基于GIS的台风预警系统设计与实现

马娟娟，孙海燕

（1.中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室，湖北 武汉 430071；2.武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 430079）

基于GIS的台风预警系统设计与实现

马娟娟1，孙海燕2

（1.中国地震局 地震研究所 地震大地测量重点实验室，湖北 武汉 430071；2.武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 430079）

根据台风特点及所造成的灾害，基于ArcGIS Server平台，结合Flex技术，设计并实现了台风预警系统。该系统具有丰富的表现力、交互性及较强的实用性；实现了台风历史信息的查询及管理，台风路径的展示及影响区域分析，台风灾害的评估等功能，为相关部门实现台风预警提供了数据支撑及决策依据。

ArcGIS Server；Flex；台风预警

我国是世界上遭受台风影响最频繁和最严重的国家之一，每年台风都会给我国造成巨大的经济损失和人员伤亡[1]。因此，准确、及时地对台风进行预测预警对防灾减灾和保障国民经济建设具有重要意义。GIS强大的数据管理、空间分析、空间信息可视化以及数学建模功能，在台风预警中得到了广泛应用[2]。本文基于ArcGIS Server平台，采用Flex技术，根据台风的形成过程、结构特点和数据特征，结合台风路径预测关键点模型[3]和台风危险性评估的模糊综合评价模型[4]，设计和实现了基于GIS的台风预警系统，通过对历史台风信息的了解以及实时台风的分析，为政府及相关部门提供决策依据。

1 关键技术

1.1 ArcGIS Server平台

ArcGIS Server 是ESRI 公司推出的最新空间信息发布平台，在保持传统GIS功能基础上，大幅度提升了地图的访问速度和并发处理能力，同时发布了Flex API、Silverlight API和JavaScript API 3种客户端开发包[5]。作为功能强大的基于服务器的GIS产品，ArcGIS Server主要用于构建集中管理的、支持多用户的、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，具有空间数据管理、地图可视化、数据编辑、空间分析等功能，并且基于工业标准提供WebGIS服务，为创建和管理基于服务器的GIS应用提供了一个高效的框架平台[6]。

1.2 Flex技术

Flex是Adobe公司开发的一种语言编译器。Flex技术的主要框架为：描述应用程序界面的XML语言，即MXML；符合ECMA规范的脚本语言ActionScrip，处理用户和系统的事件，构建复杂的数据模型；一个基础类库；运行时的即时服务；由MXML与ActionScrip文件生成swf文件的编译器[7]。其优势在于：浏览器可移植、无需进行浏览器兼容测试、界面布局简单、丰富的媒体支持和丰富的框架。用Flex开发的应用程序可运行于所有主流桌面操作系统与客户端浏览器之中，真正实现了跨平台。

1.3 ArcGIS API for Flex

ArcGIS API for Flex 是ArcGIS新推出的进行RIA开发的Flex组件库，可基于ArcGIS Server建立富互联网应用程序。其优点在于可使ArcGIS提供的各种资源（Map、GP模型）与Flex提供的组件（Grid、Chart）相结合，构建出表现出色、交互性良好的Web应用[8]。

ArcGIS API for Flex基于ArcGIS Server的REST接口，所有的功能都可在REST SDK中找到影子。使用ArcGIS Flex API开发的Flex应用可非常便捷地使用地图功能和REST接口提供的GIS查询及分析功能。

2 系统总体设计

2.1 设计目标与原则

根据台风信息特点及台风预警技术现状，台风预警系统设计目标主要有：①系统操作方面：简单实用，界面美观、交互性好，运行效率高；②系统功能方面：具备地图操作的基本功能，实现台风信息的可视化表达以及空间分析，实现台风路径的预测及灾害评估等。

台风预警系统要满足以下要求。

1）稳定性：系统能保持长期安全运行，软硬件发生故障时，能很好处理和及时恢复；

2）经济性：充分考虑系统的先进性和经济性，使软硬件的配置达到最优资源匹配效果；

3）可扩展性：易于扩充和维护，设计留有足够扩充空间，便于软硬件升级与维护；

4）实用性：台风预警系统的建立，基于实际预警的需要，要有很强的实用价值；

5）界面友好性：注重人机交互界面友好，充分考虑使用者的使用习惯，便于使用和推广。

2.2 结构设计

系统采用3层B/S体系架构，分为表现层、中间层和数据层，如图1所示。

1）表现层通过Web浏览器提供友好的用户交互界面，包括地图的基本功能、台风信息的查询显示等。

2）中间层是服务层，包括Web服务器和应用服务器。Web服务器主要处理客户端的请求，调用位于应用服务器上的业务逻辑，完成对信息的各种操作，将结果以页面形式返回给用户。应用服务器提供GIS功能的实现，并将结果转化为前台可展示的形式，传给Web服务器。

3）数据层包括空间数据库和非空间数据库。空间数据库存储各种矢量、栅格地理数据，包括基础地图数据和各种模型所需数据等；非空间数据库存储台风灾害的基本信息和灾害统计信息等，所采用的数据库为SQL Server2005和ArcSDE。

图1 系统结构图

2.3 系统功能设计

根据系统的结构设计，按照系统设计原则与目标，台风预警系统的功能结构见图2。

地图的基本功能包括地图的放大、缩小、全图显示和地图漫游等。

台风信息查询和显示：台风数据库中包含大量历史台风数据，根据需要按照台风发生的时间查询台风信息，并以列表形式显示出来。

台风路径的分析包括台风路径缓冲区分析、台风路径的量算、风圈范围等。台风路径的缓冲区分析表示台风路径的影响范围，为台风预警提供数据和手段；距离量算是计算任意2个位置点的距离，并把测量结果显示出来；风圈是以台风记录点为圆心，表示大风影响范围的圆。

台风模型包括路径预报模型和危险性评估模型。路径预报模型是根据实时台风路径计算出未来时段内台风位置的经纬度值，为路径展示提供数据；危险性评估模型是计算被评估地区危险性评估指标的各个数值，为制作危险性分布图提供数据。

台风路径显示：在地图上显示出台风路径和台风的预测路径，方便用户直观查看台风移动过程。

图2 系统功能结构图

2.4 数据库设计

数据库包括空间数据库和属性数据库。空间数据库存储基础地图数据、行政区划数据、人口分布信息、城市房屋信息、受灾统计信息，其中受灾统计信息包括受灾面积、倒塌房屋、死亡人数、受灾人数、直接经济损失等数据；属性数据库存储台风灾害的基本信息，有台风编号、台风中心观测日期、观测时间、台风中心的经纬度、中心气压、风力、最大风速、移动速度、移动方向、七级风圈半径、十级风圈半径、台风的影响地区、地区的日最大降雨量和中心最大风力、模型计算数据等。所采用的数据库为SQL Server2005和ArcSDE。

3 系统实现

3.1 系统开发环境

本系统采用ArcGIS Server 二次开发，基于ArcGIS API for Flex技术构建系统的主体部分，进行GIS软件平台的开发，实现模型的平台展示。系统的开发环境为Microsoft Visual Studio 2008 和Flex Builder 3；编程语言为ASP．NET、C#和Action Script，数据库为SQL Server 2005和ArcSDE。

3.2 系统功能实现

1）台风信息查询与显示。台风信息的查询按照年份进行，选择查询的起止年份和该时间段内的台风，在列表中显示，见图3。台风信息的显示列表包括台风的编号、名称、英文名称，见图4。

图3 台风信息查询图

图4 台风信息图

2）台风信息模块。台风风圈和台风详细信息：台风的影响范围通过风圈来表达，一般有七级风圈和十级风圈2种表达方式，台风移动过程中动态显示台风的七级风圈和十级风圈影响范围。在台风路径上点击台风的记录点可查看台风在该点的详细信息，见图5。台风图例：包括台风的风向图例、表示台风不同强度的台风图例以及台风对城市产生影响的不同情况的表示形式，见图6。

图5 台风风圈和台风信息图

图6 台风图例

3）台风预测路径展示及缓冲区分析。台风路径的预测选用关键点相似度法进行建模及实现；台风路径缓冲区分析选取台风路径上的记录点建立缓冲圆，进行缓冲区分析，缓冲圆的半径为记录点的七级风圈半径，缓冲区分析的结果通过列表显示出来，见图7。

通过对台风路径进行缓冲区分析，可得到所分析台风位置对周围的影响范围，以及缓冲区内的地理、人文信息等。根据缓冲区分析数据，可实现台风的预警，使有关部门提前采取相应的应对措施，尽量减少台风的影响。

图7 台风预测路径及分析图

[1] 陈联寿,孟智勇．我国热带气旋研究十年进展[J]．大气科学,2001,25(3):420-429

[2] 张斌,陈海燕,顾俊强．基于GIS的台风灾害评估系统设计开发[J]．灾害学,2008,23(1):47-50

[3] 邹亮,任爱珠,徐峰，等．基于GIS空间分析的台风路径预测[J]．清华大学学报,2008,48(12):2 036-2 040

[4] 马清云,李佳英,王秀荣，等．基于模糊综合评价法的登陆台风灾害影响评估模型[J]．气象,2008,34(5):20-25

[5] 卢廷玉,张艳华．基于ArcGIS Server富互联网地图的客户端开发[J]．测绘与空间地理信息,2012,35(3):83-84

[6] 于国强．基于ArcGIS Server的校园WebGIS应用研究[J]．邢台职业技术学院学报,2011,28(3):83-84

[7] 徐永龙．基于Flex和ArcGIS Server的WebGIS实现研究[D]．西安:长安大学,2011

[8] 贾静,耿衬．基于ArcGIS API for Flex的Web应用初探[J]．地理空间信息,2012,10(3):114-118

P208

B

1672-4623（2014）01-0134-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.046

马娟娟，从事地理信息及测绘计量检定工作。

2013-03-25。

项目来源：中国地震局地震研究所所长基金资助项目（IS201256109）。