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Journal of Tropical Oceanography >

2018 , Vol. 37 >Issue 2: 84 - 91

DOI: https://doi.org/10.11978/2017048

Orginal Article

Implementation of marine geological survey data sharing service platform for South China Sea based on Flex API

  • YAN Jie ,
  • WANG Ganglong ,
  • LI Shaorong
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  • Ministry of Land and Resources Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China
Corresponding author: WANG Ganglong. E-mail:

Received date: 2017-04-25

  Request revised date: 2017-09-30

  Online published: 2018-04-11

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National Special Fund Project (GZH201200512, DD20160140)

Copyright

热带海洋学报编辑部
Fold

Abstract

Marine geological survey is the strategic demand of our country to build a powerful marine nation. The survey data have important application values. With the rapidly developing technologies of computer, database and network, combining the ways of digital management, application and sharing of marine geological survey data has become an important indicator to measure the level of marine science and technology in China. In view of disadvantages of poor interactivity and low scalability in traditional WebGIS application, the sharing service platform of marine geological survey data in the South China Sea on the web was developed by Flex API and ArcGIS Flex Viewer, to develop widget for functional expansion based on the application framework. The users can browse and inquire these data easily. In this paper, the centralized management, display and service of the marine geological survey data in the South China Sea are illustrated. The results show that the platform can meet information service demands of marine users.

Key words： Flex; Marine geology; Database; Sharing

Cite this article

YAN Jie , WANG Ganglong , LI Shaorong . Implementation of marine geological survey data sharing service platform for South China Sea based on Flex API[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2018 , 37(2) : 84 -91 . DOI: 10.11978/2017048

随着信息技术的发展, 特别是数据库技术和地理信息系统技术的发展, 任何事物都可以方便地用数字形式表示、存储和管理。用数字形式表达的事物, 实际是存储在数据库中的数据。因此, 应用数据库技术和地理信息系统技术开发各类数据库或信息系统, 实现事务的数字化管理已成为一种趋势(孔凡敏 等, 2007; 袁雪梅 等, 2010; 徐超 等, 2010; Sosinsky, 2011; 石绥祥 等, 2011; 苏国辉 等, 2012)。海洋地质领域数据库建设的目的是提供数据查询和展示, 方便数据的重复利用, 为海洋地质调查提供技术支撑。南海海洋地质调查数据库是基于ArcGIS地理信息系统平台建设的, 其中的地质调查工作程度信息(测线、取样站位、测量站位信息)、地质调查数据目录、成果图件资料目录、元数据等起着数据目录和数据索引的作用, 可以作为地勘科技人员查找地质调查数据资料和地勘管理人员了解地质调查工作部署情况的工具。因此, 实现南海海洋地质调查数据库的共享服务对充分发挥海洋地质数据资源的保障和支撑作用具有十分重要的意义(严杰 等, 2013; 李绍荣 等, 2015)。
近年来, 海洋地质数据库的建设以及在其基础上建立的服务应用已趋于成熟。在国外, 美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)设计的综合海洋观测系统(Integrated Ocean Observing System, IOOS)与美国国家科学基金会(National Science Foundation, NSF)资助的海洋元数据互操作(Marine Metadata Interoperability, MMI)提供了海量海洋数据的共享服务功能(汪洋 等, 2003)。国内, 袁雪梅 等(2010)设计并展示了基于MarineXML Java开发插件的海洋数据WebGIS系统, 实现了海洋数据的可视化显示及查询等操作; 杨辰 等(2014)设计并实现了面向对象的海洋地质调查数据服务平台; 徐超 等(2010)设计搭建了基于OpeNDAP(Open-source Project for a Network Data Access Protocol)开放源代码网络数据访问协议的南海物理海洋科学数据共享平台, 实现了分布、异构环境下南海物理海洋数据的网络无缝共享; 吴家仁 等(2009)基于ArcIMS技术, 实现了南海海洋地质与地球物理数据的共享与发布。近20年来, 广州海洋地质调查局通过实测已积累了大量的南海海洋地质调查数据, 但目前数据利用率低, 不能有效地提供数据服务, 造成了数据资源的极大浪费, 如何对现有的数据资源进行有效组织并提供高效服务, 是海洋地质工作者急需解决的问题。此外, 传统的Web应用基于HTML静态标签建立, 可扩展和再利用性弱, 人机交互能力也不强, 降低了系统的可用性。为了解决传统WebGIS的缺点, 使应用系统易开发、易扩充、易部署, 同时为海洋地质工作者提供高效的数据服务。
本文引入Flex API开发技术方法来搭建“南海海洋地质调查数据共享服务平台”, 它能为用户提供更为丰富的界面, 交互性、响应性更强。用户可在提供的Flex Viewer应用框架里添加自定义的程序代码进行功能扩充, 大大减轻了应用开发工作量。本文以南海海洋基础地质调查数据库为基础, 采用Flex技术进行二次开发, 设计了南海海洋地质调查数据共享服务平台。通过对共享服务平台的框架设计思路、实现方法和配置部署的探讨, 实现南海海洋地质调查空间数据与属性数据的一体化展示与服务。

1 Flex Viewer应用程序框架概述

Flex Viewer应用程序框架是用Flex技术编写的WebGIS程序框架, 旨在快速完成用户自定义定制应用开发, 这种定制应用是基于ArcGIS Server地理数据服务器软件平台提供的数据服务。Flex Viewer应用程序框架由八大元素构成: Viewer Container(视图容器)、Config Manager(配置管理器)、UI Manager(用户界面管理器)、Control Bar(控制栏)、Map Manager(地图管理器)、Widget Manager(微件管理器)、Data Manager(数据共享管理器)、EventBus(事件消息总线)。各元素既相对独立又相互通信(袁宏 等, 2013)。Flex Viewer应用程序框架结构如图1所示。
Fig. 1 Flex Viewer application framework

图1 Flex Viewer应用程序框架构成

为了可简化和减轻开发任务, Flex Viewer框架还为开发者提供了以下可调用的资源:
1) 可调用的对象, 主要有地图、图层、图形、几何对象、空间参考等。
2) 可调用的任务, 关键词属性查询、空间属性查询、地理数据处理、定位查询等。
3) 可调用的组件, 有编辑器、信息对话框、比例标尺、图例、属性检查器、关系检查器、属性数据表、地理编码器等。
Flex Viewer应用框架的设计原则是简单和可扩充,这与共享服务平台的设计要求相符。它结构简单, 没有再引入第三方的框架, 实现了自身的模块管理, 以及事件机制的开发、部署、配置和扩展(钟广锐, 2012); 它可扩充, 允许开发者自定义微件(Widget), 实现用户界面操作与微件、地图与微件以及微件与其他模块交互和通信。
ArcGIS地理信息系统软件平台提供了多种应用软件开发技术及工具, 有客户机/服务器模式和浏览器/服务器模式两类。浏览器/服务器模式又有多种技术, 其中, 以Web服务方式实现应用系统开发的有Web ADF(Web应用开发框架)、Soap API(Soap服务应用开发接口)、Rest API、Flex API、Silverlight API、JavaScript API等等。这些技术都要求用ArcGIS Server软件平台将地理数据库发布到网络服务器端。考虑到应用系统的易开发、易扩充和易部署因素, 本文优先选择Flex API开发技术方法。ArcGIS不仅提供与Rest(Representational State Transfer=表述性状态传递)服务配套的Flex API应用程序开发接口, 还提供了相应的应用程序框架Flex Viewer, 让用户在Flex Viewer应用程序框架里添加自己的程序代码进行功能扩充, 大大减轻了应用开发工作量(刘俊 等, 2010)。
综合上述因素, 本项工作采用Flex技术进行二次开发。编程语言是Flex标记语言和脚本语言, 编程集成环境采用Flash Builder 4.6。ArcGIS提供的开发技术及工具主要针对地理数据库的应用, 而对非空间数据(例如数据目录信息), 即不含地图信息的数据表, ArcGIS提供的开发接口Flex API和应用程序框架Flex Viewer均对非空间数据不支持, 需要借助第三方技术。本项开发工作拟采用Java程序读取非空间数据库的数据, 再通过BlazeDS中间件实现Flex Viewer应用程序与Java程序的数据传输, 通过BlazeDS的RemoteObject组件, Flex程序可以不用通过Web服务来访问远程的Java程序中的对象, 远程Java程序的对象就是从数据库读取的数据。

2 共享服务平台系统设计

2.1 数据源

共享服务平台中的数据来源于南海海洋基础地质调查数据库, 根据海洋地质数据库建设的标准, 南海海洋基础地质调查数据库中有以下4类数据。
1) 调查工作信息, 主要是海上调查产生的关于调查工作的信息, 例如工区信息、测线信息、取样站位信息、观测站位信息、调查项目信息等等, 它们反映的是海上调查工作的情况。
2) 基础数据, 指各种海洋地质调查手段采集或获取的调查数据, 包括地质取样、温盐深、地球物理勘探、多波束、实验测试等手段获取的数据。
3) 成果数据, 包括各类项目报告、地质调查成果类图件与地震资料解释成果。
4) 元数据, 是对以上数据进行说明和描述的数据, 有助于使用数据时获取与数据有关的信息。

2.2 结构设计

基于Flex技术的南海海洋地质调查数据共享服务平台, 采用ArcGIS 提供的Flex Viewer应用程序基础框架, 简化了开发工作, 也便于功能的扩充(许自舟 等, 2013)。因此, 应用软件系统的框架结构设计好之后, 应用开发时只需按照Flex Viewer应用程序框架的各种约定进行。系统采用浏览器/服务器模式(B/S)的三层分布体系结构, 分别是数据层、应用层和表现层(图2)。
Fig. 2 Composition diagram of the sharing service platform

图2 共享服务平台结构体系组成图

数据层是整个系统平台的底层, 为系统提供数据源, 负责海洋地质调查各类数据的存取机制, 并对其进行统一管理。海洋地质调查数据库可以以数据库文件保存, 也可以通过空间数据库引擎与后台Oracle数据库通信, 并将数据存放在网络后台数据库。
应用层是整个系统平台的核心, 为用户提供空间地图服务。ArcGIS Server作为地图应用服务器, 主要用于将后台数据库中的数据资源发布到网络环境里, 以网络服务形式给各种应用软件系统提供数据服务, 从而实现数据查询和数据分析等各种功能。Tomcat网络服务器为用户与后台数据库进行业务交互提供了便利, 用于建立提供给用户访问的网络站点, 并响应客户端发来的请求, 与ArcGIS Server地理数据服务器进行交互, 通过ArcGIS Server地理数据服务器转换为对数据层的请求, 并将数据层返回的结果提交到表现层。具体来说, ArcGIS Server应用服务器通过空间数据引擎连接后台空间数据库, 为客户端提供各类地理信息服务; 属性数据需借助Java程序读取, 并通过BlazeDS的RemoteObject组件与Flex Viewer应用程序实现传输, Flex Viewer应用程序调用RemoteObject组件实现对属性数据库的访问。应用层为表现层和数据层的通信交互建立了桥梁。
表现层处于系统平台的前端, 通过网页浏览器实现与用户的交互。它是借助Flex Viewer应用程序基础框架建立起来的, 为用户提供统一的数据访问接口。用户在浏览器地址栏填入服务系统平台的访问网址, 就可以进行可视化的数据浏览查询操作。

2.3 功能设计

南海海洋地质调查数据库的数据内容从共享服务形式方面可分为两大类: 一是通过野外调查、资料处理、样品测试和室内研究产生的数据, 即实体数据; 二是反映海上调查工作程度和起到数据索引作用的数据, 包括调查测线信息、调查/取样站位信息、调查数据目录信息和元数据等。第二类数据主要用于对数据的管理, 方便数据的查询和数据服务利用。共享服务平台设计的功能就是将第二类数据信息发布到网络地理数据服务器, 在网络上建立数据库查询服务站点, 让用户使用网页浏览器查询和浏览数据。功能上有对地图(空间数据)操作和对属性数据操作以及对相关数据的下载。共享服务平台以网站形式提供服务, 出于数据涉密的原因, 该服务平台暂为单位内部使用, 功能上侧重数据信息查询和空间地图浏览, 方便地勘项目管理人员和科技人员了解海上调查工作部署情况和调查数据资料信息。实体数据提供审批后下载。平台主要有以下功能。
1) 地图的操作: 放大、缩小、平移、地图上要素选取。
2) 图层控制: 图层显示开/关控制, 包括可见性设置、可选性设置及图层标注
3) 属性数据操作: 浏览属性数据表、关键词查看、从地图要素查找属性数据等。
4) 查询功能: 包括几何图形框选查询、关键词查询、空间查询、属性查询。
5) 定制功能: 包括距离测量、工作量统计、数据下载、权限管理、下载在线审批等。

3 共享服务实现方法

3.1 南海海洋地质调查数据准备

目前南海海洋地质调查数据共享服务平台在线共享的数据包括: 调查测线信息(地震测线、浅剖、侧扫测线、单波束/多波束调查测线)、调查/取样站位信息(地质取样、温盐深测量、海底摄像等)及相应的元数据、地质项目成果图件等。
海洋地质调查数据存储在后台Oracle数据库中, 空间数据通过空间数据引擎发布到ArcGIS Server服务器, 属性数据借助Java程序读取, 再通过BlazeDS中间件实现Flex Viewer应用程序与Java程序的数据传输。特殊数据类型如地震解释剖面、海流观测数据、多波束数据等存放在服务器端以文件型数据组织。

3.2 基于Flex Viewer框架的开发

系统平台整体上采用数据层、应用层、表现层三层体系架构, 层与层之间标准化松耦合, 因此具有更大的灵活性和可维护性。
由于ArcGIS Server实现了Rest接口, 客户端可通过解析资源标识符(Uniform Resource Locator, URL)来访问共享服务平台所公开的资源。当客户端发出资源请求或操作动作时, 系统平台通过脚本语言, 根据用户需求解析出URL及相关参数, 将这些请求和参数通过Http协议交给ArcGIS Server服务器处理。ArcGIS Server对客户端的资源请求进行解析, 并根据用户需要从数据层中提取对应的数据, 转换成所需的格式, 最后将其返回到客户端。客户端使用脚本语言进行解码, 将结果呈现出来。由于Flex Viewer应用程序框架侧重解决空间数据(地理数据)的应用开发, 没有专门面向非空间数据的应用开发方法, 因此要实现高效的目录数据和属性数据的查询显示, 需要借助Java语言编写的程序实现对非空间数据的存取。Flex程序与Java程序之间的数据传输需要借助BlazeDS中间件实现, 即Remote Object组件。Remote Object组件通信方式基于AMF协议的数据交互, 速度及性能良好, 传输数据类型丰富, 传输效率较高。系统平台客户端借助Flex Viewer框架开发不仅为用户提供了美观舒适的界面与动态展示效果, 而且还负责用户与后台服务器的交互, 起到了用户与Web应用之间桥梁的作用。
系统开发环境是在Flash Builder集成开发环境(integrated development environment)中进行的,通过导入Flex API应用开发接口, 直接用Flex Viewer应用程序框架作为一个开发项目(Project), 在此基础上进行配置和添加自己的程序代码。其次, 在Flex Viewer应用程序框架基础上进行功能定制和扩充。通过一些简单的配置就能在无须修改框架源代码的情况下对系统的参数进行修改, 对框架功能进行快速地扩展, 从而保证框架始终都具备一个非常稳定的架构, 同时还能够满足一定范围内的用户需求变化。

3.3 微件开发

用户开发的应用功能都是以微件的形式在Flex Viewer应用程序框架基础上进行扩展的。微件可快速部署到Flex Viewer应用程序框架中。应用系统中某一个功能或某一组相关功能,可以用一个微件去完成, 从而在Flex Viewer应用系统框架的基础上将它扩充为用户所需的应用系统。
鉴于微件开发具有个体微小、功能完整、嵌入方便和所嵌入环境的弱连接等优势, 系统的具体功能采用微件方式开发。具体方法是在Flash Builder集成开发环境中新建MXML组件, 将其作为Flex模块添加到项目里, 然后在其中添加实现特定功能的程序代码, 用户不需要做任何修改或编译就可以将其嵌入任何HTML网页上并运行, 极大提高了开发效率。

4 应用部署与配置

在服务器端, 安装配置ArcGIS Server地理信息系统服务器软件, 测试从客户端能正常访问发布在服务器端的地图服务。然后, 利用ArcGIS桌面系统, 在ArcGIS Server里建立地理数据服务, 服务的内容就是数据库的内容。在地理数据库中, 构成地理底图的各图层以一个图层组进行组织管理, 与海洋地质调查数据的要素类和数据表分开, 在ArcGIS Server也将地理底图单独作为一个地图服务进行发布。用于数据查询的测线和站位图层及其属性数据作为另一个地理数据服务进行发布。
在服务器端安装配置Tomcat 6.30 Web服务器软件, 在Tomcat Web服务器里建立站点, 最后, 在Flash Builder集成开发环境里将开发的Flex Viewer应用程序(数据共享服务程序)发布到Tomcat Web服务器, 生成一个网络站点供用户访问, 以网站形式提供数据库内容的在线查阅服务(图3)。
Fig. 3 Data sharing service platform of marine geological survey in the South China Sea

图3 南海海洋地质调查数据共享服务平台界面

用户登入共享服务平台以后, 通过主界面左边的地图导航控件, 可进行地图放大、缩小、平移、全图等操作, 也可直接用鼠标在地图里上下左右拖动来平移地图, 用鼠标画矩形选择要放大显示的地图区域。界面右侧图层显示开关控制列出了已加载的图层, 每个图层名称前有打钩的方块, 控制是否显示该图层。查阅地图时, 可将当前地图的显示位置范围、显示比例保存起来, 需要时, 可调出已有的书签对地图进行显示。
用户根据自己的需要查询所需要的数据信息。共享服务平台向用户提供的查询方式有: 从地图上查询属性数据。用户选择地图上的地理要素, 查询其属性数据。点击控制栏上的“查询”, 弹出查询设置对话框(微件), 见图4。在对话框里可设置自身所需的属性数据进行查询。用多种方式(用鼠标点取、画圆、画矩形、画多边形等选取)选取地图上的地理要素, 然后在地图上选择要查询的地理要素,其属性数据就会显示出来(图5)。
用户还可以按关键词查询图层的属性数据, 查询结果以数据表格形式显示。图6是按关键词查询对话框界面, 选择图层和输入关键词, 就可得到查询结果; 也可以对地图图层的整个属性数据表内容进行浏览。点击控制栏的“查询属性”, 弹出属性数据表浏览窗体, 如图7。
Fig. 4 Query dialog of data sharing service platform

图4 共享服务平台查询对话框

Fig. 5 Attribute query screenshot

图5 属性查询截图

Fig. 6 Key words query dialog

图6 关键词查询对话框

Fig. 7 Attribute data table

图7 属性数据表

5 结论

本文设计并实现的南海海洋地质调查数据共享服务平台基于Flex Viewer应用程序框架搭建, 克服了传统WebGIS交互性差、扩展再利用性能弱的缺点, 可快速构建具备数据浏览查询功能的地理数据库查询应用程序。将该应用程序部署到网络服务器建立网络服务站点, 用户就可通过网络访问该站点进行数据浏览查询操作。服务平台的实现大大提高了海洋地质数据库的服务效率, 为WebGIS的应用开发提供了新思路。南海海洋地质调查数据的共享服务初步建立了南部海域地质调查数据共享服务机制, 实现了海洋地质调查数据资料的集中管理、展示与服务, 使海洋地质调查取得的地质资料能更好地为地质勘查与研究、国家经济建设和领导决策服务。
鉴于应用程序框架的局限性及新技术的发展, 系统平台还存在着不足, 下一步将对地震剖面数据、海流观测数据等的可视化展示和实体数据的在线下载等进行改进, 也可以增加对社会公众服务的功能等。

The authors have declared that no competing interests exist.

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