山西省氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

樊 瑋，高 瑋

(山西省氣象信息中心，山西 太原 030006)

隨著氣象科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，氣象觀測(cè)資料及各類(lèi)預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)據(jù)種類(lèi)日益增多。為了滿足預(yù)報(bào)、決策服務(wù)等相關(guān)部門(mén)的需要，我們急需建立一套完善的網(wǎng)絡(luò)管理、查詢(xún)?nèi)庀筚Y料中各類(lèi)觀測(cè)要素的查詢(xún)系統(tǒng)，將現(xiàn)有的各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中全省觀測(cè)站每小時(shí)發(fā)送的各類(lèi)氣象資料中各觀測(cè)要素，例如:全省各臺(tái)站觀測(cè)資料的入庫(kù)時(shí)間、緯度、經(jīng)度、海拔高度、以及溫度、濕度、降水量、風(fēng)速等各類(lèi)氣象觀測(cè)要素以WEB網(wǎng)頁(yè)的形式在氣象內(nèi)部Internet 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地提供及時(shí)、準(zhǔn)確可靠的各類(lèi)氣象觀測(cè)資料各要素?cái)?shù)據(jù)信息。并實(shí)現(xiàn)對(duì)全省各臺(tái)站各類(lèi)觀測(cè)資料入庫(kù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各類(lèi)氣象資料要素的充分利用，滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各類(lèi)氣象要素查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)。還可以以表格、統(tǒng)計(jì)圖表、grads 軟件繪制出色斑圖等多種形式輸出查詢(xún)結(jié)果，便于相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)人員以及地市、縣觀測(cè)站工作人員查詢(xún)氣象資料各要素情況。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是支持全省氣象業(yè)務(wù)內(nèi)部、外部科研開(kāi)發(fā)人員工作的氣象資料查詢(xún)平臺(tái)，可對(duì)全省各級(jí)臺(tái)站各類(lèi)氣象要素進(jìn)行收集、處理、分發(fā)的存儲(chǔ)管理及查詢(xún)等多功能的應(yīng)用系統(tǒng)。該網(wǎng)站搭建在VS2010 上，采用asp.net框架下用C#語(yǔ)言進(jìn)行編程，數(shù)據(jù)庫(kù)采用了歷史數(shù)據(jù)庫(kù)SQL SERVER 數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集自O(shè)racle 數(shù)據(jù)庫(kù)，前臺(tái)采用jquery，highcharts 等插件編制的氣象要素查詢(xún)網(wǎng)頁(yè)。

1.1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)采用四層架構(gòu)，包括:數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支持層、業(yè)務(wù)層、表示層。數(shù)據(jù)層采用微軟的sqlhelper 連接數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)包括了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、元數(shù)據(jù)庫(kù)信息，還有各類(lèi)氣象資料圖片數(shù)據(jù)。應(yīng)用支持層包括對(duì)用戶的管理、用戶權(quán)限設(shè)置、日志管理、數(shù)據(jù)管理。業(yè)務(wù)層主要是氣象要素查詢(xún)的功能模塊，包含查詢(xún)各功能模塊所用的函數(shù)。所有邏輯查詢(xún)語(yǔ)句都以存儲(chǔ)過(guò)程的形式寫(xiě)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。如圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)我省的實(shí)際需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能:數(shù)據(jù)管理(數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出)、元數(shù)據(jù)服務(wù)(元數(shù)據(jù)發(fā)布、元數(shù)據(jù)檢索、元數(shù)據(jù)建庫(kù))［2］、數(shù)據(jù)服務(wù)(數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)分發(fā))、擴(kuò)展服務(wù)(專(zhuān)題服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘、科學(xué)論壇)、系統(tǒng)管理功能(用戶管理、安全管理、運(yùn)行監(jiān)控)，具體功能結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

山西省氣象信息中心現(xiàn)有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)一個(gè)，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)均有所不同，且DBMS 也不同。實(shí)時(shí)庫(kù)為oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)，存有各種由北京下發(fā)的實(shí)時(shí)氣象資料。歷史庫(kù)一個(gè)為SYBASE 數(shù)據(jù)庫(kù)，存放的是地面氣候月報(bào)表資料，包括每日3 次或4 次的定時(shí)觀測(cè)值;另一個(gè)為SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)，存放的是全省109 站建站以來(lái)的地面氣候資料定時(shí)值、日值、旬值、月值、年值資料，以及109 站從1991年開(kāi)始的逐時(shí)自記風(fēng)、自記降水資料和2004 年開(kāi)始陸續(xù)建立的多要素自動(dòng)站資料。這些資料經(jīng)過(guò)多次格式檢查和質(zhì)量控制，準(zhǔn)確性及可靠性高。因此，新建立的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)就必須是具備跨平臺(tái)、可重用、靈活性及伸縮性強(qiáng)的特點(diǎn)［3］。同時(shí)，氣象信息中心作為全省氣象數(shù)據(jù)收集、處理、管理中心，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還承擔(dān)著不同部門(mén)及領(lǐng)導(dǎo)的不同需求的查詢(xún)和管理功能。也就是說(shuō)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是異質(zhì)的，目前大部分對(duì)這種異質(zhì)要求的解決方式是分布式系統(tǒng)的3 層或者多層架構(gòu)技術(shù)［3］。

2 系統(tǒng)界面的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主界面的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要分為以下功能模塊:首頁(yè)顯示，包含了實(shí)時(shí)氣象要素的山西省地圖GIS 顯示模塊，歷史上的天氣情況顯示模塊、歷史極值排列顯示模塊。溫度要素查詢(xún)模塊、降水量查詢(xún)模塊、風(fēng)要素查詢(xún)模塊等各類(lèi)氣象要素查詢(xún)模塊，后臺(tái)管理模塊。各氣象要素模塊下又包含各類(lèi)要素的子模塊。如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)查詢(xún)功能模塊

系統(tǒng)主界面上山西省地圖區(qū)域部分是用sharpmap 開(kāi)源dll 來(lái)實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單顯示。它鏈接的數(shù)據(jù)庫(kù)是oracle實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層借助微軟已封裝好的sqlhelper 工具鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 數(shù)據(jù)查詢(xún)功能

數(shù)據(jù)查詢(xún)，也就是從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)用戶所需求的各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)信息，而查詢(xún)條件的設(shè)定是衡量程序好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)［4］。在設(shè)計(jì)程序時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)滿足用戶需求的各種查詢(xún)條件及在各種條件下顯示的查詢(xún)結(jié)果，并根據(jù)不同條件設(shè)定不同的窗體控件，以便于條件的選擇和設(shè)定。該系統(tǒng)提供了臺(tái)站查詢(xún)、氣象要素查詢(xún)、時(shí)段查詢(xún)、條件查詢(xún)、對(duì)比查詢(xún)等多種查詢(xún)功能。查詢(xún)結(jié)果可以以表格、曲線圖形等多種方式顯示出來(lái)，供相關(guān)業(yè)務(wù)人員查詢(xún)。

在氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)系統(tǒng)頁(yè)面中可以查詢(xún)以下氣象要素:

溫度查詢(xún)、降水查詢(xún)、風(fēng)要素查詢(xún)、相對(duì)濕度查詢(xún)、氣壓查詢(xún)、日照查詢(xún)、元數(shù)據(jù)查詢(xún)［2］、綜合條件查詢(xún)等模塊。

例如:在溫度查詢(xún)頁(yè)面中顯示有以下查詢(xún)要素:

逐日氣溫查詢(xún)——包括最高氣溫、平均氣溫和最低氣溫逐日查詢(xún)。每項(xiàng)查詢(xún)根據(jù)條件查詢(xún)最高(低、平均)溫度、累年值、距平、歷年同期值及年份，點(diǎn)擊年份后面圖標(biāo)可以查看該站歷史同期的溫度數(shù)據(jù)。

時(shí)段氣溫查詢(xún)——包括最高氣溫、平均氣溫和最低氣溫一年內(nèi)時(shí)段查詢(xún)。每項(xiàng)查詢(xún)根據(jù)條件查詢(xún)時(shí)間段最高(低、平均)溫度、累年值、距平，點(diǎn)擊歷史同期欄圖標(biāo)可以查看該站歷史同期的溫度數(shù)據(jù)。

極端時(shí)間點(diǎn)氣溫排位查詢(xún)——包括歷史極端氣溫、任意年極端氣溫、任意月溫度查詢(xún)、任意月極端氣溫排位查詢(xún)、某月某日極端氣溫、某年某月某日極端氣溫查詢(xún)。

歷史極端氣溫——直接查詢(xún)歷年的最高(低)溫度。

任意年極端氣溫——查詢(xún)某年最高(低)溫度、出現(xiàn)日期及歷年最值、出現(xiàn)日期、歷史排位。并且可以根據(jù)溫度閥值控制顯示數(shù)據(jù)。

任意月溫度查詢(xún)——根據(jù)年月可以選擇查詢(xún)?cè)聹囟纫刂?。并點(diǎn)擊極端高溫和極端低溫查看歷年同月的極端值。

任意月極端氣溫排位查詢(xún)——根據(jù)年月查詢(xún)?cè)撃暝碌淖罡?低)氣溫及出現(xiàn)時(shí)間、歷史排位。并且可以根據(jù)溫度閥值控制顯示數(shù)據(jù)。

某月某日極端氣溫——根據(jù)條件查詢(xún)某月某日的歷年最高(低)溫度及出現(xiàn)年份。

某年某月某日極端氣溫查詢(xún)——查詢(xún)某日最高(低)溫度、歷年最(低)溫度及出現(xiàn)日期、歷史排位。并且可以根據(jù)溫度閥值控制顯示數(shù)據(jù)。

鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)代碼:

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層借助微軟已封裝好的sqlhelper 工具。Sqlhelper 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層省去了大量代碼，可以把數(shù)據(jù)訪問(wèn)層封裝起來(lái)，使用起來(lái)較為方便。鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)代碼如下:

其他氣象要素查詢(xún)?cè)诖司筒蛔鲈敿?xì)介紹。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了多種氣象要素的可視化查詢(xún)。用戶通過(guò)良好的界面，能夠快速檢索氣象數(shù)據(jù)的空間分布情況，為用戶提供了氣象資料查詢(xún)利用。采用了分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的伸縮性和可靠性，便于日后根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際需要進(jìn)行功能擴(kuò)充和系統(tǒng)的優(yōu)化。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的資源管理、統(tǒng)一的授權(quán)管理及統(tǒng)一的用戶界面，提高了工作效率。

［1］王建一，鄒麗君，周永吉.地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)終端查詢(xún)系統(tǒng)［J］.黑龍江氣象，2003(4):37－38.

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