基于WebGIS的科考船實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

張軍 上海致達(dá)信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司智能化事業(yè)部

引言

地球的南北兩極，蘊(yùn)藏著豐富的自然科學(xué)資源，它擔(dān)負(fù)著將人類居住的地球與其他星球能良好聯(lián)系的重要責(zé)任。因此，極地科考的研究工作對(duì)國家以及全世界的發(fā)展都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。作為中國目前最為先進(jìn)的科學(xué)考察船之一，“雪龍”號(hào)是專門為極地航行而設(shè)計(jì)的破冰船。它能夠連續(xù)沖破1.2米厚的冰層。目前，國家正進(jìn)一步擴(kuò)大極地科學(xué)考察工作，并制定了具體的國家科考行動(dòng)計(jì)劃。但是，無論是極地地區(qū)還是科考途中，環(huán)境都極度惡劣，使得科考人員面臨各種各樣未知的困難與危險(xiǎn)。例如進(jìn)出極地航行時(shí)將要穿越危險(xiǎn)的西風(fēng)帶、嚴(yán)寒的環(huán)境會(huì)使得考察船船體發(fā)生變形、科考船可能受浮冰影響而導(dǎo)致滯留等。因此，考察船的動(dòng)態(tài)情況，以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸?shù)葐栴}都得到了國人甚至世界各地的關(guān)注，特別是在考察船遇到突發(fā)情況時(shí)，相關(guān)工作人員以及領(lǐng)導(dǎo)需要及時(shí)根據(jù)考察船直觀、明了的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息做出正確的判斷和及時(shí)的任務(wù)部署。

構(gòu)建科考船實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，為用戶動(dòng)態(tài)展示了科考船的可視化信息，實(shí)現(xiàn)極地考察數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析與統(tǒng)計(jì)，具有十分重要的意義。

1 相關(guān)技術(shù)概述

1.1 WebGIS概述

隨著應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，GIS在應(yīng)用上已經(jīng)被廣泛認(rèn)可。目前，大多數(shù)的商用GIS軟件功能龐大，但價(jià)格昂貴，無法滿足大眾對(duì)GIS的迫切的渴望。這使得操作簡單、價(jià)位適中的WebGIS產(chǎn)品顯得格外的貼心。當(dāng)人們需要得到一些與地理位置有關(guān)的信息時(shí)，人們對(duì)于網(wǎng)頁中配色美觀的地圖、簡單易用的地理位置查詢與檢索功能的需求就變得十分的迫切，正因此，WebGIS才能如此的發(fā)展迅速。

WebGIS是運(yùn)行在Web瀏覽器中的地理信息系統(tǒng)。作為一個(gè)分布式的信息系統(tǒng)，它至少要有一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)客戶端來完成文字、圖形和圖像等多媒體數(shù)據(jù)的顯示工作。另外，在客戶端，空間數(shù)據(jù)是GIS數(shù)據(jù)的主要來源，空間數(shù)據(jù)主要通過圖片的形式展現(xiàn)。通過WebGIS技術(shù)，人們不再受制于昂貴的GIS軟件，便可以靈活自如的操作Web來尋找有用的地理信息，大規(guī)模降低了系統(tǒng)成本。與此同時(shí)，通過使用WebGIS技術(shù)，用戶可以同時(shí)訪問多個(gè)Server上的最新信息，能更加方便地對(duì)分布式數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與集成。

1.2 RIA概述

富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 (RIA)技術(shù)的出現(xiàn)，解決了Web技術(shù)相對(duì)簡單的交互技術(shù)與GIS系統(tǒng)所需的豐富的用戶交互之間的矛盾。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)是利用HTML頁面和Server端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的模式，但是HTML僅適合文本形式，并不適合把表示層建立在它之上，這使得傳統(tǒng)的系統(tǒng)已經(jīng)無法跟上目前網(wǎng)絡(luò)用戶的各種高端的體驗(yàn)要求。因此，本系統(tǒng)采用富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。通過RIA技術(shù)，可以大大提高應(yīng)用程序的響應(yīng)速度，改進(jìn)系統(tǒng)的交互性。同時(shí)，RIA在消息確認(rèn)和格式排版增添了豐富多彩的界面控制元素，它們可以與數(shù)據(jù)模型進(jìn)行緊密的融合，給用戶提供了實(shí)時(shí)互動(dòng)的圖像和音效。

2 系統(tǒng)功能模塊圖

在南北兩極地區(qū)進(jìn)行科考航行的船舶面臨著許多非常特殊的危險(xiǎn)，例如途中復(fù)雜多變的氣候情況，船員身體適應(yīng)能力以及嚴(yán)重的海面污染等情況，這些都是科考船員必須要面臨的挑戰(zhàn)。尤其是在船舶遇險(xiǎn)時(shí)，與遇難船只有關(guān)的所有航行信息對(duì)后期的緊急醫(yī)療救助以及海上搜救作業(yè)等工作都是必不可少的。為了更好地協(xié)助各個(gè)研究人員和領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行有效地監(jiān)控、部署、規(guī)劃和檢測(cè)等工作，本系統(tǒng)基于WebService、富互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、ArcGIS for Flex等技術(shù)對(duì)“雪龍”號(hào)科考船進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)基本功能包括航跡查看（可對(duì)比查看）、底圖切換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、航跡下載、位置信息、航速航向、水深信息等十余項(xiàng)功能模塊，如圖1所示。

從圖1可以看出，基于RIA的實(shí)時(shí)監(jiān)控GIS系統(tǒng)主要包括航跡管理、底圖切換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、位置信息管理和測(cè)量功能五大功能模塊。其中，通過歷史航跡查詢與展示模塊不僅可以查詢科考船的歷史航線，還可以隨時(shí)將其下載備份；底圖切換模塊主要是完成海洋矢量圖、衛(wèi)星遙感圖和海洋暗色圖三種類型圖的切換功能；實(shí)時(shí)屬性信息查詢與展示模塊主要實(shí)現(xiàn)航行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和科考船要素信息統(tǒng)計(jì)的功能；實(shí)時(shí)空間信息查詢與展示模塊主要顯示科考船目前行駛位置信息和鼠標(biāo)當(dāng)前所選位置的信息；測(cè)量功能是實(shí)現(xiàn)徒手畫線測(cè)量和區(qū)域面積的測(cè)量功能。

圖1 系統(tǒng)功能圖

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)系統(tǒng)的功能、性能以及用戶的需求進(jìn)行詳細(xì)地分析后，本文設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖，如圖2所示。

從圖2可以看出本系統(tǒng)總體架構(gòu)主要分為3 層，即數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層。

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層位于系統(tǒng)的底層，用于存取船載傳感器采集到的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)以及空間數(shù)據(jù)。其中，空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過ArcGIS Server進(jìn)行調(diào)用和顯示，屬性數(shù)據(jù)庫由Oracle數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)后，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存檔和數(shù)據(jù)備份的功能，為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源提供了安全保障。

（2）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要完成對(duì)Flex富客戶端請(qǐng)求的響應(yīng)工作，它是整個(gè)架構(gòu)的核心層?？蛻舳讼劝l(fā)出請(qǐng)求，應(yīng)用層接收到后，根據(jù)不同的請(qǐng)求類型分別給出響應(yīng)。通過 J2EE/.NET 應(yīng)用服務(wù)器、WebService以及 ArcGIS Server來響應(yīng)數(shù)據(jù)層的請(qǐng)求，對(duì)空間DB中的信息進(jìn)行分析和支配，最后，采用應(yīng)用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)檢索數(shù)據(jù)的功能。

（3）表現(xiàn)層。在表現(xiàn)層中，富客戶端通過Flex框架、Web瀏覽器和ArcGIS for Flex的應(yīng)用程序編程接口進(jìn)行交互，為用戶呈現(xiàn)了多姿多彩的監(jiān)控界面、極地海洋地圖管理界面、應(yīng)用工具管理界面和系統(tǒng)配置管理界面等可視化信息。

4 總結(jié)

本文對(duì)基于WebGIS的科考船實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了整體架構(gòu)分析和設(shè)計(jì),采用了基于富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的WebGIS for Flex技術(shù)反向推送，即長輪詢，避開了HTTP 協(xié)議無狀態(tài)、單向的性質(zhì)。通過互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布，使得國人甚至世界各地的用戶能夠便捷地訪問“雪龍”號(hào)的最新動(dòng)態(tài)。面對(duì)極度惡劣嚴(yán)寒的極地地區(qū)環(huán)境，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)控以及發(fā)布極地科學(xué)考察過程中的科考船以及船員的狀態(tài)，為極地科考事業(yè)提供了有力的信息支撐。