基于WebGIS的區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)的研發(fā)

王 寶

(云南省玉溪市氣象局,云南 玉溪 653100)

基于WebGIS的區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)的研發(fā)

王 寶

(云南省玉溪市氣象局,云南 玉溪 653100)

通過(guò)研究各廠家自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采樣方式、存儲(chǔ)方式,運(yùn)用WebGIS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),采用 asp.net開(kāi)發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于WebGIS的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng),使多廠家氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)在同一界面顯示,提供多種形式的統(tǒng)計(jì)查詢,方便用戶分析和應(yīng)用。成果可為相似系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供關(guān)鍵技術(shù)和方法方面的借鑒。

WebGIS;自動(dòng)氣象站;數(shù)據(jù)處理

1 引言

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展,越來(lái)越多的氣象現(xiàn)代化設(shè)備投入業(yè)務(wù)使用,自動(dòng)氣象觀測(cè)站便是其中之一。近年來(lái),玉溪市氣象局安裝了“玉溪市鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量遙測(cè)網(wǎng)”(包括單要素站、人工影響天氣特種六要素站、烤煙特種多要素站),初步建成了新一代自動(dòng)氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),將有利于提高精細(xì)氣象服務(wù)水平和天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。但是,這些設(shè)備來(lái)自不同的生產(chǎn)廠家,即使是同一廠家的產(chǎn)品,因不同的業(yè)務(wù)需求,產(chǎn)品型號(hào)也不盡相同。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔、傳輸方式、存儲(chǔ)格式、數(shù)據(jù)顯示方式等都互不兼容,給氣象數(shù)據(jù)的有效、及時(shí)應(yīng)用帶來(lái)了困難,降低了氣象數(shù)據(jù)的使用效率。這對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用造成了一定困難,不利于天氣預(yù)報(bào)員進(jìn)行天氣分析,同時(shí)也無(wú)法滿足相關(guān)單位的資料共享需求,特別是為政府決策提供及時(shí)直觀的數(shù)據(jù)。

因此,研究各個(gè)廠家的數(shù)據(jù)采樣方式、存儲(chǔ)方式,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)初步處理、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理,形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和不同需求形式數(shù)據(jù) (按類(lèi)、月、日、時(shí)和按數(shù)據(jù)庫(kù)與文本方式等),運(yùn)用 WebGIS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),采用 asp.net開(kāi)發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于WebGIS的氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng),使多廠家氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)在同一界面顯示,進(jìn)而方便用戶分析和應(yīng)用,同時(shí),提供多種形式的統(tǒng)計(jì)查詢,不僅可以提高氣象服務(wù)的及時(shí)性和方便性,而且為加密探測(cè)氣象數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

2 WebGIS概述

WebGIS,即互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng),指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,以支持標(biāo)準(zhǔn) Html的瀏覽器為統(tǒng)一的客戶端,通過(guò) WebServer向 GISServer提出 GIS服務(wù)請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)化 GIS[1]。WebGIS采用的 HTTP協(xié)議是基于C/S的請(qǐng)求 /應(yīng)答機(jī)制,具有較強(qiáng)的用戶交互能力,可以傳輸并在瀏覽器上顯示圖形、圖像。用戶通過(guò)交互操作對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析,利用Web來(lái)尋找所需要的空間數(shù)據(jù),并且進(jìn)行地圖放大、縮小、漫游等各種操作。因此,與傳統(tǒng)的 GIS相比,WebGIS具有明顯的優(yōu)勢(shì)[2]。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方面,采用基于Microsoft.NET架構(gòu)的瀏覽器 /服務(wù)器體系 (瀏覽器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器)應(yīng)用模型,及三層客戶機(jī) /服務(wù)器模型(用戶界面層、中間件服務(wù)器、GIS數(shù)據(jù)層)進(jìn)行設(shè)計(jì)。Web程序平臺(tái)方面,采用開(kāi)放式的 ASP.NET技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì) HT ML、scripts和可重用的 Active服務(wù)器組件組合,構(gòu)建本次基于 Web的查詢應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能

考慮到自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和規(guī)則的特點(diǎn)以及WebGIS在空間數(shù)據(jù)管理和分析上的強(qiáng)大功能,結(jié)合當(dāng)今數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和 GIS的發(fā)展趨勢(shì),采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) SQL Server 2005和 GeoLibSDK平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),主要分為氣象自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的顯示處理平臺(tái)和查詢分析平臺(tái)兩大模塊,各模塊又包括若干功能。系統(tǒng)功能模塊圖如圖 1所示。

圖 1 系統(tǒng)功能模塊圖

3.3 系統(tǒng)技術(shù)體系架構(gòu)

基于 Microsoft.NET Framework 2.0,在 Visual Studio 2005下用 C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā) ASP.NET站點(diǎn)。采用GeoLibSDK平臺(tái)提供 GIS相關(guān)功能服務(wù)。大量使用Ajax技術(shù)以增強(qiáng)用戶的客戶端體驗(yàn),并能有效避免ASP.NET頁(yè)面回發(fā)所帶來(lái)的性能損失。

系統(tǒng)基于多層架構(gòu)設(shè)計(jì)[3],邏輯上分為數(shù)據(jù)實(shí)體層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用邏輯層、應(yīng)用表現(xiàn)層,多層架構(gòu)的設(shè)計(jì)將后端的開(kāi)發(fā)代碼進(jìn)行了合理規(guī)劃,便于應(yīng)用的維護(hù)和升級(jí)使用。

3.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)主要來(lái)源于玉溪市行政區(qū)劃圖和交通旅游圖,自動(dòng)氣象站位置數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)測(cè);屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于自動(dòng)氣象站所傳輸?shù)母黝?lèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)充分考慮今后可擴(kuò)展性和易維護(hù)性。主要包括三個(gè)表:自動(dòng)站屬性表、自動(dòng)站數(shù)據(jù)表和用戶表。自動(dòng)站屬性表存放站點(diǎn)屬性信息,如站號(hào)、站名、經(jīng)緯度以及傳感器的相關(guān)信息等;自動(dòng)站數(shù)據(jù)表存放各種氣象要素觀測(cè)數(shù)據(jù),有雨、溫、風(fēng)、濕、地、壓等氣象要素的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及觀測(cè)時(shí)間等相關(guān)信息,數(shù)據(jù)表所有字段涵蓋了所有型號(hào)自動(dòng)氣象站的觀測(cè)項(xiàng)目,為今后自動(dòng)氣象站的建設(shè)提供了充分的選擇空間;用戶表存放用戶帳號(hào)、密碼和用戶權(quán)限等用戶數(shù)據(jù),便于系統(tǒng)管理和維護(hù)。

3.5 系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)

氣象自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)發(fā)送頻繁,站點(diǎn)眾多,每次發(fā)送的信息量大,對(duì)服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)造成了巨大的壓力,尤其是隨時(shí)間的增長(zhǎng),數(shù)據(jù)庫(kù)所承受的壓力集中表現(xiàn)在應(yīng)用系統(tǒng)中。為此,需要對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)一級(jí)的優(yōu)化訪問(wèn)處理?；驹硎?在記錄實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)表上創(chuàng)建適當(dāng)?shù)挠|發(fā)器,在觸發(fā)器內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)將記錄按照一定時(shí)間間隔存儲(chǔ)在不同的物理表內(nèi)部。在應(yīng)用程序代碼中,不直接訪問(wèn)存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)的大表,而是根據(jù)用戶查詢時(shí)間范圍,去搜索由觸發(fā)器創(chuàng)建的按時(shí)間段命名的存儲(chǔ)少量數(shù)據(jù)的小表[4-5]。實(shí)踐證明,此模式能夠有效解決因數(shù)據(jù)量特別大對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)響應(yīng)性能所帶來(lái)的影響。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)在W indowsXP操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)完成,采用Microsoft.NET Framework 2.0技術(shù),選用 Visual Studio 2005集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下 C#語(yǔ)言,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)選擇 SQL Server 2005,運(yùn)行于 W indows Server 2003下。系統(tǒng)主界面如圖 2所示。

圖 2 系統(tǒng)主界面

4.1 地圖瀏覽

地圖瀏覽功能的實(shí)現(xiàn),采用 GeoLibSDK平臺(tái)所提供的多個(gè)控件直接實(shí)現(xiàn)。地圖瀏覽實(shí)現(xiàn)的功能包括:地圖拉框放大 (Zoom In)、拉框縮小(ZoomOut)、自由縮放 (ZoomFree)、地圖漫游 (Pan)、地圖刷新 (Reflash)、全圖顯示 (ViewEntire)等。

4.2 圖層管理

由于系統(tǒng)中自動(dòng)氣象站的種類(lèi)多,且不同種類(lèi)的自動(dòng)站位置有可能重復(fù),為了便于用戶查詢時(shí)的直觀性和清晰性,系統(tǒng)提供了圖層管理控制面板(圖 2),將不同類(lèi)型的自動(dòng)站存放于不同的圖層,圖層信息以圖例的形式置于其中,用戶可以直接更改圖層的的可顯示性以及圖層標(biāo)注信息,地圖窗口中就有互動(dòng)的效果圖顯示出來(lái)。

4.3 數(shù)據(jù)查詢分析

數(shù)據(jù)查詢功能包括查詢控制和結(jié)果顯示兩大部分。查詢控制又分為:要素選擇、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、單點(diǎn)查詢等;查詢結(jié)果的顯示由后臺(tái)代碼實(shí)現(xiàn),采用 Ajax技術(shù)以增強(qiáng)用戶的客戶端體驗(yàn),避免 ASP.NET頁(yè)面回發(fā)所帶來(lái)的性能損失,使用戶幾乎感覺(jué)不到屏幕的抖動(dòng)現(xiàn)象。

4.3.1 要素?cái)?shù)據(jù)查詢分析 以雨量的查詢?yōu)槔?圖 3),當(dāng)用戶選擇“雨量”要素時(shí),系統(tǒng)圖形顯示界面將顯示 20—08時(shí)各站的雨量數(shù)據(jù);當(dāng)用戶選擇歷史雨量查詢的相關(guān)查詢條件時(shí),圖形顯示界面便顯示這段時(shí)間內(nèi)各站的累計(jì)雨量數(shù)據(jù)。

圖 3 要素查詢分析

4.3.2 單點(diǎn)查詢分析 用戶選擇單點(diǎn)查詢工具按鈕,并在地圖上點(diǎn)擊某站點(diǎn)后,進(jìn)入單站資料查詢頁(yè)面,可查詢當(dāng)天小時(shí)雨量及任意時(shí)段雨量,并根據(jù)雨量數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制出柱狀圖、序列圖等。

4.3.3 空間分析 包括距離測(cè)量,面積量算、繪制等值線等功能。

5 小結(jié)

將WebGIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)管理、分析和顯示氣象要素?cái)?shù)據(jù),對(duì)WebGIS在氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用,進(jìn)行了一次有益的嘗試。系統(tǒng)的建成使多廠家自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)在同一界面顯示,方便用戶分析和應(yīng)用,完善了天氣預(yù)報(bào)制作時(shí)對(duì)自動(dòng)氣象站資料實(shí)時(shí)性和直觀性的要求,提高了氣象服務(wù)的及時(shí)性和方便性,而且為加密探測(cè)氣象數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用打下了基礎(chǔ),并為政府的決策服務(wù)提供了豐富及時(shí)的資料。

[1] 劉中偉 .WebGIS的解決方案及開(kāi)發(fā)方法[J].長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,30(1):26-28.

[2] 鄔倫,劉瑜,張晶,等 .地理信息系統(tǒng):原理、方法與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社,2001.

[3] 鄔倫,張晶,唐大仕,等 .基于 WebGIS的體系結(jié)構(gòu)研究[J].地理學(xué)與國(guó)土研究,2001,17(4):20-24.

[4] 夏既勝,張靜,談樹(shù)成 .基于組件式 GIS的云南省易門(mén)縣旅游資源查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].云南地理環(huán)境研究,2005,17(6):38-43.

[5] 王寶,談樹(shù)成,等 .基于 GIS的礦產(chǎn)資源規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的研發(fā)[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2007,8(4):4-7.

TP311

B

1003-6598(2011)01-0045-03

2009-09-28

王寶 (1972-),男,工程師,主要從事資源環(huán)境與 GIS應(yīng)用方面的研究。