地級(jí)臺(tái)站自動(dòng)氣象站實(shí)況資料監(jiān)控的設(shè)計(jì)

張 華，李細(xì)生，肖妙妮

(1.湖南省株洲市氣象局，湖南 株洲 412003 ；2.湖南省婁底市氣象局，湖南 婁底 417000)

地級(jí)臺(tái)站自動(dòng)氣象站實(shí)況資料監(jiān)控的設(shè)計(jì)

張 華1，李細(xì)生1，肖妙妮2

(1.湖南省株洲市氣象局，湖南 株洲 412003 ；2.湖南省婁底市氣象局，湖南 婁底 417000)

2014年初觀測(cè)業(yè)務(wù)調(diào)整以來(lái)，一些夜間觀測(cè)項(xiàng)目取消，給預(yù)報(bào)員快速獲取實(shí)況資料帶來(lái)困難，自動(dòng)站實(shí)況資料監(jiān)控程序及時(shí)地解決了這一問(wèn)題。該程序從上級(jí)服務(wù)器中自動(dòng)調(diào)取觀測(cè)站數(shù)據(jù)并顯示，既可監(jiān)視各個(gè)觀測(cè)站資料的及時(shí)性和完整性，又可為氣象要素的預(yù)報(bào)提供依據(jù)。程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，界面友好美觀；程序的設(shè)計(jì)方面突破了一些難點(diǎn)問(wèn)題，如借助Chart控件顯示平滑曲線和柱狀圖，利用圖像的旋轉(zhuǎn)技術(shù)顯示風(fēng)向和風(fēng)速等。

氣象自動(dòng)站；資料監(jiān)控；VB.NET；數(shù)據(jù)庫(kù)

1 前言

隨著全國(guó)地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的調(diào)整，人工觀測(cè)時(shí)次和項(xiàng)目的減少，自動(dòng)觀測(cè)密度的項(xiàng)目的增多，目前全國(guó)大部分地區(qū)自動(dòng)站地面觀測(cè)全要素5 min發(fā)一次報(bào)，要素達(dá)120余個(gè)，如何快速獲取這些要素，以及從眾多要素中遴選出預(yù)報(bào)員需要的數(shù)據(jù)和常用的數(shù)據(jù)成為地市級(jí)預(yù)報(bào)員所面臨的一個(gè)難題。雖然MICAPS程序可以顯示全國(guó)范圍加密自動(dòng)站數(shù)據(jù)，但一是由于MICAPS資料保存天數(shù)有限，對(duì)數(shù)天前的資料檢索無(wú)能為力，二是由于一般地市級(jí)區(qū)域范圍小，對(duì)要素的縱向比較和應(yīng)用要求更高，而MICAPS在這方面的功能不太多。此外，中國(guó)氣象局提供的“綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控程序”縱向檢索功能強(qiáng)大，要素也全面，但要在全國(guó)范圍內(nèi)找到本地區(qū)站點(diǎn)，再找到相應(yīng)的要素并作出時(shí)序圖，操作稍顯繁瑣。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)某一具體地區(qū)的實(shí)況資料監(jiān)控程序很有必要，該程序可以自動(dòng)快速調(diào)取本區(qū)域的氣象實(shí)況，實(shí)現(xiàn)24 h不間斷的監(jiān)控，預(yù)報(bào)員無(wú)需按鍵操作即可讀取相應(yīng)的資料，既快捷又方便，可以很好的發(fā)揮地市級(jí)預(yù)報(bào)員在地域資料應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，為各項(xiàng)氣象要素比如溫度、降水和風(fēng)向風(fēng)力、能見(jiàn)度等的預(yù)報(bào)提供有力依據(jù)，在短臨預(yù)報(bào)中發(fā)揮作用。

應(yīng)上述需求，株洲市氣象臺(tái)開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)況資料的監(jiān)控程序，自2014年1月開(kāi)始，該程序一直在氣象臺(tái)使用，半年來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，界面美觀，深受預(yù)報(bào)員喜愛(ài)。下面將設(shè)計(jì)思路、主要功能及開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)和亮點(diǎn)逐一介紹。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 總體設(shè)計(jì)要求

程序設(shè)計(jì)總體要求是：穩(wěn)定、可靠、快速、簡(jiǎn)便、美觀。

2.2 流程介紹

系統(tǒng)的工作流程：每小時(shí)通過(guò)FTP方式從省局服務(wù)器調(diào)取各個(gè)觀測(cè)站的整點(diǎn)報(bào)文(文本格式)，由翻譯模塊處理后，數(shù)據(jù)顯示在主界面，并作出圖形曲線，同時(shí)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，可供查詢和統(tǒng)計(jì)分析。

3 程序的主要功能模塊

程序界面用Microsoft公司的VB.NET編程語(yǔ)言[1]開(kāi)發(fā)，具有友好、美觀、傻瓜化等特點(diǎn)，無(wú)需太多人工操作，主要的功能模塊有以下幾個(gè)：

3.1 資料調(diào)取模塊

用微軟的Timer控件，每2 min(時(shí)間間隔可以調(diào)整)向省局服務(wù)器發(fā)送一次查詢，判斷是否有新報(bào)文數(shù)據(jù)生成，如有，即通過(guò)FTP方式調(diào)回本地，如沒(méi)有則進(jìn)入下一次查詢循環(huán)。

3.2 資料翻譯模塊

該模塊的作用是將調(diào)回的文本格式報(bào)文，根據(jù)中國(guó)局觀測(cè)司《地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)文件格式(V1.0)》編碼規(guī)則，翻譯成要素?cái)?shù)值，并保存進(jìn)事先設(shè)計(jì)好的MDB數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖1 程序主界面

3.3 顯示、作圖模塊

一旦數(shù)據(jù)庫(kù)中有新數(shù)據(jù)存入，則觸發(fā)顯示作圖模塊。數(shù)據(jù)顯示方式分為文本、折線圖、柱狀圖和位圖3種方式。整點(diǎn)時(shí)刻的各種要素以文本形式顯示在界面右側(cè)，最近24 h的溫度、相對(duì)濕度和海平面氣壓以平滑的折線圖顯示在主窗口，最近24 h雨量數(shù)據(jù)以綠色柱狀圖顯示，風(fēng)向風(fēng)速則以位圖方式顯示，符合預(yù)報(bào)員使用習(xí)慣，各種數(shù)據(jù)一目了然。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

考慮到主要是單位內(nèi)部使用，數(shù)據(jù)量和訪問(wèn)量都不大，安全性要求也不高，因此數(shù)據(jù)庫(kù)采用XP系統(tǒng)自帶的MDB設(shè)計(jì)，此數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需額外安裝數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通用性和移植性都比較好[2]。

3.5 統(tǒng)計(jì)、查詢模塊

該模塊的功能主要是實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的年、月、日、小時(shí)的簡(jiǎn)單查詢和統(tǒng)計(jì)，便于操作者快速掌握既往的天氣氣候資料。例如查詢2014年3月日最高最低氣溫，點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”，則出現(xiàn)如圖4“日最高、最低氣溫柱狀圖”窗口：

圖2 日最高、最低氣溫柱狀圖(3月)

此外，資料的查詢還可以表格形式顯示各種要素的歷史數(shù)據(jù)(圖略)。

4 技術(shù)難點(diǎn)和亮點(diǎn)

技術(shù)的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在：要素曲線的顯示；風(fēng)向風(fēng)速的圖形化顯示等。

亮點(diǎn)：上述難點(diǎn)問(wèn)題的解決；界面的美觀性；資料的快速及時(shí)獲取；統(tǒng)計(jì)和查詢功能的實(shí)現(xiàn)；程序的自動(dòng)化和穩(wěn)定性。

4.1 要素曲線顯示

要素曲線和柱狀圖使用.NET3.5程序自帶的Chart控件實(shí)現(xiàn)，該控件的功能非常強(qiáng)大，做出的圖表效果也很美觀。下載和安裝好相關(guān)組件后，打開(kāi)VS2008，在工具箱中右鍵選項(xiàng)，添加關(guān)于MSCHART組件的2個(gè)選項(xiàng)，工具箱中即出現(xiàn)Chart組件。 設(shè)置好Chart控件的各種屬性參數(shù)后，使用DataBindings 屬性綁定到數(shù)據(jù)庫(kù)查詢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源即可。其中Chart控件用法的掌握是個(gè)難點(diǎn)，包括安裝、數(shù)據(jù)源綁定、格式和屬性設(shè)置、事件的使用等等對(duì)于初次接觸的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)都是個(gè)挑戰(zhàn)，需要花時(shí)間去細(xì)細(xì)研究。

4.2 風(fēng)向風(fēng)速的圖形化顯示

VB.Net圖像操作的功能非常強(qiáng)大，如果用其GDI+接口來(lái)繪制圖像則顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力。用事先做好的透明位圖(gif格式)，通過(guò)Picboxarray旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度實(shí)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速的圖形化顯示是相對(duì)較快速簡(jiǎn)便的一種方式。圖像的平移和旋轉(zhuǎn)方法是利用TranslateTransform和RotateTransform子程序。主程序內(nèi)的調(diào)用方法是：Picboxarray().image=rotate(bmp1，具體角度數(shù)值)，如果報(bào)文內(nèi)風(fēng)向風(fēng)速是“PPC”靜風(fēng)，則Picboxarray().image = Nothing ，不畫圖。

5 結(jié)論

①實(shí)況資料監(jiān)控程序能從上級(jí)服務(wù)器中自動(dòng)調(diào)取觀測(cè)站數(shù)據(jù)并顯示，既可監(jiān)視各個(gè)觀測(cè)站資料的及時(shí)性和完整性，又可為氣象要素的預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

②經(jīng)過(guò)半年的試運(yùn)行，該程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，界面友好美觀。

③程序的設(shè)計(jì)方面突破了一些難點(diǎn)問(wèn)題，如借助Chart控件顯示平滑曲線和柱狀圖，利用圖像的旋轉(zhuǎn)技術(shù)顯示風(fēng)向和風(fēng)速等。

[1] 楊浩，著.VB.NET入門經(jīng)典(第3版)[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[2] D.M.Kroenke著.數(shù)據(jù)庫(kù)處理--基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(第七版)[M].北京：電子工業(yè)出版社.

2014-04-22

張華(1975—)，女，工程師，主要從事地面氣象觀測(cè)工作。

1003-6598(2015)02-0058-02

TP311

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