气象资料分析与应用系统设计与实现康利

2012年12月内蒙古科技与经济December 2012　第24期总第274期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .24T o tal N o .274气象资料分析与应用系统设计与实现康　利,张　立,温建伟,于溥天,杜　宇(内蒙古自治区气象信息中心,内蒙古呼和浩特　010051) 摘　要:以内蒙古自治区地面观测台站的常规资料、自动站资料、区域加密观测资料中的温度、降水量等气象要素信息为数据源,进行任意一种资料或多种资料间相同要素数据的补充叠加,实现等值线绘制、着色、图形缩放和拖动、查看数据等功能,为用户提供方便的绘制、浏览、查询地区任意时间段内等值线分析图和要素信息对比分析图等服务。

关键词:B/S 架构;等值线;F lex 技术;气象资料;气象信息网络 中图分类号:T P 311.52(226) 文献标识码:B 文章编号:1007—6921(2012)24—0052—03 随着现代科学技术与管理技术的提高、生产信息的多元化和复杂化,使得信息的处理、管理和应用也越来越重要,人类进入21世纪后,信息化水平高低成为衡量一个地区的现代化水平,一个国家的综合国力的重要指标。

近年来,由于国家和部门内部的重视,使得全区气象信息网络以及气象观测、探测系统的建设得到了飞速发展,各种气象信息资料不断丰富,为气象科研、业务以及服务人员开展各方面工作奠定了信息基础。

尤其是近几年随着全国开展的气象科学数据共享、风能资源数据库等项目的建设,推动了历史气象资料信息化建设的步伐。

为了更好地共享气象信息资源,避免在信息分析、应用方面的重复建设,使全区各级业务人员更加便捷地使用内蒙古自治区气象资料信息资源,同时提供符合实际业务应用需求的分析工具,最大程度地降低资料分析处理的工作强度,提高信息利用价值,通过综合利用计算机网络、数据库、图形图像绘制处理以及网站建设等先进的计算机技术,建立内蒙古自治区的《气象资料分析与应用系统》,为各级预报、科研、决策服务以及业务管理人员提供统一的气象要素分析平台,解决目前内蒙古自治区气象信息服务缺乏多种自动分析手段和便捷信息服务平台的问题,为气象系统各业务部门进一步的信息综合分析及决策应用提供支撑。

1　系统总体设计1.1　系统整体结构系统整体采用B/S(Brow ser/Server)架构设计,数据源为文件存储管理系统以及数据库系统存储的各类气象资料,应用依托于区局现有网络环境,用户通过WWW 浏览器访问系统,系统在服务器端响应用户各种查询、浏览、数据分析应用需求,将查询、分析结果和形成产品提供给用户(Bro wser)端(见图1所示)。

图1　系统整体结构系统采用模块化设计,包括基础数据服务模块和数据分析应用模块,基础数据服务模块用来实现用户直接浏览和下载资料的应用需求,数据分析应用模块由等值线绘制模块、气象要素对比分析模块和实时资料分析模块组成,用来综合利用实时和历史气象资料,实现用户对气象资料较为复杂的分析应用需求。

1.2　系统核心技术创新点1.2.1　利用优化的插值算法绘制等值线。

等值线法又称等量线法,是用一组等值线来表示连续面状分布的制图现象数量特征渐变的方法。

每两条等值线之间的数量差额多为常数,可通过等值线的疏密程度来判断现象的数量变化趋势。

等值线法往往与分层设色的表示手段配合使用,即采用改变颜色深浅、冷暖和阴暗来表示现象的数值变化趋势,使图面更清晰、易读。

等值线法除用于表示空间现象数量的连续而逐渐变化的特征外,还可表示现象随时间的变化,现象的重复性(频度)等。

因为等值线具有上述特点,因此它被广泛地应用在气象降水以及温度要素变化分析过程中。

系统通过优化的插值算法,利用新型的曲线生成模型,绘制符合气象部门需求的较为直观地体现气象要素分布情况的等值线图形。

系统在现有的矩形算法和三角算法的基础上,结合最新的三维图像绘制技术,针对特定区域已知的、离散的、不规则的气象空间数据进行整体分析优化,利用离散数据来估计规定点上的非观测数据,进行“空间插值”,实现有限数据资源的气象空间数据的筛选整合,然后利用新型的曲线生成模型,最终实现了把空间分布不规则和有限的点数据转换成指定区域的规则的网格化数据分布模型,绘制符合气象部分需要的较为直观的体现气象要素分布情况的等值线图形。

1. 2.2　Fl ex 技术的应用。

F lex 是一种的presentat ion server (展现服务),它是java w eb cont ainer 或者.net server 的一个应用,根据.x ml 文件(纯粹的x ml 描述文件和act ionscript )产生相应得.sw f 文件,传送到客户端,由客户端的f lash player 或者shockw ave pl ay er 解释执行,给用户以丰富的客户体验。

系统应用Adobe 公司的F lex 技术,通过客户端(Flash)对后台历史数据进行访问,通过结合图形方式更好的展示数据,丰富了数据显示形式,实现了对・52・收稿日期:2012-10-28　康利,等・气象资料分析与应用系统设计与实现2012年第24期台站的降水量、平均温度、平均相对湿度、平均本站气压、平均风速等历史数据指定年段、指定年内每月、指定月内每日的同一要素三种时间维度数据的显示。

同时,可以通过台站选择工具选择多个台站获取数据,绘制多条曲线(通过颜色区分)进行对比分析。

用户可以表格方式和曲线图方式在同一页面浏览查看结果。

2　系统实现2.1　系统应用网络环境系统服务器端部署于区局信息中心,全区用户可以通过全区气象广域网及区局内部网络访问并应用系统。

内蒙古自治区气象信息网络环境经过近年来的不断建设,已经日趋成熟、稳定和完善,为系统的推广和应用提供了保障。

内蒙古自治区气象局区气象信息广域网主用链路为2004年4月建设,2010年完成升级,全区12个盟市局、105个旗县站、中部降雨基地以及区局信息中心通过SDH宽带链路组成三级结构宽带网。

内蒙古自治区气象局区局内部网络以Cisco4550交换机为核心(一主一备),通过光纤及双绞线连接局机关及各业务单位边缘交换机,利用交换机三层交换划分VL AN管理局机关及各业务单位子网,实现主干交换机间千兆交换,边缘交换机百兆交换的交换式以太网。

2.2　系统功能及实现2.2.1　基数据服务。

实现通过系统访问区局文件存储管理共享服务器,可以对常规资料、非常规资料、新增资料的进行浏览和下载的功能。

常规资料包括天气预报资料、地面旬月报、高空资料、地面资料等;非常规资料包括M M5资料、云图资料、雷达拼图资料、传真资料、格点资料、情报灾情资料等;新增资料包括L波段探空雷达资料、生态资料、风云二号C、D星资料、新一代多普勒雷达数据资料、自动雨量站资料、空气质量预报、自动土壤水分、大气成分、酸雨、闪电定位、沙尘暴、大气动力模式产品、自动站资料等。

2.2.2　气象要素等值线绘制。

系统通过采用与中科院声学所合作研制的优化的插值算法,利用新型的曲线生成模型,最终实现把空间分布是不规则而有限的点数据转换成指定区域的规则的网格化数据分布模型,绘制符合气象部门需要的较为直观地体现气象要素分布情况的各类等值线图形。

系统依据内蒙古自治区自动气象站数据库、中尺度区域自动站数据库、常规地面资料数据库信息进行分析运算,可以实现对任意时段雨量、最低温度、最高温度、平均温度等气象要素的等值线绘制。

绘制图形填色依据通用的色卡标准,可以根据应用需要选择是否显示观测站名字、显示观测站观测值、显示等值线、填充等值线区域、显示内部区域边界线等。

为避免设备观测异常数据对绘制结果的影响,系统设计了数据查询显示、剔除异常数据重新绘制等符合实际业务应用需求的功能,还支持对不同报文类别进行选择绘制的功能。

2.2.3　气象要素查询、显示和对比分析。

系统后台为提高对气象资料数据库的查询效率,提高系统响应时间,在优化查询语句的同时,利用存储过程对查询结果进行运算、对比,实现对任意时段、历史同期、选定地域、选定站点等查询检索条件下,雨量、温度、气压等气象要素的历史值、极值、平均值等的查询、显示和对比分析。

系统前台体现了丰富的用户界面表现形式,显示形式包括柱状图、折线图、曲线图、表格等多种形式,并且可以进行动态绘图。

该部分功能由浏览器来实现,目前主流的技术有基于JavaScript的Ajax和Adobe提供的基于F lash的F lex,在目前的系统中,我们使用Ajax与服务器交互获取一些基本的业务数据,通过浏览器组织显示数据,获得了不错的用户体验。

在需要图表来表现内容时,使用了F lex中的Chart来提供美观、交互性强的图表服务(见图2所示)。

图2　功能实现过程客户端与服务器端的数据交互:富客户端的最大优势就是更大程度上利用客户端的资源,将内容有效的组织和显示。

系统在设计时,很大程度上考虑了降低服务器端工作量,让服务器专注于业务逻辑和数据检索。

在交互中,服务器输出单纯的数据格式,如XM L、Jso n,客户端根据数据组织显示,提高了系统整体的运行效率。

服务器端:实现业务逻辑、访问控制与数据访问,在服务端,在响应用户请求之前,先判断了访问者是不是系统支持的用户,以及用户有没有权限访问该资源,然后才会到到实际的业务逻辑阶段。

在业务逻辑中,系统主要完成了对数据库的访问,以及对业务数据的计算,例如计算平均值,生成相应的结果图片。

数据库:进行数据的有效存储和管理,响应服务器端通过数据访问层构造SQL语句,将结果返回。

2.2.3.1　历史趋势分析。

查询和分析单个气象台站选定时间范围内、选定气象要素的变化趋势。

2.2.3.2　台站要素对比分析。

查询和分析选择报文类型、选定区域、选定时间范围内的各站点选定气象要素的对比分析图,图形表现形式为柱状图,该功能主要是为了通过对比分析,一定程度上校验各站观测数据的有效性。

2.2.3.3　历史气象要素三维度检索。

通过向服务器提交选择数据起止年份、气象要素、关注台站等参数后,系统返回数据结果,用户可以表格方式和曲线图方式查看结果。

用户可以在同一页面浏览到指定年段、指定年内每月、指定月内每日的同一要素三种时间维度数据的显示。

同时,可以通过台站选择工具选择多个台站获取数据,绘制多条曲线(通过颜色区分)进行对比分析(见图3所示)。

图3　历史气象要素三维度检索2.2.3.4　实时资料分析。

向用户提供了全区自动・53・　总第274期　内蒙古科技与经济站72h 气象要素表格、要素对比曲线图、要素对比柱状图功能。

用户可以通过“选择盟市”、“选择台站”定制条件对内蒙古气象自动站72h 的最高温度、平均最高温度、最低温度、平均最低温度、1h 雨量(毫米)、累计雨量等要素情况进行查询,以“图形”和“表格”的方式向公众提供参考数据服务。