流程 ：首先 ，系统通过 Web服务的方式分别从基础地理数据库和集成数据库中获得监测空间信息和实时监测属性信息 ，之后通过空间属性信息动态关联算法将监测点位置与属性进行动态关联 ，在客户端对关联新属性的监测点图层进行刷新显示 。通过以上数据流程分析 ，监测信息在线更新功能的实现主要包括创建数据获取服务和空间属性信息关联算法研究两个关键点 。1）数据获取服务系统通过 WebService 的方式从服务器获取数据 ，

10、 并将数据转化成字节流进行序列化传输 ，在客户端通过反序列化方法将查询数据转换到 DataSet 中 。其中 ，服务器端监测站属性数据获取服务定义如下 ：WebMethod(EnableSession = true, Description = 获取站点属性数据 )public byte GetStationFieldData(string pstation,string pdate)StationFieldDataManager StationFieldDataManager =GetStationFieldDataManager();/定义数据站点数据库逻辑管理对象 （单例模式 ）Data

11、Set vDsFieldData = StationFieldDataManager.GetStationFieldData (pstation, pdate);/获取某日期站点监测属性数据return Serializer.ByteSerialize(vDsFieldData);/将结果数据序列化2）空间属性信息关联算法海洋站和浮标数据具有实时变化性 ，需要和服务器建立 Socket 连接 ，从服务器向客户端 “推送 ”数据 ，构建真正的实时监控平台 ，当我们接收到数据 ，从而需要更新某个对象 （如浮标 ）的地理位置和属性信息时 ，首先需要从一个 GraphicLayer 上获得那个特定的

12、Graphic。 由于所有 Graphic 都是 GraphicLayer 的 子 对 象 ， 因 此 ， 我 们 可 以 通 过GraphicLayer 的 getChildAt 或 getChildByName 方法来获取一个Graphic。 更改这个 Graphic 的地理位置和属性信息 ，信息更新后 ，这个Graphic 会自动重绘到新的位置 。2.2 监测要素数据分析模块监测要素数据分析模块主要实现两大功能 ：实时绘制监测要素变化曲线功能和监测要素质量控制结果分析功能 。221 监测要素变化曲线绘制监测要素变化曲线绘制功能的实现分为以下几步流程 ： 首先 ，通过 OpenGL 绘图编

13、程接口绘制要素显示坐标网格 ，之后通过 Web 服务从集成数据库中获取某日期的监测要素数据 ，最后将查询结果集按照要素值相对于 XY 坐标的比例将要素变化曲线绘制到坐标域中 。某站点监测要素变化曲线绘制结果如图 3 所示 。图 3 监测要素变化曲线绘制结果222 监测要素质量控制结果分析数据集成系统中的实时监测数据经过质量控制之后均被附加质量控制标记 ，本功能将质量控制后的结果数据按照颜色分类方式显示到 GridView 控件中 ，供预报人员分析查询 。质量控制结果分析的数据流程如图 4 所示 。监测要素质量控制分析显示功能实现如图 5 所示 。2.3 数值预报信息可视化模块数值预报的格点数据

14、是经过数值模拟运算后的数据群 ，由于数据的庞大造成实际使用中的不方便 ， 由于数值预报产品的这种特殊性 ，传统的数值预报一般以图片动画的方式在 Web 页面上进行显示 。 本系统中 ，大数据量的格点数值预报产品被预处理为系统默认的 Shp 格式数据存储到数据库中 ，从而轻松实现了基于 WebGIS 的显示更新 。数值预报信息可视化模块实现如图 6 所示 。图 4 监测要素质量控制结果显示流程图图 5 监测要素质量控制分析显示功能截图图 6 数值预报信息可视化3 本文小结本文研究的基于 Web 和地理信息的数据分析技术主要是指在浏览器模式下对实时多源监测数据的动态分析研究 ，它除了包含在浏览器模

15、式下的数据查询 /报表 、监测要素数据的质量控制 、时间序列监测数据曲线显示以外 ，还包含基础地理信息可视化 、多源监测数据与地理信息的叠加显示以及监测数据的动态分析显示等 ，使最终用户能更直观的了解到整个海洋环境的变化情况 。【参考文献 】1苏奋进 ，周成虎 ，杨晓梅 ，等 .海洋地理信息系统关键技术基础研究 .海洋学报 ，2004,26（6）：21-282Wright D J.Coastal mapping and charting.Geospatial Solutions,2004,14 (9):20-213Wright D J,BARTL ETT D.Marine and Coasta

16、l Geographic （下转第 15 页 ）本刊重稿 6科 技信息 2011 年 第 5 期SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION（上接第 6 页 ）Information System M. London:Taylor &Francis,1999,16(10)：205-2064苏奋进 ，杜云艳 ，裴相斌 ，等 .中国数字海洋构建基准与关键技术 .地球信息科学 ，2006，Vol.8，No.1：12-155陈奎英 .兴海强国 ，加强海洋信息化建设步伐 .海洋信息 ，2004,17：6-8作者简介 ：靳熙芳 （1981），女 ，中国共产党党员 ，2006 年 7 月参加工作 ，浙江大学 ，软件工程硕士 ，国家海洋局北海预报中心 ，工程师 。基金项目 ： 国家海洋局 2009 年度青年海洋科学基金资助项目 2009601“海洋环境在线监测数据动态集成与分析技术研究 ”。责任编辑 ：张慧 科医学生就业现状分析与对策探讨综述张明霞（西安