監(jiān)測預(yù)警平臺的設(shè)計與實現(xiàn)*

陳正旭 陳 亮 陳曄峰 洪月英

(浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，浙江杭州310017)

0 引言

面對頻發(fā)的災(zāi)害和旺盛的服務(wù)需求，浙江氣象部門不斷加強災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)報預(yù)測服務(wù)工作，多年來浙江省市縣3級氣象部門一直在努力發(fā)展氣象信息監(jiān)測能力、預(yù)報服務(wù)能力，同時各個市縣局也在通過硬件和軟件不斷提高自身的監(jiān)測預(yù)報服務(wù)，并且取得了很大的成績，但是也使用了大量的人力、物力，并且各個市縣的發(fā)展不均衡，系統(tǒng)的移植性差，在全省推廣使用有一定的難度，系統(tǒng)的維護應(yīng)用能力也浪費了很大的精力。

為了解決發(fā)展現(xiàn)階段存在的技術(shù)和應(yīng)用問題，提高集約化開發(fā)水平和應(yīng)用維護水平，充分發(fā)揮省級氣象部門的技術(shù)優(yōu)勢和設(shè)備優(yōu)勢，充分發(fā)揮浙江省氣象部門正在逐步開展新一輪臺站現(xiàn)代化建設(shè)成果，特別是充分發(fā)揮市縣局多屏幕、大屏幕顯示系統(tǒng)的預(yù)警作用。研究開發(fā)“市縣局監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)平臺”，可提高預(yù)報服務(wù)一體化的效率，提高各類探測資料和數(shù)值預(yù)報的應(yīng)用能力，完善氣象部門特別是市縣氣象局探索建立多災(zāi)種的監(jiān)測預(yù)警機制，健全多氣象資料應(yīng)用途徑，進一步完善決策服務(wù)支撐系統(tǒng)，提高氣象要素重新分析、氣象要素極端值監(jiān)測分析等氣象災(zāi)害分析能力。

1 平臺的總體設(shè)計思路

平臺使用 B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)，前臺采用．net，asp，javascript，vml等網(wǎng)頁制作技術(shù)，后臺數(shù)據(jù)處理軟件采用c++，c#等語言編寫，數(shù)據(jù)傳輸均采用XML文件。數(shù)據(jù)存儲采用分布式結(jié)構(gòu)，即將各市縣的最終數(shù)據(jù)反推給各市局。

平臺須具備監(jiān)測預(yù)警信息顯示、預(yù)報分析和服務(wù)操作等多個功能，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保證能夠在項目系統(tǒng)平臺和MICAPS系統(tǒng)中使用，做到實時監(jiān)測、短時預(yù)警與服務(wù)的無縫銜接，平臺涉及所有數(shù)據(jù)均是“標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)格化”資料，整個網(wǎng)格業(yè)務(wù)范圍：為116°E ～124°E，25°N ～33°N，網(wǎng)格分辨率：0．05°×0．05°，中心點設(shè)置在120°E，29°N。

“市縣監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)平臺”建設(shè)項目技術(shù)思路如下：(1)基礎(chǔ)實時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制處理，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均需經(jīng)過質(zhì)量校準(zhǔn)的數(shù)據(jù);(2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)格化處理。平臺所有使用均是數(shù)字化數(shù)據(jù)或經(jīng)過內(nèi)插處理成統(tǒng)一的MICAPS第4類格式數(shù)據(jù)，所有數(shù)字化、或通過網(wǎng)格化處理過的資料(包括雷達(dá)、自動站、流域雨量等)均可疊加在規(guī)范的地圖上;(3)建設(shè)項目業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)庫(包括實時和歷史數(shù)據(jù)庫);(4)統(tǒng)計且生成各種前臺需要的XML數(shù)據(jù)文件，在數(shù)據(jù)傳輸方面采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的XML數(shù)據(jù)傳輸格式，客戶瀏覽端與服務(wù)端，數(shù)據(jù)庫服務(wù)端與應(yīng)用程序服務(wù)端之間的交互，均以XML為核心交換格式;(5)基于規(guī)范化地圖環(huán)境的監(jiān)測預(yù)警信息、預(yù)報分析和服務(wù)操作顯示平臺。使用了省內(nèi)1：10000地理信息數(shù)據(jù)，具有鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界，使短時臨近監(jiān)測服務(wù)可以服務(wù)到鄉(xiāng)鎮(zhèn);(6)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的平臺運行評估系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計思路如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

2 平臺的技術(shù)特點

該平臺在總體的技術(shù)思路上有以下主要的創(chuàng)新點：(1)系統(tǒng)平臺使用B/S結(jié)構(gòu)，滿足各類瀏覽器的需求，由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，可以考慮安裝部分標(biāo)準(zhǔn)的控件和插件。該平臺能夠?qū)崟r滾動顯示地面自動站、天氣雷達(dá)、衛(wèi)星等各種觀測資料、各種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品、省市縣級預(yù)報產(chǎn)品及省市氣象臺指導(dǎo)預(yù)報等;(2)平臺建設(shè)和使用初期，全省內(nèi)部氣象網(wǎng)絡(luò)用戶(包括移動VPN用戶)全部使用浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)庫中產(chǎn)品，等待地市時機成熟后可以考慮逐步將數(shù)據(jù)實時推向地市數(shù)據(jù)庫，提高本轄區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)訪問速度和訪問效率;(3)地圖信息要使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)地形，要有明顯的省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線，要有明顯的水系著色，明顯的河流、海洋線。地圖信息要可放大縮小、可隨意疊加各種監(jiān)測和預(yù)報資料。同時地理信息系統(tǒng)的切換要快速方便;(4)平臺要按照訪問用戶的IP地址進行自動跳轉(zhuǎn)，例如永康市局打開系統(tǒng)默認(rèn)就是訪問永康市局監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)平臺，但是在其平臺上要有方便用戶訪問金華市局和周邊縣局業(yè)務(wù)平臺快捷方式，用戶只需一鍵便可快速訪問到所需站點。用戶打開平臺后看到的是以本區(qū)域為中心的地圖，在地圖上本區(qū)域需要有明顯的邊界線，并且將本區(qū)域的地圖顏色與周邊地區(qū)區(qū)分開，以達(dá)到凸出本區(qū)域的效果;(5)平臺使用的監(jiān)測數(shù)據(jù)要使用經(jīng)過質(zhì)量校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，不能使用原始數(shù)據(jù)。我們分析使用的數(shù)據(jù)應(yīng)該是經(jīng)過下列步驟處理后得到的數(shù)據(jù)：首先觀測資料處理成觀測信息，利用其中運行相對穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較高的站點數(shù)據(jù)再處理成公認(rèn)的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。若我們選用的某站點某時次缺測，我們可以使用周邊站點的數(shù)據(jù)或者網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)來反演出該缺測站點的小時或者10 min資料;(6)在地圖上疊加的所有資料必須是數(shù)字化、并且是通過標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)格化處理的資料，不能使用那些不能編輯和加工處理的最終產(chǎn)品(指BMP，JPG，GIF等圖像文件);(7)網(wǎng)格化處理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過插值處理成統(tǒng)一的MICPAS規(guī)范的18類數(shù)據(jù)格式，即數(shù)據(jù)既可以在“浙江省氣象局市縣監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)平臺上顯示，也可以在MICAPS 3平臺上顯示;(8)各類展示圖表、中間產(chǎn)品、文字材料在平臺上可直接打印、傳真，并且在一定的條件下可以直接生成匯報材料;(9)平臺要具備方便、簡潔和易操作性等特點，市縣氣象局相關(guān)人員不需要經(jīng)過專門培訓(xùn)就能直接使用該平臺。

在整個平臺的在Web顯示部分，采用Flex，VML，js等多種語言編寫。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)站點較多，故采用js+vml的方式，可在客戶端驗證數(shù)據(jù)，不需要把數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器端再傳回來，大大減少服務(wù)響應(yīng)時間和服務(wù)器的壓力。而對于實現(xiàn)要素時序圖采用Flex不僅可以使圖像更加美觀，而且可采用自動偵聽的技術(shù)，保證實時顯示最新數(shù)據(jù)。

3 平臺的主要功能介紹

整個平臺可分為操作平臺和顯示平臺，用戶可根據(jù)需求進行選取。既可為預(yù)報、服務(wù)提供參考信息，又可在各類展示窗口上顯示氣象產(chǎn)品。以下為平臺中部分主要模塊的介紹。

3．1 實況監(jiān)測

實況監(jiān)測模塊主要實現(xiàn)在地圖上疊加各種要素的數(shù)據(jù)和色塊圖，同時提供查詢、分析等功能。用戶可通過操作左邊的菜單選擇時間、地域和疊加要素，同時在顯示部分進行地圖放大、縮小和拖動，也可選擇疊加的數(shù)據(jù)類型或進行歷史對比，根據(jù)該區(qū)域的實際情況繪制該縣的監(jiān)視區(qū)、警戒區(qū)和預(yù)警區(qū)。且可將各種要素的分布情況進行動畫演示。

疊加的要素包括降水、溫度、各級流域面雨量、等效雷達(dá)、能見度、閃電定位等，其中降水?dāng)?shù)據(jù)可分為站點數(shù)據(jù)，網(wǎng)格化后的格點數(shù)據(jù)、分布圖，等效雷達(dá)的數(shù)據(jù)是由全省多部雷達(dá)拼合而成(例子見圖2和圖3)。

3．2 要素時序圖

要素時序圖模塊主要采用Flex語言實現(xiàn)實時顯示該站的某要素的變化曲線或柱狀圖，可顯示的要素分別包括降水、溫度、能見度，并同時進行閥值監(jiān)控，若某要素值超過某閥值則報警。而且所有數(shù)據(jù)采用自動刷新模式，用戶不需操作，所有要素數(shù)據(jù)均為最新資料，同時在溫度、降水、能見度之間自動切換，能符合電視墻、顯示屏的要求。

對于降水要素采用分鐘數(shù)據(jù)，即用戶可查看實時分鐘降水，以及過去某段時間內(nèi)的降水并通過柱狀圖顯示。而溫度和能見度則采用10 min數(shù)據(jù)，可查看當(dāng)日最高最低溫度和出現(xiàn)時間以及歷史同期的比較，最高最低能見度(例子見圖4)。

圖4 淳安縣7月22日溫度的變化曲線

3．3 本站氣候概況

本站氣候概況模塊主要用于顯示該站歷史同期的天氣現(xiàn)象和要素極值。其中包括歷史上的今天、昨天天氣要素回顧、今日天氣要素、未來10 d歷史天氣要素、歷史同日的天氣要素、歷史同旬的天氣要素、歷史同月的天氣要素、歷史資料查詢(例子見圖5)。

圖5 淳安縣7月22日氣候概況顯示

3．4 預(yù)警信號和預(yù)警監(jiān)控

該模塊不僅能顯示省臺和各縣發(fā)布的最新預(yù)警信號，還能實時顯示該區(qū)域數(shù)百公里之內(nèi)自動站要素極值的監(jiān)控，監(jiān)控的要素包括小時極大風(fēng)、分鐘降水等(例子見圖6)。

實現(xiàn)該模塊需根據(jù)訪問IP地址獲取中心位置，從而分析需要監(jiān)控范圍內(nèi)的自動站要素的情況，針對偏大值和偏小值通過不同的顏色進行滾動顯示。

圖6 以淳安縣7月22日預(yù)警信號及周邊的自動站要素監(jiān)控

3．5 常規(guī)站降水氣候序列

該功能模塊主要提供查看近10 d、近20 d、近30 d、本月以來、本年以來全省各縣的降水和全省降水分布情況，并與歷史比較，給出詳細(xì)的統(tǒng)計表，其中包括歷史排名、歷史最大值和出現(xiàn)的年份、最小值和出現(xiàn)的年份等，同時可以打印統(tǒng)計表(例子見圖7)。

3．6 其他功能

此外，在平臺還能查看衛(wèi)星云圖、單站雷達(dá)等。單站雷達(dá)以省氣象臺為主開發(fā)的全省及周邊部分雷達(dá)二次產(chǎn)品為主要使用產(chǎn)品，衛(wèi)星云圖以目前通過DVB-S系統(tǒng)下發(fā)的FY-2D/2E幀數(shù)據(jù)形成的圖像產(chǎn)品、外網(wǎng)下載的MTSAT圖像產(chǎn)品、MICAPS格式圖像產(chǎn)品為使用產(chǎn)品，頁面自動定時從省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心雷達(dá)數(shù)據(jù)共享服務(wù)器和WEB服務(wù)期上刷新數(shù)據(jù)。具有以下功能，如：在圖像上添加各個市縣氣象局的名稱，如“紹興市氣象局”、“東陽市氣象局”等。

圖7 7月27日近10 d全省降水分布及淳安站的降水時序圖

4 結(jié)語

整個平臺在創(chuàng)建初期就受到省局領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，研發(fā)期間也一直受到相關(guān)處室的精心指導(dǎo)和省臺、氣候中心等兄弟單位以及各市縣局的支持與幫助，在此表示衷心感謝。在推廣過程中，首先在杭州市及各縣市、嘉興市、衢州市、舟山市以及義烏市試運行，然后根據(jù)他們的反饋意見進行完善。目前，該平臺已在全省推廣應(yīng)用。

該平臺的完成雖能提高預(yù)報服務(wù)一體化的效率、各類探測資料和數(shù)值預(yù)報的應(yīng)用能力，但整個平臺還存在一些不足之處。比如：主節(jié)點的數(shù)據(jù)庫較龐大，后臺處理服務(wù)器時效性較高，導(dǎo)致有時候訪問速度偏慢。另外，由于各縣對氣象服務(wù)的要求不一樣，故平臺的設(shè)計仍需不斷增加各類的功能，這也是下一步研究和開發(fā)的方向。

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