基于GIS的精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

崔迪

【摘 要】 傳統(tǒng)的氣象預(yù)報(bào)具有較大局限性，本文提出了一種基于GIS的精細(xì)化預(yù)報(bào)模式，從系統(tǒng)架構(gòu)、服務(wù)器設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)定義模式等三方面講述了精細(xì)化預(yù)報(bào)的關(guān)鍵，即對(duì)大量數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)和處理，從而避免因氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)的不準(zhǔn)確性帶來的生產(chǎn)生活的損失。

【關(guān)鍵詞】 GIS ?精細(xì)化 ?氣象 ?預(yù)報(bào)

1 系統(tǒng)架構(gòu)

氣象數(shù)據(jù)類型多、格式復(fù)雜、存儲(chǔ)分散、數(shù)據(jù)量大，直接通過單一程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理顯示顯然是不合適的。因此系統(tǒng)采取C/S架構(gòu)，在本地架設(shè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，服務(wù)器上的服務(wù)端對(duì)需要使用到的數(shù)據(jù)拷貝到本地并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)訂正等的中轉(zhuǎn)及處理，客戶端則只作顯示以及需要人機(jī)交互部分。這樣除了能提高顯示速度外，還能有效減少由于多客戶端以及重復(fù)的查詢引起的與寧波市氣象局的數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)采用c#以及MeteoInfo開發(fā)，主要由資料處理程序（服務(wù)器）和實(shí)時(shí)顯示程序（客戶端）組成。系統(tǒng)采用模塊設(shè)計(jì)，從功能上主要?jiǎng)澐殖蓪?shí)時(shí)顯示模塊、資料預(yù)處理模塊和短信發(fā)送模塊三大模塊。（如圖1所示）

2 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端以文件及數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)最新的預(yù)報(bào)以及實(shí)況數(shù)據(jù)，將氣象臺(tái)WRF數(shù)據(jù)同步到本地，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為能直接繪圖顯示的Tiff格式資料，將數(shù)據(jù)內(nèi)插為站點(diǎn)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到本地，更新實(shí)況已經(jīng)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)閾值對(duì)每個(gè)站點(diǎn)的實(shí)況及預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，超過閾值時(shí)發(fā)送提示短信。

根據(jù)上述任務(wù)需要可設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)復(fù)制和數(shù)據(jù)更新兩個(gè)程序。

數(shù)據(jù)復(fù)制程序?qū)儆诤笈_(tái)處理程序，主要是將WRF數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品拷貝到本地服務(wù)器，并轉(zhuǎn)化為Tiff格式的柵格數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)第一章所述方法生成訂正后得站點(diǎn)的降水、溫度和風(fēng)數(shù)據(jù)，以提高客戶端程序的顯示性能。程序?qū)儆诔ｑv內(nèi)存程序，空閑時(shí)間不占用CPU資源，內(nèi)存占用小于40M。程序主要實(shí)現(xiàn)資料同步拷貝以及轉(zhuǎn)換功能。考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)以及磁盤性能，資料拷貝使用單線程順序處理;格式轉(zhuǎn)換功能使用多線程并發(fā)處理，并發(fā)線程數(shù)內(nèi)部可調(diào)，使用者可根據(jù)機(jī)器性能設(shè)置并發(fā)處理線程數(shù)。

數(shù)據(jù)更新程序也為后臺(tái)處理程序，主要是將站點(diǎn)的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)（包括WRF預(yù)報(bào)以及雷達(dá)預(yù)報(bào)）以及實(shí)況數(shù)據(jù)（降水、溫度和風(fēng)）更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)查詢系統(tǒng)中存儲(chǔ)的閾值，超過閾值的時(shí)候發(fā)送服務(wù)提示短信給值班人員，而前段客戶端在更新數(shù)據(jù)后，將會(huì)有報(bào)警提示。此程序也為常駐內(nèi)存程序，空閑時(shí)間不占用CPU資源，內(nèi)存占用小于40M。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可采取容錯(cuò)設(shè)計(jì)。

兩個(gè)后臺(tái)程序采取線程檢測(cè)原理，運(yùn)行機(jī)器上如果處理程序沒有運(yùn)行的情況下會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，如果已經(jīng)運(yùn)行，即使手工運(yùn)行該程序也會(huì)提示并關(guān)閉，防止對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行多次操作。

數(shù)據(jù)復(fù)制程序在讀取資料文件時(shí)，會(huì)對(duì)資料的文件名、路徑以及文件頭內(nèi)容校對(duì)，如出現(xiàn)錯(cuò)誤將不會(huì)讀取資料，防止對(duì)資料的誤讀。對(duì)文件內(nèi)部資料提取方式采取實(shí)時(shí)生成策略，即使數(shù)據(jù)分辨率等發(fā)生變化，只要資料文件頭描述正確，也能正常讀取。

短信發(fā)送模塊采取雙網(wǎng)絡(luò)鏈路的方式連接數(shù)據(jù)庫(kù)，只要移動(dòng)代理服務(wù)器正常工作，任意一條網(wǎng)絡(luò)鏈路連通的情況下均能正常發(fā)送預(yù)警短信。如果在短信發(fā)送過程中出現(xiàn)任何問題，均會(huì)簡(jiǎn)單明了地記錄到記錄文件中，方便使用者排除問題。

圖2是系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)流向圖。

3 數(shù)據(jù)定義

由于氣象數(shù)據(jù)的種類多，格式復(fù)雜，直接使用通用的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取是有一定困難的。雖然自定義格式的數(shù)據(jù)能很好的滿足業(yè)務(wù)上的需求，但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，后期因格式調(diào)整引起的程序調(diào)整工作量將會(huì)相當(dāng)大。因此項(xiàng)目中所采用的所有中間數(shù)據(jù)均為通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，相比自定義的數(shù)據(jù)格式性能可能會(huì)略有降低，不過這樣的好處是可以通過現(xiàn)有的公開的接口和代碼方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，即使更換GIS平臺(tái)甚至是更換開發(fā)語(yǔ)言也不需要進(jìn)行重復(fù)的開發(fā)。

目前使用數(shù)據(jù)中包含WRF地面資料，由于單個(gè)數(shù)據(jù)文件較大，受磁盤性能影響，直接讀取顯示顯然不合適，因此根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)WRF數(shù)據(jù)可采取輸出GeoTiff文件（帶地理信息標(biāo)簽圖像文件格式）作為中間數(shù)據(jù)來提高檢索顯示速度。

在數(shù)據(jù)格式上，為了避免因書寫錯(cuò)誤等原因引起的程序異常，內(nèi)部可采用枚舉型變量處理數(shù)據(jù)格式類型。

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