基于WebGIS的核电站海洋预警报信息服务系统研究

袁逸苇 吴 萍 王丽琳 梅 杰 陈 珂

（国家海洋局东海预报中心，上海 200000）

核电具有能量密度高、大气污染小、可持续性强等优点，已日益受到重视。自我国第一座核电站秦山核电站并网发电[1]，我国核电站数量逐年增加，截至2014年，我国运行的核电机组有22个。中国核能行业协会资料显示，我国的核电机组几乎均位于沿海地区。核电站在运行过程中会产生巨大热量，海水能够快速分解、稀释核裂变产物，且不会渗入河流、地下水系、农田、生活区域，对人类生活的直接影响相对较小[2]。海上大风、大浪、风暴潮、超强台风等海洋自然灾害时刻威胁着沿海地区核电站的安全。2011年3月11日，日本宫城县以东海域发生9.0级地震，地震引发的巨大海啸造成日本福岛核电站发生严重的核泄漏。为了降低因海洋自然灾害造成的生产事故与人员安全事故的概率，提高核电站附近海域安全生产的保障力度，需要研究核电站附近海域的海洋环境精细化预警保障服务。

在精细化预报中，风速、风向、浪高、浪向、流速、流向等预报要素在海洋预报中均针对特定的时间域和空间域得出，地理位置信息至关重要。缺失经纬度等地理信息的预报要素是没有价值的，从某种程度上看，海洋预报数据都属于地理信息。GIS（地理信息系统）包括WebGIS（网络地理信息系统）在海洋预报领域中的应用越来越广泛。WebGIS是传统GIS的延伸，是展现于网络上的GIS，可以将GIS所提供的可实现空间数据的检索、查询、制图输出、编辑等GIS的基本功能，以B/S架构的形式展现出来。用户只需要通过浏览器使用这些功能。本文研究搭建基于WebGIS的秦山核电附近海域的海洋预警报信息服务系统，为秦山核电站提供海洋预警报信息化支持。

1 系统总体设计

1.1 总体架构

收集秦山核电附近海域的风、浪、流、潮的数模计算结果，经多模式数据的标准化处理等操作，形成最终的预报产品数据，为秦山核电预警报信息服务系统提供数据支撑。

秦山核电预警报信息服务系统的整体系统结构模式采用B/S架构，包括数据访问层、服务层、业务应用层、显示层。

秦山核电预警报信息服务系统体系结构如图1所示。

图1 秦山核电预警报信息服务系统体系结构

数据访问层为上层应用提供数据存取接口，提供高效的数据访问支持。在作业过程中访问数据库系统中的文件，实现对数据库中数据的读取保存等操作。服务层是业务应用层和数据访问层相连的纽带，提供Web和GIS服务。GIS服务器通过ArcGIS Server向外提供GIS服务，将产品数据设为网络上通用的可访问的REST服务资源。Web服务器可以接收并处理浏览器的web请求，向数据访问层请求数据。业务应用层负责整个系统的功能和逻辑处理，代表客户端应用，能够通过接口调用相应的WebGIS服务，是系统的关键结构。显示层是用户与整个系统的接口，接收系统运行需要的参数，将服务器端的计算结果以可视化的方式表达出来，是展现给用户的界面。

1.2 功能设计

秦山核电预警报信息服务发布系统包含基本概况、海洋预报、灾害警报、台风路径、系统管理共五大功能模块，每个模块下又分为若干子模块，如图2所示。

图2 预警报信息服务发布系统功能架构

基础概况模块：提供常用的GIS基本功能，将遥感图、地形图和行政图3种不同模式的天地图作为基础地图，叠加经过插值抽稀脱密处理的水深图。

海洋预报模块：该模块包含区域综合预报展示、预报图GIS展示、点位趋势线等功能。预报以秦山核电的附近海域为中心，展示预报时效内的气温、天气、雾等海洋信息。预报图GIS展示功能主要负责秦山核电附近海域内风场、浪场以及流场的大面预报的动态展示。点位趋势线功能包括任意点风浪流预报展示、定点潮位预报展示、关键点预报展示。

灾害警报单模块：该模块包括海浪警报单数据展示和风暴潮警报单数据展示，可以实现警报单发布、变化和解除的实时显示功能。

台风路径模块：主要展示西北太平洋发生台风的实际位置、预报路径、台风名称、发展路径、7级风半径、10级风半径、12级风半径、中心风力、中心位置等信息。

系统管理模块：提供专门的用户权限设置、管理功能、通信录及潮位警戒值管理功能。

2 系统实施

2.1 开发环境

为保证系统运行效果，采用系统部署环境为Windows 7旗舰版（或Windows server 2008 R2）操作系统；Web服务器为IIS7.5；GIS工具为ArcGIS Server 10.2、ArcGIS Engine 10.2；系统开发语言使用C#，结合javascript、ASP.net等网页开发技术；开发环境为Microsoft Visual Studio 2010。

2.2 专题数据库设计

秦山核电预警报信息服务发布系统包含基础地理信息以及多源海洋预警报信息，采用Oracle 10G数据库对数据信息进行统一存储和管理。从内容上将专题数据库划分为预报产品关系数据库、大面产品地理数据库以及警报单文件库3个类型。预报产品关系数据库包括秦山核电附近海域的综合预报、地图服务、风浪流潮海洋预报等信息；大面产品地理数据库主要存储数模结果可视化处理生成的GIS数据；文件库包含秦山核电附近海域的海浪及风暴潮警报单。

预报产品关系数据库ER如图3所示。

图3 预报产品关系数据库ER

2.3 系统功能实现

系统将各类基础地理信息、秦山附近海域专题信息、预报参考地理信息集为一体，形成风格统一、信息多样的基础地理地图，如图4所示。

图4 预警报信息服务系统的内容和功能概览

预警报信息服务系统可以动态展示未来72 h的风、浪、流场预报。风场大面预报展示如图5所示。

图5 风场大面预报展示

预警报信息服务系统以趋势图和表格形式展示任意点风浪流预报、定点潮位预报、关键点预报。

任意点预报展示如图6所示。

图6 任意点预报展示

潮位预报展示如图7所示。

图7 潮位预报展示

关键点预报展示如图8所示。

图8 关键点预报展示

3 预警报信息服务系统特点

3.1 性价比高

根据本系统采用的软件系统架构模式，用户只需要在客户端安装Chrome或360等浏览器就可以稳定运行，不需要安装任何专业GIS软件，服务器端安装何种GIS软件均不会影响用户，在有效降低成本的同时提升系统的可操作性。

与传统的GIS软件相比，本系统具有数据访问安全机制，通过设置账户名和密码限制访问的人员范围以及可访问的内容，不同权限的访问者可以获取不同的信息量，可以满足各类用户及时查看秦山核电附近海域的海洋预报信息。

3.2 开放性高

WebGIS支持HTTP协议、TCP/IP协议，这表示WebGIS不受地区制约，能够与任何支持互联网地方的数据相连[3]。网络协议的规范化是实现WebGIS其余所有功能需求的前置条件，也是确立WebGIS卓越的开放性的基础。

本系统将WebGIS空间数据资源和服务功能跨地区进行集成整合与共享，每个用户可以通过互联网在不同地域登录系统，实时获取系统中的地理信息，这些地理信息包含地理地图、海洋预报信息、灾害警报信息、台风路径等，为系统用户提供便捷丰富的预报信息与服务，方便用户决策管理。

3.3 交互性高

本系统采用DOJO作为前端框架，该框架对系统的可用性、交互能力以及功能均进行了提升，使系统Web页面具有更好的动态效果，可以在任何能够稳定支持JavaScript语言的环境中发挥作用。

本系统使用ArcGIS API for JavaScript技术实现地图上的数据交互以及信息展示。通过该技术可以将ArcGIS Server提供的地图资源和其他资源嵌入系统，使用浏览器对地理地图进行缩放平移时，JavaScript API通过集成CSS3提供流畅平滑的用户体验[4]。

例如在系统开发中，通过ArcGIS API For Javascript技术实时调用发布时间内发布的REST地图服务，将大面预报渲染图层展示在区域海域内，以帧次方式播放渲染图层项，实现动态播放的效果。

ArcGIS API for JavaScript在开发过程中使用了DOJO简化开发过程，DOJO屏蔽了浏览器之间的差异性，确保本系统在当前主流浏览器中的表现一致。

4 结语

“秦山核电海洋预警报信息服务系统”实现了对秦山核电站附近海域的海面风、海浪、海流、潮位、台风路径等信息的集成与发布，在电脑终端上实现了多种信息的展示，为核电站用户在防灾减灾决策预判时提供参考依据，具有较强的现实意义。

本系统根据项目建设需求建设而成，受项目建设周期以及项目条件限制，该系统目前还具有一定局限性。

（1）本系统通过曲线、列表、地图、文字等二维静态图形以及二维动画显示展示海洋气象预报，用户需要通过读懂文字或趋势图了解气象变化，视觉效果不直观，非专业用户无法充分获取所需信息。

（2）展示的预报种类有限。

秦山核电海洋预警报信息服务系统预报产品的专业性较强，随着预报业务的不断发展，在今后进一步改善的过程中，可以针对非专业用户定制个性化交互功能。建立预报产品三维可视化模型，以更立体、易懂的形式展示预报信息。在系统中不断集成新的精细化预报产品，丰富预报种类。以此为普通用户提供沉浸式更强、信息量更丰富、更直接易用的信息服务。