1、北 京 师 范 大 学本科生毕业论文（设计）毕业论文（设计）题目:基于 WebGIS 的环境污染数据的可视化呈现研究院 (系)：地理学与遥感科学学院 专 业： 地 理 信 息 系 统 学 号: 学生姓名: 指导教师: 职 称: 所在单位: 北师大地遥学院 年 月 日基于 WebGIS 的环境污染数据的可视化呈现研究摘 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
2、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：WebGIS 环境污染数据 可视化 ArcGIS Server Flex THE VISUAL
3、IZATION OF ENVIRONMENTAL-POLLUTION-DATA BASED ON THE WEBGIS PLATFORMAbstractThe 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 an
4、d 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
5、 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 fu
6、nction 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
7、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1 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 国内外研究现状 .21.2.1 WebGIS.21.2.2 环境污染数据的可视化呈现 .21.3 研究意义 .31.4 研究内容 .32 WEBGIS 及其解决
8、方案 .52.1 WEBGIS 与地图网站 .52.1.1 WebGIS.52.1.2 地图网站的现状及前景 .62.1.3 WebGIS 地图网站的解决方案 .62.2 ARCGIS SERVER 9.3.72.2.1 ArcGIS Server 概述 .72.2.2 ArcGIS Server 9.3 的组成及功能 .72.2.3 基于 ArcGIS Server 9.3 构建网站 .92.3 FLEX 与 FLEX API.112.3.1 Flex.112.3.2 ArcGIS API for Flex.112.3.3 调用 Flex API 构建网站的解决方案 .123 环境污染数据的
9、可视化呈现 .143.1 环境污染数据的特点 .143.2 环境污染数据的存储 .143.3 环境污染数据的呈现方式 .153.3.1 二维平面数据场的可视化方法 .153.3.2 基于动画的可视化 .163.3.3 专题图 .164 系统设计 .174.1 开发平台的选择 .174.2 系统构造原则及设计 .174.3 数据库的设计 .184.3.1 数据来源 .184.3.2 数据预处理及数据库构建 .184.4 数据呈现方式设计 .205 系统的实现 .235.1 系统功能 .235.2 系统界面 .24II5.3 系统实现的方法 .285.3.1 地图服务的调用 .285.3.2 SQ
10、LServer 数据库的操作 .295.3.3 数据可视化呈现 .316 结论和展望 .386.1 结论 .386.2 存在问题 .386.3 展望 .38参考文献 .40致 谢 .41III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
11、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
12、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 .35IV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
13、环境配置表 .1711 绪论1.1 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、
14、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
15、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，
16、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
17、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1.2.1 WebGISWeb 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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
