毕业论文范文——基于WebGIS的环境污染数据的可视化呈现研究

北 京 师 范 大 学 本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 毕业论文（设计）题目毕业论文（设计）题目: : 基于基于 WebGISWebGIS 的环境污染数据的可视化呈现研究的环境污染数据的可视化呈现研究 院院 ( (系系) )：地理学与遥感科学学院地理学与遥感科学学院 专专 业：业： 地地 理理 信信 息息 系系 统统 学学 号号: : 学生姓名学生姓名: : 指导教师指导教师: : 职职 称称: : 所在单位所在单位: : 北师大地遥学院北师大地遥学院 年年 月月 日日 基于基于 WebGISWebGIS 的环境污染数据的可视化呈现的环境污染数据的可视化呈现研究研究 摘摘 要要 研究以 WebGIS 平台上的环境污染数据可视化为中心，论述了 WebGIS 的相关概 念、原理、解决方案，探讨了环境污染数据的特点和可视化的方法。研究通过归纳环境 污染数据的特点，完成了环境污染数据库的设计；利用 ArcGIS Server 9.3 的地图服务 发布功能实现本地地理数据的网络共享；调用 ArcGIS Online 地图服务，实现与本地的 地图服务聚合技术；在 Flex 开发环境下调用 ArcGIS 提供的 Flex API 完成了地图服务的 网络呈现及基本地图功能的实现；通过对 Flex 图表组件的调用定制了专题图生成功能， 获得形式多样的数据可视化结果。研究成功构建了基于 ArcGIS Server 9.3 和 Flex 的环 境污染数据可视化的地图网站，为 WebGIS 平台上的专题数据的可视化提供了实现的思 路和完整的解决方案，可以为相关的行业应用提供参考。 关键词：关键词：WebGIS 环境污染数据 可视化 ArcGIS Server Flex THE VISUALIZATION OF ENVIRONMENTAL-POLLUTION-DATA BASED ON THE WEBGIS PLATFORM Abstract The central topic of this study is the visualization of the environmental pollution data(EP data) based on the WebGIS Framework. The study gives an overview of WebGIS and its solutions, discussed the traits of the EP data and provided a way to achieve the visualization of the EP data on Web. In the first place, the study designed and build the EP database; in the second place, with the function of publishing map service provided by the ArcGIS Server 9.3, the study find a method to share the geographic data on the local machine; in the third place, the study accomplished the Mash-up technology by adding the local map service on the ArcGIS Online map service; fourthly, the study solved the question how to present map service and execute the basic map manipulations on the internet; lastly, the study developed the function of create monograph graphic and finally got an excellent result of visualization with various forms. The study successfully established a map Website for the visualization of the EP data, with the help of ArcGIS Server 9.3 and Flex; it can offer an idea to realize the visualization of the EP data on the WebGIS platform, also it gives an integrated solution to those who want to develop similar applications. KEY WORDS：WebGIS Environmental pollution data visualization ArcGIS Server Flex I 目录目录 1 绪论 .1 1.1 研究背景1 1.2 国内外研究现状2 1.2.1 WebGIS2 1.2.2 环境污染数据的可视化呈现2 1.3 研究意义3 1.4 研究内容3 2 WEBGIS 及其解决方案.5 2.1 WEBGIS 与地图网站5 2.1.1 WebGIS5 2.1.2 地图网站的现状及前景6 2.1.3 WebGIS 地图网站的解决方案 .6 2.2 ARCGIS SERVER 9.3.7 2.2.1 ArcGIS Server 概述 7 2.2.2 ArcGIS Server 9.3 的组成及功能 7 2.2.3 基于 ArcGIS Server 9.3 构建网站 .9 2.3 FLEX 与 FLEX API.11 2.3.1 Flex.11 2.3.2 ArcGIS API for Flex11 2.3.3 调用 Flex API 构建网站的解决方案12 3 环境污染数据的可视化呈现 14 3.1 环境污染数据的特点.14 3.2 环境污染数据的存储.14 3.3 环境污染数据的呈现方式.15 3.3.1 二维平面数据场的可视化方法.15 3.3.2 基于动画的可视化.16 3.3.3 专题图.16 4 系统设计 17 4.1 开发平台的选择.17 4.2 系统构造原则及设计.17 4.3 数据库的设计.18 4.3.1 数据来源.18 4.3.2 数据预处理及数据库构建.18 4.4 数据呈现方式设计.20 5 系统的实现 23 5.1 系统功能.23 5.2 系统界面.24 II 5.3 系统实现的方法.28 5.3.1 地图服务的调用.28 5.3.2 SQLServer 数据库的操作 .29 5.3.3 数据可视化呈现.31 6 结论和展望 38 6.1 结论.38 6.2 存在问题.38 6.3 展望.38 参考文献 40 致 谢 41 III 图目录图目录 图 1 研究内容总体框架图 4 图 2 ArcGIS Server 的组成结构图.8 图 3 ArcGIS Server 的开发体系架构.9 图 4 Flex 程序的启动界面.11 图 5 在 Flex 项目中配置 ArcGIS API .12 图 6 API 配置成功的效果图 .13 图 7 环境污染数据模型 .14 图 8 服务器体系结构图 .18 图 9 站点地图的制作及发布流程图 .19 图 10 属性数据的存储示意图 20 图 11 数据呈现方式设计折线图 20 图 12 数据呈现方式设计柱状图与饼图 21 图 13 数据呈现方式设计二维平面连续数据场 21 图 14 数据呈现方式设计动画可视化 22 图 15 系统功能结构图 23 图 16 网站主页 24 图 17 台站信息查询页面 24 图 18 数据可视化呈现年降雨量折线图 25 图 19 数据可视化呈现温度数据二维平面插值图 25 图 20 数据可视化呈现全年温度动态变化图 25 图 21 数据可视化呈现全年风向统计饼状图 26 图 22 网站背景资料介绍页 26 图 23 气象数据管理页 27 图 24 数据查询分析页折线图显示 27 图 25 数据查询分析页柱状图显示 28 图 26 WebService 服务调用页与返回结果页30 图 27 自定义 LineChart 控件调用及效果 31 图 28 自定义控件的实现结构 32 图 29 Flex 提供的 Chart 控件32 图 30 ModelBuilder 中二维为平面空间插值及等值线生成的模型图34 图 31 模型运行界面 34 图 32 模型运行结果及二维平面数据场可视化的地图制作 35 图 33 发布二维平面数据场可视化的地图服务 35 IV 表目录表目录 表 1 站点图层属性表 .15 表 2 污染物属性数据表 .15 表 3 系统开发环境配置表 .17 1 1 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 近几年网络技术迅速发展，大大推动了网络应用程序的发展，使其从以服务器为中 心的Web 1.0时代，发展到服务器与客户端对等的双向交流的Web 2.0时代。Web 2.0并 不是一种技术或一个框架，而是在创建网络应用时使用的多种新技术及新方式的综合体 现。它提供服务，而不打包软件；它把用户作为共同开发者来信任，通过用户参与并贡 献各自的资源，利用集体智慧来提高服务的质量；它通过客户的自服务来发挥长尾的力 量（所谓长尾，就是组成互联网内容大部分的小网站） ，使服务延伸到整个互联网；它 实现了服务及内容的聚合，为用户提供更多的知识来源；它具有轻量型用户界面、开发 模式、和商业模式1。 随着 Web2.0 时代的到来，地理信息系统（Geographic Information System,GIS） 应用程序也从单机走向 Web，进入了 WebGIS 的时代。WebGIS 作为 GIS 发展的新方向， 旨在为互联网上的普通用户提供一般的或专业化的 GIS 服务，是 GIS 在 Service 阶段的 重要实现方式。作为 WebGIS 的应用实例的各类地图网站的出现，使 WebGIS 真正进入到 普通人的生活中。GIS 应用在经历了集中式，组件式，分布式，基于网络等阶段后，向 Web 服务阶段发展已成趋势。 由 ESRI 提供的 ArcGIS Server 为 WebGIS 提供了一套典型的解决方案。它通过 Web Applicatlon 和 Web Service 构架，在 BS 模式下，让普通 IE 浏览器获得类似 Arclnfo 的专业空间数据管理和 GIS 分析功能，使 GIS 应用系统在分布式环境下的数据 共享和互操作成为可能，此外还提供后台服务功能扩展机制。2008 年 ArcGIS Server 9.3 问世，它凭借丰富的新功能，给了 Web GIS 应用开发人员耳目一新的感受，同时也加速 了 WebGIS 的发展进程。正如 ESRI 中国(北京)有限公司的技术总监王昊说的那样： ArcGIS 9.3 正引领 GIS 融入 Web 时代，GIS 不再成为孤岛，真正的企业化应用以及共享 资源不再是口号，已经成为了现实。 近年来，随着全球环境质量的恶化和各种环境问题的出现，国内外对于环境污染问 题的关注和重视程度都明显增加。许多专家学者致力于环境污染数据的存储和监测的研 究，取得了一些进展。如姚敏，赵燕霞对设计并实现了东北三省环境本底数据库2， 文建辉、黄惠来开发了环境污染事故应急监测技术管理系统3等。基于环境污染数据 的地理相关性和多时相性的特点，GIS 往往被选作对环境污染数据进行可视化呈现的良 好平台。利用其丰富的制图功能，通过专题地图和图表的形式，GIS 使得环境污染数据 的可视化过程直观并且生动。但单机版的 GIS 在数据及操作共享方面存在一定困难，因 2 此很难获得大范围的推广。相较之下，通过 Web GIS 构建的环境污染数据的可视化系统 不仅能够实现专题数据的 Web 共享，使用户在分布式的环境下与数据进行互操作；而且 还能让普通的用户通过 IE 浏览器获得类似专业的空间数据管理和 GIS 分析功能，实现 空间数据可视化，并丰富用户体验。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 WebGISWebGIS Web GIS 也称为 Web-based GIS，是建立在 Web 技术之上的一种特定领域的应用。与 传统的 GIS 相比，WebGIS 具有以下优点：更广泛的访问范围、更高的平台独立性、更低 的系统成本、更简单的操作、更加高效的计算负载4。 Web GIS 是利用 Web 的原理，实现通过浏览器访问服务器上的地理信息文件。为了 实现这一功能：一方面浏览器需要增加解释和显示 GIS 数据的功能；另一方面，服务器 需要具备动态产生 GIS 数据文件的功能。 目前最常用的 Web GIS 的实现方式是利用 WWW 服务器端的功能。首先把 WebServer 与 GIS 软件或 GIS 数据建立联系，当服务器端接收 用户端浏览器发来的请求时，就能调用相应的 GIS 服务功能，把结果数据以某种浏览器 能识别的形式反馈回去，实现浏览器对远程地理信息的访问。 目前，Web GIS 除了应用于传统的国土、资源、环境等政府管理领域外，也正在促 进与老百姓生活息息相关的车载导航、移动位置服务、智能交通、抢险救灾、城市设施 管理、现代物流等产业的迅速发展。我国也在 WebGIS 的应用方面做了许多有益的探索 ，取得了宝贵经验，如农业、林业8、气象、水利、地震、国土资源、海洋、环境保 护7、铁路交通、电力、城市建设和规划9等部门。 1.2.2 环境污染数据的可视化呈现环境污染数据的可视化呈现 目前，对于环境污染数据的研究，大部分致力于分析各种环境问题的成因并给出解 决方案，或提出污染及破坏程度的评价指标体系，或从应用的角度开发具有监测管理污 染数据、并有预警功能的系统平台。研究的领域涵盖了大气环境污染、水域流域污染、 生态环境破坏、生物多样性破坏、重大环境事故、全球环境变化等几大突出的环境问题。 在赫斯特教的定义中 ， “可视化就是使用空间图像和图表来表示和描述信息，充分 利用人们对可视模式快速识别的自然能力，进而改变我们的认知技能” ，不难看出，空 间图像和图表是作为是可视化的一般手段，而数据可视化的最终目的是使得人们快速、 直观的认知大量信息。对数据可视化呈现方法的研究主要包括二维平面数据场的可视化 和基于动画的可视化。其中前者又包括颜色映射法、等值线、立体图法和层次分割法等。 3 而后者又包括针对稳定数据场的动态可视化方法，以及针对与时间有关的非稳定数据场 的动态可视化技术。 作为数据可视化呈现的另一种重要方式，专题图可以直观地表现数据间的差异以及 数据的变化情况，能够在短暂的时间内传达大量的有用信息。专题图常用的形式包括独 立值专题图、范围值专题图、等级符号专题图等。许多研究还使用直方图、圆饼图、折 线图等进行属性数据的综合显示。 但目前对于环境污染数据可视化的技术大部分是开发基于桌面的软件产品，无法实 现数据以及可视化呈现功能的共享，成为阻碍更多的人了解并使用环境数据的障碍。因 此，就需要对基于 Web 的环境污染数据的可视化技术进行探索，实现在 WebGIS 平台上 的专题数据可视化呈现。 1.3 研究意义研究意义 本研究是对环境污染数据在 WebGIS 平台上可视化呈现方式的探索，大胆尝试 ArcGIS Server 9.3 的地图服务功能及其提供的 Flex API 接口，在 Flex 的开发环境下 实现一套完整可行的解决方案，把环境污染的专题数据进行 Web 可视化呈现，为今后相 关的行业应用提供参考。 研究是对 WebGIS 思想的践行，从理论和实践两个层面揭示了 WebGIS 的概念、功能 及实现框架。通过配置 ArcGIS Server 9.3 及其网络环境，实现了地图服务的网络共享， 探索了地图网站的核心技术。通过本地地图服务与网络地图服务的叠加，实现了服务的 聚合，为地图服务的共享奠定了基础。 研究还涉及环境污染数据的建模及数据库的设计，为其它类似地学数据的存储提供 了一种思路，也为更大规模数据的存储、共享提供了扩展的基础。对数据可视化呈现方 式的研究，既是对传统地学数据呈现方式的一次盘点，也提出了新的呈现思路，丰富了 数据表现力，增加了数据信息量，挖掘了数据深层次信息。 在 Flex 环境下，通过 ArcGIS Flex API 进行地图服务及操作的调用，实现了地图服 务的 Web 共享和互操作；利用 Flex 的图表组件实现了丰富、生动的专题数据可视化呈 现；基于 Flex 的系统美化也为建立更具视觉美感和交互性能的网站提供了参考和借鉴 基于 WebGIS 的数据可视化呈现不同于单机版的数据呈现，它能够让更多的人分享专 业的数据和专业的服务，具有更广泛的应用价值和扩展空间。研究的思路可以作为 WebGIS 实现的完整解决方案为相关的行业应用提供参考；研究所涉及的都是被广泛应用 与于行业前沿和热点问题上的技术，因此也能为相关的技术人员提供应用的案例。 1.4 研究内容研究内容 本研究探索了在 Web GIS 的平台上为环境污染数据的可视化呈现的方法。论文首先 4 对 WebGIS 以及可视化技术的相关内容进行论述；接着提出了环境污染数据在 WebGIS 平 台上进行可视化呈现的思路；最后详细说明了环境污染数据的 WebGIS 可视化呈现的解 决方案，回答了如何构建 WebGIS 网站及实现数据可视化的问题。 研究涉及了如下的技术：ArcGIS Server 9.3 地图服务发布及管理、 SQLServerExpress 数据库建里及管理、Flex Builder 3 下的网站设计及开发、ArcGIS Flex API 的调用以及基于 Flex+ArcGIS Server 9.3 的数据可视化呈现技术等。 图 1 研究内容总体框架图 Flex 表示层表示层 空间空间 数据数据 管理管理 非空间数据管理非空间数据管理 Flex API 调用地图服务 Web Service 访问 数据库 SQL Server Express ArcGIS Server MapServiceMapService 本地 GIS Server 地图服务发布 地图服务获取 地图服务管理 Online GIS Server 网站设计 地图服务调用 地图功能实现 功能实现 数据可视化 5 2 WebGISWebGIS 及其解决方案及其解决方案 2.1 WebGISWebGIS 与地图网站与地图网站 2.1.1 WebGISWebGIS 地理信息系统 (GIS)同时管理地理空间信息和数据库属性数据,在城市规划、地下 管线管理、市政设施、房地产、交通管理等领域有着广泛的应用价值。随着近年来计算 机技术的发展，GIS 在组成结构和应用技术等方面已与传统的 GIS 技术有了很大的不同, 而基于 Internet/Intranet 的 WebGIS 则是 GIS 技术发展的新趋势之一。 与传统的桌面 GIS 相比，WebGIS 具有以下优点：（1）更广泛的访问范围： 客户可 以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一 Internet/Intranet 所特 有的优势大大方便了 GIS 的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实 现。 （2）平台独立性：无论服务器/客户机是何种机器，无论 WebGIS 服务器端使用何种 GIS 软件，由于使用了通用的 Web 浏览器，用户就可以透明地访问 WebGIS 数据，在本机 或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异 构数据的共享。 （3）可以大规模降低系统成本：普通 GIS 在每个客户端都要配备昂贵的 专业 GIS 软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。 WebGIS 在客户端通常只需使用 Web 浏览器（有时还要加一些插件） ，其软件成本与全套 专业 GIS 相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽 视。 （4）更简单的操作:要广泛推广 GIS，使 GIS 系统为广大的普通用户所接受，而不仅 仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的 Web 浏览 器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 （5）平衡高效的计算负载：传统的 GIS 大都使用 文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端,效率较低。而当今一些高 级的 WebGIS 能充分利用网络资源,将基础性、全局性的处理交由服务器执行,而对数据 量较小的简单操作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网 络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式45。 虽然目前 WebGIS 在理论、技术、产品以及应用上都取得了很大的进步，也有力地促 进了 GIS 的广泛应用，但由于采用了 HTML 页面形式的用户界面，使得客户端的数据处 理能力差，图形显示及交互功能较弱，使得用户体验不佳23。就在 WebGIS 难有进一 步发展的时候，RIA 技术的出现了，它给 WebGIS 带来了新的活力。 富互联网应用程序(Rich Internet Application，RIA)是一种在表现层上的技术创 新，是一种具有丰富能力的客户端技术。RIA 技术结合了桌面应用程序的反应快、交互 6 性强的优点与 Web 应用程序的传播范围广及容易传播的特性，简化并改进了 Web 应用程 的用户交互，提供更丰富 更具有交互性和响应性的用户体验25。这种模式的优势在 于，程序运行于客户端并且程序更多的是和用户进行交互，同时更少地和服务器进行交 互；在用户界面上，从传统基于 HTML 应用系统的服务器响应影响整个界面，转变成只 有收到请求的应用程序部分才会做出相应的变化，也就是说界面被分解成许多独立的模 块，这些模块都会对收到的信息做出相应的反应26。 目前，RIA 领域比较成熟的产品有 Microsoft 公司的 Smart Client、IBM 公司的 OpenLaszlo，以及 Adobe 公司的 Flex 等，本文采用 Flex 技术来开发 WebGIS。 2.1.2 地图网站的现状及前景地图网站的现状及前景 近年，许多专业的 GIS 公司（如 ESRI）以及一些非专业的 IT 公司（如 Googole，微 软等）都涉足到网络制图（Web Mapping）的领域中，使得诸如 ArcGIS Online、Google Map、微软地图、Yahoo！Maps 等的地图服务如雨后春笋般的兴起。这些地图服务由于界 面简单，获取地图快速，操作简捷而迅速在网络上推广开来，使地图服务成为网络上最 受欢迎的 Web 服务之一。常见的地图网站通常可以被分为两种：以数据为核心的地图网 站和个性化的地图网站。 以数据为核心的地图网站，背后都有大资金的支持，数据充足，技术水平也要远远 超出其它小型的应用网站。他们站在 Web2.0 应用的最前端，都通过开放的 JavaScriptAPI 间接开放数据，让开放人员可以在自己的网站上通过这些 API 引用这些 网站的地图数据，来制作自己各式各样新奇的应用，这种开放 API 是现在最流行的 Mashup 的重要组成部分。所以，这类网站本身不见得在地图服务上做得非常突出，但却 是整个行业的中流砥柱。 所谓个性地图，就是有用户自己制作一张地图，并在上面标识一些信息。它把地图 网站从传统的位置查询平台的定义中拔高起来，通过用户图层所提供的 POI（Point of Interest，兴趣点）信息，将地图搜索与各行业优势资源进行整合，从而构建具有专业 服务功能的网站。因为有人说过世界上 80%的信息都和空间位置相关，所以专业的地图 服务网站具有重大的实践意义和广阔的市场前景。 2.1.3 WebGISWebGIS 地图网站的解决方案地图网站的解决方案 目前国内通常使用 MapGIS、ArcGIS、MapInfo 以及 SuperMap 等产品为 WEBGIS 构建 地图网站提供解决方案。 其中由国内的两家公司提供的 MapWEB（MAPGIS 产品）和 SuperMap IS .NET 5（SuperMap 产品） ，由于其在数据平台兼容性和跨平台性方面存在的问题一直未能在国 内国际市场得到广泛的应用。而由 MapInfo 公司提供的 MapXtreme 解决方案也因为在数 7 据、平台兼容性支持数据类型、标准化方面的不足而逊色于 ESRI 提供的 ArcGIS Server 解决方案。 ESRI 作为 GIS 行业的领跑者，提供了 ArcGIS Server 做为 WebGIS 的解决方案。与 其它 WebGIS 产品相比，它不仅具备发布地图服务的功能，而且还能提供灵活的编辑和 强大的分析能力，这对于 WebGIS 发展可以说是具备里程碑意义的。 基于 ArcGISServer 构建的 GIS 应用系统能够在分布式环境下实现数据共享和互操作，此外还提供后台服务 功能扩展机制。2008 年 ArcGIS Server 9.3 问世，凭借丰富的新功能，给了 Web GIS 应 用开发人员耳目一新的感受，同时也加速了 WebGIS 的发展进程。 2.2 ArcGISArcGIS ServerServer 9.39.3 2.2.1 ArcGISArcGIS ServerServer 概述概述 ArcGIS Server 是一个基于 Web 的企业级 GIS 解决方案 ， 它从 ArcGIS 9.0 版本 开始加入 ESRI 产品家族。ArcGIS Server 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。它充分利用了 ArcGIS 的核心组件库 ArcObjects ，并且基于工 业标准提供 WebGIS 服务。ArcGIS Server 将两项功能强大的技术 -GIS 和网络技术 （Web）结合在一起，GIS 擅长与空间相关的分析和处理，网络技术则提供全球互联，促 进信息共享。这两项技术协同工作，相得益彰。 由于 ArcGIS Server 基于强大的核心组件库 ArcObjects 搭建，并且以主流的网络技 术作为其通信手段，所以它具有许多令人欣慰的优势和特点：（1）集中式管理带来成 本的降低。无论是从数据的维护和管理上还是从系统升级上来说，都只需要在服务器端 进行集中的处理，而无需在每一个终端用户上做大量的维护工作，这不但极大的节约投 入的时间成本和人力资源，而且有利于提高数据的一致性。 （2）瘦客户端也可以享受到 高级的 GIS 服务。过去只能在庞大的桌面软件上才能实现的高级 GIS 功能的时代终止于 ArcGIS Server 。通过 ArcGIS Server 搭建的企业 GIS 服务使得客户端通过网络浏览 器（IE ，Netscapes ）即可实现高级的 GIS 功能。 （3）使 WebGIS 具备了灵活的数据 编辑和高级的 GIS 分析能力。用户在野外作业时可以通过移动设备直接对服务器端的数 据库进行维护和更新，大大减少了回到室内后的重复工作量，为野外调绘和勘察提供了 极大的便利。另外，ArcGIS Server 可以实现网络分析和 3D 分析等高级的空间分析功 能。 （4）支持大量的并发访问，具有负载均衡能力。ArcGIS Server 采用分布式组件技 术，可以将大量的并发访问均衡地分配到多个服务器上，可以大幅度的降低响应时间， 提高并发访问量。 （5）可以根据工业标准很好的与其他的企业系统整合，进行协同工作， 为企业经营管理提供支持。例如：GIS 和客户关系管理系统（CRM ）整合，发挥 GIS 的 独特优势，使得企业可以打破地域的限制，更好的进行客户资源的开发，提供客户满意 8 的产品和服务。 （6） ArcGIS Server 的出现使得我们可以利用主流的网络技术（例如， .Net 和 Java ）来定制适合自身需要的网络 GIS 解决方案，具有更大的可伸缩性来满 足多样化的企业需求。 2.2.2 ArcGISArcGIS ServerServer 9.39.3 的组成及功能的组成及功能 ArcGIS Server 是一个分布式系统，由分布在多台机器上的各个角色协同工作。利 用 ArcGIS Server 搭建的 WebGIS 所涉及的各个组成部分包括： （1）GIS server： 运行 SOC 和 SOM 的机器。SOM 即 Server Object Manager ：Server Object 管理器，负责管理调度 Server Object ，而具体 Server Object 的 运行是在 ArcSOC.EXE 进程中。SOC 即 Server Object Container （容器） 。SOM 和 SOC 可以运行在同一台机器上，也可以是 SOM 独占一台机器，管理一个或多个运行 SOC 的 机器。采用分布式部署，可以大幅提高 GIS server 的整体性能，扩展能力更强。 （2）Web server： 运行 web 应用程序或 web service 的机器。这里的 web 应用 程序或 web service 通过访问 GIS server 并调用 GIS server 的对象来实现 GIS 功能， 然后把结果返回给客户端。 （3）Web browsers： 诸如 IE ，Firefox 等 Web 浏览器软件。 （4）桌面应用程序： 可以是 ArcGIS Desktop 和 ArcGIS Engine 应用。通过 Http 协议访问在 Web server 上发布的 ArcGIS 网络服务，或者通过 Lan/Wan 直接连接到 GIS servers 。一般通过 ArcCatalog 应用程序来管理 ArcGIS Server 。 9 图 2 ArcGIS Server 的组成结构图 ArcGIS Server 提供一个丰富的、以服务器为主的 GIS 功能，并且透过网络使把些 功能更有效益及效率地提供给用户。功能主要包括：制图、地理编码、空间查询、编辑、 追踪及进阶分析等。 ArcGIS Server 的功能中还特别值得一提的是 Geoprocessing Service，从 ags9.2 开始可以将 ArcTool 做为 GeoProcessing service 发布，在 ArcGIS Server 中使用。这 样就能借助 ArcTool 为 ags 提供非常强大简单好用的功能，如 buffer 分析、网络分析、 数据裁剪等等。Geoprocessing Service 发布后可以提供给不同的客户端使用如 Web Mapping Applications, ArcGIS Explorer, and ArcGIS Desktop，在 ags9.3 中 GeoProcessing service 也同时通过 rest api 的方式提供给客户端进行编程使用，在 flex api、javascript api 中由于不能直接像 Web Mapping Applications 一样直接通 过调用 Ao 的方法实现复杂的功能，这样 GeoProcessing service 就显得非常的有用了， 它为 flex api、javascript api 提供了实现复杂功能的途径如 buffer 分析、网络分析 等。 10 2.2.3 基于基于 ArcGISArcGIS ServerServer 9.39.3 构建网站构建网站 ServerServer 开发的整体架构开发的整体架构 Server 开发的整体架构，Server 提供了一系列的应用开发途径，从 1 到 4 难度逐 步增加，功能和可定制性也越来越强，开发者可以充分利用 Server 提供的这些资源来 构建应用。 图 3 ArcGIS Server 的开发体系架构 WebWeb 应用开发应用开发 Server 为 Web 应用开发提供了一系列的开发方式，在 visual studio 2005 中可以 直接使用 Web Mapping Application template 建立应用，它包含了 Web ADF 框架，是 学习 Server 开发的入口。如果想使用各种 Web 控件加上少量代码来构建 Web 应用，可 以直接使用第一种途径，这样的应用比较死板，让人感觉有点想搭积木，程序员可能没 有任何成就感，好处是开发迅速，适合入门学习或做个简单的 Server 演示。如果想在 Common API 基础上，使用各种通用的 functionality，通过各种 data source 类型来定 制 Web ADF，可以使用第二种开发途径。如果想使用 Common API，并且需要通过 Common API 调用 specific API 来定制 Web ADF，可以通过第三种途径来开发。 WebWeb ServiceService 开发开发 ArcGIS 提供了两种类型的 Web Service 创建方法：GIS Web Service 和 Application Web Service。 11 GIS Web Service 提供了一种将 ArcGIS Server Object（Local data source）发 布为 ArcGIS Server Web Service（Internet data source）的 ESRI 标准，GIS Web Service 不用于开发，通常它们是用来发布信息和提供资源，ArcMap 就可以直接使用 GIS Web Service 的资源而不用进行任何开发，另外 Web ADF 控件和 Common API 也可以 使用 GIS Web Service 资源。因为 GIS Web Service 基于标准 web service，它可以作 为传统 web service 来使用，ArcGIS Server 提供了 SOAP API 进行相关的开发，以后的 学习中会使用到。 Application Web Service 是基于标准 web service 建立的应用，使用一种 ESRI 的 data source 进行开发。因为 web service 没有用户接口，上图中途径一不适合这样 的应用，途径四是最适合的，因为 web service 可充分利用 ESRI 提供的各种 data source specific API 的所有 functionality。 ArcGISArcGIS OnlineOnline ServicesServices 伴随着 ArcGIS 9.2 的发行，ESRI 引入了 ArcGIS Online，一个面向 ArcGIS 用户的 基于 Web 的产品以及服务的大家庭。ArcGIS Online 主要包括 ArcGIS Online Services，对于 ArcGIS 用户来说，它提供了丰富的拿来即用的基于 Web 的内容和能力， 主要包括二维地图、三维地图、和特定的图层服务。这些内容可以在 ArcGIS Desktop（ArcInfo、ArcEditor 和 ArcView）中直接使用，包括 ArcGIS Explorer 和 ArcReader。 通过 ArcGIS Online Services 所得到的基本地图和层得到专业的制图渲染可以用 于支持多比例尺显示，对于本地创建和维护的数据集来说，它也可以很好地用做背景图 或者叠加图层。通过提供给用户于他们内容相对应的基础图层，并添加他们自己的数据， 这极大地增强了 ArcGIS 用户的感受。 目前可用的 ArcGIS Online Services 包括： 分辨率从 500 米到 15 米的世界遥感影像。 分辨率大约是 1000 米和 90 米的全世界范围内的地势图。 1240 米分辨率的全球自然地图，500 分辨率的美国自然地图。 第八版国家世界地理图集中的世界政区图的数字版本。 多比例尺的街道地图，带有世界范围内的高速公路数据以及美国和加拿大的街道级 别的数据。 通过 ArcGIS Online Services 所提供的内容对 ArcGIS Desktop 用户来说是免费的， 并定期的进行更新，这样就避免了购买和管理额外的内容。 12 2.3 FlexFlex 与与 FlexFlex APIAPI 2.3.1 FlexFlex Adobe Flex 是原 Macromedia 公司为满足希望开发 Rich Intemet Application(RIA) 的企业级程序员的需求而推出的表示服务器和应用程序框架。RIA 将桌面软件的响应速 度和丰富功能(Richness)与 Web 应用程序的广度(Reachness)结合在一起， 以提供效果 更好的最终用户体验。Flex 表示服务器提供基于标准的、声明性的编程方法和流程，并 提供运行时服务，用于开发和部署丰富客户端应用程序的表示层。Flex 开发者使用直观 的基于 XML 的语言来定义丰富的用户界面：该语言由 Flex 服务器翻译成智能的客户端 应用程序，在普遍存在的 Flash 环境中运行。Flex 不取代现有的工具、应用服务器和数 据库。它只能对现有的技术起到补充作用，因为 Flex 需要利用这些现有技术来发挥功 能。使用 Flex，可以增加一个强大的表示层，从而提高现有应用程序的效率。通常情况 下，可以将基于 Flex 的用户界面与现有的业务逻辑组件或 Web 服务连接起来，而无须 做任何改动22。 Flex 非常适用于想要迅速构建基于网络的地图服务的开发者，使他们不需要花费大 量的时间来写代码。通过 ArcGIS 提供的 Flex API, 用户可以将 ArcGIS 的地图服务和 Flex 的 Web 服务有效的集成，实现自定义的应用程序。 图 4 FlexBuilder 程序的启动界面 2.3.2 ArcGISArcGIS APIAPI forfor FlexFlex 目前，ArcServer Flex API 已经推出了正式版 agslib-1.0，它支持的 Map 服务可以 是动态或静态的 Tile、影像地图及 ArcIMS 的 WMS，地图可以是任意坐标系统。 比较值得关注的是，ArcServer Flex API 的 Graphics，主要是对点、线、面的渲染， 有丰富的符号表现形式，加上 Flex 本身的一些特效（如 alpha、visible） ，地图的 Graphics 能够展现出比较理想的画面，还有就是元素的事件驱动模型，能够产生一定的 互动效果。 ArcServer Flex API 能够提供的任务功能（Task） ，主要有 5 个方面： 13 1、查询信息（Query Task） 2、地图定位（Address Locator Task） 3、检索信息（Find Task） 4、要素识别（Identify Task） 5、地图处理（Geoprocessing Task） FlexAPI 支持 REST，它能让 Web 服务变得简单，是一个发展的趋势。 通过 Flex API 创建的应用，界面美观、用户体验好，交互性强、效率高，跨操作 系统，通信方式多样化，开发简单但功能强大，支持中文，丰富的组建集、易扩展， Flex Builder 集成的开发环境，强大的开发支持资源。 2.3.3 调用调用 FlexFlex APIAPI 构建网站的解决方案构建网站的解决方案 在项目中配置在项目中配置 APIAPI ArcGIS API for Flex 以 swc 文件分发，swc 是 Flex 组件和其它资源的存档文件。 在需要使用 Flex API 的项目中导入 swc 文件后，即可使用这些组件与其相应的功能。 导入 Flex API，需要新建 Flex 工程，并在项目的 Library path 中，链接 ArcGIS API for Flex 开发包中的 swc 文件。 如图所示： 图 5 在 Flex 项目中配置 ArcGIS API 14 测试环境是否配置成功测试环境是否配置成功 ArcGIS API for Flex 开发包中包含有若干个例子，在 sample 目录下。我们选择一 个例子“Tutorial_Map.mxml” ，用文本编辑器将其打开，将所有内容复制到当前工程的 默认 mxml 文件中覆盖。 编译运行，出现如下图的网页表示环境配置成功。 图 6 API 配置成功的效果图 15 3 环境污染数据的可视化呈现环境污染数据的可视化呈现 3.1 环境污染数据的特点环境污染数据的特点 环境污染涉及面广，影响深远；并且污染物种类繁多，变化复杂。通常某一地理位 置所对应得污染物的种类、含量等都随时间不断发生变化。根据环境污染数据的这些特 征，研究把环境污染数据抽象成一个同时具有时空属性的模型在一个地理位置上 （通常是观测污染数据的站点）不同种类的污染物数量在时间维上的变化序列。模型有 可以被进一步细化为 空间相关数据空间相关数据+时间相关数据时间相关数据 的集合。如图所示， （1） 、 （2） 、 （3） 号的站点分别对应着 A、B 两种污染物随时间变化的数据序列。用如上所述的模型表达 环境污染数据，既充分考虑到了环境污染数据的特点，又能够便捷、高效的存储和管理 数据，为环境污染数据的可视化呈现奠定了理论基础。 3.2 环境污染数据的存储环境污染数据的存储 根据 3.1.1 节所提出的环境污染数据的特点及抽象出的模型，对环境污染数据的存 储就变得容易了。存储也可以被划分为 空间相关数据的存储空间相关数据的存储 和 时间相关数据的存储。时间相关数据的存储。对于 空间数据的存储研究选用了 ArcGISServer9.3 提供的 MapService 发布功能，将包含观 测点位信息的地图发布成 MapServer。而对于具有多时相动态变化的不同污染物的时间 序列数据，研究引入 SQLServer 数据库对其进行存储和管理。依照如上所示的思路，研 (3) (1) (2) t t t A B A B A B 图 7 环境污染数据模型 16 究提出了如下表所示的存储结构： MapServer 提供含有观测点位相关信息的点图层。点图层的属性表结构如下： 表 1 站点图层属性表 站点编号 Shape* 站点名称经度纬度 1 2 3 SQLServer 提供时间序列上的不同污染物的含量数据，数据库中的表