南海區(qū)域海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫及web開發(fā)應用

李遠芳 白毅平

（1、國家海洋局南海預報中心，廣東 廣州 510300 2、中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院，山東 青島 266003）

1 引言

南海區(qū)域,地處廣闊,又是我國經(jīng)濟發(fā)展的前沿,因此該區(qū)域海洋預報尤為受到社會各界關注,日本,香港,臺灣及澳門地區(qū)都特別關注南海地區(qū)的海洋預報,這里由于受地理位置和地形條件的影響,極易受到大風、巨浪、臺風以及風暴潮等災害的影響。隨著我國對南海區(qū)域維權的開展，漁業(yè)等生產活動的不斷擴大，為了長期系統(tǒng)的對南海沿岸進行海洋環(huán)境監(jiān)測，南海區(qū)域中心每天接收分布在南海29個海洋監(jiān)測站的監(jiān)測資料，通過專線傳輸已經(jīng)形成了南海海洋環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，并在此基礎上開發(fā)了一個對資料控制、數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計下載、容災備份、自動報警的web應用平臺，監(jiān)視海洋水文氣象變化，為南海區(qū)域海洋預報及防汛指揮部門提供實況數(shù)據(jù)，同時積累了豐富的海洋氣象觀測資料，使之成為氣象決策服務的重要依據(jù)，為防災抗災發(fā)揮積極作用。

2 系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)庫設計

2.1 南海海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組成

南海海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由南海海洋環(huán)境監(jiān)測站、中心數(shù)據(jù)庫、業(yè)務化數(shù)據(jù)應用平臺三部分組成。安裝在南海區(qū)域沿岸及平臺上的海洋環(huán)境監(jiān)測站，并設立顯示和數(shù)據(jù)采集、接收、保存的計算機終端，實時監(jiān)測海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，通過海洋岸站與南海區(qū)域中心之間的數(shù)據(jù)專線或GPRS無線傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到南海區(qū)域中心數(shù)據(jù)庫，不同用戶通過web瀏覽器可以交互查詢調閱單個或多個、實況或歷史各類監(jiān)測資料以及統(tǒng)計下載數(shù)據(jù)，管理人員還可以通過其應用平臺進行設備監(jiān)控和授權管理。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計

中心數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2003，是典型的關系型數(shù)據(jù)庫，具有簡單、方便、易用、管理功能強等特點，特別是其應用開發(fā)接口簡單。主要數(shù)據(jù)庫表包括站點信息表、運行日志表、原始記錄表、觀測要素資料表、日資料統(tǒng)計表等。站點信息表保存南海區(qū)域各個海洋監(jiān)測站的序號、地理位置、監(jiān)測項目、風速風向儀高度、維護人員聯(lián)系電話等資料數(shù)據(jù)。運行日志表主要是記錄保存系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括站點序號、開始時間、結束時間、維修維護項目描述等由子站程序和主站程序在遇到特殊事件時填寫。原始記錄表保存海洋環(huán)境監(jiān)測站的實時定時數(shù)據(jù)，包括全部各類海洋水文及氣象要素，根據(jù)各個站點的觀測項目選擇使用，將所有自動站整合在一個數(shù)據(jù)庫表中，用時間和站點代號及數(shù)據(jù)類型作為主鍵。

記錄大風數(shù)據(jù)，起止時間及風向風速。

日資料統(tǒng)計表記錄當天（20時~20時）的高潮時間、低潮時間、水位、平均風速、天氣性質、浪高、波高、增減水等。

2.3 數(shù)據(jù)保存及通訊程序

通過對海洋環(huán)境監(jiān)測站數(shù)據(jù)采集接收軟件進行修改，使之能輸出實時資料。實時資料文件采用固定名稱，時間在文件內部指定。子站通過基于TCP/IP協(xié)議的ODBC數(shù)據(jù)源接口，使用Microsoft ActiveX數(shù)據(jù)對象（ADO）來快速建立與助戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫連接，將數(shù)據(jù)添加到中心數(shù)據(jù)庫。

海洋環(huán)境監(jiān)測站資料傳輸主要有兩個功能模塊組成：備份和入庫。根據(jù)備份和入庫程序具有時間性和重復性的特定，采用通過Windows系統(tǒng)自帶的定時任務功能，調度各模塊運行，并監(jiān)視其運行狀況。針對不同模塊設置不同參數(shù)，如啟動時間、時間間隔、最大運行時間等。

3 WEB應用平臺

由于南海海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)涉及整個南海區(qū)域的海岸線觀測、涉及四個海洋環(huán)境中心站、多個生產單位、百萬漁民、資料應用范圍廣，而且用戶需求也不一樣，這就要求資料平臺具有多用戶、操作簡單快捷、數(shù)據(jù)顯示直觀的特點。采用ASP及ASP.NET動態(tài)網(wǎng)頁進行數(shù)據(jù)發(fā)布既滿足范圍廣用戶多的需求，也滿足用戶圖象話瀏覽的要求，且操作簡單。

3.1 功能簡介

3.1.1 查詢功能

水文氣象海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示主要有兩種方式：文本和圖象。

文本數(shù)據(jù)查詢。文本數(shù)據(jù)是直接可以讀出的要素數(shù)值，如實時資料和定時資料。這類資料用戶關心的瞬時狀態(tài)，需要精確的數(shù)值，且要素全面，一般采用表格形式。主要有多站實時、單站實時、單站定時等頁面，用戶可以通過頁面的向前向后一月、一周、一天導航鏈接進行查詢，也可以通過快速日歷（公歷或農歷）進行直接定位，可以直接切換到圖形查詢方式。

動態(tài)圖象查詢。對于時間序列資料，如潮位、風力、氣溫、氣壓等，用戶需要了解某一時間段內的變化趨勢，以尋找其規(guī)律性，這時采用文本資料列表往往不夠直接明了。另外，對于某些非專業(yè)用戶，對于精確的數(shù)據(jù)往往不能全面了解，如風向的方位等，通過圖示的方法就較容易理解。圖象資料顯示同樣通過時間進行導航，可以任意指定起止時間，根據(jù)需要選擇時間長度。

3.1.2 監(jiān)控功能

監(jiān)控功能包括設備運行狀況和沿岸海況的監(jiān)視。設備運行狀況的監(jiān)視是通過查詢運行日志表實現(xiàn)，對于設備故障可以直接發(fā)現(xiàn)，如果沒有最新運行日志記錄則表明網(wǎng)絡故障。沿岸海況監(jiān)視是定時根據(jù)預先設定的報警條件對原始記錄表進行檢查。監(jiān)控功能運行在預報平臺后臺運行，只在需要報警時彈出窗口。

3.1.3 統(tǒng)計功能

一般常規(guī)統(tǒng)計資料可以直接查詢日資料統(tǒng)計表，對于特殊需要可以統(tǒng)計頁面實現(xiàn)。通過與用戶交互，可以指定資料類型、站點名稱、要素名稱及范圍、時間標記以及返回類型（最大、最小、平均、合計、出現(xiàn)次數(shù)）等等。

3.1.4 下載功能

由于原始資料以數(shù)據(jù)庫的形式進行保存，為了方便用戶將資料用于研究等用途，應用平臺還特意編制了資料下載頁面。用戶可以選擇單個站，也可選擇多個站，分別進行小時資料和日資料下載，平臺會將下載的資料保存保存在剔除了所有裝飾頁面中，通過瀏覽器另存為本地文本文件。

3.2 主要技術方法

ASP動態(tài)網(wǎng)頁技術。ASP（Active Server Pages）是在服務器端嵌入腳本語言實現(xiàn)動態(tài)可交互的網(wǎng)頁制作技術。利用服務器端腳本可以建立數(shù)據(jù)庫連接，并將根據(jù)特定條件從數(shù)據(jù)庫中檢索得到的數(shù)據(jù)結果放到普通的HTML代碼中，且這些服務器端腳本不依賴于任何瀏覽器和用戶使用的平臺。

ASP.NET動態(tài)網(wǎng)頁圖象技術。網(wǎng)頁上的圖象一般是靜態(tài)的，以文件形式存在，對于潮位曲線等根據(jù)數(shù)據(jù)動態(tài)生成的圖象無法事先生成文件，即使按給定時間段生成圖象，不但查詢不方便，而且隨著數(shù)據(jù)增加，圖片文件數(shù)量不斷增加，進而影響系統(tǒng)整體性能。

首先在Microsoft Developer Studio開發(fā)環(huán)境下建立一個Visual C#下的ASP.NET WEB應用程序項目，將頁面改名保存為云圖頁面tideline.aspx,該頁面負責根據(jù)時間及站點序號從數(shù)據(jù)庫中導出潮位數(shù)據(jù)，再利用GDI+類庫中的Bitmap子類初始化函數(shù)生成Bitmap子類的實例，根據(jù)潮位數(shù)據(jù)進行繪制潮位曲線，最后調用Bitmap子類的Save方法把圖象字節(jié)流傳遞給與Page關聯(lián)的HttpResponse對象，進而實現(xiàn)潮位數(shù)據(jù)圖象的瀏瀏覽器查閱。

用戶管理。用戶管理采用IP和用戶名+密碼兩種論證方式。當用戶開始瀏覽時，首先檢查終端計算機ip地址是否已經(jīng)注冊成為擁護，并根據(jù)注冊信息顯示相應站點、種類數(shù)據(jù)；如果沒有注冊，進入登陸也面，登陸成功后，再根據(jù)用戶信息顯示相應數(shù)據(jù)；如果登陸不成功，也可以進行資料查詢，只能查詢當前水文氣象實況，無權查詢歷史及水文氣象數(shù)據(jù)，對于注冊用戶根據(jù)其級別只能再預先設定范圍內查詢資料。

4 結束語

南海海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫及WEB應用平臺自2008年投入使用以來，以其友好明了的界面、簡單通用的操作、全面豐富的數(shù)據(jù)、特別是動態(tài)潮汐、風況等要素演變曲線，極大方便預報員的日常預報及工程設計管理人員使用，不但拓寬了資料應用范圍，而且實現(xiàn)多站數(shù)據(jù)集中發(fā)布，多單位共享，滿足了用戶不同需求，在海洋環(huán)境預報，及防災減災等方面發(fā)揮了重要作用。

[1]蔡新國。通用環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫軟件 EDS[J].江蘇環(huán)境科技，1993.

[2]海洋監(jiān)測質量保證手冊[M].北京：海洋出版社，2000.

[3]asp3程序員參考手冊（英）Richard Anderson,機械工業(yè)出版社，2001.

[4]VISUAL C#案例教程。北京希望電子出版社，2002.