內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫共享服務(wù)系統(tǒng)

王 英， 趙建民 ， 陳 慧， 彭麗娜

（1．內(nèi)蒙古氣象信息中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2．包頭市氣象局 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

內(nèi)蒙古是我國風(fēng)能資源非常豐富的地區(qū)之一。在中國氣象局風(fēng)能資源詳查與評估項目的帶動下，全區(qū)氣象部門共建成 71座測風(fēng)塔，70 m塔高的 63座、100 m塔高的 7座、120 m塔高的1座，分布于18個詳查區(qū)內(nèi)。為做好內(nèi)蒙古地區(qū)的風(fēng)能資源詳查與評估提供了經(jīng)費支撐。

內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫共享服務(wù)系統(tǒng)已投入業(yè)務(wù)運行。系統(tǒng)對71座測風(fēng)塔建站以來的觀測數(shù)據(jù)、全區(qū)49個參證氣象站建站以來的歷史背景數(shù)據(jù)進行了入庫管理和共享服務(wù)，同時提供數(shù)值模擬結(jié)果和綜合評估結(jié)果的存儲管理和共享服務(wù)功能。

內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫共享服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)為有效服務(wù)我區(qū)風(fēng)能資源開發(fā)利用提供了數(shù)據(jù)支撐，一定程度提升了我區(qū)氣象部門對開發(fā)利用氣候資源的服務(wù)能力[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)設(shè)計思路

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

內(nèi)蒙古風(fēng)能資源專業(yè)觀測網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)和氣象參證站背景數(shù)據(jù)是內(nèi)蒙古風(fēng)能資源詳查與評估的主要數(shù)據(jù)支撐，是風(fēng)能資源評估工作的基礎(chǔ)和依據(jù)。建立基于內(nèi)蒙古地區(qū)基礎(chǔ)地理信息、風(fēng)能資源專業(yè)觀測網(wǎng)觀測要素數(shù)據(jù)、風(fēng)能資源評估產(chǎn)品數(shù)據(jù)、氣象參證站歷史數(shù)據(jù)分析的內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫，并以WebGIS可視化技術(shù)和元數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)能信息圖形化的在線展示和發(fā)布，為決策部門用戶、業(yè)務(wù)用戶、行業(yè)用戶以及公眾用戶提供不同層次的風(fēng)能數(shù)據(jù)共享服務(wù)，是內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)的最終目的。

1.2 技術(shù)設(shè)計思路

系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計主要采用當(dāng)前開源和共享軟件搭建系統(tǒng)平臺。以數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)監(jiān)控為主，氣象參證站歷史資料為背景資料進行查詢等的功能作為輔助功能，將內(nèi)蒙古地區(qū)2003年建站以來的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)充分展示出來，將測風(fēng)塔、詳查區(qū)、參證站等數(shù)據(jù)信息通過WebGIS的圖形圖像數(shù)據(jù)進行疊加顯示；并提供風(fēng)能資源專業(yè)觀察網(wǎng)測風(fēng)塔信息的檢索與顯示功能、參證站信息檢索與顯示功能、詳查區(qū)信息檢索與顯示功能、測風(fēng)塔、參證站的二維顯示與信息的查詢展示、三維地形圖顯示與信息的查詢展示、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)的查詢和下載功能等。

系統(tǒng)以“元數(shù)據(jù)技術(shù)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、易安裝易維護、可擴展、自動化業(yè)務(wù)管理”為原則進行設(shè)計。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

內(nèi)蒙古風(fēng)能資源共享服務(wù)系統(tǒng)采取B/S結(jié)構(gòu)，從邏輯上分為3層結(jié)構(gòu)：

數(shù)據(jù)（庫）層：包含內(nèi)蒙古風(fēng)能數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、輔助信息庫；風(fēng)能數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲全區(qū)71座測風(fēng)塔觀測資料、49個氣象參證站歷史氣候資料、數(shù)值模擬產(chǎn)品、全區(qū)風(fēng)能資源評估產(chǎn)品等；空間數(shù)據(jù)庫存儲基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、中高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，以及其加工產(chǎn)品；輔助信息庫存儲共享服務(wù)元數(shù)據(jù)信息、用戶信息等共享系統(tǒng)所必需的信息。

應(yīng)用系統(tǒng)層：內(nèi)蒙古風(fēng)能資源共享服務(wù)器端的應(yīng)用模塊，包括元數(shù)據(jù)模塊（如用戶訪問策略）、檢索模塊、下載模塊、統(tǒng)計模塊等等，通過各應(yīng)用模塊的集成，提供應(yīng)用系統(tǒng)的檢索與數(shù)據(jù)訪問功能。

客戶端展現(xiàn)層：包含各種可視化模塊，各種專題地圖、圖表、二維地圖顯示、三維地圖顯示等功能模塊，提供風(fēng)能資源的各種可視化服務(wù)[2]。

內(nèi)蒙古風(fēng)能數(shù)據(jù)庫共享服務(wù)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 共享系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Structure diagram of the sharing system logic

2.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了更好地實現(xiàn)風(fēng)能數(shù)據(jù)服務(wù)功能，系統(tǒng)設(shè)計了測風(fēng)塔、參證站數(shù)據(jù)的二維、三維圖像顯示和圖標(biāo)顯示功能[3]。功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.3 基礎(chǔ)框架設(shè)計

系 統(tǒng) 采 用 Ajax、Sliverlight、dhtm lXTree、Hibernate、Struts等前沿技術(shù)框架，實現(xiàn)了跨客戶平臺、跨瀏覽器顯示的豐富多彩的數(shù)據(jù)展示功能，使用戶無論使用什么瀏覽器都能得到一致且豐富的用戶體驗[4-5]。技術(shù)框架圖如圖3所示。

3 主要功能模塊設(shè)計

3.1 站內(nèi)搜索功能

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig．2 Structure diagram of the system function

圖3 系統(tǒng)技術(shù)框架圖Fig．3 Structure diagram of systems technology framework

功能描述：站內(nèi)搜索提供在整個系統(tǒng)中的底層數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)快速查詢功能，是為用戶提供站內(nèi)資源的快速搜索和訪問，站內(nèi)資源包括測風(fēng)塔信息、參證站信息、詳查區(qū)信息等。

系統(tǒng)采用表單查詢對象設(shè)計搜索條件，如測風(fēng)塔ID號、名稱等。并將搜索結(jié)果顯示在搜索頁面中的表格對象中供用戶參考使用。

3.2 測風(fēng)塔空間分布信息展示

功能描述：通過對配置文件配置信息的讀取，在內(nèi)蒙古全區(qū)平面地圖中展示測風(fēng)塔分布情況以及實時數(shù)據(jù)信息展示。其中包括測風(fēng)塔高度信息和空間位置等。

3.3 測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息查詢

功能描述：測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息查詢提供了測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測儀器等信息的查詢展示。

其中測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息主要包括：測風(fēng)塔的名稱、編號、圖片、塔高、海拔、所屬省份、經(jīng)緯度和概況；

觀測儀器：顯示測風(fēng)塔觀測儀器的詳細(xì)信息。

3.4 測風(fēng)塔觀測數(shù)據(jù)查詢與展示

功能描述：系統(tǒng)通過合理的技術(shù)架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的實時滾動刷新顯示。

觀測數(shù)據(jù)分為分鐘觀測數(shù)據(jù)和十分鐘觀測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計表格形式顯示該數(shù)據(jù)。

3.5 測風(fēng)塔統(tǒng)計數(shù)據(jù)查詢與展示

3.5.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

功能描述：結(jié)合AJAX技術(shù)以折線圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類型的信息變化情況[6]。

測風(fēng)塔觀測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型包括：

不同年份和月份的氣壓日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的風(fēng)速日值、月值年值；

不同的塔高、年份、月份的溫度日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的濕度日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的水汽壓日值、月值、年值；

不同的塔高、年份的常見氣象統(tǒng)計日數(shù)月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的月各段風(fēng)速頻率、年各段風(fēng)速頻率；

不同的塔高、年份、月份的月各風(fēng)向頻率、年各風(fēng)向頻率；

不同的塔高、年份、月份的逐時月平均風(fēng)速、逐時年平均風(fēng)速等。

3.5.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

功能描述：在二維地圖中，結(jié)合測風(fēng)塔的空間信息，分別展示以上觀測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合測風(fēng)塔空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個測風(fēng)塔之間各觀測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

3.5.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

功能描述：在三維地圖中，結(jié)合測風(fēng)塔的空間信息，分別展示以上觀測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合測風(fēng)塔空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個測風(fēng)塔之間各觀測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時，可以觀測到測風(fēng)塔周邊的地形狀況，以便更好的分析測風(fēng)塔信息。

3.6 測風(fēng)塔評估數(shù)據(jù)的查詢與展示

3.6.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

功能描述：以折線圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類型的信息變化情況。

測風(fēng)塔評估數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型包括：

不同塔高的平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率密度年變化和日變化情況；

不同塔高的平均空氣密度；

不同塔高的風(fēng)速等級頻率；

不同塔高的風(fēng)速等級小時數(shù)；

不同塔高的長年代平均風(fēng)能參數(shù)估算；

不同塔高的風(fēng)向頻率分布；

不同塔高的風(fēng)向功率密度百分率；

不同塔高的湍流強度年變化和日變化情況；

不同塔高的Weibull分布曲線等。

3.6.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

功能描述：在二維地圖中，結(jié)合測風(fēng)塔的空間信息，分別展示評估數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合測風(fēng)塔空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個測風(fēng)塔之間各評估數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

3.6.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

功能描述：在三維地圖中，結(jié)合測風(fēng)塔的空間信息，分別展示評估數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合測風(fēng)塔空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個測風(fēng)塔之間各評估數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時，可以觀測到測風(fēng)塔周邊的地形狀況，以便更好地分析測風(fēng)塔信息。

3.7 參證站基礎(chǔ)信息的查詢與展示

功能描述：通過測風(fēng)塔獲取該詳查區(qū)內(nèi)所有的參證站信息，實現(xiàn)在參證站詳細(xì)信息查詢功能中實現(xiàn)關(guān)聯(lián)測風(fēng)塔的所有的參證站信息查詢。

參證站詳細(xì)信息頁面提供了測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測儀器信息等信息的展示。

參證站基礎(chǔ)信息主要包括：參證站的名稱、編號、圖片、海拔、經(jīng)緯度和概況。

觀測儀器：顯示參證站觀測儀器的詳細(xì)信息。臺站沿革：該參證站臺站沿革信息。

3.8 參證站氣候背景數(shù)據(jù)展示

功能描述：通過選擇測風(fēng)塔來對與其相關(guān)聯(lián)的參證站進行背景信息查詢，將顯示該測風(fēng)塔下所有的參證站。并可以查詢參證站的觀測儀器信息和氣候背景等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

內(nèi)蒙古共有49個參證氣象站，系統(tǒng)可以通過測風(fēng)塔的關(guān)聯(lián)對其進行相關(guān)信息查詢。

3.8.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

功能描述：以折線圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類型的信息變化情況。

參證站氣候背景數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型包括：

氣溫：歷年逐月氣溫、氣溫標(biāo)準(zhǔn)氣候值；

氣壓：歷年逐月氣壓、氣壓標(biāo)準(zhǔn)氣候值；

濕度：歷年逐月平均相對濕度、平均相對濕度標(biāo)準(zhǔn)氣候值；

風(fēng)向風(fēng)速：歷年逐月風(fēng)速、歷年逐月最多風(fēng)向及頻率、歷年逐月最多風(fēng)向及頻率、風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)氣候值、最多風(fēng)向及頻率標(biāo)準(zhǔn)氣候值、歷年逐月各風(fēng)向頻率標(biāo)準(zhǔn)氣候值、地面觀測逐小時風(fēng)數(shù)據(jù)、地面風(fēng)速觀測風(fēng)日極值、地面風(fēng)向觀測風(fēng)日極值、地面觀測風(fēng)日極值出現(xiàn)時間。

3.8.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

功能描述：在二維地圖中，結(jié)合參證站的空間信息，分別展示參證站氣候背景數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合參證站空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個測風(fēng)塔之間各參證站氣候背景數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

3.8.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

功能描述：在三維地圖中，結(jié)合參證站的空間信息，分別展示參證站氣候背景數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

結(jié)合參證站空間數(shù)據(jù)，便于比較和分析各個參證站之間各參證站氣候背景數(shù)據(jù)類型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時，可以觀測到參證站周邊的地形狀況，以便更好的分析參證站信息。

3.9 測風(fēng)塔、參證站的二維展示

功能描述：根據(jù)實際的地理坐標(biāo)將測風(fēng)塔和參證站在二維地圖上進行疊加顯示，實現(xiàn)在地圖上查詢和瀏覽測風(fēng)塔、參證站周邊相關(guān)信息，而且通過測風(fēng)塔查詢相關(guān)的參證站，或通過參證站查詢相關(guān)的測風(fēng)塔信息，如測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)、評估數(shù)據(jù)，參證站的氣候背景數(shù)據(jù)等，并以圖表和表格的形式進行展示。

3.10 測風(fēng)塔、參證站的三維顯示

功能描述：三維展示是根據(jù)實際的地理坐標(biāo)將測風(fēng)塔和參證站在Google Map三維地球上疊加顯示，直觀地查詢和瀏覽測風(fēng)塔和參證站的真實地理位置和周邊的地形情況；而且通過測風(fēng)塔查詢相關(guān)的參證站，或通過參證站查詢相關(guān)的測風(fēng)塔信息，如測風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)、評估數(shù)據(jù)，參證站的氣候背景數(shù)據(jù)等，并以圖表和表格的形式展示。

3.11 測風(fēng)塔原始觀測數(shù)據(jù)下載

查詢功能描述：根據(jù)詳查區(qū)和年份查詢測風(fēng)塔，將查詢結(jié)果以列表的形式進行顯示。

下載功能描述：根據(jù)查詢條件獲得測風(fēng)塔數(shù)據(jù)下載列表，選擇要下載的數(shù)據(jù)類型，點擊“下載”，系統(tǒng)自動打包數(shù)據(jù)并下載。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)的設(shè)計為做好風(fēng)能資源數(shù)據(jù)分析和服務(wù)提供了依據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計符合風(fēng)能資源數(shù)據(jù)查詢、服務(wù)和共享的需求。合理的架構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計，使得系統(tǒng)對風(fēng)能資源數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)了快速查詢，并得到了充分的展示，并得到了很好的用戶體驗，實現(xiàn)了跨用戶平臺、跨瀏覽器的風(fēng)能數(shù)據(jù)查詢和下載功能，達到了預(yù)期的目標(biāo)。系統(tǒng)為內(nèi)蒙古氣象部門依托全區(qū)71座測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和49個參證氣象站長時間序列的觀測數(shù)據(jù)，做好內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)能資源開發(fā)利用提供了很好的數(shù)據(jù)服務(wù)支撐平臺。

[1]高春香．風(fēng)能資源評估的參數(shù)計算和統(tǒng)計分析方法研究[D]．蘭州：蘭州大學(xué)，2008．

[2]楊仕賢，汪文其，高賓永，等．風(fēng)能資源評估軟件的設(shè)計及應(yīng)用[J]．氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32（增刊）：340-343．

YANG Shi-xian，WANGWen-qi，GAO Bin-yong，et al．Design and application ofwind energy resource assessment software[J]．Meteorological and Environmental Sciences，2009，32（Suppl）：340-343．

[3]王英，常駿，李永利，等．內(nèi)蒙古綜合信息系統(tǒng)的功能設(shè)計與實現(xiàn)方式[J]．氣象，2010，36（4）：80-84．

WANG Ying，CHANG Jun，LIYong-li，et al．Inner Mongolia weather bureau integrated information system design and complementation methods[J]．Meteorological Monthly，2010，36（4）：80-84．

[4]王英，李健，常駿，等．內(nèi)蒙古氣象全程全網(wǎng)全視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]．計算機應(yīng)用，2011（S1）：15-22．

WANG Ying，LI Jian，CHANG Jun，et al．Design of Inner Mongolia meteorological transmit information supervision system[J]．JournalofComputer Applications，2011（S1）：15-22．

[5]史彩霞，蘇志，劉世學(xué)．基于網(wǎng)絡(luò)的廣西風(fēng)能資源監(jiān)測評

估 系 統(tǒng)[J]．安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) ，2009，37（27）：13142-13144，13341．

SHICai-xia，SU Zhi，LIU Shi-xue．Monitoring and evaluation system of wind energy resources in Guangxi based on Web[J]．Journal of Aanhui Agricultural Sciences，2009，37 （27）：13142-13144，13341．

[6]劉敏，孫杰，楊宏青，等．湖北省不同地形條件下風(fēng)隨高度變化研究[J]．氣象，2010，36（4）：63-67．

LIU Min，SUN Jie，YANG Hong-qing，et al．The study on wind speed change with height under different terrain conditionsin Hubeiprovince[J]．MeteorologicalMonthly， 2010，36（4）：63-67．