鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)訂正和自動(dòng)站數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李若楠 吳佳麗 劉暢 張微瑋 楊冰

摘要 基于Matlab Gui開發(fā)軟件，編寫生成具有訂正鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能的軟件；利用matlab編譯器，使該軟件可以獨(dú)立運(yùn)行，自動(dòng)識(shí)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動(dòng)站數(shù)據(jù)，滿足縣級(jí)臺(tái)站對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日天氣預(yù)報(bào)、未來(lái)24 h溫度訂正預(yù)報(bào)、每月溫度準(zhǔn)確率計(jì)算和日溫度數(shù)據(jù)整理的需求，為制作鄉(xiāng)鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)和溫度數(shù)據(jù)處理提供一個(gè)方便可視化的平臺(tái)，減輕觀測(cè)人員的手錄工作量和人為誤差，使鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)訂正處理科學(xué)化、自動(dòng)化和精準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞 Matlab Gui；溫度；預(yù)報(bào)；準(zhǔn)確率；統(tǒng)計(jì)整理

中圖分類號(hào) S161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）31-11004-04

The Design and Implementation of the Software for Township Temperature Forecast Revisions and Data Processing

LI Ruonan， WU Jiali， LIU Chang et al （Meteorological Bureau of Xinbin Manchu Autonomous County， Xinbin， Liaoning 132000）

Abstract Based on Matlab Gui development software， a software which can generate with the revised temperature forecasts and statistical processing was written； Using matlab compiler， the software can be run independently， and can automatically identify township automatic station data， to meet the need for correcting township temperature forecast， calculating the accuracy rate of temperature automatically and processing the daily temperature data， providing a convenient platform for the production of visual weather forecast and temperature data processing towns， reducing the observers hand book work and error， to make the township temperature forecast data revisions and processing scientific， automation and precision.

Key words Matlab Gui； Temperature； Forecast； Accuracy rate； Statistics finishing

24 h最高溫度、最低溫度預(yù)報(bào)是電視天氣預(yù)報(bào)節(jié)目對(duì)公眾發(fā)布的基本氣象服務(wù)，也是最重要的氣象服務(wù)之一，目前縣級(jí)臺(tái)站制作的鄉(xiāng)鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)和未來(lái)24 h溫度預(yù)報(bào)均是以本站的天氣預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)進(jìn)行鄉(xiāng)鎮(zhèn)訂正預(yù)報(bào)。新賓縣下轄 15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，根據(jù)多年自動(dòng)站溫度要素分析以及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的溫度及天氣狀況均有所差異，在預(yù)報(bào)時(shí)需要根據(jù)不同的訂正值和天氣狀況對(duì)每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的天氣要素進(jìn)行訂正預(yù)報(bào)，而在制作鄉(xiāng)鎮(zhèn)訂正預(yù)報(bào)產(chǎn)品時(shí)，還是依靠傳統(tǒng)的手算和人工制作的方法，誤差大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了業(yè)務(wù)人員的工作量，更不便于日后的統(tǒng)計(jì)和管理。因此，研發(fā)一個(gè)具有可視化多功能的鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)訂正和數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)于基層臺(tái)站業(yè)務(wù)減負(fù)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作意義重大。筆者基于Matlab Gui開發(fā)軟件，編寫生成具有訂正鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能的軟件。

1 Matlab圖形用戶界面的環(huán)境介紹

1.1 圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境

圖形用戶界面GUI（Graphical User Interfaces）是由各種圖形對(duì)象，如圖形窗口、圖軸、按鈕、菜單、文本框等對(duì)象（Objects）構(gòu)成的用戶界面，其開發(fā)環(huán)境提供了一組用于用戶界面開發(fā)的工具，是人際交流信息的工具和方法，在該界面內(nèi)，用戶可以根據(jù)界面提示完成整個(gè)工程而不必去了解工程內(nèi)部是如何工作的，利用Gui設(shè)計(jì)圖形用戶界面時(shí)，可通過(guò)GUI應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器來(lái)設(shè)置對(duì)句柄操作的響應(yīng)^[1-3]。

1.2 函數(shù)句柄

函數(shù)句柄（FunctionHandle）是包含了函數(shù)路徑、函數(shù)名、類型以及可能存在的重載方法。句柄圖形（Handle Graphics）就是將一個(gè)圖形的每一個(gè)組建均視為一個(gè)對(duì)象（Object），每一個(gè)對(duì)象均有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的“句柄”（handle），根據(jù)這個(gè)句柄就可以找到這個(gè)對(duì)象（即圖形組件）的各項(xiàng)屬性，并進(jìn)而更改這些屬性，以產(chǎn)生不同的圖形呈現(xiàn)效果^[3-5]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和框架

2.1 設(shè)計(jì)思路及主要功能需求

2.1.1 界面制作。界面制作包括界面設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)。具體制作步驟是： ①分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計(jì)任務(wù)；

②繪出界面草圖，并站在使用者的角度來(lái)審查草圖；③按構(gòu)思的草圖，上機(jī)制作靜態(tài)界面，并檢查；④編寫界面動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查^[5-7]。

本著簡(jiǎn)單性（Simplicity）、一致性（Consistency）及習(xí)常性（Familiarity）原則^[7-10]，該軟件按照不同的功能需求分成3個(gè)功能模塊并分別進(jìn)行編寫，每個(gè)模塊根據(jù)需要利用Gui提供的菜單編輯器設(shè)計(jì)每個(gè)模塊下的菜單欄，并根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)每個(gè)操作界面的控件布局，在不同的控件下填寫相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)。

2.1.2 功能需求。

利用鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件平臺(tái)提供給預(yù)報(bào)員制作各鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日天氣預(yù)報(bào)的平臺(tái)；利用每月溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，統(tǒng)計(jì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)每月最低溫度和最高溫度準(zhǔn)確率；利用鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度數(shù)據(jù)處理平臺(tái)將分散的每日數(shù)據(jù)整理到相應(yīng)年份和月份的數(shù)據(jù)表格中，方便做數(shù)據(jù)研究以及數(shù)據(jù)再整理。

2.2 系統(tǒng)框架

總體上可分為3個(gè)部分，即鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件平臺(tái)、每月溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)平臺(tái)和自動(dòng)站溫度整理平臺(tái)。

2.3 系統(tǒng)操作流程圖設(shè)計(jì)

2.3.1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件平臺(tái)操作流程。

當(dāng)用戶打開系統(tǒng)界面后，首先導(dǎo)入當(dāng)日自動(dòng)站溫度實(shí)況信息，然后在相應(yīng)的位置依次輸入天氣狀況、本站實(shí)況溫度、本站預(yù)報(bào)溫度、預(yù)報(bào)風(fēng)向、預(yù)報(bào)風(fēng)速、預(yù)報(bào)員等基本實(shí)況和預(yù)報(bào)信息，軟件會(huì)根據(jù)輸入的本站實(shí)況溫度、本站預(yù)報(bào)溫度以及自動(dòng)站各鄉(xiāng)鎮(zhèn)當(dāng)日實(shí)況溫度進(jìn)行計(jì)算并顯示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)結(jié)果，其中對(duì)于溫度的預(yù)報(bào)如需人工訂正，可對(duì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行單獨(dú)的溫度訂正，最后根據(jù)需要進(jìn)行保存，在不同的位置生成多種類型的預(yù)報(bào)產(chǎn)品（圖1）。

3 技術(shù)規(guī)劃及模塊設(shè)計(jì)

3.1 開發(fā)環(huán)境 操作系統(tǒng)為WindowsXP。體現(xiàn)句柄圖形例程的函數(shù)，包括應(yīng)用uimenu和uicontrol對(duì)象的函數(shù)，通常運(yùn)行在所有平臺(tái)。處理的數(shù)據(jù)對(duì)象為自動(dòng)站每日溫度統(tǒng)計(jì)的EXCEL表，以當(dāng)日日期命名，如20140601，表格內(nèi)的格式第一列至第五列依次為站號(hào)、站名、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫。

3.2 運(yùn)行要求

利用Gui設(shè)計(jì)編寫xzyb（鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)）界面及Matlab編譯器，將設(shè)計(jì)編寫好的界面轉(zhuǎn)為exe格式，即可獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序，雖然可以在沒有Matlab的計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行使用。但如果在一個(gè)沒有安裝Matlab的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，或在安裝版本不一致的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，仍需要安裝Matlab所必須的且與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，因?yàn)椴煌姹镜膭?dòng)態(tài)鏈接庫(kù)不同，也不兼容。因此在運(yùn)行該軟件之前，要安裝能使可執(zhí)行程序脫離Matlab運(yùn)行所需的函數(shù)庫(kù)，即MCRInstall.exe。

3.3 模塊設(shè)計(jì)及原理

3.3.1 控件及對(duì)話框。在此用到的控件有觸控按鈕鍵、靜態(tài)文本框、可編輯文本框、彈起式菜單框，用到的預(yù)定義對(duì)話框有信息對(duì)話框、警告對(duì)話框、文件打開對(duì)話框。

3.3.1.1 菜單欄設(shè)計(jì)。打開Guide設(shè)計(jì)界面，利用Tools下的Menu Editor菜單編輯器創(chuàng)建各級(jí)菜單欄（圖4）。

在相應(yīng)位置填寫內(nèi)容，并設(shè)置快捷方式。分別進(jìn)入Callback下，填寫相應(yīng)的代碼，對(duì)菜單進(jìn)行操作。如在“打開”的Callback下填寫的相應(yīng)部分代碼如下：

function m_file_open_Callback（hObject， eventdata， handles）

global path；global g；global d；global panduan；

[filename， pathname] = uigetfile（ {*.xls，Excel Files （*.xls）； *.*，All… Files （*.*）}，Pick a file）；

if isequal（filename，0） || isequal（pathname，0）

return； else path=fullfile（pathname，filename）；

end

[num，txt，raw]=xlsread（path）；global tshuju； global nraw；

tshuju=[num（：，4） num（：，5）]；nraw=raw（2：end，2）；%從第二行開始是鄉(xiāng)鎮(zhèn)名

g=zeros（15，1）；d=zeros（15，1）；

id=find（ismember（nraw，新賓））；%查找站號(hào)為54353的站所在行的位置

if id

g（1，1）=tshuju（id，1）；d（1，1）=tshuju（id，2）；

else msgbox（站點(diǎn)54353（新賓）數(shù)據(jù)缺失，請(qǐng)手動(dòng)補(bǔ)充）

g（1，1）=-999；d（1，1）=-999；

end

......

id=find（ismember（nraw，榆樹鄉(xiāng)））；

if id

g（15，1）=tshuju（id，1）；d（15，1）=tshuju（id，2）；

else msgbox（站點(diǎn)L3552（榆樹鄉(xiāng)）數(shù)據(jù)缺失，請(qǐng)手動(dòng)補(bǔ)充）

g（15，1）=-999；d（15，1）=-999；

end

g=g/10；d=d/10；panduan=0；

以上代碼的功能是通過(guò)打開操作讀入選定的自動(dòng)站日數(shù)據(jù)，不僅可以導(dǎo)入該數(shù)據(jù)，還可根據(jù)缺測(cè)情況彈出信息對(duì)話框給出相應(yīng)的缺站提示，并以-999暫代計(jì)算。

3.3.1.2 頁(yè)面布局及屬性設(shè)置。根據(jù)功能需要分別選擇不同的控件設(shè)計(jì)相應(yīng)的頁(yè)面布局，如“每日預(yù)報(bào)“模塊的控件布局（圖5）。控制屬性設(shè)計(jì)思路是：①雙擊每個(gè)控件，調(diào)出屬性設(shè)置框，分別設(shè)置各控件的名稱、屬性名、顏色等，如“今日天氣實(shí)況”后第一個(gè)彈起式菜單框的部分屬性設(shè)置及String屬性值設(shè)置（圖6）。②在布置好的每個(gè)控件的Callback下分別編寫相應(yīng)的操作代碼，如圖6中的控件彈起式菜單框的Callback下的部分操作代碼為：

function popupmenu1_Callback（hObject， eventdata， handles）

global tianqishikuang；

list=get（hObject，String）；val=get（hObject，Value）；tianqishikuang=list{val}；

a1=新賓；……a15=榆樹；name={a1；a2；a3；a4；a5；a6；a7；a8；a9；a10；a11；a12；a13；a14；a15}；

set（handles.text23，string，name）；

guidata（hObject，handles）；

③用同樣的方法設(shè)置和編寫觸控按鈕鍵、靜態(tài)文本框的屬性及相應(yīng)Callback下的操作代碼。導(dǎo)入當(dāng)日數(shù)據(jù)觸控按鈕和保存觸控按鈕下設(shè)置了警告對(duì)話框和消息對(duì)話框，對(duì)導(dǎo)入數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)設(shè)置指定的路徑，如e：＼xzyb＼。④用同樣的方法對(duì)每月溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)平臺(tái)、撫順市鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度數(shù)據(jù)處理平臺(tái)分別設(shè)計(jì)并編寫，設(shè)計(jì)成功后，在主界面的相應(yīng)菜單的Callback下分別編寫各自平臺(tái)調(diào)用操作代碼，如在主菜單“每月溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)”的Callback下的平臺(tái)調(diào)用代碼為：

function month_analysis_Callback（hObject， eventdata， handles）

h=gcf；townanalysis；

close（h）；

3.3.2 溫度預(yù)報(bào)及準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)原理。

3.3.2.1 溫度的預(yù)報(bào)原理。假設(shè)各站每天的溫度變化幅度與本站溫度的變化幅度完全一致，則

TXS-TXS（0）=TSS-TSS（0），即TSS=TXS-TXS（0）+TSS（0），式中，TXS表示新賓站預(yù)報(bào)溫度；TXS（0）表示當(dāng)天的實(shí)況溫度；TSS表示所求鄉(xiāng)鎮(zhèn)的預(yù)報(bào)溫度；TSS（0）表示所求鄉(xiāng)鎮(zhèn)當(dāng)日的實(shí)況溫度。

3.3.2.2 統(tǒng)計(jì)溫度準(zhǔn)確率的原理。

業(yè)務(wù)需求編寫的鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度預(yù)報(bào)訂正和數(shù)據(jù)處理軟件主要實(shí)現(xiàn)了以下3個(gè)功能：①通過(guò)鄉(xiāng)鎮(zhèn)每日預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件平臺(tái)，預(yù)報(bào)員可以每日制作各鄉(xiāng)鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)，操作簡(jiǎn)便，可生成各種樣式的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為不同的部門和用途提供預(yù)報(bào)產(chǎn)品，如為廣播局提供每日鄉(xiāng)鎮(zhèn)天氣預(yù)報(bào)，為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)制作電子顯示屏信息、預(yù)警大喇叭信息、手機(jī)短信，為預(yù)報(bào)員提供每日實(shí)況溫度與預(yù)報(bào)溫度情況等；

②通過(guò)每月溫度準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，統(tǒng)計(jì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)每月最低溫度和最高溫度準(zhǔn)確率，包括各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的準(zhǔn)確率以及整體鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度準(zhǔn)確率，了解每月溫度預(yù)報(bào)情況，方便研究與材料編寫；

③通過(guò)鄉(xiāng)鎮(zhèn)溫度數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，可以將某月的每日溫度數(shù)據(jù)集經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)批處理整理整理到相應(yīng)年份和月份的數(shù)據(jù)表格中，方便做數(shù)據(jù)研究以及數(shù)據(jù)再整理。

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