MapGIS气象专题产品配色方案制作的研究

气质、尐侽亽 · 发表于 2013-7-24 09:22

樊文有，龚杰，李倩
摘要：GIS作为一门重要的空间信息技术，在越来越多的气象信息系统建设中发挥了重要作用。本文针对气象不同专题产品的图饰样式，做出了对图例、标题、图框等点线面GIS文件的编辑，保存的样式文件（.XML）可在WEB上发布，并可生成配色配置文件（.XML）。使用MapGIS 平台基础SDK与组件库，利用数据中心易搭建思想，将数据中心功能仓库中的各个组件按需要按类型组合成一个大的功能模块，多个功能模块组成系统的主体框架，并说明了后台配置管理系统的总体技术架构。在其基础上实现空间地理信息数据可视化管理、配色方案管理、工作空间编辑、图例编辑、标题图框编辑等一系列桌面GIS应用。
关键词：MapGIS；数据中心；气象；配色方案
1 引言
气象服务是所有气象业务产品向社会提供服务的出口，是气象工作的出发点和归宿[1]。
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。同时，GIS空间分析能力还可以与气象信息技术相结合，提供空间和动态的地理信息，并采用一定模型为决策服务提供科学依据[2]。
随着网络技术，特别是Web服务、网格服务（Grid Services）、云计算等新一代分布式计算技术的出现与应用，GIS也从软件系统发展到了地理信息服务[3]。

对于MapGIS桌面系统来说，它承担着气象专题地图的样式的制作和编辑任务，地图样式包括标题、时间属性标记、logo、图例、图框等，这些对地图有装饰和衬托的作用，也是地图美化的一部分[4]。
由于气象服务产品具有多种类、多时效、多区域、多角度、大批量生产的特点，需要制作系统具有良好的可扩展性，为气象服务产品统一设计客户满意的图饰样式[5]。
“气象专题产品配色方案制作系统”依托于MapGIS 平台基础SDK与组件库，利用数据中心易搭建思想，将数据中心功能仓库中的各个组件按需要按类型组合成一个大的功能模块，多个功能模块组成系统的主体框架。在其基础之上实现空间地理信息数据可视化管理、配色方案管理、工作空间编辑、图例编辑、标题图框编辑等一系列桌面GIS应用，使得该系统具有快捷的操作功能与广泛的应用性。
2 需求分析
“气象专题产品配色方案制作系统”是一款为各种气象专题产品配置出美观实用的地图图饰样式的桌面工具。
就图例而言，对于不同产品而言，样式各具风格。即使是同一种产品，对于不同区域或不同时间、季节等也不尽相同。所以就不能单单用一种图例样式风格来对应所有的一类产品。比如说全国日平均气温的图例，放在湖北就稍有不妥。因为全国的气温差异很大，温度跨度范围大，均值也大；而湖北的气温差异比起全国而言，可能变化不大，那么全国的日平均气温图例就不适应于省级区域的同产品图例。同样对于同一地区而言，因季节的变化，日平均气温图例也应该发生变化。
而图例样式对于色斑等值线的追踪是有影响的，在温度、降水等色斑等值线产品中，需要用到图例的配色文件（.XML），它是由图例解析产生的，如果图例没有设计好，不符合实际情况，会直接导致温度的专题图形产品发布效果变差。图1是后台配置管理系统的功能图。

图1 气象产品配色方案功能图

可知，气象后台配置管理工具就是用来对图框标题和色标图例进行调整、修改及完善，这其中还包括创建图例（即配色方案）。

所以，根据需求分析，将功能分成三个部分：工作空间接口、配色方案管理和地图样式编辑。

工作空间接口实现的是在该系统中可以直接打开Web上可发布的地图文件（.XML）；反之亦可将地图文档直接保存成为可发布的工作空间。也就是说要求完成地图文档（.map文件）与可发布工作空间（.xml文件）的相互转换功能。

配色方案管理包括新建配色方案和保存配色方案。保存的配色方案放在本地文件夹中，也可以由用户选择存放位置。当完成配色方案编辑工作，并选择了相应的区域底图，那么就会一次性产生带图例、标题、图框、区域的地图图饰样式。

由于所选地区的不同，图上的坐标范围肯定不同，但是通过复位显示到地图编辑器（即窗口范围）中的范围是固定的，那么根据地区底图的范围，需要为标题、图例等进行合理安置。
但是每个区域的形状大小不尽相同，怎样设计可以让初始化的安置比较合理？

该系统根据需求先实现最普遍的情形，然后再利用编辑功能进行调整。一般而言，标题放在左上角，图例安置在左下角，Logo位于右上角，南沙群岛放在右下角，以这种安置法绘制底图样式。
当然初始化自动产生的各图层相对位置会有些不协调或不准确，不同的区域标题、图例等放置位置各有风格，那么就会启动地图样式编辑模块功能进行修改。

地图样式编辑分为两大功能：图例编辑和标题图框编辑。可以对图例、图框、标题进行绘制、移动、删除、修改参数等操作，直到得到满意的底图图饰样式。
3 概要设计
根据以上的需求分析我们将后台管理系统分成三个模块：工作空间接口模块、配色方案模板管理和地图样式编辑。根据实际情况和各模块的特点，我们对于不同的模块采用不同的编程语言和不同的解决方案。其中工作空间接口是利用C++二次开发的数据中心接口插件，配色方案模板管理是利用C#二次开发的数据中心视图插件，而地图样式编辑是利用庞大的数据中心功能仓库中的MapGIS编辑功能直接进行搭建。
3.1支持软件
　　
由于我们需要利用数据中心进行调试，并利用到了MapGIS庞大的功能库，还有新增的Ribbon界面风格，需安装MapGIS K9 SP2的2011年2月份以后的含有数据中心的版本。
3.2接口
打开：可打开在WEB发布样式文件，样式文件是.XML类型文件，它又被称为工作空间，是一个索引文件，存储的是各图层的索引信息，它可在WEB上进行发布，是由MapGIS工程文档（.map文件）转换。
保存：（1）能够保存成可在WEB上发布的图饰样式文件（.XML），保存的名称必须是英文，一般情况下会自动生成类似“区域英文缩写或翻译_观测及统计时段_产品类型英文缩写_XML”的工作空间；（2）同时产生专题产品需要读取的配色文件（.XML），保存的名称自动命名为“区域英文缩写或翻译_观测及统计时段_产品类型英文缩写_XML_COLOR”，配色文件是供“追踪等值线色斑图的工作流”产生气象业务图像产品时的输入参数文件。
3.3处理流程

图2 专题产品配置管理流程

用户对于没有发布的地图图饰样式文件，即开始对共享发布系统进行部署实施的时候，处理流程如下：
（1）对于没有的配色方案进行创建，如果存在就选择已有的配色方案；
（2）选择底图地理区域。指全国或全国31个省、直辖市、特别行政区等行政区域；
（3）填写底图图饰样式各参数。包括色斑高、色斑宽、注记标识方式、图层名称等；
（4）一次性创建地图图饰样式，包括图例注记层、图例线层、图例区层、标题注记层、图框线层等；
（5）修改调整图例图框等样式，包括上述的各个图层，修改前需要先激活当前操作的图层；
（6）然后将地图样式转换为可发布的XML格式文件；
（7）同时，用户将编辑的图例色标保存为XML格式文件；
（8）用户上传样式文件和色标文件（XML格式）；
（9）用户登录DCServer管理器，在地图服务中发布样式文件。
用户对于在WEB上已发布的地图图饰样式不满意，下载样式文件进行重新编辑并上传的处理流程：
（1）用户预览配置的专题产品样式效果图；
（2）如果产品样式效果满足用户要求，则把配置信息保存到专题产品配置文件；
（3）如果产品样式效果不满足要求，用户则下载样式配置文件（.XML格式）到本地；
（4）用户启动本地MapGIS气象后台配置管理工具，选择实例数据（气象业务数据生成的专题图），对地图样式（包括图框和色标图例）进行修改；
（5）然后将地图样式转换为可发布的XML格式文件；
（6）同时，用户将编辑的色标保存为XML格式文件；
（7）用户上传样式文件和色标文件（XML格式）；
（8）用户登录DCServer管理器，在地图服务中发布样式文件。
4 关键技术
4.1数据中心搭建
“气象专题产品后台配置管理系统”采用MapGIS数据中心易搭建的思想，将数据中心功能仓库中的各个组件按需要按类型组合成一个大的功能模块，多个功能模块组成系统的主体框架。后台配置管理系统的总体技术架构分为五层，从下到上依次为：（1）数据服务与整合层；（2）应用支撑层；（3）服务组件层；（4）应用层；（5）应用展现层。在其基础之上实现空间地理信息数据可视化管理、配色方案管理、工作空间编辑、图例编辑、标题图框编辑等一系列桌面GIS应用（图3）。

图3 后台配置管理系统的总体技术架构

4.2数据中心二次开发
MapGIS平台上搭建的数据中心框架提供符合数据访问标准的访问方式，以及灵活的数据管理框架，将数据表现与操作联系起来。应用系统不再需要直接基于特定的数据组织模式构建，而是基于数据中心提供的解决方案来搭建，工作重点放在实现自己特有的业务逻辑上；功能可以积累并且能够快速重用；耦合度低、热插拔，部署更加容易；让用户可以随时按需开发二次开发插件、组件；工作流的引入，提供了一种快速搭建功能的方式。
MapGIS Objects提供全面的概念文档体系，涵盖了十二大部分内容。具体包括：属性结构、查询功能、性能优化、数据转换、地图管理、拓扑处理、裁剪分析、叠加分析、缓冲区分析、网络分析、栅格分析、三维分析[6]。图4是该系统编程时所需的部分地图管理对象关系图。

图4 地图管理对象关系图

5 成果展示

利用数据中心已有的界面库，将应用程序界面设置为Ribbon风格，使得界面绚丽多彩。图5是“气象专题产品配色方案制作系统”界面展示截图，对于用户可根据不同区域选择区域底图，根据不同产品类型选择配色方案，再根据实际需求调整图例位置、图框位置及大小、标题位置及参数，直到得到满意的底图样式，就可以保存为可发布的工作空间，上传到Web上进行展现，或叠加产品图发布。

图5 “气象专题产品配色方案制作系统”界面

6 结束语
“气象专题产品配色方案制作系统”是一个小型GIS后台配置系统，主要是气象可视化产品发布的样式文件（.XML）后台离线编辑，然后将修改的新的样式文件（.XML）和配色文件（.XML）上传，并在WEB上发布；同时也是对图例配色方案模板的管理，将新建的配色方案以XML格式存放到本地，需要用时就可以加载，方便重复创建使用。该系统利用MapGIS数据中心的易搭建、界面美观、功能仓库可重用性，节省了开发时间。

参考文献：
[1] 中国气象局办公室. 中国气象局业务技术体制改革总体[Z]. [2006-01-12]. http://www.cma.gov.cn/qxat/yjzgg/wjhb/zt/t20060406_170222.phtml.
[2]  毛卫星，王秀荣，刘海波. 全国气象业务服务信息系统中图形产品的研制开发[J]. 新疆气象，2005（5）：18-21.
[3]  唐大仕. 地理信息Web Services 若干关键技术研究[D]. 北京：北京大学地球与空间科学学院，2003.
[4]  杜若樱，罗绍辉. 结合视觉传达设计的地图信息表现[A]. 测绘科学，2011，36（4），增刊.
[5]  唐卫，吴焕萍，罗兵，等.  基于GIS的气象服务产品后台制作系统[A] .计算机工程，2009，35（17）：26-29.
[6]  武汉中地数码科技有限公司．MapGIS K9 Objects开发基本的GIS应用参考手册[Z]．2009.

第一作者简介：樊文有（1970- ），男，内蒙古集宁人，博士，教授。主要研究方向：数字测图与GIS应用。E-mail：mapsuv@126.com