1、引言

雷电是一种壮观的自然景象，伴随着震耳欲聋的雷声和耀眼的光线。然而雷电的破坏作用也是显而易见的，它可对建（构）筑物造成物理损坏，对人身安全也构成致命威胁，所以雷电灾害是“联合国国际减灾十年委员会”公布的十大自然灾害之一。兰州地处三大高原交汇地带，境内气候复杂，属于多雷区，雷电和静电灾害是我省易燃易爆场所、计算机及通信场所、人员密集区域安全隐患之一，且每年的雷电、静电事故造成的损失呈快速增长的趋势。尤其在危化场所和电力系统，一旦发生雷击灾害，其直接损失和后续影响可想而知，兰州市曾于2007年4月13日20点30分因雷电袭击造成城关区、七里河区、西固区等区域出现了大面积停电，给人们的正常工作和生活带来很大影响。此外由于经济的不断发展，建、构筑物的不断增多和信息化建设的发展，雷电隐患也日益凸现。

雷电防御工作是一项系统复杂的工作，涉及面很广，如石化、电力、通信、交通等,而防雷工作本身又有诸如防雷图纸审查、防雷工程、新建防雷装置验收、定期检测等环节，而这些传统的防御手段并没有对建（构）筑物所处的地理、气象环境、雷击概率、雷击造成的后果等因素的综合评估。雷电风险评估的缺失将不利于防雷工作的准确定量的系统分析，即在该环境下用哪种方法防雷，防护的层次，防护的类别、防护成本与风险的适当比值以及在原防护条件下灾后损失评估等。所以雷电风险评估这几年在全国迅速发展，这将对指导防雷减灾工作有十分重要的意义。

然而雷电灾害风险评估涉及的因子很多，有地理环境、雷暴日数、大气电场、雷击密度、闪电定位资料、土壤电阻率，建构筑物尺寸、防护级别、接地电阻等诸多因子，传统的气象数据可以轻松获取，而建构筑物的一些微观数据往往需要实地测量和查询，数据的不规范和数据体系不健全给雷电灾害风险评估工作造成不利影响，所以建立统一的雷电数据库势在必行。然而传统的数据库系统结合开发软件不能直观的显示我们所需要的数据，往往只能显示出枯燥的文本数据和静态的图像，这些弊端不利于雷电信息数字化的发展要求。GIS技术的应用将大大改善这一局面。

2、GIS技术应用于雷电防御服务的可行性分析

GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)技术是以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术。其基本功能是将传统数据转换为地理图形显示，可以对显示结果进行浏览，操作和分析，其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图。GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。从国内外发展状况看,地理信息系统技术在自然灾害监测预警和灾害评估中有广泛的应用领域。从灾害的类型看,它既可用于火灾、洪灾、泥石流、气象和地震等突发性自然灾害,又可应用于旱害、土地沙漠化、森林虫灾和环境危害等非突发性事故。GIS技术应用于雷电防御服务将有力地推进诸如雷电监测、雷击风险评估等防雷工作的技术服务水平。

由于互联网技术的不断提升使得GIS技术逐渐普及，使电子地图走向大众化。如今用户只要通过使用浏览器，就能获得许多与地图有关的信息，在我国的许多政府职能部门也提供这些服务。这些系统与传统的单机系统的最大的不同在于，不需要很高的配置，也不需要其全部的强大的功能。这种新兴的结构模式的产生，改变了GIS处理地理信息的方式，将传统单机作业的GIS概念延伸到互联网上，以符合空间信息不断发展的需要，这种以分散式概念将GIS延伸到互联网的结构称之为万维网地理信息系统WebGIS。WebGIS有以下特点：1）.广泛的用户访问范围；2）.客户端平台的独立性；3）.高效的计算负载平衡；4）.分布式的系统；5）.交互性和动态性好；6）.系统成本低、发布速度快；7）.用户界面友好，系统安全性高；8）.系统的更新、维护方便。

ArcGIS Server是继Arc IMS后ESRI公司推出的基于ArcObjects组件开发的服务端产品,它能在企业和分布式计算框架中建立以服务器为中心、集中式管理并以计算机网络为核心支持多用户的GIS应用,涵盖了GIS的基本服务,数据访问、地图查询、地图分析和地图表示,通过ArcGIS Server所提供的Server API可构建在标准的. Net或J2EEWeb服务器中的Web应用和Web Service及其他企业级应用。

3、系统的体系结构

    ArcGIS Server是一个分布式系统, 可以分别部署在不同的机器上, 它们分别在进程的管理以及对象运行的服务器的负载均衡方面各自扮演着特定的角色。从根本上来讲,ArcGIS Server 是管理一系列GIS 服务器对象的一个管理器,用来管理各种地理资源和运行在应用中的各种软件对象，ArcGIS Server由GIS服务器、Web 服务器、Web浏览器、桌面产品四部分组成。

3.1、GIS服务器

    GIS服务器是ArcObjects 对象的宿主,供Web应用和企业应用使用。它包含核心的ArcObjects 库,并为ArcObjects提供一个灵活的环境使其能在一个集中的、共享的服务器上运行。用户可以在局域网内直接使用GIS服务器提供的ArcObjects组件对象。由于ArcObjects组件对象是基于二进制标准的程序块, 所以局域网内ArcGIS Server具有较高的访问与执行效率。GIS 服务器由一个SOM(Server object manager ,服务器对象管理器) 和若干个SOC(Server object container ,服务器对象容器) 组成,主要管理和运行Server Objects(服务器对象) 。

   SOM 是一个Windows/Unix服务进程, 它管理着一组分布在一个或多个服务器对象容器SOC机器上的服务器对象。当应用程序通过LAN或WAN连接到ArcGIS Server的时候, 实际上是连接到SOM, 连接时提供的参数是SOM所在机器的名称或IP地址。服务器对象真正运行在SOC机器上, SOC是由SOM来控制启动或停止。可执行的SOC内部是多线程的, 支持多个并发的服务器对象。Windows支持多线程在多CPU上的自动分配, 这样SOC可以充分利用多CPU资源, 提高对象服务性能。

3.2、Web服务器

Web服务器用于装载Web应用和Web服务。这些Web应用和Web服务需要调用运行在GIS 服务器中的对象。其核心是应用程序开发框架(ADF) , ADF分.NET和Java两大部分。ADF在ArcObjects代理( Proxies)基础上, 进行了ArcObjects组件对象接口的进一步封装, 同时为Web应用提供了丰富的界面元素, 允许用户方便地构建和部署Web应用和Web服务。

3.3、Web 浏览器

Web浏览器作为客户端,用于连接运行于Web服务器中的Web应用。Web服务器用来接收客户端请求并将请求分给合理的GIS服务器来处理, GIS服务器使用XML Web Service将ArcGIS Server所提供的GIS功能封装成为一个接口或形成网络组件,供用户在浏览器端使用。

3.4、桌面应用程序

通过HTTP协议连接运行在Web 服务器中的ArcGIS Web服务,或通过LAN或WAN直接与GIS 服务器建立连接。

4、雷电防御服务的GIS应用

“甘肃省雷电防御GIS服务平台”将涵盖大量图表、文字和地理空间信息，能对不同形式、不同内容的空间实体信息进行有效的集成和管理,使用户能方便、高效地处理地理信息数据,为雷电防御信息的查询提供了新的途径。而将采用的WebGIS 技术是基于Internet 的体系结构,脱离了C/S 模式下桌面客户端的束缚,使用户对雷电防御数据的相互操作和共享更加方便和快捷。从功能上来讲，“甘肃省雷电防御GIS服务平台”将分为5个子系统: ①兰州市建构筑物防雷信息空间分布子系统；②甘肃省重点项目防雷信息空间分布子系统； ③甘肃省闪电监测信息空间分布子系统；④系统管理子系统。

4.1兰州市建构筑物防雷信息空间分布子系统

该子系统主要将甘肃省防雷中心所检测的兰州市建构筑物防雷信息在空间数据库中进行存储，通过用户调用在相应的地图中进行显示，防雷信息包括防雷防护等级、高度、海拔、接地电阻、土壤电阻率等建构筑物防雷属性。

4.2甘肃省重点项目防雷信息空间分布子系统

该子系统主要针对甘肃省内大型基础设施项目的防雷空间信息为主要服务内容，例如甘肃省诸多输油输气管道、大型化工企业、酒泉的风电基地等项目，涉及项目的防雷属性除防雷防护等级、高度、海拔、接地电阻、土壤电阻率外还包括雷击风险因子等雷击风险评估中的内容。上述建构筑物的防雷属性信息的采集主要通过调用或录入防雷历史资料信息的方法得到。

4.3甘肃省闪电监测信息空间分布子系统

甘肃省目前已经布设了5台闪电定位系统，可对全省或周边地区的闪电进行定位，通过调用闪电定位资料（FTP下载），在属性数据库中进行存档。闪电的属性有经纬度、电流强度、回击最大陡度、闪电电荷、定位误差等，将此类属性通过各种符号或数值在地图上进行精确定位和显示，供用户随时调用或查询，此外闪电密度图的绘制也将作为此子系统的一个分支。

4.4系统管理子系统

此模块主要是系统管理员操作界面，其中包括空间数据、属性数据的录入，系统维护，系统管理等内容。

5 系统开发关键技术

5.1数据源的获取

专题地图以基本地图作为母体承载着丰富的地理信息，通过一套完整的符号系统，以点、线、面、标注等形式发布专题信息。随着卫星遥感技术的发展，卫星遥感影像因其获取方便、直观性强，成本低等优点在地理信息系统中得到越来越广泛的应用，导航仪中目前就有使用卫星遥感影像的产品，如手机导航软件“Google地图”。以卫星影像为底图的雷电信息地图将会更具表现力，而专题信息的获取除防雷业务中积累的历史数据，其余数据均需要采集或绘制，其工作量不小，但如果为某小区域做专题防雷服务其测绘数据的获取就并不繁琐。

用来编制专题地图的数据源往往具有具有不同的坐标系统和地图投影，目前我们通常使用的是WGS84坐标系和等积圆锥投影（Albers），WGS84坐标系是一个统一的地心坐标系，是以地球质心为坐标原点，Z轴指向地级的坐标系统。地图投影就是按照一定的数学法则，将地球球面上的经纬网格转换到平面上，使地面点位的地理坐标与地图上对应点位的平面直角坐标间建立对应的函数关系，我国的资源、气象、经济、人口分布等地图多采用等积圆锥投影，因这种投影没有面积变形，所以在地图可以保持正确的面积对比。坐标系和投影方式的不同直接影响到专题地图的定位精度和应用价值。

5.2 地图的校准

    卫星影像的校准校准比栅格地图的校准特殊，不但需要校准模型，而且不同的卫星影像还需要不同的校准模型。栅格地图的校准一般用多项式法进行，而卫星地图却得不到理想的效果，目前有很多用于校准卫星地图的软件。一般校准的关键是选择好校准点，点应均匀分布在每景数据的边缘和中心，点位最好选择在有明显地物特征处，如房角处、房屋中心处等，纠正点的实际坐标可通过实际测绘和已有的数字地图中获取，校准点的数量和位置将影响到地图的精度，但辩证的讲，实际测量或其他方法获取校准点实际坐标同样存在误差，而无法达到太高的定位精度，只是将误差尽可能的降低。

5.3专题地图的配色和符号化

专题地图制作最关键的步骤是地图要素的配色和符号化，对于点状要素主要是点状符号的选择和配色，对于线状要素主要是线型的绘制和配色，对于面状要素主要是配色和符号的设计。利用ArcMap可实现上述功能，ArcMap提供了强大的符号设计工具，对于点状符号可以通过多种途径进行设计，其中调用字体符号和图片的方式最为常用，字体符号可以利用windows操作系统的字体编辑器进行设计，用种符号为矢量符号，可随意放大，设计的符号或windows系统符号可以通过ArcMap的符号管理器进行调用。使用图像处理软件制作或使用矢量数据处理软件（如AutoCAD）设计并装换的图片符号，同样也可以利用ArcMap的符号管理器进行调用，但图片符号不能任意放大。现状符号可以看做基本线条的组合和叠加，也可看做点状符号沿着线前进方向的周期重复。在ArcMap中现状符号可以任意设计、组合、叠加和调整性质。面状符号可以看做点状符号和线状符号的集合体，掌握了点和线装符号的设计，面状符号的设计便顺理成章了。符号的设计不但需要美学的常识，还需要生动的表现力，是一项仔细的工作。

5.4地图的标注

地图标注的内容包括建（构）的名称或说明，如单位名称、建筑名称、项目信息、海拔高度等，ArcMap中专题地图的标注可通过显示属性项内容的方式进行标注，也可通过文本工具进行标注，一般我们使用文本工具进行标注，可以先将地物属性项的内容转换成文本，再进行字体、大小及位置的调整，而利用属性项内容的方式使用的内容和位置随意性大，一般只用来显示。

标注的另一项主要内容是图名、图例、比例尺、编制日期、编制单位等地图基本信息。标注时应注意标注的位置和配色协调。

标注时需要注意按照类别进行区分，如不同地物特征的标注要使用不同的形式进行标注，如在字体、大小、颜色上加以区分，文字标注的位置、顺序等要符合识图习惯，描述要严谨。

5.5 属性数据库的建立

属性数据库主要用于在地图载体的相应位置以文字、符号以及区域颜色等不同方式将用户所需数据直观地反映。属性数据库使用SQL SERVER 2005作为DBMS，具体数据内容如下：

5.5.1 闪电定位数据表（LD）

5.5.2建筑物防雷信息(BLP)

5.6属性数据的获取

闪电定位数据的获取可以直接调用我省LD-Ⅱ型闪电定位仪监测数据，利用软件将监测报文实时分析整理后入库，建筑物防雷信息可以利用历史资料或实地测量获取，但工作量巨大，可以逐步建立资料库。

6 结束语

    WEBGIS技术是网络技术和地理信息系统完美的结合，实现了网络扩展与跨平台的地理信息系统。本文介绍了以ARCGIS SERVER和.NET为开发平台的兰州市防雷地理信息系统的系统构造、开发关键技术以及数据的获取等相关内容，随着该系统的逐步建立和完善，必将对兰州市雷电防御工作产生积极影响。