气象GIS解决方案.pdf

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1、ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 目目 录录 前前 言言. 1 第一章第一章 气象与气象与 GIS. 2 第二章第二章 ESRI 产品应用于气象产品应用于气象 9 第三章第三章 时态时态 GIS 应用应用 16 第四章第四章 应用文章集锦应用文章集锦. 26 地理信息服务及基于服务的气象业务系统框架探讨 26 GIS 支持下的上海农业气象服务系统开发研究 34 基于 ArcInfo、ERDAS、ArcView 下的气候资源评估方法 42 基于 WEBGIS 的农业气象信息共享与发布技术应用. 48 基于 WebGIS 的上海农业气象灾害监测系统 55 应用

2、ArcInfo 和 ERDAS 确立甘南草地生产力估测模型构建及其降水量空间分布模式. 60 第五章第五章 ESRI 的资源的资源. 65 第一章 气象与 GIS -2 - ESRI 中国（北京）有限公司 第一章第一章 气象与气象与 GIS 一、一、GIS 的概念的概念 （1）什么是 GIS？ 地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可 以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效 果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS 与其他

3、信息系统相区别， 从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、 预测结果、 规划战略等中具有实用价值。 （2）一个 GIS 的组成 GIS 由五个主要的元素所构成：硬件、软件、数据、人员和方法。 硬件：硬件是 GIS 所操作的计算机。今天，GIS 软件可以在很多类型的硬件上运行。从 中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。 软件 ：GIS 软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件 有： * 输入和处理地理信息的工具 * 数据库管理系统(DBMS) * 支持地理查询、分析和视觉化的工具 * 容易使用这些工具的图形化界面(GUI) 数据：一个 GIS 系统中最

4、重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己 采集或者从商业数据提供者处购买。 GIS 将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起， 而且 可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。 人员：GIS 技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。 GIS 的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家， 到那些使用该系统并完成他们每天工作的 人员。 方法：成功的 GIS 系统，具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范而且对每一 个公司来说具体的操作实践又是独特的。 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 -

5、 3 - （3）GIS 如何工作 GIS 就是用来存储有关世界的信息， 这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题 层集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用， 这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。 地理参考系统 地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标。也 可以包含间接的地理参照系统，例如地址、邮政编码、人口普查区名、森林位置识别、路名 等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统，如地址描述，转变成明确的 地理参照系统，如多重定位。这些地理参考系统可以使你定位一些特征，例如

6、商业活动、森 林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。 矢量和栅格模式 地理信息系统工作于两种不同的基本地理模式-矢量模式和栅格模式。 在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以 x、y 坐标形式储存。一个点特征 的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的 x、y 坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可 以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一 个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如 土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。 栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或

7、照片。 不管是矢量模式还是栅格模式，用来存储地理数据，都有优点和缺陷。现代的 GIS 都可以处 理这两种模式。 （4）GIS 的任务 一般来说，GIS 有以下五个过程或任务：输入、处理、管理、查询和分析、可视化。 输入输入 在地理数据用于 GIS 之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机 文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代 GIS 技术可以通过扫描技术来使这个过程全 部自动化，对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌） 。 目前，许多地理数据已经是地理信息系统兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商 那里获得并直接装入 GIS 中。 处理处理 对于一个特殊的 GI

8、S 项目来说，有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的 第一章 气象与 GIS -4 - ESRI 中国（北京）有限公司 系统。例如，地理信息适用于不同的比例尺（街道中心线文件的比例尺也许是 1:100,000；人 口边界是 1:50,000；邮政编码是 1:10,000） 。在这些信息被集成以前，必须转变成同一比例 尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。地理信 息系统技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。 管理管理 对于小的 GIS 项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且 数据用户数很多时，最好使用一个数据库

9、管理系统（DBMS） ，来帮助存储、组织和管理数据。 一个数据库管理系统 DBMS 就是用来管理一个数据库-一个数据的完整收集-的计算机软件。 有许多不同的 DBMS 设计，但在 GIS 中，关系数据库管理系统的设计是最有用的。在关 系数据库系统设计中，概念上数据都被存储成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把 它们连接起来。这个令人惊讶的简单设计被广泛地应用，主要是由于它的灵活性以及在使用 GIS 和不使用 GIS 时，都被广泛地采用。 查询和分析查询和分析 一旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的 GIS 系统，你可能开始提出象下面这样的 一些简单问题： 这个范围内有多少气象观测站点？它

10、们的工作状态如何？ 两个地方之间的距离是多少？ 飓风影响的地理边界在哪里？ 有关分析的问题可能是： 气象灾害预警范围是多大？具体的地理位置和坐标是什么？ 某个范围内的气候特点适合什么类型的农作物生长？ 如果我要在这里建一座风能发电厂，风力资源是否丰富？ 在目前的天气条件下，人影作业可能影响的范围有多大？ GIS 提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具， 为管理者和类似的分析家提供及时 的信息。当你分析地理数据用于寻找模式和趋势，或提出“如果怎么样“设想时，地理信息 系统技术实际上正在被使用。现代 GIS 具有许多有力的分析工具，但是有两个是特别重要的。 接近程度分析 在这片水域周围 100

11、 米范围内有多少房子？ 这场飓风中心距离 100 公里范围内共有多少常住人口？ 年降水 500 毫米以上范围内小麦种植占多大面积？ 为了回答这些问题，GIS 技术使用一个叫做缓冲的处理方法，来确定特征间的接近关系。 覆盖范围分析 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 5 - 不同数据层的综合方法叫做覆盖。简单的说，它可以是一个可视化操作，但是分析操作 需要一个或多个物理连接起来的数据层。覆盖，或空间连接，可以将基础地理数据与降水、 温度、湿度或雷达等各种数据集成在一起。 可视化可视化 对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示。图件对于存储和传

12、递 地理信息是非常有效的。 制图者已经生产了上千年的地图， GIS 为扩展这种制图艺术和科学提 供了崭新的和激动人心的工具。地图显示可以集成在报告、三维观察、照片图象和例如多媒 体的其他输出中。 （5）GIS 相关技术 GIS 与其他几种信息系统密切相关， 但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区 别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分 GIS 和桌面制图、计算机辅助设计 CAD、遥感、DBMS、以及 GPS 技术。 桌面制图：桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地 图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的

13、数据管理、空间分析以及个性化 能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如 PC 机，Macintosh 以及小型 UNIX 工作 站。 计算机辅助设计 CAD：计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计 和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明 如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD 系统已经扩展可以支持地图设计，但 管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。 遥感和 GPS：遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照 相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并

14、 为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作 用，所以不能叫作真正的 GIS。 DBMS 数据库管理系统：数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其 中包括地理数据。DBMS 使存储和查找数据最优化，许多地理信息系统为此而依靠它。相对 于 GIS 而言，它们没有分析和可视化的工具。 （6）GIS 可以做什么 进行地理信息查询和分析进行地理信息查询和分析 GIS 搜索数据库并进行地理信息查询的能力，节约了许多决策部门数以百万计的美元。 GIS 可以： ? 缩短回答决策机构请求的时间 第一章 气象与 GIS -6 - ESRI 中国（北京）有限公司

15、 ? 找到灾害性天气情况可能影响的地域 ? 在农作物、降水和温度之间找寻相关关系 ? 人工影响天气辅助决策方案制定 预报员可以用 GIS 在一定的区域内实时察看所有观测站的运行状况和监测数据，并插值 分析出等温图、等降水量图等等。 查询可以通过增加准则来进一步细化：显示出风速在 10 级以上的观测站。还可以列出这 些观测站周边 20 公里内的危险建筑。 改进机构集成改进机构集成 许多采用了地理信息系统的机构发现其主要效益之一是改进了它们自己的机构和资源的 管理。由于 GIS 具有将数据集合和地理信息链接起来的能力，促使它们之间共享和交流局部 信息。通过产生可共享的数据库，一个部门可从另一个部门

16、的工作中得到好处，这是由于数 据只需采集一次，但应用多次。 由于个人和部门之间的通讯在增加，冗余被减少，生产力提高，整体组织效率改进。因 此，在一个有效的公司里，用户和基本建设数据库可以集成在一起，这样，当需要进行维护 时，受影响的用户会得到计算机发出的信件。 做出好的决定做出好的决定 一个古老的格言“好的信息导致好的决定“， 对于 GIS 和其他信息系统来说都是正确的。 然 而，一个地理信息系统（GIS） ，并不是一个自动决策系统，而是一个查询、分析和支持作出 决策处理的图件数据工具。GIS 技术已经被用于帮助完成一些任务，例如：为计划调查提供信 息，帮助解决领土争端，以最小化视觉干扰为原则

17、设置路标。 GIS 可以用于帮助一个新房址的选定，以使其受环境影响最小，在低风险区域，离人口聚 集地近。可以以地图和附加报告的方式简洁而清晰的提供这个信息，使决策者集中精力于实 际的问题，而不是花时间去理解数据。由于 GIS 结果能够很快地获得，多个假想的结果可以 被高效地评价。 制图制图 图件在 GIS 中占有重要的一席之地。GIS 的制图方法比传统的人工或自动绘图方法要灵 活得多。她开始于数据库的创建。已经存在的纸张图件可以进行数字化，并可以把计算机兼 容的信息转换到地理信息系统中。以 GIS 为基础的图形数据库是可以延续的，比例尺也不受 限制。图件可以以任何地点为中心，比例尺任意，使用突

18、出效果的特殊字符有效地显示所选 择的信息。 地图集和地图丛书的特征可以用计算机程序编码，并与最终的数据库产品相比较。在其 他 GIS 中使用的数字化产品还可以来自数据库的简单拷贝。在一个大的组织机构中，地形数 据库可以被其他部门用作参考构架。 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 7 - 二、为什么要使用二、为什么要使用 GIS 技术技术 （1）提高气象数据的利用率 气象科学数据的共享是气象工作现代化下必然的工作，越来越多的用户在实际的业务当 中都需要气象科学数据的支持。国家气象局在气象数据整合、共享服务、标准规范和共享平 台研制等方面已经拥有了一系列的科研

19、成果，使气象资料加工处理和服务能力获得了实质性 的提高，使得气象科学数据共享成为国家科学数据共享工程的先导性节点。对于气象科学数 据引入了 GIS 的概念以后，不仅可以大力推进数据的共享工作，保障其持续、健康和稳定地 发展，而且还能提高气象科学数据的利用效率，使得共享的数据能够满足多种行业用户的实 际使用需求，更好的为社会发展和经济建设服务。因此，气象部门在未来的工作中需要加快 建立与 GIS 体系相适应的共享平台。 （2）提供更加可靠的决策分析依据 众所周知，气象信息已经成为我们生活中不可或缺的部分。在如今我们大家的日常生活 当中，各种气象服务涉及面广，更加人性化，更有针对性。一方面预报时效

20、更长，能发布未 来 2 至 3 天、一星期、一旬的天气预报；另一方面，气象预报更精确，内容也更丰富，出现 各种详细的生活指数预报，包括感冒指数、旅游指数、空气污染指数、紫外线指数、晨练指 数等等，可谓“贴心的提醒”。例如，紫外线指数可帮你确定是否戴墨镜，该着什么装；晾晒指 数可帮你掌握适宜晾晒衣物的时机等等。 另外，气象对农业生产的影响也是非常重要的。农作物生长在大自然中，无时无刻不受 气象条件的影响，因此农业生产与气象是息息相关的。风、雨、雪、雹。 冷、热、光照等气 象条件对农业生产活动都有很大的影响。而我国幅员辽阔，不同地域的气象条件又千差万别， 比如在对江南早稻育秧期有影响的春季低温连阴

21、雨，对晚稻抽穗杨花有影响的寒露风，北方 冬麦区的小麦干热风，对水稻、高粱、玉米和大豆等有影响的东北夏季低温，对农作物收获 有影响的华南及江淮秋雨和干旱、雨涝、 霜冻、高温、冰雹、大风等灾害性天气，这些气候 状况则需要我们从地理上加以区分。同样，气象对工业生产的影响也非常广泛。无论是厂址 的选择、厂房的设计、还是原料储存、制造、产品保管和运输等各个环节，都受温度、湿度、 降水、风、日射等气象条件的影响。特别是灾害性天气，如热带风暴和台风、暴雨洪水、输 电线路中断或厂房、设备损坏，仓库被淹以及工人伤亡、不能上班等；由干旱引起的供水不 足；雷电等引起的火灾；低温造成的水管和输油管冻裂及其他冻害；高温

22、低湿容易诱发火灾 和爆炸；高温高湿易造成原材料等的腐蚀、霉烂，以及影响工人的身体健康和生产效率等， 这些都直接或间接的影响着工业生产。有人通过调查分析得出，高温时节的工伤事故多于其 他时节；当棉纺厂车间内温度、湿度突然下降时，棉纱断头增多。据河北省沧州地区气象局 的调查研究，海盐的生产，不仅受到降水天气的影响。而且也受到温度的影响。当冷空气侵 袭时，日降温大于 8，且最低气温在 5以下时，可产生芒硝，减少产盐量；当最高气温大 于 33，相对湿度在 30以下，风速在 8 米秒以上时，由于蒸发量增大，迅速改变卤水比 重，容易产生氯化镁，影响盐的产量。总之，气象影响着工业生产的方方面面。 由此可见，

23、结合地理信息的数据，认识和掌握当地的天气气候规律，对工农业生产预先 进行分析、决策、指导，积极采取防御措施趋利避害，是非常重要的。 第一章 气象与 GIS -8 - ESRI 中国（北京）有限公司 （3）建立更加开放的气象信息可视化平台 地方上的气象部门由于人才、经费等投入不足，资料工作特别是历史资料信息化和管理 工作明显滞后，地面自记纸、高空、日射、酸雨、农业气象等诸多气象资料尚为进行数字化 和信息化，许多纸质档案，如降水自记纸、风速风向自记纸、纸质天气图等急需抢救和修复。 采用图形化的数据处理技术，结合 GIS 等图形处理系统开发可视化的数据产品在气候资料和 气象科技档案领域基本处于空白。

24、随着国家对气象科学的投入逐步加大，昔日的这些难题得 以解决，大量的历史数据入库、归档、分类整理以后，所面临的下一阶段任务就是数据的可 视化工程。虽然从气象专业的角度来说，目前的业务系统已经能够满足日常工作的需要，但 是考虑到我们所服务的对象是各层次各行业广大的非气象工作人员，因此如何来满足大众的 气象资料需求是非常重要的。在这种情况下，气象信息与 GIS 结合的业务模型则是一个有益 的尝试。先在气象部门内建立 WEBGIS 的信息发布系统，实现气象信息内部的跨地域的共享 机制，而后逐步开发基于 GIS 的业务模型，应用到多轨道业务和公共服务中，提高业务服务 的综合能力。 （4）气象服务的无限商

25、机 尽管气象经济正逐步走向市场，但是我国的商业性气象服务仍处于起步阶段，其自身价 值尚未充分利用和开发。一是气象系统提供的气象服务品种还比较单一，不够个性化；二是 气象资源过去主要是作为公益性资源走进千家万户的，这种资源以商品的形式出现，尚难得 到人们认同；三是使用气象信息指导生产的单位还不普遍。可喜的是，我国越来越多的企业 和商家开始意识到气象经济的重要性。气象变化对市场产品需求的影响日益显现，并成为现 代市场竞争的要素之一。如果商家事先知道天气走势，在生产、采购、销售计划中考虑气象 因素，趋利避害，不仅能够避免损失，还可以变成竞争中的优势。服装、冷饮、空调销售商 能根据天气预测提前抢占市场

26、，电力水利企业可根据天气预测合理安排生产和调度，建筑企 业知道什么时候施工不会碰上大风大雨，保险公司则可以在灾害到来之前提醒投保人注意防 范，从而减少损失。而这些企业也会根据业务的需要购买不同地域的气象信息，这也促使了 我们气象部门要建立一套 GIS 平台来满足不同地区的商业用户的气象需求。 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 9 - 第二章第二章 ESRI 产品应用于气象产品应用于气象 一、一、ArcGIS 的主要组成部分的主要组成部分 GIS 技术通过提高信息交换和协同处理的水平， 在众多的领域如辅助决策、 资源及资产管 理行业，在强化工作流程等方面极

27、大地体现出其价值，很明显地为使用 GIS 技术的各种组织 节省了费用。目前，为了将空间信息和空间功能扩展到企业的整个组织中去，传统的面向桌 面的 GIS 需要向面向服务的 GIS 转化。从这层意义上看，GIS 专家除了应用桌面软件管理空 间数据资源，创建各种地图，组织面向不同需求的分析模型之外，还需要将这样的 GIS 信息 和成果发布出去，使组织内各个层次，各个部门的人员，甚至通过互联网访问的普通大众能 够分享到空间信息和空间服务带来的益处。ArcGIS 产品线正是以此为目标，为用户提供一套 可伸缩而完整的 GIS 平台。下图是 ArcGIS 产品的基本构架。 ArcGIS 是一个完整的地理信

28、息平台： ArcGIS 作为一个可伸缩的平台，无论是在桌面、服务器、野外还是通过 Web 应用，为 个人用户也为群体用户提供 GIS 的功能。它包含了四个主要的部署 GIS 的框架： 桌面 GIS专业 GIS 应用的软件包，包括 ArcReader，ArcView，ArcEditor，ArcInfo 和 ArcGIS 扩展模块； 服务器 GISArcIMS，ArcGIS Server 和 ArcGIS Image Server； 移动 GISArcPad 以及 ArcGIS Mobile； 开发 GIS为开发者提供的用于扩展 GIS 桌面，定制基于桌面和基于 Web 的应用，创 建移动解决方案

29、的组件； 第二章 ESRI 产品应用于气象 -10 - ESRI 中国（北京）有限公司 （1）桌面 GIS 桌面 GIS（ArcGIS Desktop）是 GIS 专业人士用于创建、编辑、设计和使用地理信息的 主要应用程序，是一系列可扩展的软件家族产品，包括：ArcReader、ArcView、ArcEditor、 ArcInfo，以及 ArcGIS 扩展模块。虽然每一个产品都是独立的，但是它们却具有相同的核心程 序、用户界面以及开发环境。产品的功能从 ArcReader、ArcView、ArcEditor 到 ArcInfo 依次 增强。可用性和互操作能力的提高为最终用户提供了灵活的部署能力

30、。 （2）服务器 GIS 服务器端的 GIS 软件， 可以在服务器端集中管理 GIS 数据， 并提供应用服务。 服务器 GIS 为建立用于数据采集和组织管理，分析，可视化以及分发地理信息的跨部门的大型系统奠定 了基础 服务器 GIS 的主要目的是提供： ? 地理信息的广泛访问能力； ? 用于建立和部署地理信息的通用框架； ? 用于 GIS 数据组织的通用框架； ? 通过在全机构范围内部署使用 GIS，从而 极大提升经济价值和商业价值； ArcGIS 产品家族包括三个服务器产品： ArcIMS基于 Internet/Intranet 发布动态 地图、GIS 元数据和服务的服务器产品。 ArcGI

31、S Server功能强大的基于服务器的 GIS 产品，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，如：空间数据管理、二维三维地图可 视化、数据编辑、空间分析等即拿即用的应用和类型丰富的服务。 ArcGIS Server 包含了 ArcSDE 空间数据管理技术，用于通过多种关系型 DBMS 来管理 基于多用户和事务的地理数据库。 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 11 - ArcGIS Image Server基于网络的、 提供动态的影像处理服务的服务器端软件， 可以 按照访问者需要完成海量影像数据的快速访问和可

32、视化。在大量并发用户使用的情况下，无 需对数据进行预处理，也无需将数据加载到数据库中，能够实现快速高效的海量影像数据显 示。Image Server 是 ESRI 影像解决方案中的一个组成部分，提供了一种新的方法用来存储、 管理、处理和分发空间影像数据，并用于进一步构建基于 Web 服务的解决方案。 （3）开发 GIS ESRI 为开发人员提供了可编程的 GIS 工具包，既可以开发出定制的桌面或服务器 GIS 应用，也可以在现有的应用系统里嵌入 GIS 功能。开发 GIS 包括了 ArcGIS Engine 和 EDN （开发者网络）产品。 ArcGIS Engine是一个基于 ArcObje

33、cts 之上的，用于创建客户化 GIS 桌面应用程序 的开发产品。 利用 ArcGIS Engine 将 GIS 加入你的应用中去 （4）移动 GIS ArcGIS 技术可以部署在一系列的移动设备上，从轻量级的设备到 PDA，笔记本电脑以及 平板电脑。在野外工作中使用 GIS，主 要依靠将应用程序定制成简单的移动 工作任务以及对中心 GIS Web 服务器 (诸如提供 ArcIMS 和 ArcGIS Server 的地图和数据服务的站点)的无线访 问。ArcGIS 为用户提供了三种移动 GIS 解决方案。 ? ArcGIS Desktop和使用ArcGIS Engine 建立的定制桌面应用：这

34、种方 案常常部署在用于野外的笔记本电脑 或者平板电脑上。 采用这种方案的用户 需要和地理数据库打交道并且需要细 致的地图。 通过移动设备和解决方案GIS可以步入野外 第二章 ESRI 产品应用于气象 -12 - ESRI 中国（北京）有限公司 ? ArcPad：ArcPad 为使用 Windows CE 兼容设备的野外工作人员提供了一个以 GIS 为 中心的解决方案。 ? ArcGIS Mobile：ArcGIS Server 9.2 包括一个软件开发包，称为 ArcGIS Mobile，可以 被用于在智能手机，PocketPC 和平板电脑上创建和部署专业移动应用。这些应用支持与 ArcGIS

35、 Server 的无线同步，GIS 数据复制和野外在线编辑。 二、二、ArcGIS 软件优势软件优势 从系统的角度来看，用 ArcGIS 技术建立气象科学分析系统平台具有明显的优势，具体体 现在以下几点： （1）功能强大先进性、可靠性、稳定性、安全性、开放性 首先，从前面的讨论中可以看出，基于 ArcGIS 技术的系统平台，其先进性、稳定性、安 全性和开放性都是当今 GIS 世界首屈一指的。它所提供的海量数据管理、驱动、查询检索、 分析统计和对外发布能力完全能够满足气象科学分析系统需求中对 GIS 平台的要求。 其次，ESRI 公司作为 ArcGIS 平台的提供商，是世界上长期排名第一的 GI

36、S 厂商，在 GIS 界享有无可质疑的领导地位， 其强大的科技开发实力， 是对系统先进性和可靠性的有利保 证，是系统能得到持续、稳定发展的保障，可以最大限度地减少气象科学分析系统的建设风 险。规避风险，也就是从整体上和长远利益上降低投入成本。 （2）减少重复投资可扩展性 ArcGIS 系列平台在系统构建过程中具有良好的伸缩性和开放性， 从低端到高端提供了 一系列的解决方案。高级的功能和应用可以选择 ArcInfo、ArcEditor 这样的高端 GIS 平台， 而普通的查询检索和制图等应用需求则可以配置ArcView或MapObjects这样的桌面平台或嵌 入式 GIS 控件，可以大大减少投资

37、成本。对于通过浏览器来访问 ArcIMS 发布的系统数据资 源的客户端则更是省掉了桌面 GIS 平台的一切费用。 其次，由于 ArcGIS 系列产品具有的丰富性和可扩展性，构建系统时，可以根据功能需求 采取统一规划，分步实施的措施，从满足最初的应用需求到逐步扩展需求，从基本业务需求 节点到功能需求强大的维护节点，对于系统的功能升级和扩展可以在不改变数据，不改变开 发环境，不改变操作界面，甚至不改变已有程序模块的情况下，自然而轻松地完成，避免了 通常在系统升级时遇到的数据转换、应用重新开发、使用重新学习等工作在经费、人员和时 间上的大量投入。 （3）降低数据管理成本面向对象的空间数据属性数据库管

38、理机制 ArcGIS 体系中的 ArcSDE 空间数据库引擎技术，采用 Geodatabase（地理数据库）数据 模型，即面向对象的空间数据模型，将空间数据（包括矢量数据、DEM 数据、栅格数据、影 像数据） 统一在大型属性数据库 （支持现存的大型数据库 SQL Server、 Oracle、 DB2、 Infomix） 中管理，实现了数据库统一管理空间数据和属性统计数据。 ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 13 - 和基于文件的空间数据管理方式相比，空间数据和属性数据统一存储到关系型数据库中， 更方便于属性数据在空间地图显示上的实时动态更新，同时，提供

39、了空间数据多用户并发访 问和共享机制，这将充分满足医疗/公共卫生应用的需求。 与提供 Oracle Spatial 的 Oracle 公司等数据库厂商不同，ESRI ArcSDE 的定位是空间数 据的管理及应用，而非简单的数据库空间化。Oracle Spatial 实现的仅仅是“点、线、面”等简 单空间要素的存储和检索，而 ArcSDE 则除此之外还能管理面向对象的注记、平面拓扑、线 性拓扑、栅格（影像）数据、CAD 数据等，同时提供基于版本管理的工作流和长事务处理机 制。 另外，通过关系数据库系统管理空间数据，大大拓展了空间数据的容量，使海量空间数 据得以存放在关系数据库中。国内用 ArcS

40、DE 管理海量数据实例很多，如国家基础地理信息 中心、国家测绘局，其数据都高达几百个 GB 甚至几十个 TB。 以上各点，都说明使用 ArcGIS 产品管理数据的优越性，使得数据维护人员减少了多文件 的繁琐的数据维护工作时间和精力，大大降低了人工的成本。 （4）节约数据维护成本基础地理数据丰富性 气象科学分析系统的建设需要使用大量的基础空间数据，包括矢量数据、影像数据、高 程数据等等，内容涵盖城市和乡村的地形、道路、桥梁、河流、建筑物、居民点等多种基础 数据以及大量的卫星遥感影像、台站观测点等专题数据。这些基础的地理信息数据，主要的 生产和提供部门是国家基础测绘部门，包括国家基础地理信息中心、

41、各省市测绘局、测绘院 等等，生产的 1：100 万、1：50 万、1：25 万、1：10 万、1：1 万、甚至城市级 1：5000， 1：1000 各种比例尺的不同范围的基础数据，通用的格式是 ArcGIS 的 E00 和 coverage 等格 式，这就使用户在使用时，不必进行数据转换，直接使用，既保证了数据质量，避免转换造 成的数据丢失和改变，又减少了数据维护的成本。 （5）增加系统的应用效果Web 服务多样、快速、超前 ArcGIS 提供了一整套基于 Web 服务的软件产品， ArcIMS 以及 ArcIMS4.0 版本以后推出 的 ArcMap Server 使得基于 Internet

42、/Intranet 的网络地图服务更加方便、丰富。 对于气象科学分析系统，各种统计图是其中经常用到的，将统计信息在地图上直观展现 出来，这是相对于其他 GIS 软件，ArcIMS 独有的特性。同时，ArcIMS 还可将地图信息和大 数据的影像数据叠加发布，在浏览器端快速浏览，响应时间短，结果直观、生动。 而 ArcIMS Tracking Server 将 Tracking 模块的功能放到 ArcIMS 服务器端，在网站上实 现时间序列的空间数据追踪分析，如台风轨迹数据回放等。 ArcIMS 建立的网站还可以在浏览器端完成分析功能，比如缓冲区分析，如果对台风中心 点 50 公里范围内的建筑物进

43、行隔离，就可以在浏览器端进行缓冲区分析，自动选出该范围的 建筑物。 第二章 ESRI 产品应用于气象 -14 - ESRI 中国（北京）有限公司 ArcIMS 将矢量和 eYa Image 压缩的大数据量影像叠加显示，浏览器端效果直观，响应时 间 1 秒钟 在已经发布的 9.2 版本中，全面提供了对 WebService 服务框架的支持。这在 ESRI 开发 的 GIS WEB 服务原型应用ArcWEB USA 中充分体现， 可以看到 ESRI 为数据共享和互操 作提供了全新的思路，大量的 GIS 提供商和应用开发上在网上提供各自的 Web 服务，用户只 需享受这些服务就足够了。 （6）减少开

44、发运营成本开发标准性 ? ESRI 公司在 ArcGIS 8 系列在设计和实现中，全面转向面向对象的观点，与 IT 业的 主流标准相融合，这使得在 ArcGIS 8 平台上的再开发成为一项标准的软件工程，从项目的需 求分析、设计到实现都得以全面贯彻软件工程的思想和方法。 ? ArcGIS 与主流 IT 技术的充分融合，标准的 COM 组件式（ArcObjects）开发方式， ASP/Java 开发基于 Web 的应用客户端，基于 SQL 的数据库管理方式；同时，ArcGIS 提供 了远远超过其他 GIS 软件的客户化能力。从数据对象到菜单的整个环境在以下三级水平可完 全客户化： ? 菜单驱动，

45、拖放（对于简单客户化，无须编程） ? 内嵌 VBA（满足大多数应用编程需要） ? COM 编程（高级开发需求，支持各种标准开发语言如 VB、VC、Delphi） ? 同时，ArcGIS 提供了丰富的开发资源，包括： ? 丰富的开发文档及实例，如 ArcObjects Developer Helper 对其包含的约 1300 种开发接口的使用方法都作了较为详细的说明，不但说明其使用方法、 使用步骤，一般都还给出 Visual Basic 的示例源代码； Explorering ArcGIS 应用于气象行业解决方案 ESRI 中国（北京）有限公司 - 15 - ArcObjects长达 1300

46、多页的变成参考书里仔细说明了 ArcObjects 的各种 编程技术，还对 ArcInfo 中每个模块的编程，包括用户界面的定制都作了较 为详细的阐述。 ? 丰富的网上在线资源，如 ESRI 在线支持网站 ，内有大量 的技术支持实例和编码； ESRI 中国 （北京） 有限公司在 www.esrichina- 网站上提供了开发者感兴趣的资料，如技术论坛、 技术讲座 、 中国通讯 等内容 鉴于以上几点，可以看出由于 ArcGIS 与主流 IT 技术的充分融合，以及基于 ArcGIS 平台 的开发工作可以直接获取和调用的技术资源十分丰富，用户单位可以省去一大笔在专业 GIS 平台开发力量培养和培训上

47、的支出。而且，那些参与 ArcGIS 应用开发建设的工程技术人员， 由于他们在工程实施过程中学习和使用的是主流的 IT 技术（如：基于 VBA、VB、VC+环境 的 COM 编程、Java、DBMS、C/S 等） ，他们在工程实施完成之后，仍然可以在其它相关系 统的开发建设和本系统的升级、维护等工作中发挥作用。在人力资源的投入方面没有重复不 断的投资，可谓一次投入，长期受益，这也无形中大大降低了系统的开发和运营成本。 综上所述， ArcGIS 平台将为气象科学分析系统的建设和运营提供高性能、 低成本的保障， 使系统具有十分良好的性能价格比，无疑是系统建设的最佳选择。 第三章 时态 GIS 的应

48、用 -16 - ESRI 中国（北京）有限公司 第三章第三章 时态时态 GIS 应用应用 一、时态一、时态 GIS 的概念及意义的概念及意义 时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征，是反映地理实体的 状态和演变过程的重要组成部分。随着时间的推移，地理现象的特征会发生变化，且这种变 化可能很大。因此很多行业都要求 GIS 能够处理数据随时间变化的动态特性，能提供完善的 时序分析功能，高效回答与时间相关的各类问题，这种能在时间和空间两方面全面处理地理 信息的系统，即时态 GIS。 从功能上讲，时态 GIS 除了具备静态 GIS 的所有功能外，还应该提供： （1）档案功能： 记载 GIS 数据随时间的演变，回溯历史是时态 GIS 最基本的功能要求； （2）分析功能：以原 始为基准，考察变化，预测未来，提供辅助决策功能； （3）更新功能：保证 GIS 数据的现势 性； （4）查询功能：以动态方式，回答用户的关于“何时”，“何地”，“怎样”的询问。 时态 GIS 对气象行业是至关重要的。气象数据具备显著的时序特征，定期获取的气象数 据已经形成了大量的观测数据库，这些带时间属性的数据对于研究大气运动，进行气象预测、 灾害预防等业务活动具有重要的