歷史水旱災(zāi)害信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 張偉兵 蘇志誠(chéng) 呂 娟 |
【內(nèi)容提要】為使珍貴的長(zhǎng)系列的水旱災(zāi)害信息發(fā)揮應(yīng)有的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)用基于MapXTreme的WEB/GIS技術(shù)建立起長(zhǎng)序列水旱災(zāi)害信息系統(tǒng)，使之為科研及水利規(guī)劃服務(wù)，并向公眾開放，為國(guó)家的防洪減災(zāi)方針政策研究、流域規(guī)劃制定和開展水旱災(zāi)害保險(xiǎn)等多方面的需要，提供公益性的服務(wù)。 【關(guān)鍵詞】WEB/GIS歷史水旱災(zāi)害信息系統(tǒng) 1．前言 隨著信息時(shí)代的到來(lái)，對(duì)于地理信息的發(fā)布提出了新的要求，地理信息上網(wǎng)作為一種資源共享的形式，變得越來(lái)越重要，因此，基于Internet/Intranet的WEB/GIS已經(jīng)逐漸成為地理信息發(fā)布技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。WEB/GIS是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（WEB）對(duì)地理信息系統(tǒng)（GIS）功能進(jìn)行擴(kuò)展和完善的一種新技術(shù)，它是地理信息系統(tǒng)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合所產(chǎn)生的一種新的技術(shù)方法。我們可以利用互聯(lián)網(wǎng)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(shí)可以對(duì)其進(jìn)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(zāi)害信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 中國(guó)是世界上擁有水利歷史和水旱災(zāi)害文獻(xiàn)檔案資料最豐富的國(guó)家，其歷史之長(zhǎng)、價(jià)值之大是各國(guó)難以企及的。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院是我國(guó)唯一的歷史治水文獻(xiàn)圖書、洪水和水災(zāi)檔案收藏中心，已有60多年的收藏歷史。藏書種類包括國(guó)家有關(guān)水利的政書、檔案、叢書、類書、照片、報(bào)紙，范圍涵蓋我國(guó)七大流域。1954年長(zhǎng)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(zāi)害檔案10萬(wàn)多件，總字?jǐn)?shù)1億之多，是最具系統(tǒng)性的珍貴原始資料。這些資料潛在著巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，資料上網(wǎng)并充分發(fā)揮作用對(duì)于推進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。本系統(tǒng)水旱災(zāi)害信息主要來(lái)自中國(guó)水利水電科研究院圖書館和水利史研究室資料庫(kù)收藏的水旱災(zāi)害檔案，此外，還將在分散于國(guó)家和地方圖書館、各流域機(jī)構(gòu)的治水文獻(xiàn)及檔案中采集。通過專家對(duì)采集到的資料進(jìn)行篩選、鑒定和校勘，建立歷史洪澇旱災(zāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而開發(fā)和建設(shè)具有多種查詢功能的信息系統(tǒng)。 基于WEBGIS技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，讓水旱災(zāi)害信息更廣泛地服務(wù)于社會(huì)、服務(wù)于防洪抗旱減災(zāi)事業(yè)，根據(jù)水旱災(zāi)害信息的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)序列水旱災(zāi)害信息按流域查詢、按行政區(qū)查詢、按年代查詢以及組合查詢等。同時(shí)，根據(jù)信息的系統(tǒng)性、完整性特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各類專題圖查詢，如歷年災(zāi)情分布專題圖、災(zāi)害頻率專題圖等。 2．基于MapXTreme的水旱災(zāi)害信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.1 MapXtreme應(yīng)用程序的工作原理 MapXtreme系統(tǒng)主要有三個(gè)層次組成。頂層是Internet技術(shù)，在這一層中，采用了成熟的TCP/IP、WEB等技術(shù)和CGI、HTML等標(biāo)準(zhǔn)，保證了其標(biāo)準(zhǔn)性、開放性和先進(jìn)性。底層是圖形平臺(tái)Mapinfo Prefessional和基于ActiveX（OCX）的MapX控件技術(shù)。位于兩者之間的MapXtreme，作為服務(wù)器端的新一代地圖應(yīng)用服務(wù)運(yùn)行模式，采用了內(nèi)置開發(fā)工具、進(jìn)程調(diào)度器、分布應(yīng)用模式等所種新技術(shù)。MapXtreme基本上不改變服務(wù)器端原有的GIS系統(tǒng)函數(shù)，幾乎承擔(dān)了所有的操作、分析。該運(yùn)行模式有利于充分利用服務(wù)器資源，發(fā)揮服務(wù)器的最大潛力。 當(dāng)用戶在客戶端進(jìn)行相應(yīng)的地圖操作后，客戶端瀏覽器便向WebServer發(fā)出一個(gè)HTTP請(qǐng)求，遞交Form表單。ASP腳本語(yǔ)言應(yīng)用程序則根據(jù)提交表單的信息，判斷用戶的地圖操作請(qǐng)求類型，并對(duì)MapXtreme地圖應(yīng)用服務(wù)器的Map引擎進(jìn)行訪問。Map引擎進(jìn)行相應(yīng)的空間分析和處理后，便將處理結(jié)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(yè)面中并返回到客戶端的瀏覽器上。
MapXtreme的這種B/S應(yīng)用程序的工作過程，實(shí)際上就是用戶瀏覽器與應(yīng)用服務(wù)器之間通過靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的WEB頁(yè)面進(jìn)行信息交互的過程。現(xiàn)在MapXtremefor Java2.0以上版本除了可以將處理結(jié)果以位圖的形式嵌入到HTML頁(yè)面中，傳遞到客戶端瀏覽器之外，還可以將MapXtreme地圖應(yīng)用服務(wù)器的處理結(jié)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(duì)空間地圖的操作將具有更大的靈活性。這種瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）模式的優(yōu)點(diǎn)是：由于用戶端所需軟件只是一個(gè)簡(jiǎn)單的瀏覽器，用戶基本上無(wú)需培訓(xùn)，用戶端軟件也無(wú)需維護(hù)；軟件的升級(jí)與修改只在服務(wù)器端進(jìn)行，對(duì)用戶透明；服務(wù)器與瀏覽器可處于不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)。圖1為MapXtreme的系統(tǒng)工作模式。 MapXtreme支持多種應(yīng)用程序開發(fā)方式。用戶在安裝了MapXtreme之后，便獲得了由Mapxtrme提供的多種開發(fā)工具，其中ASP（Active Server Pages）及HAHTsite是MapXreme支持的兩種最常用的開發(fā)方式和環(huán)境。其實(shí)其它任何支持服務(wù)器端Activex控件的開發(fā)環(huán)境都可以用來(lái)開發(fā)MapXtreme的應(yīng)用程序。另外，MapXtreme For Java版還支持UNIX平臺(tái)上Java語(yǔ)言的開發(fā)方式。 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2 MapXtreme應(yīng)用模型結(jié)構(gòu)框架 如圖2所示，系統(tǒng)采用三層的B/S結(jié)構(gòu)，用戶層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器發(fā)布請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)各種所需的操作。業(yè)務(wù)層主要由MapXtreme For NT和IIS實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)分析工作。數(shù)據(jù)層采用MS SQL Server2000和Mapinfo的數(shù)據(jù)格式，其任務(wù)是接受服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的請(qǐng)求。 2.3 系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)應(yīng)用WebGIS技術(shù)，將全國(guó)長(zhǎng)序列歷史水旱災(zāi)害信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，為公眾、管理以及科研部門了解和應(yīng)用歷史水旱災(zāi)害信息提供服務(wù)。我們站在用戶使用需求的角度，根據(jù)歷史水旱災(zāi)害信息的分類不同，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的查詢方式，其功能總體框架如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 2.3.1 地圖數(shù)據(jù)操作 （1）基本圖形操作功能 在系統(tǒng)中，采取地圖的分層管理模式對(duì)系統(tǒng)所需圖層進(jìn)行管理，地圖可以進(jìn)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(qū)域，大大提高系統(tǒng)查詢的效率。 （2）圖形輸出與打印功能 系統(tǒng)能夠?qū)⒉樵兘Y(jié)果以及專題圖進(jìn)行輸出、保存和打印，并可以實(shí)現(xiàn)多種輸出和存儲(chǔ)方式。 2.3.2 信息查詢功能 針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)量龐大的水旱災(zāi)害災(zāi)害信息，立足用戶的需求，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)本身和用戶需求方面出發(fā)，設(shè)計(jì)了全面綜合的查詢共能。用戶選擇所要查詢的選項(xiàng)后，在地圖窗口上點(diǎn)擊想要查詢的對(duì)象區(qū)域便可瀏覽選擇對(duì)象對(duì)應(yīng)的豐富的水旱災(zāi)害信息，方便快捷的實(shí)現(xiàn)信息和地圖圖層單元的互查以及水旱災(zāi)害信息涉及到的區(qū)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(jù)用戶查詢所涉及到的流域、各級(jí)行政區(qū)、水文站點(diǎn)等信息均能實(shí)現(xiàn)查詢對(duì)象的地圖定位以及水旱災(zāi)害影響范圍的地圖標(biāo)示，在地圖窗口的中央高亮顯示其實(shí)際位置或是范圍,可以在地圖上非常直觀的表現(xiàn)出歷史水旱災(zāi)害的影響區(qū)域。 2.3.4 統(tǒng)計(jì)和分析功能 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)歷史水旱災(zāi)害信息的統(tǒng)計(jì)和分析工能，在查詢過程中，可以比較便捷的統(tǒng)計(jì)出典型場(chǎng)次或是年份水旱災(zāi)害影響的具體范圍，同時(shí)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(duì)信息量比較大的特點(diǎn)，針對(duì)各種行政區(qū)、測(cè)站、年代等能夠及時(shí)的實(shí)現(xiàn)模糊查詢以及相關(guān)信息的顯示與地圖定位。 2.3.6 專題分析功能 在水旱災(zāi)害信息的查詢中，對(duì)于比較系統(tǒng)的長(zhǎng)系列的信息采取專題圖分類顯示不同區(qū)域遭受歷史水旱災(zāi)害嚴(yán)重程度的不同，可以非常直觀的了解某一區(qū)域的災(zāi)害嚴(yán)重程度以及與其它區(qū)域嚴(yán)重程度的比較。 2.3.7 系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)功能 由于我國(guó)水旱災(zāi)害信息資料的地域分布廣闊，時(shí)間持續(xù)漫長(zhǎng)，收集方式也多種多樣，在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，數(shù)據(jù)庫(kù)資料是需要不斷補(bǔ)充和完善的。因此，該發(fā)布系統(tǒng)具有很強(qiáng)的開放性，系統(tǒng)管理員以及得到授權(quán)的用戶，可以對(duì)各類水旱災(zāi)害信息進(jìn)行錄入和修改，以保證水旱災(zāi)害信息的不斷補(bǔ)充和完善，從而使得數(shù)據(jù)庫(kù)資料的序列得以不斷延長(zhǎng)，同時(shí)可以對(duì)存在問題的水旱災(zāi)害信息進(jìn)行修訂和完善。 3．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 服務(wù)器端采用MS Windows xp Server中文版作為操作系統(tǒng)平臺(tái)，采用IIS5.0作為WEB服務(wù)器。在服務(wù)器端通過編寫ASP腳本語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。ASP是基于IIS的開放式腳本的開發(fā)環(huán)境，它很好的把HTML和腳本開發(fā)融合到一起，提高了編程的靈活性，降低了開發(fā)難度。ASP的腳本在WEB服務(wù)器端運(yùn)行，而不是傳統(tǒng)的在客戶端瀏覽器端運(yùn)行，這使得客戶端的瀏覽器無(wú)需擔(dān)心服務(wù)器端的網(wǎng)頁(yè)使用何種腳本，ASP都會(huì)生成一個(gè)符合HTML標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁(yè)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(yīng)用服務(wù)器，這使得開發(fā)人員能集中的控制和維護(hù)地圖和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，并集中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序功能，避免了以往系統(tǒng)的維護(hù)、同步的困難，尤其適合于信息量和訪問量都很大的項(xiàng)目。
圖4 歷史水災(zāi)頻次分縣專題圖
圖5 洞庭湖1876年水災(zāi)受災(zāi)范圍及歷史記載 根據(jù)水旱災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)種類復(fù)雜多樣且處于分布計(jì)算環(huán)境的特點(diǎn)，需要選擇性能出色、支持Web/GIS技術(shù)、支持多媒體信息、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)倉(cāng)庫(kù)功能的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過比較，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用MS SQL Server 2000中文企業(yè)版，SQL Server是一個(gè)功能完備的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它包括支持開發(fā)的引擎、標(biāo)準(zhǔn)的SQL語(yǔ)言、擴(kuò)展的特性（如復(fù)制、OLAP、分析）等功能。而像存儲(chǔ)過程、觸發(fā)器等特性，也是大型數(shù)據(jù)庫(kù)才擁有的。它和WINDOWS2000操作系統(tǒng)結(jié)合緊密，并且與ORACLE相比，價(jià)格也低廉的多。 客戶端通過編寫JavaScript腳本語(yǔ)言，把用戶在客戶端的操作和參數(shù)進(jìn)行編碼，并提交服務(wù)器端；用JavaScript腳本語(yǔ)言接受服務(wù)器處理后傳回來(lái)的結(jié)果并進(jìn)行解析，控制系統(tǒng)界面上的信息查詢、顯示、定位以及受災(zāi)范圍的地圖直觀顯示。 系統(tǒng)采用Visual InterDev作為開發(fā)工具，Visual InterDev是微軟公司推出的高度集成化的Internet開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員可以利用它可視化的創(chuàng)建并維護(hù)HTML文檔，并可在WEB應(yīng)用系統(tǒng)中集成高級(jí)應(yīng)用邏輯，管理整個(gè)WEB開發(fā)過程，大大降低了開發(fā)的難度和提高了開發(fā)的效率，是比較理想的大型WEB系統(tǒng)開發(fā)的理想工具。 4．結(jié)語(yǔ) 文章探討了基于MapXtreme及其中間件技術(shù)創(chuàng)建的水旱災(zāi)害信息系統(tǒng)。系統(tǒng)建立了一個(gè)可擴(kuò)充性強(qiáng)，具有通用功能、便于水旱災(zāi)害信息查詢與維護(hù)的規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺(tái)。規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)應(yīng)能充分展現(xiàn)歷史水旱災(zāi)害信息，并能集合系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，整合歷史信息，發(fā)掘信息潛能，發(fā)現(xiàn)災(zāi)害規(guī)律。 【參考文獻(xiàn)】 1．劉南，劉仁義：《eb GIS原理及其應(yīng)用—主要Web GIS平臺(tái)開發(fā)實(shí)例》，科學(xué)出版社，2002 2．胡明思，駱承政主編：《中國(guó)歷史大洪水》，中國(guó)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(qū)玉淵潭科技園中國(guó)水科院減災(zāi)所 |
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