趙杏杏，張曉祥

(河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098)

移動(dòng)水利信息APP模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙杏杏，張曉祥

(河海大學(xué) 地理信息科學(xué)與工程研究所，江蘇 南京 210098)

研究旨在實(shí)驗(yàn)性地設(shè)計(jì)與開發(fā)基于手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS的移動(dòng)水利信息APP模塊，實(shí)現(xiàn)水利站網(wǎng)的雨情、風(fēng)情和水情信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。研究從兩個(gè)方面進(jìn)行展開，其一是以Flex 4.6為基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，通過調(diào)用ArcGIS API for Flex 進(jìn)行手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS平臺(tái)下的APP模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā);其二是借助ArcGIS Online公有云GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水利信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。移動(dòng)水利信息APP模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)現(xiàn)了水利信息的移動(dòng)查詢與實(shí)時(shí)獲取，為管理決策提供了實(shí)時(shí)高效的信息平臺(tái)。

移動(dòng)GIS；iOS；水利信息；APP；ArcGIS Online；ArcGIS API for Flex

雨情、風(fēng)情和水情等水利相關(guān)信息是進(jìn)行各項(xiàng)水利管理與決策的基本依據(jù)，快速準(zhǔn)確地掌握某個(gè)地區(qū)的水利信息可以提高決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，特別是在防汛、防臺(tái)、防潮等應(yīng)用方面，快速的信息獲取對于防災(zāi)減災(zāi)降低因?yàn)?zāi)損失方面有著重要的意義[1]。近年來，在中國已經(jīng)有不少研究和應(yīng)用部門在著手研制各類移動(dòng)水利信息發(fā)布的應(yīng)用系統(tǒng)[2]。以前很多水利信息發(fā)布系統(tǒng)特別是防汛應(yīng)用系統(tǒng)多在計(jì)算機(jī)終端實(shí)現(xiàn)，并且多采用C/S或B/S架構(gòu)進(jìn)行信息發(fā)布[3-4]。WebGIS信息發(fā)布就是一種典型的信息發(fā)布系統(tǒng)，這種方法需要工作人員利用計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行信息查詢、分析[4]，大大改進(jìn)了水利信息的獲取方式，但是這種方法對于一線水利工程技術(shù)人員仍然缺乏靈活性，在這種背景下，基于移動(dòng)平臺(tái)的GIS應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生[5]。2004年，移動(dòng)GIS和無線互聯(lián)網(wǎng)地理服務(wù)器的集成在環(huán)境監(jiān)測和管理系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用[6]。2005年，海岸帶管理和決策一體化系統(tǒng)中移動(dòng)GIS和無線技術(shù)開始得到關(guān)注[7-8]。移動(dòng)GIS技術(shù)不僅在展示水利信息如水庫、水閘、監(jiān)測站等水利工程信息和水情信息等包括水災(zāi)、雨情等方面有重要的作用[9]，并且使工作人員能夠利用小型移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)獲取水利信息，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和便利性。

2008年以來，以美國蘋果公司iPhone和iPad等智能手機(jī)和終端的發(fā)布為標(biāo)志，以及我國第三代移動(dòng)通信(3G)技術(shù)的投入運(yùn)營，各種移動(dòng)應(yīng)用在硬件設(shè)備和通信帶寬方面的瓶頸逐步被打破，基于智能手機(jī)的移動(dòng)應(yīng)用APP模塊開發(fā)獲得迅速發(fā)展。APP是英文Application的簡稱，一般是指智能手機(jī)的第三方應(yīng)用程序。比較著名的APP商店有Apple的iTunes商店，Android的Android Market，諾基亞的Ovi store，還有Blackberry用戶的BlackBerry App World，以及微軟的應(yīng)用商城等。APP應(yīng)用對于有志在移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域有所表現(xiàn)的開發(fā)者來說，能很容易掌握開發(fā)技術(shù)，同時(shí)也能容易地將自己開發(fā)的應(yīng)用安裝到相應(yīng)的移動(dòng)操作系統(tǒng)平臺(tái)。其中，基于Apple公司的iOS移動(dòng)操作系統(tǒng)的APP應(yīng)用最為廣泛。在GIS地圖應(yīng)用方面，很多GIS廠商也都開放了地圖應(yīng)用接口(API)，比較知名的有Google Maps API以及Microsoft Bing Maps API以及ESRI ArcGIS Online等等。移動(dòng)水利信息系統(tǒng)的應(yīng)用在國內(nèi)也已經(jīng)有諸多應(yīng)用案例，虞開森等就基于iphone的防汛掌上通平臺(tái)的建設(shè)進(jìn)行了實(shí)踐[2]；上海、浙江也已經(jīng)實(shí)驗(yàn)性地開發(fā)出以智能終端設(shè)備為載體的APP防汛信息系統(tǒng)[2,4]，在一些應(yīng)用中，很多應(yīng)用還擴(kuò)展到實(shí)時(shí)水文模型的數(shù)據(jù)計(jì)算與模擬數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與發(fā)布。

本次研究旨在實(shí)驗(yàn)性地設(shè)計(jì)與開發(fā)基于手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS的移動(dòng)水利信息APP模塊，實(shí)現(xiàn)水利站網(wǎng)的雨情、風(fēng)情和水情信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。移動(dòng)水利信息APP模塊的研究采用富客戶端技術(shù)(Rich Internet Applications，RIA)，通過Flex Builder 4.6與ArcGIS API for Flex的連接進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；同時(shí)借助ArcGIS Online平臺(tái)將數(shù)據(jù)庫中的水利信息數(shù)據(jù)以GIS公有云的方式展示，實(shí)現(xiàn)水利信息的移動(dòng)查詢與實(shí)時(shí)展示。為了便于結(jié)果的研究與展示，研究以太湖流域?yàn)槔?/p>

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)GIS結(jié)構(gòu)與原理是移動(dòng)水利信息應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的理論依據(jù)[10-12]。圖1是基于此設(shè)計(jì)的移動(dòng)水利信息查詢與展示系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，是本研究的整體思路。本次開發(fā)采用APP設(shè)計(jì)的3層架構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)管理、界面設(shè)計(jì)和應(yīng)用顯示。數(shù)據(jù)管理是應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是在開發(fā)之初進(jìn)行的數(shù)據(jù)整理與準(zhǔn)備，并將其利用ArcHydro水文數(shù)據(jù)模型進(jìn)行快速建庫，為移動(dòng)水利信息APP模塊的實(shí)現(xiàn)及ArcGIS Online的展示提供數(shù)據(jù)服務(wù)和框架。界面設(shè)計(jì)包括地圖服務(wù)模塊和業(yè)務(wù)邏輯模塊，其中，地圖服務(wù)模塊主要是將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水利專題數(shù)據(jù)借助第三方平臺(tái)展示，移動(dòng)水利信息APP模塊的開發(fā)將數(shù)據(jù)通過ArcGIS Server發(fā)布，以此服務(wù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有的Web/桌面開發(fā)技能進(jìn)行設(shè)計(jì)。而ArcGIS Online展示則是通過ArcGIS Online頁面平臺(tái)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)信息，利用其提供的基礎(chǔ)地理底圖在線發(fā)布水利信息GIS服務(wù)。桌面顯示則是將模塊和服務(wù)在手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS上顯示應(yīng)用，移動(dòng)水利信息APP模塊需要將在桌面上設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序通過Adobe 公司出品的AIR(Adobe Integrated Runtime)打包成可以在手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS上安裝的應(yīng)用程序，Adobe AIR是Adobe公司針對網(wǎng)絡(luò)與桌面應(yīng)用的結(jié)合所開發(fā)出來的技術(shù)，它可以不必經(jīng)由瀏覽器而對網(wǎng)絡(luò)上的云端程序做控制。這樣，通過簡單的安裝就能實(shí)現(xiàn)水利信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。同時(shí)ArcGIS Online展示只需在有無線網(wǎng)鏈接的手持設(shè)備上即可實(shí)現(xiàn)，iOS操作系統(tǒng)上安裝APP應(yīng)用軟件即能調(diào)用水利信息GIS底圖服務(wù)。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)是移動(dòng)水利信息APP模塊設(shè)計(jì)與開發(fā)的基礎(chǔ)，移動(dòng)水利信息系統(tǒng)的開發(fā)需要使用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和水利專題數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理信息主要是GIS底圖資料，包括GIS底圖、遙感圖和DEM圖等。GIS底圖主要是流域的一些點(diǎn)線面及站點(diǎn)等底圖信息，遙感圖和DEM圖一般是用于防汛信息系統(tǒng)的地理底圖。水利專題信息包括水庫、堤防、蓄滯洪區(qū)、水閘、測站等水利工程信息和雨情、水情、災(zāi)情等水情信息及水利管理信息。在整理好基礎(chǔ)地理信息和水利專題信息的基礎(chǔ)上，利用ArcHydro水文數(shù)據(jù)模型進(jìn)行建庫，以便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與使用，最終將這些信息通過ArcGIS Server發(fā)布或ArcGIS Online展示，在移動(dòng)GIS平臺(tái)中分類、分層次、分區(qū)域展示。這3層架構(gòu)之間是通過GPRS/WLAN/3G等無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新與傳遞的。

2 技術(shù)平臺(tái)介紹

2.1 開發(fā)技術(shù)

本次開發(fā)所用的富客戶端應(yīng)用(RIA)技術(shù)和傳統(tǒng)的Web應(yīng)用類似，但RIA在某種程度上卻顛覆了傳統(tǒng)Web應(yīng)用的理念和設(shè)計(jì)。為了能提供客戶端更優(yōu)秀的表現(xiàn)和交互能力，RIA一般會(huì)在客戶端添加一個(gè)引擎，這個(gè)引擎和Java虛擬機(jī)的作用很相似，RIA會(huì)在這個(gè)引擎中運(yùn)行所有編譯過的腳本及相關(guān)的資源。通過這個(gè)引擎的中介作用，把傳統(tǒng)Web應(yīng)用中很多在服務(wù)器上執(zhí)行的功能轉(zhuǎn)移到了客戶端。一方面減輕了服務(wù)器的壓力，另一方面也提高了客戶端的處理和交互能力。RIA技術(shù)的這種通用性和功能轉(zhuǎn)移給水利信息查詢系統(tǒng)由桌面移植到手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS提供了很大的方便。

2.2 開發(fā)平臺(tái)

本次開發(fā)主要是借助ArcGIS API中的Flex平臺(tái)，進(jìn)行水利信息APP模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)，并最終將程序移植到Adobe AIR中，打包成能在手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS上安裝的應(yīng)用程序，主要使用的軟件有ArcGIS Server 9.3/ArcGIS Online、Flex Builder 4.6、ArcGIS API for Flex、Adobe AIR等(見表1)。其中ArcGIS Server 9.3是發(fā)布企業(yè)級GIS應(yīng)用程序的綜合平臺(tái)，ArcGIS Online是GIS公有云平臺(tái)，它們主要是提供創(chuàng)建和配置GIS應(yīng)用程序和服務(wù)的框架，借此將數(shù)據(jù)庫中的地理信息數(shù)據(jù)和水利專題數(shù)據(jù)以地圖圖層的形式發(fā)布；Flex Builder 4.6是目前最為流行的RIA技術(shù)，包括Flex 4.6 SDK和Flash Builder 4.6兩個(gè)部分，應(yīng)用中主要是利用其中引入的移動(dòng)優(yōu)化組件和移動(dòng)優(yōu)化應(yīng)用程序框架，利用現(xiàn)有的Web/桌面開發(fā)技能來創(chuàng)建能部署于Apple iOS的移動(dòng)水利信息應(yīng)用程序；ArcGIS API for Flex是ArcGIS在RIA領(lǐng)域的第一個(gè)產(chǎn)品，主要是開發(fā)運(yùn)行于瀏覽器中的Web應(yīng)用或運(yùn)行于桌面的AIR應(yīng)用，基于ArcGIS Server的REST接口，可以非常便捷地使用地圖功能和REST接收提供的GIS查詢及分析功能，利用其中封裝的類和功能，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)GIS應(yīng)用；Adobe AIR是針對網(wǎng)絡(luò)與桌面的應(yīng)用的結(jié)合所開發(fā)出來的技術(shù)，可以不必經(jīng)由瀏覽器而對網(wǎng)絡(luò)上的云端程序做控制，允許利用現(xiàn)有的Web開發(fā)技能優(yōu)勢，建立和配置跨平臺(tái)的桌面RIA應(yīng)用，通過Adobe AIR將在Flex 4.6開發(fā)的水利信息系統(tǒng)打包成需要的移動(dòng)應(yīng)用程序。

表1 開發(fā)平臺(tái)及功能描述

3 APP系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)水利信息APP系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)水利站網(wǎng)的雨情、風(fēng)情和水情信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。主要設(shè)計(jì)了通用模塊和業(yè)務(wù)平臺(tái)兩個(gè)功能模塊，如圖2所示。

圖2 功能設(shè)計(jì)圖

3.1 通用模塊

通用模塊為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能提供了一些與業(yè)務(wù)無關(guān)的通用功能，是實(shí)現(xiàn)地圖操作與業(yè)務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)[9]。通用的基礎(chǔ)工具主要包括地圖的漫游、拉框放大、拉框縮小、前一視圖、后一視圖、全圖等，是每一個(gè)地圖操作系統(tǒng)都應(yīng)該具備的功能。它方便用戶進(jìn)行地圖的瀏覽，提升用戶與地圖的交互體驗(yàn)。

ArcGIS API for Flex的Map控件本身通過鼠標(biāo)滾輪的滑動(dòng)就能將地圖進(jìn)行放大或縮小，但是局限是操作對象始終是整個(gè)地圖，而使用中往往需要對某個(gè)指定的目標(biāo)對象進(jìn)行放大或縮小。本研究使用的是其中的Navigation工具。Navigation工具并不是一個(gè)工具條，而是將漫游(Pan)、拉框放大(ZOOM_IN)、拉框縮小(ZOOM_OUT)、前一視圖(zoomToPrevExtent)、后一視圖(zoomToNextExtent)、全圖(zoomToFullExtent)進(jìn)行了綁定。最終通過Flex中的ToggleButtonBar作為宿主調(diào)用這些功能。

3.2 業(yè)務(wù)平臺(tái)

業(yè)務(wù)平臺(tái)由各種業(yè)務(wù)查詢和分析模塊組成。按照組件調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)層接受表現(xiàn)層的調(diào)用請求，調(diào)用或者啟動(dòng)相關(guān)的業(yè)務(wù)模塊或通用模塊進(jìn)行處理，并將結(jié)果返回給表現(xiàn)層。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，主要分為信息查詢和信息分析兩部分。

信息查詢功能是水利信息APP模塊的基本功能，也是模塊的核心所在，主要包括空間查詢和屬性查詢兩個(gè)方面。

空間查詢主要是查詢搜索指定的水文站和雨量站等水利信息站，實(shí)現(xiàn)快速的查找與定位。屬性查詢也就是信息查詢，即獲得指定的水文站、雨量站的屬性信息，方便使用者查找實(shí)驗(yàn)區(qū)的水利信息，以及時(shí)對水利水位信息進(jìn)行分析研究。圖3是空間查詢的一個(gè)界面顯示，使用者只需在查詢窗口中輸入站點(diǎn)名稱，系統(tǒng)就能定位顯示該站點(diǎn)。圖4是屬性查詢的界面顯示，用戶只需在屏幕上點(diǎn)擊相應(yīng)的站點(diǎn)，就能彈出該站點(diǎn)的信息窗口?？臻g查詢與屬性查詢的結(jié)合方便了水利信息的移動(dòng)訪問，極大地提高了信息的訪問效率。

圖3 空間查詢

信息分析功能主要包括雨情、水情、風(fēng)情的數(shù)據(jù)分析以及臺(tái)風(fēng)路徑和防汛預(yù)警等輔助功能。雨情分析是指同步展示各雨量站的實(shí)時(shí)降雨信息，通過與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的連接，以及對測站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，按照1 h，3 h，6 h，12 h，24 h時(shí)段范圍和小雨 、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨的降雨量標(biāo)準(zhǔn)分類列表展示各雨量站實(shí)時(shí)降雨量即雨量等級；水情分析是指各水位站點(diǎn)的水位信息分析，主要是通過與數(shù)據(jù)庫結(jié)合并對測站數(shù)據(jù)分析處理，列出各站點(diǎn)的警戒水位、水位時(shí)間及水位值；風(fēng)情分析則是按照各站點(diǎn)的不同風(fēng)級將其用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，以顯示警戒作用；臺(tái)風(fēng)路徑是利用Google地圖API的接口技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的Google map電子地圖，以點(diǎn)線方式在地圖上展示臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)軌跡和預(yù)計(jì)移動(dòng)方向；防汛預(yù)警則是將暴雨預(yù)警信息分藍(lán)、黃、橙、紅4種顏色表示，傳遞的是一種防汛常識(shí)。信息分析功能是對信息查詢的擴(kuò)展，在流域的防汛、防洪、防潮等方面具有重要的意義。

4 ArcGIS Online信息發(fā)布

ArcGIS Online是一個(gè)面向全球用戶的公有云GIS平臺(tái)，包含了全球范圍內(nèi)的底圖、地圖數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序以及可配置的應(yīng)用模板和開發(fā)人員使用的GIS工具和API，可用于創(chuàng)建Web地圖、發(fā)布GIS服務(wù)、共享地圖、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，以及管理組織的內(nèi)容和多個(gè)用戶。

借助ArcGIS Online云服務(wù)，將數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)信息調(diào)用到地理底圖上，即將水利信息地圖化，這樣就創(chuàng)建了屬于自己的私有云，實(shí)現(xiàn)了水利信息的數(shù)據(jù)共享。用戶只需在手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS上安裝ArcGIS，就能調(diào)用水利信息地圖服務(wù)，并能實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)信息的查詢(見圖5)。隨著近年來全國暴雨、洪水現(xiàn)象越來越多，通過ArcGIS Online平臺(tái)實(shí)時(shí)快速獲取各流域的雨情、風(fēng)情、水情等信息，能有效地防災(zāi)減災(zāi)，降低因?yàn)?zāi)損失，這也將是后面研究的重點(diǎn)。

ArcGIS Online的出現(xiàn)為廣大GIS用戶提供了全新的GIS應(yīng)用模式，方便了用戶的使用，與移動(dòng)水利信息APP模塊起到了相輔相成的作用。

5 結(jié)束語

本研究對基于手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS的移動(dòng)水利信息APP模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了初步嘗試。通過設(shè)計(jì)與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于手持設(shè)備操作系統(tǒng)iOS的移動(dòng)水利信息APP模塊及ArcGIS Online公有云平臺(tái)的水利信息移動(dòng)展示，將移動(dòng)GIS結(jié)構(gòu)與原理更好地應(yīng)用于水利站網(wǎng)的雨情、風(fēng)情和水情信息的實(shí)時(shí)信息查詢、信息分析與信息展示模塊，為水利信息的管理決策提供了實(shí)時(shí)高效的信息平臺(tái),同時(shí)也促進(jìn)了水利信息的現(xiàn)代化發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：劉文霞]

Design and implementation of mobile water-related information APP

ZHAO Xing-xing，ZHANG Xiao-xiang

(Institute of Geographical Information Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098,China)

It is a pilot study on the design and development of water-related information system’s APP module prototype based on iOS, which is used to perform online information query and display of water-related information such as rainfall, wind and river. Two major parts are included: the first is the design and implementation of mobile water-related information system’s APP module based on ArcGIS API for Flex, and the second is the water-related information’s real-time query and display based on ArcGIS online public cloud GIS platform. Water-related information system’s APP module prototype is implemented to perform the information’s mobile query and real-time acquirement, which provides an efficient information platform for management and decision-making.

mobile GIS; iOS; water-related Information; App; ArcGIS Online; ArcGIS API for Flex

2013-07-29

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41201394；41201117)

趙杏杏(1989-)，女，碩士研究生.

TV213.4

：A

：1006-7949(2014)07-0046-05