生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學(xué)研究所黑龍江哈爾濱150001)

生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學(xué)研究所黑龍江哈爾濱150001)

本文根據(jù)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)軌道業(yè)務(wù)的實(shí)際情況，并結(jié)構(gòu)實(shí)際工作中的需求，依據(jù)C和C++語(yǔ)言建立了生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用生成中間交換文件，可以對(duì)各個(gè)模板所輸出的結(jié)果進(jìn)行更直觀的觀察，并進(jìn)行分析，同時(shí)為等值線色斑圖與區(qū)域填充等各種圖形提供了繪制方式。該程序可以對(duì)AVHRR和EOS/ MODIS衛(wèi)星遙感資料進(jìn)行處理，并對(duì)氣象觀測(cè)報(bào)文進(jìn)行分析解釋、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理、對(duì)質(zhì)量進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)水體密度指數(shù)、濕潤(rùn)制度、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)等等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用圖像和圖形的方式對(duì)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估產(chǎn)品進(jìn)行輸出，真正的實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感的智能化管理。近年來(lái)，通過(guò)實(shí)踐認(rèn)為該系統(tǒng)對(duì)生態(tài)質(zhì)量氣象評(píng)價(jià)有較好的實(shí)用性。

生態(tài)氣象；監(jiān)測(cè)；評(píng)估；業(yè)務(wù)平臺(tái)；設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)目標(biāo)及設(shè)計(jì)原則

利用該系統(tǒng)可以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析和智能化的管理，利用AVHRR極軌氣象衛(wèi)星和EOS/MODIS衛(wèi)生數(shù)據(jù)，對(duì)報(bào)文進(jìn)行連接，并對(duì)質(zhì)量進(jìn)行控制。并按照相關(guān)的分類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，結(jié)合各分類的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行不同等級(jí)的劃分，同時(shí)利用圖形和圖像的方式對(duì)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估產(chǎn)品進(jìn)行輸出。為了真正的實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要充分的利用現(xiàn)代科技技術(shù)，比如計(jì)算信息處理技術(shù),并對(duì)系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性進(jìn)行不斷的完善，保證其穩(wěn)定性。根據(jù)生態(tài)氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展方向，結(jié)合省級(jí)業(yè)務(wù)的整體思路和相關(guān)要求，讓生態(tài)氣象業(yè)務(wù)的各個(gè)部分進(jìn)行更好的結(jié)合，形成一個(gè)真正的整體，同時(shí)考慮自然災(zāi)害中的各種因素，對(duì)其進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和防范。對(duì)模板進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并讓其具有獨(dú)特性，為后期的系統(tǒng)更新提供良好的發(fā)展基礎(chǔ)，并對(duì)其進(jìn)行廣泛的推廣，讓更多的省級(jí)城市對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)

在建設(shè)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估平臺(tái)時(shí)，對(duì)其系統(tǒng)有著明確的要求。其設(shè)計(jì)應(yīng)該可以滿足數(shù)據(jù)的管理的應(yīng)用，且有靈敏度、延展性和可靠性，同時(shí)讓軟件有一定的實(shí)用性和推廣性。綜上所述，在對(duì)系統(tǒng)中的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)其要求較高。生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)中的程序是面向?qū)ο蟮?，也是一種模型，在計(jì)算機(jī)中形成的文件為MDI，C和C++為系統(tǒng)語(yǔ)言，VS.NET2008為開(kāi)發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要求頁(yè)面簡(jiǎn)潔，操作方便，人員在使用的過(guò)程中可以更直觀的了解系統(tǒng)中的功能，即使是新員工也可以很快學(xué)會(huì)操作。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到數(shù)據(jù)處理的方便性、使用過(guò)程中的連貫性已經(jīng)使用簡(jiǎn)單性，對(duì)數(shù)據(jù)的格式和處理流程分別進(jìn)行的設(shè)計(jì)，并用標(biāo)識(shí)符對(duì)每種要是進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)功能模塊與應(yīng)用

生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)是我國(guó)各省生態(tài)監(jiān)測(cè)、業(yè)務(wù)評(píng)估的主要依據(jù)，更為其地理信息、生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)置、服務(wù)產(chǎn)品提供了一級(jí)菜單，以更好的滿足日常生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的需求。

3.1 生態(tài)氣象指數(shù)計(jì)算模塊

生態(tài)氣象指數(shù)模塊涉及的內(nèi)容較多，即：水體密度指數(shù)、濕潤(rùn)指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)及生態(tài)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。該模板會(huì)先生成各項(xiàng)指數(shù)的文本并記錄，可以利用不同的文件名對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，隨后按照行政區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行繪色或者利用等值線色斑圖對(duì)其進(jìn)行繪制。

水體密度指數(shù)（H）：在指定的區(qū)域內(nèi),對(duì)其水體面積進(jìn)行計(jì)算,然后利用面積的比率值來(lái)表示水體密度,這也是水體密度的指標(biāo).而面積的計(jì)算主要是從EOS/ MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中得到的.在第一次使用市,可以根據(jù)行政邊界的地理信息進(jìn)行計(jì)算,并結(jié)合衛(wèi)星中得到的經(jīng)緯度,然后形成一個(gè)文件.在下次使用時(shí),可以當(dāng)作有效的依據(jù).依次對(duì)不同的行政區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,從而形成水體密度的指標(biāo).

濕潤(rùn)指數(shù)(K)：根據(jù)常規(guī)氣象觀測(cè)資料和氣候月表所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)某地區(qū)的干、濕程度進(jìn)行判斷，并形成相關(guān)的指標(biāo)。濕潤(rùn)指數(shù)的表達(dá)方式為實(shí)際降水量和潛在蒸散量的比值。

植被覆蓋指數(shù)（P）：地表植被覆蓋指數(shù)是生態(tài)狀態(tài)的重要表現(xiàn)，通過(guò)不同土地利用/覆被類型的不同權(quán)重，就可以得到地表覆被狀態(tài)值。利用EOS/M ODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反演歸一化植被指數(shù)對(duì)植被的狀態(tài)進(jìn)行反映。

土地退化指數(shù)（T）：該指數(shù)主要是通過(guò)收集土地、氣象信息并對(duì)其進(jìn)行分析而得到的，對(duì)區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占區(qū)域內(nèi)總面積的比重，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

災(zāi)害指數(shù)（DIS）：通過(guò)對(duì)受災(zāi)面積和程度進(jìn)行綜合分，結(jié)合上述得到的水體密度，對(duì)行政區(qū)域進(jìn)行災(zāi)害指數(shù)計(jì)算。災(zāi)害指數(shù)主要是對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的土地、草地、森林受到自然災(zāi)害迫害的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過(guò)上述這些指標(biāo)可以更好的對(duì)生態(tài)整體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。以評(píng)價(jià)單元中各個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)和其權(quán)重值，應(yīng)用加權(quán)求和方法對(duì)生態(tài)綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行計(jì)算。

3.2 圖形繪制工具

通過(guò)圖像的方式對(duì)生態(tài)質(zhì)量氣象評(píng)價(jià)的各個(gè)指數(shù)進(jìn)行表達(dá)。其內(nèi)容包含模塊的數(shù)據(jù)、制圖過(guò)程中窗口的切換、圖層信息顯示、數(shù)據(jù)信息的顯示、對(duì)數(shù)據(jù)圖像提供分析和計(jì)算工具、數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化以及輔助功能等等。在對(duì)模塊進(jìn)行繪制的過(guò)程中主要提供兩種方式：一種是按照行政區(qū)域填繪色斑圖；另一種則是依靠分析等值線對(duì)色斑進(jìn)行繪制。而等值線繪制色斑則又提供了通過(guò)自主研發(fā)而得到的API函數(shù)分析和GIS組件繪圖模塊。

3.3 地理信息等其它功能

使用GIS地理信息系統(tǒng)進(jìn)行摳圖基本、對(duì)地理的邊界進(jìn)行添加、對(duì)色標(biāo)進(jìn)行顯示、以及設(shè)置相關(guān)的等值線色斑圖。當(dāng)系統(tǒng)被啟動(dòng)后可以從相關(guān)的參數(shù)文件中對(duì)路徑進(jìn)行設(shè)置，數(shù)據(jù)包含行政邊界和站點(diǎn)的等地理背景，以圖形的方式生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品，從而真正的具有相關(guān)的功能,比如摳圖和繪制等等.利用衛(wèi)星探測(cè)儀或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的資料，進(jìn)行相關(guān)的反演量溫場(chǎng).并利用相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)反演量溫場(chǎng)進(jìn)行變分訂正，可以對(duì)我國(guó)一些特殊的區(qū)域進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估產(chǎn)品具有檢索和調(diào)閱的功能。

4 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)文件的設(shè)計(jì)

程序在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在對(duì)操作步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，讓程序編制更加方便時(shí)，對(duì)文件的結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行了考慮。特別是在生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的日常業(yè)務(wù)中，對(duì)于可能存在的錯(cuò)誤要及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行更直觀的分析，就要求最后的結(jié)果更加詳細(xì)和直觀。因此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)模塊之間都可以生產(chǎn)交換文件、在對(duì)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和修改時(shí)也可以形成相應(yīng)的文件，最后利用文本文件對(duì)等值線色斑圖形進(jìn)行繪制，從而形成一定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4.2 報(bào)文解譯

顧名思義就是對(duì)該區(qū)域的月報(bào)表文件進(jìn)行預(yù)處理，在處理時(shí)所使用的報(bào)文應(yīng)該是原始數(shù)據(jù)，對(duì)報(bào)文中的正文進(jìn)行截圖、對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤誤碼進(jìn)行剔除、對(duì)對(duì)于的字符進(jìn)行刪除，同時(shí)對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)的更正。最后對(duì)報(bào)文中出現(xiàn)的重要信息進(jìn)行提取，利用轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對(duì)代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提取可利用的信息。

4.3 控制衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量

衛(wèi)星遙感在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像時(shí)，會(huì)受到各種因素的影響，導(dǎo)致遙感影像會(huì)出現(xiàn)一定失真的情況，所以需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。在預(yù)處理過(guò)程中主要包括以下內(nèi)容：對(duì)輻射進(jìn)行校正、對(duì)幾何進(jìn)行校正和消除噪聲。在對(duì)輻射和幾何進(jìn)行校正時(shí)，1B級(jí)數(shù)據(jù)投影已經(jīng)對(duì)投影進(jìn)行了預(yù)處理，所以只需要消除噪聲。選擇噪聲消除的方法時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)資料中的實(shí)際情況，確定可以利用二維平滑濾波中的9點(diǎn)或5點(diǎn)平滑格式的方法,而9點(diǎn)平滑對(duì)高頻波有較好的濾波性能,可以有效去除奇異點(diǎn)。

4.4 繪制行政區(qū)域色斑圖

系統(tǒng)在生產(chǎn)中間交換文本文件后,對(duì)其進(jìn)行利用,可以分別形成兩種繪制方式.其一對(duì)行政區(qū)域的進(jìn)行劃分,選擇不同的顏色進(jìn)行填色;其二依照等值線對(duì)其進(jìn)行填色.第一種方法可以對(duì)區(qū)域中水體密度和受災(zāi)情況進(jìn)行較高的研究,因此繪制方法為:

（1）對(duì)衛(wèi)星遙感中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并對(duì)重要的因素進(jìn)行計(jì)算和反演；（2）讀取地域中縣市邊界，按照已經(jīng)得到的計(jì)算進(jìn)行分割，按照縣市劃分的結(jié)果對(duì)中間交換文件進(jìn)行生成和保存；（3）根據(jù)中間交換文件對(duì)行政區(qū)域的色斑圖進(jìn)行繪制。

4.5 等值線分析與色斑圖繪

通過(guò)已經(jīng)形成的要素信息文件，對(duì)建立的多邊形網(wǎng)格文件進(jìn)行利用，識(shí)別原圖和站點(diǎn)的坐標(biāo)文件，將已經(jīng)獲得的要素繪制到原圖上。并結(jié)合局部網(wǎng)絡(luò)格完成補(bǔ)值和插值，利用等值線進(jìn)行查閱和判定。等值線之間的間距可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行修訂。在對(duì)填充區(qū)域進(jìn)行封閉是可以利用API函數(shù)，并繪制相關(guān)圖例，對(duì)設(shè)置窗口可以設(shè)計(jì)匹配的參數(shù)，最后對(duì)各個(gè)封閉的區(qū)域進(jìn)行上色，并用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，配以文字進(jìn)行表明。

通過(guò)地理信息系統(tǒng)中的組件可以對(duì)等值線進(jìn)行分析,并完成色斑圖的繪制,所以可以更好的對(duì)產(chǎn)品的外包和質(zhì)量進(jìn)行改善.此外,地理信息系統(tǒng)的主要用途就是對(duì)自身的模式進(jìn)行區(qū)別同時(shí)形成相關(guān)的控件,但是這些控件的作用是不同的,因此功能也不一樣.

結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)的建立和完善是通過(guò)不斷實(shí)踐而得到的，可以應(yīng)該對(duì)其實(shí)際中的問(wèn)題進(jìn)行考慮，才能發(fā)揮系統(tǒng)的實(shí)用性。通常系統(tǒng)在應(yīng)用1年左右的時(shí)間就可以達(dá)到穩(wěn)定發(fā)展，我國(guó)在對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)估產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)和農(nóng)業(yè)的監(jiān)測(cè)、判斷和防范，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)恢復(fù)都得到了更科學(xué)的保護(hù)，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)信息和相關(guān)服務(wù)提供了更多的研究。隨著生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估的業(yè)務(wù)平臺(tái)的不斷發(fā)展，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不讀的更新和完善，才能逐漸滿足發(fā)展的需求。

[1]屈右銘,湯宇,蔡榮輝,霍林,彭莉莉.生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[A].中國(guó)氣象學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)學(xué)委員會(huì)、南京信息工程大學(xué)、中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象分會(huì)、中國(guó)農(nóng)科院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所.第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會(huì)場(chǎng)論文集[C].中國(guó)氣象學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)學(xué)委員會(huì)、南京信息工程大學(xué)、中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象分會(huì)、中國(guó)農(nóng)科院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,2009:5.

[2]張樹(shù)譽(yù),杜繼穩(wěn),景毅剛,喬麗.陜西省干旱監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)平臺(tái)[J].陜西氣象,2009,06:31-34.

[3]劉春琳,陳亮,喬延龍,劉憲斌.天津大神堂牡蠣礁海洋特別保護(hù)區(qū)監(jiān)視監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用探討[J].科技資訊, 2016,01:16-17.

1004-7026（2016）09-0058-02

S16

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.09.036