多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張志堅(jiān)，伍光勝，胡琳

（廣州市氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州 511430）

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多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張志堅(jiān)，伍光勝，胡琳

（廣州市氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州 511430）

摘 要：介紹多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。闡述利用C#多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多源能見度數(shù)據(jù)的采集與入庫(kù)?；诎俣鹊貓DJavaScript API的二次應(yīng)用及AJAX技術(shù)的異步加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)能見度儀狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；采用ASP．NET的MSChart圖表插件，以Spline曲線形式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同能見度數(shù)據(jù)的對(duì)比展示。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用；能見度；多線程；百度地圖API；AJAX技術(shù)；數(shù)據(jù)展示

張志堅(jiān)，伍光勝，胡琳．多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．廣東氣象，2016，38（3）：70 -73．

隨著氣象觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，能見度的觀測(cè)基本以自動(dòng)觀測(cè)為主要手段，通過在自動(dòng)氣象站系統(tǒng)中加入能見度觀測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和傳輸。目前廣東省各氣象臺(tái)站已布設(shè)了一定數(shù)量的能見度自動(dòng)觀測(cè)儀，以廣州市氣象局為例，共建成的能見度觀測(cè)儀有21個(gè)，其中從化局觀測(cè)站、番禺局觀測(cè)站、花都局觀測(cè)站、增城局觀測(cè)站、蘿崗觀測(cè)站等5個(gè)國(guó)家站通過專線上傳數(shù)據(jù)，已接入?yún)^(qū)域自動(dòng)站采集器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線上傳的能見度儀站點(diǎn)有13個(gè)，其他3個(gè)站點(diǎn)通過本地FTP的方式上傳。能見度作為發(fā)布灰霾和大霧等氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)的重要參考要素，建立基于歸屬地的能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為預(yù)報(bào)人員提供實(shí)況數(shù)據(jù)，為精準(zhǔn)的灰霾發(fā)布和大霧災(zāi)害預(yù)警提供有效的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)能見度觀測(cè)設(shè)備的有效管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)能見度監(jiān)測(cè)網(wǎng)的正常運(yùn)行提供有力的保障。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

由于能見度數(shù)據(jù)需要通過多種傳輸途徑來獲取，所以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要解決多源數(shù)據(jù)采集的需求，對(duì)格式不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、入庫(kù)并實(shí)現(xiàn)集中展示［1 -2］。能見度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由兩部分組成，即數(shù)據(jù)采集入庫(kù)及數(shù)據(jù)展示。

圖1 能見度業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)總體架構(gòu)示意圖

多源數(shù)據(jù)采集入庫(kù)主要針對(duì)數(shù)據(jù)源頭分散且數(shù)據(jù)格式、傳輸方式不一致的能見度數(shù)據(jù)，采用C#多線程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、入庫(kù)。不同采集方式創(chuàng)建不同線程，做到不同傳輸方式之間的數(shù)據(jù)采集互不干擾，從而提高數(shù)據(jù)采集程序的采集效率和保證數(shù)據(jù)采集的可靠性［3］。

考慮到能見度業(yè)務(wù)展示平臺(tái)的可維護(hù)性以及擴(kuò)展性，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，符合高內(nèi)聚、低耦合原則，采用分層軟件設(shè)計(jì)思想［4］，將Web服務(wù)應(yīng)用劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，充分考慮類以及對(duì)象關(guān)系，將具備同性質(zhì)的類組織到一起，形成對(duì)應(yīng)的類層次結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)層為系統(tǒng)人機(jī)交互界面，表現(xiàn)層根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求實(shí)例化業(yè)務(wù)邏輯層的類對(duì)象，對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)展現(xiàn)，盡量不參與業(yè)務(wù)邏輯處理，以便降低結(jié)構(gòu)層之間的耦合度。業(yè)務(wù)邏輯層跟系統(tǒng)功能息息相關(guān)，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的核心層，為系統(tǒng)功能提供數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯處理。數(shù)據(jù)訪問層作為數(shù)據(jù)實(shí)體層訪問的中間件，由業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢與更新操作。

2　多源數(shù)據(jù)的采集入庫(kù)

2．1多線程數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集程序由主線程使用Timer定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)能見度數(shù)據(jù)的周期性采集，Timer運(yùn)行的核心是線程池，Timer每到間隔時(shí)間后就會(huì)激發(fā)響應(yīng)事件，因此要申請(qǐng)線程來執(zhí)行對(duì)應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)，Timer將獲取線程的工作都交給了線程池來管理。通過Interval屬性設(shè)定Timer采集周期，通過Tick事件設(shè)置響應(yīng)事件。采集程序開始時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器到了一定時(shí)間間隔后，激發(fā)Tick響應(yīng)事件，調(diào)用EventHandler委托，針對(duì)FTP、GPRS和WebService這3種數(shù)據(jù)傳輸方式分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集子線程［5］。數(shù)據(jù)采集子線程創(chuàng)建完后重新進(jìn)入下一個(gè)時(shí)次的數(shù)據(jù)采集計(jì)時(shí)。數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集流程圖

FTP數(shù)據(jù)采集線程開始后，調(diào)用FtpHelper類的FtpDownload（）方法讀取上一時(shí)次的數(shù)據(jù)采集參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)文件FTP下載。數(shù)據(jù)文件下載成功后臨時(shí)保存在本地目錄，F(xiàn)TP數(shù)據(jù)采集線程接著調(diào)用數(shù)據(jù)文件解析類ProcessRTDFile進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)訪問類SQLHelper進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)，最后更新數(shù)據(jù)采集參數(shù)并結(jié)束線程；若數(shù)據(jù)文件下載失敗，直接結(jié)束線程。數(shù)據(jù)訪問類SQLHelper使用ADO．NET數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)進(jìn)行封裝，該類定義連接數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)閉連接、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)修改等一系列數(shù)據(jù)庫(kù)訪問操作方法。

GPRS數(shù)據(jù)采集線程調(diào)用GPRSHelper類以GPRS傳輸方式采集并在本地生成XML文件。若有XML數(shù)據(jù)文件生成，則調(diào)用ProcessXMLFile類解析XML文件節(jié)點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化處理，最后調(diào)用SQLHelper類數(shù)據(jù)入庫(kù)；若無XML數(shù)據(jù)文件生成，則直接結(jié)束線程。

WebService數(shù)據(jù)采集線程調(diào)用WebSHelper類以接口調(diào)用的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)返回成功的JSON數(shù)據(jù)流調(diào)用ProcessJSON類進(jìn)行數(shù)據(jù)解析處理，處理完后調(diào)用SQLHelper類數(shù)據(jù)入庫(kù)；調(diào)用接口若無數(shù)據(jù)流返回，說明該時(shí)次無數(shù)據(jù)，則線程結(jié)束。

2．2數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQLServer2008關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)工具使用PowerDesigner，分別設(shè)計(jì)站點(diǎn)信息表STATIONINFO、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)表CURRENTDATA和數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA。為保證表結(jié)構(gòu)的完整性，站點(diǎn)信息表STATIONINFO使用站號(hào)字段OBTID作為主鍵，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)表CURRENTDATA和數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA都使用＜OBTID，DDATETIME＞作為主鍵。數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA對(duì)DDATETIME列創(chuàng)建索引，從而提高數(shù)據(jù)的檢索效率。站點(diǎn)信息表包含站號(hào)、站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)經(jīng)度、站點(diǎn)緯度、站點(diǎn)類型、是否啟用等字段；實(shí)時(shí)表和歷史表包含站號(hào)、來報(bào)時(shí)間、1 min滑動(dòng)平均能見度、10 min滑動(dòng)平均能見度、小時(shí)最小能見度以及最小能見度出現(xiàn)的時(shí)間等字段。

3　多源數(shù)據(jù)展示

3．1百度地圖導(dǎo)入及配置

在使用百度地圖API服務(wù)［6 -8］前，必須在百度地圖LBS開放平臺(tái)上申請(qǐng)密鑰（ak）并創(chuàng)建應(yīng)用、配置服務(wù)。使用JavaScript標(biāo)簽＜script＞以腳本引入的方式加載百度地圖服務(wù)：＜script src=”http：/ / api．map．baidu．com/ api？v = 1．5&ak=您的密鑰”type =”text/ javascript”＞＜/ script＞。然后通過newBMap（container：String | HTMLElement，［opts：MapOptions］）在指定的容器內(nèi)創(chuàng)建地圖實(shí)例，之后需要調(diào)用BMap．center-AndZoom（）方法設(shè)置地圖中心點(diǎn)坐標(biāo)和地圖顯示級(jí)別對(duì)地圖進(jìn)行初始化，未進(jìn)行初始化的地圖不能進(jìn)行任何操作。調(diào)用BMap．Boundary（）．get（“廣州”，function（args））方法獲取廣州行政區(qū)劃圖邊界多邊型的點(diǎn)數(shù)組，通過BMap．Polygon （points：Array＜Point＞，［opts：PolygonOptions］）創(chuàng)建多邊形覆蓋物，再調(diào)用addOverlay（overlay：Overlay）將廣州行政區(qū)劃邊界覆蓋物添加到地圖中。至此便完成了百度地圖的加載和基本配置。

3．2基于AJAX地圖標(biāo)注加載

站點(diǎn)信息和實(shí)況數(shù)據(jù)的加載使用jQuery的AJAX異步加載數(shù)據(jù)功能，在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，每2min向服務(wù)器發(fā)起異步POST請(qǐng)求對(duì)網(wǎng)頁(yè)的地圖站點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。AJAX異步請(qǐng)求代碼如下：

$（function（）｛

$．a(chǎn)jax（｛

type：＂Post＂，

url：＂refresh．a(chǎn)spx＂，

contentType：＂application/ json；charset = utf -8＂，

dataType：＂text＂，

success：function（response）｛

/ /數(shù)據(jù)返回成功

/ /添加站點(diǎn)信息標(biāo)注

addMarker（response）；

｝，

error：function（xmlReq，err，c）｛

/ /請(qǐng)求失敗處理代碼

｝

｝）；

｝）；服務(wù)端接收到請(qǐng)求后通過按指定的業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則查詢數(shù)據(jù)，為方便前端數(shù)據(jù)解析處理，業(yè)務(wù)邏輯層按照輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式JSON對(duì)站號(hào)、站名、經(jīng)緯度、時(shí)次以及能見度數(shù)值等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝并返回給前端。封裝的數(shù)據(jù)格式如下：｛＇records＇：［｛＇sid＇：＇G1088＇，＇sname＇：＇廣州五山站＇，＇datetime＇：＇2015 -10 -12 08：20：00＇，＇value＇：＇32．6＇，＇lng＇：＇113．3441＇，＇lat＇：＇23．15678＇｝，｛＇sid＇：＇G3106＇，＇sname＇：＇呂田鎮(zhèn)東升＇，＇datetime＇：＇2015 -10 -12 08：20：00＇，＇value＇：＇41．7＇，＇lng＇：＇113．86＇，＇lat＇：＇23．81821＇｝］｝。AJAX請(qǐng)求成功后，回調(diào)函數(shù)success（data，textStatus，jqXHR）處理返回?cái)?shù)據(jù)，編寫JavaScript腳本對(duì)返回的能見度數(shù)值和時(shí)次進(jìn)行異常判斷，通過調(diào)用BMap．Icon（url：String，size：Size，［opts：IconOptions］）方法創(chuàng)建自定義圖標(biāo)樣式，正常站點(diǎn)設(shè)置為綠色圖標(biāo)，異常站點(diǎn)設(shè)置為紅色圖標(biāo)，然后根據(jù)返回的站點(diǎn)經(jīng)緯度信息調(diào)用Map．a(chǎn)ddOverlay（marker：Point）方法向地圖中添加自定義標(biāo)注。為方便對(duì)站點(diǎn)信息和數(shù)據(jù)的查看，使用Marker．a(chǎn)ddEventListener（event：String，handler：Function）方法對(duì)地圖標(biāo)注添加鼠標(biāo)事件進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)和停留到標(biāo)注上方時(shí)，調(diào)用BMap．InfoWindow（）創(chuàng)建信息窗對(duì)象顯示該站點(diǎn)的站號(hào)、站名、數(shù)據(jù)時(shí)次和能見度數(shù)值等信息，實(shí)現(xiàn)的效果如圖3所示。

3．3多站點(diǎn)集成曲線圖的實(shí)現(xiàn)

能見度變化曲線圖使用ASP．NET圖表控件［8］Chart以Spline形式進(jìn)行集中展示，方便對(duì)多站點(diǎn)能見度變化進(jìn)行對(duì)比分析。考慮到曲線繪制的美觀性，數(shù)據(jù)集不能過多，過多的數(shù)據(jù)集會(huì)導(dǎo)致曲線的標(biāo)注點(diǎn)過于密集，故在能見度數(shù)據(jù)集的時(shí)間跨度上選取了“過去2小時(shí)”、“過去12小時(shí)”、“過去24小時(shí)”和“過去48小時(shí)”這4個(gè)時(shí)間段?！斑^去2小時(shí)”數(shù)據(jù)集的時(shí)間分辨率是每5 min 1次，“過去12小時(shí)”數(shù)據(jù)集的時(shí)間分辨率是每30 min 1次，而“過去24小時(shí)”和“過去48小時(shí)”的數(shù)據(jù)集均為整點(diǎn)時(shí)次數(shù)據(jù)。

圖3 基于百度地圖的站點(diǎn)信息及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)效果

圖表區(qū)域通過＜asp：ChartArea＞＜/ asp：ChartArea＞進(jìn)行初始化，包括坐標(biāo)軸、圖表背景等屬性的設(shè)置。數(shù)據(jù)列屬性樣式用標(biāo)簽＜asp：Series＞＜/ asp：Series＞設(shè)置，包括系列名稱Name、曲線顏色Color、圖表形式ChartType、數(shù)據(jù)標(biāo)點(diǎn)樣式MarkerStyle、曲線寬度BorderWidth等屬性。4個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)集通過下拉框控件＜asp：DropDownList＞＜/ asp：DropDownList＞實(shí)現(xiàn)時(shí)間段選擇，下拉框的值變化后觸發(fā)SelectedIndexChanged（object sender，EventArgs e）事件函數(shù)對(duì)Chart圖表控件進(jìn)行數(shù)據(jù)源的刷新與重新綁定。數(shù)據(jù)列圖例選擇則通過多選框控件＜asp：CheckBoxList＞＜/ asp：CheckBoxList＞來實(shí)現(xiàn)，多選框控件使用DataSource屬性和DataBind（）進(jìn)行站點(diǎn)信息初始化，每次多選框的點(diǎn)擊事件都會(huì)觸發(fā)圖表控件數(shù)據(jù)源的刷新與重新綁定。為了使圖例和所屬曲線的對(duì)應(yīng)更直觀性，把數(shù)據(jù)列的圖例及其曲線顏色設(shè)置為同一種顏色（圖4）。

多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在廣州市氣象局業(yè)務(wù)運(yùn)行，為氣象預(yù)警預(yù)報(bào)提供歷史及實(shí)況的能見度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了歸屬地能見度網(wǎng)站點(diǎn)可視化統(tǒng)一管理、監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用，展示平臺(tái)以不同的數(shù)據(jù)形式對(duì)表現(xiàn)能見度數(shù)據(jù)，更具直觀性和可用性?；贑#多線程技術(shù)的多源數(shù)據(jù)采集及百度地圖JavaScript API的WEBGIS展示應(yīng)用實(shí)例對(duì)于其他氣象探測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)展示平臺(tái)的開發(fā)有一定的參考價(jià)值。

圖4 能見度變化曲線效果

參考文獻(xiàn)：

［1］梁慎青，石小英，梁苑苑，等．廣東省氣象信息實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用［J］廣東氣象，2008，31（1）：57 -58．

［2］羅鳴，江崟，潘國(guó)盛．氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．廣東氣象，2012，34（4）：57 -58．

［3］伍光勝，敖振浪，李源鴻，等．大型自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集中心的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］．氣象，2010，36（3）：128 -135．

［4］姜永，鄭春明，李國(guó)強(qiáng)．基于．NET平臺(tái)的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21（2）：77 -78．

［5］伍光勝，李建勇，劉艷中，等．浪涌氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］．南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，5 （4）：336 -345．

［6］曹煒，肖瑋．基于WebGIS的贛州市旅游信息查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．科技資訊，2014（27）：18．

［7］朱小蘭．使用百度地圖JavaScript API開發(fā)旅游線路設(shè)計(jì)與行程定制系統(tǒng)［J］．產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015，14 （3）：44 -45．

［8］孫迪，李沛鴻．百度地圖API在WebGIS中的應(yīng)用［J］．河南科技，2013（11）：165 -166．

［8］朱健，莊科，周丹，等．MSChart在氣象數(shù)據(jù)圖形化顯示中的應(yīng)用［J］．浙江氣象，2008，30（1）：58 -62．

中圖分類號(hào)：TP38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10．3868/ j．issn．1007 -6180．2016．03．018

收稿日期：2015 -08 -28

作者簡(jiǎn)介：張志堅(jiān)（1888年生），男，助理工程師，主要從事氣象信息數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)管理工作。E - mail：780670233＠qq．com