气象电子显示屏系统的设计与特点及ArcGIS技术在其的应用介绍

近年来，ArcGIS技术对于气象学的重要性已经被普遍接受。美国国家天气服务中心将ArcGIS用于天气服务和互联网上的天气信息发布。印度中尺度预报国家中心将预报模式与GIS结合，利用GIS的可视化和空间分析功能制作天气图和天气发布。

随着气象信息需求的不断扩大，电子显示屏作为传统信息发布手段的延伸，在各行各业中快速发展，与气象部门以往的信息发布渠道相比，有着明显的优势，如表1所示，表中的五角星表示服务优劣情况。陕西省气象局目前已在全省各地区建成并投入使用1860块气象电子显示屏。但这些气象电子显示屏缺乏体系化的省市联动机制，无法满足省、地、县三级信息发布的需要。为了规范气象电子显示屏的后续建设，将气象电子显示屏形成全省统一的体系化管理模式，在保证信息发送实时性的基础上让气象电子显示屏发挥更大的社会效益，基于ArcGIS的气象电子显示屏管理系统应运而生。

表1 服务方式分析

1 利用ArcGIS构建气象电子显示屏管理系统

气象电子显示屏管理系统通过调用ArcGIS提供的ArcIMS和ArcSDE功能来实现对地图进行操作和查询的基本功能，将气象电子显示屏数据看作地理空间数据的属性数据，动态修改气象电子显示屏系统参数的属性文件，并配置图形文件，为用户提供气象信息的空间、属性双向可视化查询。

1.1 地图坐标转换原理及流程

如何将浏览器中相关元素的坐标位置与现实中的大地坐标位置进行转换，是系统能否实现图形化操作的关键环节，因此必须了解网页坐标转换的基本原理和操作流程。

1.1.1 坐标转换原理

网页中的一个点，是最小的网页布局单位，其基点为左上角，习惯性用x和y轴坐标定义这个点在二维平面上的位置。该基点的位置为（0，0），基于这个基点，向右x轴值增加，向下y轴值增加。因此网页中4个点的坐标以分辨率为1 024×768的屏幕来算，依次是左上（0，0）左下（0，768）右上（1 024，0）右下（1 024，768）。

1.1.2 坐标转换流程

地图坐标采用国内目前行业应用广泛的d_bei-jing1954坐标系，当在网页中发布调用地图显示请求后，通过ArcIMS服务器找到相应地图的axl配置文件后，获得与网页大小相同的4个坐标点。由ArcIMS请求ArcGIS生成该位置的地图信息后，渲染成指定格式图片，并将该图片存放位置传回给网页，网页收到该地址后，直接加载该图片显示。

1.1.3 坐标转换实现

鼠标在网页中移动，可以通过脚本取得鼠标的网页坐标即x轴和y轴坐标，而此时在网页中显示的这张地图4个点的实际坐标已经通过Ac-rIMS在生成地图时传回给浏览器。因此，根据比例计算，可以得到当前鼠标位置所在点的地图实际坐标。xin，yin是网页中点的x轴y轴坐标，xDistance，yDistance是用地图坐标算出的经度距离，纬度距离，pixelx，pixely就是实际坐标算出比例。部分代码如下

同理可进行坐标的双向转换。

1.2 地图文件制作

在ArcGIS中，地图文档文件是以mxd作为扩展名。在用ArcIMS软件编辑一个地图后，它会把当前地图的片面设置、图层的符号显示等配置信息存储。但是在网页中显示地图文件，则需要将该文件转换成axl格式，才能实现。本系统中使用ArcIMS的地图转换工具将mxd格式的地图文件转换制作成axl格式的适合网页显示的地图。

1.2.1 图层剥离

首先是将mxd中的地图各个层，重新导出shp格式的地图文件。shp格式不是标准意义上的图形文件，它只是一个点阵文件，它由ESRI公司开发适用于ArcGIS系统的系统文件，它包括主文件，索引文件，和dBASE表，其中主文件的后缀是shp。

1.2.2 图层选取

根据剥离出来的shp文件，用ArcIMS软件进行二次编辑处理，如图1所示。将所需的元素填充到图层中，利用配色方案对图层进行渲染处理。

图1  shp文件编辑

1.2.3 图层合成

最后将其中各个层的信息用xml格式写入axl文件中，因此，axl文件实际是一个xml格式的配置文件。

2 系统结构和主要功能

2.1 系统结构

气象电子显示屏可划分为3层，业务应用层、逻辑控制层和数据访问层。业务应用层主要由各类业务功能性操作组成，负责各类信息的查询、统计等。逻辑控制层是通过地图方式进行数据交互，在本地执行所有的地理空间位置信息检索和对应的气象数据提取工作。数据访问层是气象数据及空间信息数据的存储，包括ArcIMS和ArcSDE调用终端地图信息及信息的读取等，如图2所示。

图2 系统结构示图

2.2 系统主要功能

2.2.1 区域管理功能

按照层次建立业务部门与行政部门之间的隶属关系，以便区分选择该区域可以操作哪些功能模块。例如省级、市级、县级气象部门均可发布常规天气预报信息。而橙色以上级别的预警信息则只能由省级气象部门发布。

2.2.2 信息发布功能

根据需要发布的气象信息或气象预警信息种类、级别，用户可以选择其权限范围内的某个气象显示屏或者全部气象显示屏进行信息发布。在信息内容编辑下输入要发送的信息或导入预先设置的文本，按照提示就可以完成信息的发布。同时，用户可以查询所有发布过的信息，如图3所示。

图3 信息发布

2.2.3 图形操作功能

首先通过脚本functions.js判断鼠标的网页坐标以及mousewheel.js拉动后的坐标，从而得到框型结构四角的4个点的坐标，然后通过layerProperty.js把从后台ArcSDE数据库读出所有终端信息的实际坐标转换为网页坐标，进而判断出某一终端坐标是否在框选范围内。再通过layerContro1.js判断用户的操作是否选中了某一终端坐标，最后用menuContent.js获取该终端坐标相对应的各类终端信息，以供进行具体业务上的其他功能性操作。

2.2.4 终端状态观查

如图4所示。每一个硬件终端都有不同的状态。该状态通过管理系统平台服务端插件，定时发送短信协议或观查GPRS流量是否在线等多种途径得到，然后由服务端插件回写至数据库中。当在加载地图需求时，气象电子显示屏管理系统可以在后台数据库中提取所有终端信息，并将其按照不同状态进行分类，并将要显示的终端、对应的动态图层和需要显示的终端状态等信息一并提交给ArcIMS进行相关任务处理。

图4 终端状态查询

3 结束语

基于ArcGIS的气象电子显示屏管理系统，为各类公共气象服务信息化产品提供了新的服务手段，同时也为解决目前国内气象部门同类系统应用中存在突出问题提供了参考依据，相比目前同类的应用服务系统，该系统有以下特点：

（1）开创首家全省气象电子显示屏统一管理的模式，使气象电子显示屏项目建设体系化、规模化、规范化。

（2）率先在同类应用系统中通过ArcGIS引入了矢量地图方式来实现系统功能性操作，包括地图绘制、地图浏览和图层查询，是气象服务产品与ArcGIS服务成功结合的又一个案例。

（3）率先实现基于ArcGIS的气象信息管理体系，可以通过服务端实现对公共气象服务信息化产品的集中管理。

目前该系统已经开始业务化运行，在各级气象部门组织的气象防灾减灾、应急气象服务等工作中发挥了作用，并得到广泛的认可与好*。在以后的工作中，该系统还有待进一步完善，以便更好地提升气象信息服务业务能力。