茶葉生產(chǎn)氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳 彬 ，李艷芳，金志鳳，劉雙喜，丁 麗 ，錢 暉

(1.湖州市氣象局，浙江湖州 3 13000;2.浙江省氣候中心，浙江杭州 3 10017;3.德清縣氣象局，浙江德清 3 13200)

茶葉是我國傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品，也是最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特色農(nóng)作物之一［1］。茶葉在生產(chǎn)、加工、制作等一系列環(huán)節(jié)和過程中，與氣象條件都有著直接的或間接的密不可分的關(guān)系［2］。溫度、濕度、日照以及風(fēng)、雨等氣象要素對茶樹生長發(fā)育影響顯著。隨著全球氣候變暖，極端天氣氣候事件日益增多，自然災(zāi)害對茶葉生產(chǎn)造成的損失往往十分巨大。因此，進(jìn)一步做好春茶生產(chǎn)氣象服務(wù)，讓茶農(nóng)盡量避免由于氣象因素引起的損失，顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的茶葉氣象服務(wù)方式主要有如下特點(diǎn):(1)要求農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)人員具備較好的茶葉與氣象知識;(2)如果需要了解當(dāng)前茶芽長勢，必須實(shí)地走訪茶園;(3)茶園氣象監(jiān)測、預(yù)報(bào)等數(shù)據(jù)以及服務(wù)產(chǎn)品的制作、發(fā)布和管理等功能還沒有統(tǒng)一到同一平臺上，很大程度上增加了氣象服務(wù)業(yè)務(wù)人員的工作量和工作壓力。目前國內(nèi)外專門針對茶葉生產(chǎn)的氣象服務(wù)系統(tǒng)還不多見，并且大多數(shù)尚未業(yè)務(wù)化應(yīng)用。鑒于上述情況，特開發(fā)一套茶葉生產(chǎn)氣象服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集氣象災(zāi)害監(jiān)測和識別、影響天氣分型、開采期預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品制作和短信一鍵式發(fā)布等功能于一體，能夠有效減少氣象服務(wù)業(yè)務(wù)中的人力成本投入，可為提升茶葉生產(chǎn)氣象保障服務(wù)水平、災(zāi)害預(yù)警能力以及提高工作效率和服務(wù)效果提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于.Net框架，在微軟集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2013下，按照C#語言標(biāo)準(zhǔn)編寫，為了使處理算法和程序具有可移植性，編程實(shí)現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［3］，圖1為系統(tǒng)開發(fā)流程構(gòu)圖。

該系統(tǒng)主要包括以下8個(gè)模塊，氣象災(zāi)害監(jiān)測模塊、影響天氣分型模塊、開采期預(yù)報(bào)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、圖形化產(chǎn)品模塊、產(chǎn)品制作模塊、一鍵式短信預(yù)警模塊和氣象工具模塊。圖2為系統(tǒng)界面圖。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1氣象災(zāi)害監(jiān)測模塊

圖1 系統(tǒng)開發(fā)的流程

圖2 茶葉生產(chǎn)氣象服務(wù)的系統(tǒng)界面

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存放于服務(wù)器端的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫中，利用SqlClient連接方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問功能。數(shù)據(jù)庫主要包括歷史農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)茶園小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)、茶園數(shù)字圖像數(shù)據(jù)、茶葉氣象指標(biāo)體系及數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)?？蓪?shí)現(xiàn)對歷史茶葉生長數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)茶園小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢與檢索、導(dǎo)入和導(dǎo)出，以及茶園圖像的調(diào)用、瀏覽、顯示功能;此外，還具有茶葉氣象指標(biāo)的查詢、調(diào)用、設(shè)置和追加等功能。

圖3 數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置 (左)和氣象災(zāi)害識別算法的流程 (右)

2.3 圖形產(chǎn)品模塊

2.3.1 模塊界面和功能

根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)人員的業(yè)務(wù)需求，該模塊利用Surfer，Meteoinfo等［6-7］插件進(jìn)行了二次開發(fā)，界面如圖4所示，主要實(shí)現(xiàn)了實(shí)況等值線、實(shí)況曲線、精細(xì)化預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)等值線、采摘?dú)庀筮m宜度、霜凍災(zāi)害等級評估等圖形產(chǎn)品的一鍵式制作和人機(jī)交互式操作等功能。

2.3.2 茶葉霜凍災(zāi)害等級評估模型構(gòu)建

模型首先利用茶葉霜凍氣象指標(biāo)和災(zāi)害等級，并結(jié)合自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算凍害等級(圖5);其次，通過數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置采集的圖像和氣象要素信息，利用支持向量機(jī) (SVM)方法反演天氣現(xiàn)象和氣象災(zāi)害;最后，利用反演的天氣現(xiàn)象和氣象災(zāi)害對凍害等級進(jìn)行驗(yàn)證和修正，并輸出評估結(jié)果［8］。

圖4 圖形化產(chǎn)品界面 (a)、實(shí)況色塊 (b)、實(shí)況曲線 (c)和霜凍災(zāi)害等級評估 (d)示意圖

圖5 茶葉霜凍災(zāi)害等級評估模型

2.4 產(chǎn)品制作模塊

利用微軟提供的一款開源ActiveX控件dsoframer進(jìn)行二次開發(fā)，該控件可在線編輯、調(diào)用Word，Excel，PowerPoint等。通過該模塊，可實(shí)現(xiàn)茶葉氣象服務(wù)產(chǎn)品的制作、發(fā)布和管理等功能，提高了業(yè)務(wù)人員工作效率和服務(wù)效果，模塊界面如圖6所示。

2.5 預(yù)警短信一鍵式發(fā)布模塊

該模塊集預(yù)警短信制作、茶葉群組選擇和發(fā)布于一體，大大縮短了預(yù)報(bào)預(yù)警的傳播時(shí)間，提高了預(yù)警服務(wù)效率。該模塊有效解決了以往氣象短信發(fā)布方式操作煩瑣、復(fù)雜和滯后等問題，可為茶農(nóng)爭取有效的災(zāi)害防范時(shí)間，從而采取有效措施最大限度地減輕災(zāi)害損失，切實(shí)提升氣象災(zāi)害防御能力 (圖7)。

2.6 氣象工具模塊

圖6 產(chǎn)品制作界面

圖7 預(yù)警短信發(fā)布模塊

該部分提供了多個(gè)農(nóng)業(yè)氣象軟件，如氣候查詢、氣候分析、單站氣象數(shù)據(jù)查詢、農(nóng)業(yè)界限溫度和積溫計(jì)算、雷達(dá)監(jiān)測等模塊，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)測預(yù)警。

3 小結(jié)與討論

利用C#編程語言，結(jié)合 Surfer，Meteoinfo和dsoframer插件，開發(fā)了一套茶葉生產(chǎn)氣象服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣象災(zāi)害監(jiān)測和識別、影響天氣分型、開采期預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品制作和短信一鍵式發(fā)布的業(yè)務(wù)流程化。且通過在湖州開展的實(shí)踐表明，該系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用后，不但提高了當(dāng)?shù)卮翰枭a(chǎn)氣象服務(wù)及災(zāi)害預(yù)警的業(yè)務(wù)能力、效率，為茶農(nóng)做好春茶生產(chǎn)管理工作提供了及時(shí)、有效、可靠的氣象服務(wù)，而且也可為政府決策提供有力的參考依據(jù)，從而降低農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春茶生產(chǎn)帶來的危害，切實(shí)能為湖州春茶的增產(chǎn)、增收保駕護(hù)航。

［1］ 金志鳳，胡波，嚴(yán)甲真，等.浙江省茶葉農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) ［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2014，33(3):771-777.

［2］ 李倬，賀齡萱.茶與氣象［M］.北京:氣象出版社，2005:3-4.

［3］ 吳彬，李艷芳，張喜亮，等.湖州氣象圖形可視化軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.氣象水文海洋儀器，2013，30(1):69-72.

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