歷史水旱災害信息系統的設計與實現 張偉兵 蘇志誠 呂 娟 |
【內容提要】為使珍貴的長系列的水旱災害信息發揮應有的社會效益和經濟效益，運用基于MapXTreme的WEB/GIS技術建立起長序列水旱災害信息系統，使之為科研及水利規劃服務，并向公眾開放，為國家的防洪減災方針政策研究、流域規劃制定和開展水旱災害保險等多方面的需要，提供公益性的服務。 【關鍵詞】WEB/GIS歷史水旱災害信息系統 1．前言 隨著信息時代的到來，對于地理信息的發布提出了新的要求，地理信息上網作為一種資源共享的形式，變得越來越重要，因此，基于Internet/Intranet的WEB/GIS已經逐漸成為地理信息發布技術發展的趨勢。WEB/GIS是利用互聯網技術（WEB）對地理信息系統（GIS）功能進行擴展和完善的一種新技術，它是地理信息系統技術與互聯網技術相結合所產生的一種新的技術方法。我們可以利用互聯網獲得所需要的各種地理空間信息、屬性信息、圖形和圖像信息，同時可以對其進行地理空間分析，從而獲得更加全面、直觀、有效的綜合信息。本文主要討論基于WEB/GIS的MapXtreme以及中間件的水旱災害信息系統的設計和實現。 中國是世界上擁有水利歷史和水旱災害文獻檔案資料最豐富的國家，其歷史之長、價值之大是各國難以企及的。中國水利水電科學研究院是我國唯一的歷史治水文獻圖書、洪水和水災檔案收藏中心，已有60多年的收藏歷史。藏書種類包括國家有關水利的政書、檔案、叢書、類書、照片、報紙，范圍涵蓋我國七大流域。1954年長江大水之后，在水利部的部署下，有20多人到故宮博物院工作兩年，從清代奏折中整理出七大江河水旱災害檔案10萬多件，總字數1億之多，是最具系統性的珍貴原始資料。這些資料潛在著巨大的社會效益和經濟效益，資料上網并充分發揮作用對于推進我國國民經濟發展具有重要意義。本系統水旱災害信息主要來自中國水利水電科研究院圖書館和水利史研究室資料庫收藏的水旱災害檔案，此外，還將在分散于國家和地方圖書館、各流域機構的治水文獻及檔案中采集。通過專家對采集到的資料進行篩選、鑒定和校勘，建立歷史洪澇旱災基礎數據庫，進而開發和建設具有多種查詢功能的信息系統。 基于WEBGIS技術發展的新趨勢，讓水旱災害信息更廣泛地服務于社會、服務于防洪抗旱減災事業，根據水旱災害信息的特點，實現長序列水旱災害信息按流域查詢、按行政區查詢、按年代查詢以及組合查詢等。同時，根據信息的系統性、完整性特點實現各類專題圖查詢，如歷年災情分布專題圖、災害頻率專題圖等。 2．基于MapXTreme的水旱災害信息系統的設計 2.1 MapXtreme應用程序的工作原理 MapXtreme系統主要有三個層次組成。頂層是Internet技術，在這一層中，采用了成熟的TCP/IP、WEB等技術和CGI、HTML等標準，保證了其標準性、開放性和先進性。底層是圖形平臺Mapinfo Prefessional和基于ActiveX（OCX）的MapX控件技術。位于兩者之間的MapXtreme，作為服務器端的新一代地圖應用服務運行模式，采用了內置開發工具、進程調度器、分布應用模式等所種新技術。MapXtreme基本上不改變服務器端原有的GIS系統函數，幾乎承擔了所有的操作、分析。該運行模式有利于充分利用服務器資源，發揮服務器的最大潛力。 當用戶在客戶端進行相應的地圖操作后，客戶端瀏覽器便向WebServer發出一個HTTP請求，遞交Form表單。ASP腳本語言應用程序則根據提交表單的信息，判斷用戶的地圖操作請求類型，并對MapXtreme地圖應用服務器的Map引擎進行訪問。Map引擎進行相應的空間分析和處理后，便將處理結果以位圖（.gif，.jpg，.Png等）的形式傳遞給Web Server，Web Server再將此位圖文件嵌入到HTML頁面中并返回到客戶端的瀏覽器上。
MapXtreme的這種B/S應用程序的工作過程，實際上就是用戶瀏覽器與應用服務器之間通過靜態或動態的WEB頁面進行信息交互的過程�，F在MapXtremefor Java2.0以上版本除了可以將處理結果以位圖的形式嵌入到HTML頁面中，傳遞到客戶端瀏覽器之外，還可以將MapXtreme地圖應用服務器的處理結果直接以矢量圖的形式傳遞到客戶端瀏覽器中。這樣用戶在客戶端瀏覽器上對空間地圖的操作將具有更大的靈活性。這種瀏覽器/服務器（Browser/Server）模式的優點是：由于用戶端所需軟件只是一個簡單的瀏覽器，用戶基本上無需培訓，用戶端軟件也無需維護；軟件的升級與修改只在服務器端進行，對用戶透明；服務器與瀏覽器可處于不同的操作系統平臺。圖1為MapXtreme的系統工作模式。 MapXtreme支持多種應用程序開發方式。用戶在安裝了MapXtreme之后，便獲得了由Mapxtrme提供的多種開發工具，其中ASP（Active Server Pages）及HAHTsite是MapXreme支持的兩種最常用的開發方式和環境。其實其它任何支持服務器端Activex控件的開發環境都可以用來開發MapXtreme的應用程序。另外，MapXtreme For Java版還支持UNIX平臺上Java語言的開發方式。 2.2 系統結構設計
圖2 MapXtreme應用模型結構框架 如圖2所示，系統采用三層的B/S結構，用戶層負責數據的可視化顯示和用戶交互，用戶只需要WEB里瀏覽器，就可以向網絡中的服務器發布請求，實現各種所需的操作。業務層主要由MapXtreme For NT和IIS實現，可以實現大量的數據分析工作。數據層采用MS SQL Server2000和Mapinfo的數據格式，其任務是接受服務器對數據庫操作的請求。 2.3 系統功能需求設計 本系統應用WebGIS技術，將全國長序列歷史水旱災害信息實現網絡發布，為公眾、管理以及科研部門了解和應用歷史水旱災害信息提供服務。我們站在用戶使用需求的角度，根據歷史水旱災害信息的分類不同，系統設計了不同的查詢方式，其功能總體框架如圖3所示。
圖3 系統總體結構框圖 2.3.1 地圖數據操作 �。�1）基本圖形操作功能 在系統中，采取地圖的分層管理模式對系統所需圖層進行管理，地圖可以進行縮小、放大、平移、全圖顯示、各種選擇、鷹眼以及地圖選擇和專題圖的清除等功能。鷹眼圖可以使用戶非常方便的將地圖定位到想要查詢的區域，大大提高系統查詢的效率。 �。�2）圖形輸出與打印功能 系統能夠將查詢結果以及專題圖進行輸出、保存和打印，并可以實現多種輸出和存儲方式。 2.3.2 信息查詢功能 針對數據庫中數量龐大的水旱災害災害信息，立足用戶的需求，系統從數據庫結構本身和用戶需求方面出發，設計了全面綜合的查詢共能。用戶選擇所要查詢的選項后，在地圖窗口上點擊想要查詢的對象區域便可瀏覽選擇對象對應的豐富的水旱災害信息，方便快捷的實現信息和地圖圖層單元的互查以及水旱災害信息涉及到的區域在地圖圖層上的定位和高亮顯示。 2.3.2 定位和范圍顯示功能 根據用戶查詢所涉及到的流域、各級行政區、水文站點等信息均能實現查詢對象的地圖定位以及水旱災害影響范圍的地圖標示，在地圖窗口的中央高亮顯示其實際位置或是范圍,可以在地圖上非常直觀的表現出歷史水旱災害的影響區域。 2.3.4 統計和分析功能 系統中實現了對歷史水旱災害信息的統計和分析工能，在查詢過程中，可以比較便捷的統計出典型場次或是年份水旱災害影響的具體范圍，同時高亮顯示在地圖窗口之上。 2.3.5 模糊查詢功能 在查詢過程中，針對信息量比較大的特點，針對各種行政區、測站、年代等能夠及時的實現模糊查詢以及相關信息的顯示與地圖定位。 2.3.6 專題分析功能 在水旱災害信息的查詢中，對于比較系統的長系列的信息采取專題圖分類顯示不同區域遭受歷史水旱災害嚴重程度的不同，可以非常直觀的了解某一區域的災害嚴重程度以及與其它區域嚴重程度的比較。 2.3.7 系統數據維護功能 由于我國水旱災害信息資料的地域分布廣闊，時間持續漫長，收集方式也多種多樣，在現有的數據庫結構設計的基礎之上，數據庫資料是需要不斷補充和完善的。因此，該發布系統具有很強的開放性，系統管理員以及得到授權的用戶，可以對各類水旱災害信息進行錄入和修改，以保證水旱災害信息的不斷補充和完善，從而使得數據庫資料的序列得以不斷延長，同時可以對存在問題的水旱災害信息進行修訂和完善。 3．系統實現 服務器端采用MS Windows xp Server中文版作為操作系統平臺，采用IIS5.0作為WEB服務器。在服務器端通過編寫ASP腳本語言來實現網絡應用。ASP是基于IIS的開放式腳本的開發環境，它很好的把HTML和腳本開發融合到一起，提高了編程的靈活性，降低了開發難度。ASP的腳本在WEB服務器端運行，而不是傳統的在客戶端瀏覽器端運行，這使得客戶端的瀏覽器無需擔心服務器端的網頁使用何種腳本，ASP都會生成一個符合HTML標準的網頁送回客戶端。 中間層采用MapInfo公司推出的MapInfo MapXtreme3.0 For NT作為GIS的應用服務器，這使得開發人員能集中的控制和維護地圖和數據庫數據，并集中實現應用程序功能，避免了以往系統的維護、同步的困難，尤其適合于信息量和訪問量都很大的項目。
圖4 歷史水災頻次分縣專題圖
圖5 洞庭湖1876年水災受災范圍及歷史記載 根據水旱災害數據庫系統數據量巨大，數據種類復雜多樣且處于分布計算環境的特點，需要選擇性能出色、支持Web/GIS技術、支持多媒體信息、支持數據庫倉庫功能的網絡數據庫。經過比較，數據庫服務器采用MS SQL Server 2000中文企業版，SQL Server是一個功能完備的數據庫管理系統。它包括支持開發的引擎、標準的SQL語言、擴展的特性（如復制、OLAP、分析）等功能。而像存儲過程、觸發器等特性，也是大型數據庫才擁有的。它和WINDOWS2000操作系統結合緊密，并且與ORACLE相比，價格也低廉的多。 客戶端通過編寫JavaScript腳本語言，把用戶在客戶端的操作和參數進行編碼，并提交服務器端；用JavaScript腳本語言接受服務器處理后傳回來的結果并進行解析，控制系統界面上的信息查詢、顯示、定位以及受災范圍的地圖直觀顯示。 系統采用Visual InterDev作為開發工具，Visual InterDev是微軟公司推出的高度集成化的Internet開發環境，開發人員可以利用它可視化的創建并維護HTML文檔，并可在WEB應用系統中集成高級應用邏輯，管理整個WEB開發過程，大大降低了開發的難度和提高了開發的效率，是比較理想的大型WEB系統開發的理想工具。 4．結語 文章探討了基于MapXtreme及其中間件技術創建的水旱災害信息系統。系統建立了一個可擴充性強，具有通用功能、便于水旱災害信息查詢與維護的規范化網絡信息系統平臺。規范化網絡信息平臺應能充分展現歷史水旱災害信息，并能集合系統優勢，整合歷史信息，發掘信息潛能，發現災害規律。 【參考文獻】 1．劉南，劉仁義：《eb GIS原理及其應用—主要Web GIS平臺開發實例》，科學出版社，2002 2．胡明思，駱承政主編：《中國歷史大洪水》，中國書店，1989
The design and realization of historical flood-drought disaster information system Zhang weibing, Su zhicheng, Lu juan Abstract：In order to make use of the precious long-time-series flood-hazard information and make the social profit and economic profit, this paper constructs a long-time-series flood-hazard information system based on MapXTreme and its Web/GIS technology, which can be used to serve the sccentific research and water resources planning, meet the demand of the research of the national flood-control and hazard-reduction policies and the establishment of the basin planning and flood-drought hazard insurance, and provide related pulic serve. KeyWods：WEB/GIS；Historical flood-hazard disaster；informationsystem
【作者單位】北京市海淀區玉淵潭科技園中國水科院減災所 |
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