气象地理信息系统解决方案.pdf

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1、气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）第一章 气象与地理信息系统11.1 GIS的概念 11.2 为什么要使用GIS技术 5第二章 ArcGIS产品框架 72.1 ArcGIS的主要组成部分 72.2 ArcGIS软件优势 8第三章 气象行业应用及其关键技术 123.1 时空一体化数据库建设 12应用方向一：气象遥感数据的存储与管理 12应用方向二：气象观测资料数据的存储与管理 143.2 气象信息观测系统 15应用方向一：数值产品的科学计算与可视化 15应用方向二：气象观测设备运行状态管理 183.3 气象灾害预警与辅助决策 19应用方向一：气象灾害

2、预警与预报服务 19应用方向二：防灾减灾气象保障服务与辅助决策 203.4 气象科学数据的发布与共享 213.5 气候资源监测与气候影响评价 233.6 人工影响天气 23应用方向一：人影作业信息发布 23应用方向二：人影作业方案辅助决策 24应用方向三：人影作业效果25目录气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）第四章 应用文章集锦 27 GIS技术在决策气象服务系统建设中的应用 27地理信息服务及基于服务的气象业务系统框架探讨 36基于ArcGIS的人工影响天气综合分析平台 44基于GIS的台风

3、灾害评估系统设计开发 49基于GIS的复杂地形风能资源模拟研究54基于辽宁省数字高程模型的坡地资源分级 63GIS支持下的上海农业气象服务系统开发研究 69基于WEBGIS的农业气象信息共享与发布技术应用 76基于WebGIS的上海农业气象灾害监测系统 82 第五章 ESRI资源 865.1 ESRI用户大会 865.2 GIS专业网站 865.3 专业化培训 875.4 用户论坛 875.5 合作伙伴计划 875.6 齐备的期刊资料 875.7 User Group 885.8 丰富的人力资源 885.9 丰富的基础数据 885.10 数据模型下载 88ESRI中国（北京有限公司）ESRI中

4、国（北京有限公司）气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）我国是一个灾害多发的国家。在频繁发生的自然灾害中，气象灾害约占70%，每年都给国民经济带来巨大损失。随着社会、经济的发展，如何提高防灾减灾能力是摆在我们面前的一个迫切问题。应用信息系统和计算机等高新技术，对气象灾害进行实时的监测评估，为政府和有关专业部门提供及时、准确、可靠的信息，使防灾减灾有充分的科学依据，是国民经济建设和社会保障的需要。地球大气中的各种天气现象和天气变化都与大气运动有关，而大气运动在空间和时间上具有很宽的尺度谱。在研究与天气和气候有关的大气运动中，都涉及到如何处理大量的表征大气

5、状态的气象数据。气象数据具有时空特征和性质特征，分别反映为时间信息、空间信息、属性信息、共享信息，其中空间信息包括空间和范围，属性包括气象信息的标称、性态、度量。从面向对象的角度看，气象数据属于地理信息的范畴，都具有明显的空间特性；另一方面，气象信息可以视为多维空间中的点集。而地理信息系统（GIS）不仅有对空间和属性的数据采集、输入、编辑、存储、管理、空间分析、查询输出和显示功能，而且对系统用户进行预测、监测、规划管理和决策管理提供科学依据。可见，将GIS应用于气象中，可以加强对气象数据的管理，提高对天气的监测、预测水平。美国环境系统研究所公司（ESRI）成立于1969年，是全球最大的GIS技

6、术提供商，公司自创建之初就一直引领着世界GIS的发展潮流，扮演着技术领先者的角色。其研发的ArcGIS系列软件产品思维独特、功能强大、体系完善、可灵活扩展，已经遍布两百多个国家，在全球市场占有率稳居第一。现在，全球每天都有来自政府部门、城市规划管理、应急指挥、教育、水利、气象、地质、测绘、石油、公共卫生、环保、林业、农业、电力、军事、航空、航天、商业、物流、电信、土地、房产、金融等行业用户在享用ArcGIS技术带来的便利，全球用户数量已经超过一百万人。前言气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）)什么是GIS？地理信息系统(GIS,Geographic

7、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

8、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

9、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。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。第一章气象与地理信息系统.GIS的概念2气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

10、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

11、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。栅格图像包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。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

12、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。处理对于一个特殊的GIS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

13、且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统（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ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）3气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

14、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

15、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。图件对于存储和传递地理信息是非常有效的。制图者

16、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。4气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

17、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

18、。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、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 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

19、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。ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）5气象地理信息系统解决方案ESRI中

20、国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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设置路标。GIS可以用于帮助一个新房址的选定，以使其受环

21、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

22、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。)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

23、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

24、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.2 为什么要使用GIS技术6气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

25、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

26、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，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。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

27、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。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

28、，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

29、，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，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。ESRI中国（北京有限公司）ES

30、RI中国（北京有限公司）气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

31、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

32、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，创建移动解决方案的组件；)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。2)服

33、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；第二章ArcGIS产品框架2.ArcGIS 的主要组成部分气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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：A

34、rcIMS基于Internet/Intranet发布动态地图、GIS元数据和服务的服务器产品。ArcGIS 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 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视化。在大量并发用

35、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GISESRI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ArcObjects之上的，用于创建客户化GIS桌面应用程序的开发产品。利用ArcGI

36、S Engine将GIS加入你的应用中去4)移动GISArcGIS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。ArcPad：ArcPad

37、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 9.3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 Server的无线同步，GIS数据复制和野外在线编辑。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：2.2 ArcGIS软件优势ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（

38、北京有限公司）)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GIS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

39、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

40、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

41、管理，实现了数据库统一管理空间数据和属性统计数据。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

42、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ArcSDE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。0气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）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

43、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、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)

44、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，ArcGIS Server使得基于Internet/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，ArcGIS Server独有的特性。同时，ArcGIS Server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。ArcGIS Server 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行隔离，就可以在

45、浏览器端进行缓冲区分析，自动选出该范围的建筑物。ArcGIS Server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9.3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)减少开发运营成本开发标准性 ESRI公司在ArcGIS 9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ArcG

46、IS 9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，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：ESRI中国（北

47、京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）丰富的开发文档及实例，如Engine Help for.NET(VS2005)对其包含的约10500种COM类库作了非常详细的说明，不但说明其使用方法、步骤，还给出了详尽的示例源代码，并对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http:/ 卫星数据的多通道、多分辨率 日增量大、海量数据存储 数据的多维性，兼备时间、空间和属性信息从数据类型上看，卫星遥感数据可以被分为两大类：科学数据和卫星雷达影像数据。

48、科学数据是指地面系统接收的各种地面辐射或反射的物理量，经过定标，空间定位，通过重新采样变成网格化的数值。这些科学数据是获取气象信息的核心数据，其特点包括：数据量超大 更新频繁，每天都会有新的数据 需要根据范围动态切割卫星和雷达影像数据是指经过各种处理后生成的成果影像数据。由于卫星、雷达影像是动态的，数据每天都在更新，所以需要存储结构上能支持动态性。特别是通过时间条件来访问数据。ArcGIS空间数据库特有的ArcSDE Raster Catalog（栅格目录）结构可以支持对时空数据进行管理。栅格目录以属性表的方式保存一组栅格数据集合。每条记录代表一个独立的栅格数据。栅格目录可以非常大，同时保存数

49、千幅影像数据。栅格目录中的每幅影像可以有自己单独的坐标系统，通过动态投影与其他地图数据叠加显示。栅格目录的数据结构允许自定义新第三章气象行业应用及其关键技术3.时空一体化数据库建设ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）3气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）的字段类型，保存其他属性信息，比如时间序列字段。因此ArcSDE中的栅格目录数据结构是一个时空一体化的影像存储数据结构，非常适合用来保存卫星和雷达影像信息。下图是ArcSDE中Raster Catalog的物理存储结构。虽然实际的物理结构比较复杂，在逻辑上,每个栅格目录相当于一个多

50、边形的要素类(数据层)，栅格目录中的每个影像记录都有一个多边形记录其空间位置，而对应的栅格数据通过RASTER_ID关联存储到影像块存储表中。每个记录对应的影像数据相对是独立的，可以单独创建，删除，建立金字塔，而不会影响这个数据集中别的栅格数据。所以这种结构是适合动态栅格数据的管理和组织的。栅格目录的字段和其它矢量要素类一样，可以由用户定义的，通过添加必要的字段，特别是时间字段，可以存储时间，卫星名，影像类型，影像分辨率，数据来源等影像数据信息。栅格目录空间查询是通过对记录栅格数据的空间位置的多边形查询来实现的。4气象地理信息系统解决方案ESRI中国（北京有限公司）ESRI中国（北京有限公司）