基于GIS 的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

周展程，孫志強(qiáng)

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.天水市氣象局，甘肅 天水 741000）

基于GIS 的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

周展程1，孫志強(qiáng)2

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.天水市氣象局，甘肅 天水 741000）

基于MS-SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和.NET Framework技術(shù)構(gòu)架，運(yùn)用asp.net和vb.net編程技術(shù)，建立了有B/S和C/S兩種模式的基于GIS的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)，為相關(guān)人員提供自動(dòng)站數(shù)據(jù)分析和共享。

.NET；B/S；C/S；web service；GIS；自動(dòng)氣象站；氣象信息數(shù)據(jù)

1 研究背景和意義

隨著全國各地的中尺度自動(dòng)氣象站的相繼建成，與之適應(yīng)的自動(dòng)站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)也相繼產(chǎn)生，但是目前建立的這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)一般都是單一的C/S結(jié)構(gòu)或B/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫都放在省局，只有本省氣象部門內(nèi)部的業(yè)務(wù)人員才能通過省地氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)獲取自動(dòng)氣象站的資料，而社會(huì)公眾和相關(guān)部門的決策人員獲取這些氣象信息較困難。以本地玉林市為例，玉林市自動(dòng)站建成使用已有多年，但是，一直以來都沒有一個(gè)完整的系統(tǒng)的自動(dòng)站數(shù)據(jù)平臺(tái)，長期出現(xiàn)有數(shù)據(jù)難應(yīng)用的局面，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）氣象業(yè)務(wù)員查詢數(shù)據(jù)只能通過反應(yīng)較慢的區(qū)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)平臺(tái)；（2）雖然近兩年市局配備了自動(dòng)站數(shù)據(jù)中心，但由于不穩(wěn)定和太過專業(yè)，一般業(yè)務(wù)員對(duì)其應(yīng)用極為有限；（3）社會(huì)公眾缺乏獲取自動(dòng)站數(shù)據(jù)的渠道。因此，為了有效利用好花費(fèi)大量財(cái)力和人力建立起來的自動(dòng)站資料數(shù)據(jù)，建立一個(gè)完善的自動(dòng)站數(shù)據(jù)平臺(tái)是非常必要的，通過這樣的一個(gè)平臺(tái)，社會(huì)公眾和決策部門可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)用瀏覽器了解各個(gè)自動(dòng)站的氣象狀況，地市級(jí)氣象局業(yè)務(wù)員則可以通過局域網(wǎng)獲取自動(dòng)站的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行多種開發(fā)應(yīng)用［1-3］。

2 系統(tǒng)功能和技術(shù)構(gòu)架

業(yè)務(wù)平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)中心和客戶端兩部分，數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)氣象信息數(shù)據(jù)的收集、初步加工和存儲(chǔ)，客戶端主要是負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)中心查詢、檢索和應(yīng)用氣象信息數(shù)據(jù)。平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示：

2.1 數(shù)據(jù)中心

氣象信息數(shù)據(jù)本質(zhì)上是地理信息，沒有地理位置的氣象要素是沒有任何意義的，建立基于GIS系統(tǒng)的氣象資料數(shù)據(jù)庫，以便實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的科學(xué)管理、快速查詢、氣象數(shù)據(jù)可視化表述等功能。設(shè)計(jì)一個(gè)符合GIS功用的地理信息數(shù)據(jù)庫，依靠MS SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及技術(shù)，選用.net和T—SQL組織編寫后臺(tái)程序，負(fù)責(zé)氣象信息數(shù)據(jù)源的下載、分析、加工、入庫等任務(wù)，涉及的技術(shù)主要有MS SQL數(shù)據(jù)庫、DAO、.NET等。另外還要用asp.net、XML、Web Service等技術(shù)設(shè)計(jì)

Web Service服務(wù)器程序，為軟件平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換提供鏈接訪問接口［4-5］。

2.2 客戶端

客戶端用vb.net設(shè)計(jì)兩個(gè)基于GIS的軟件應(yīng)用平臺(tái)C/S客戶端和B/S客戶端，以數(shù)據(jù)庫的氣象信息數(shù)據(jù)元素為對(duì)象，使用數(shù)學(xué)方法，將自動(dòng)站提供的觀測資料（離散點(diǎn)分布）網(wǎng)格化，對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到氣象要素GIS數(shù)據(jù)，最后利用GIS系統(tǒng)提供的分析、查詢和地圖制作、輸出功能，制作氣象要素GIS圖件和信息，涉及的技術(shù)主要有XML、數(shù)據(jù)庫、DAO、WEB、Web Service、GIS、JAVA、.NET等。C/S客戶端平臺(tái)主要功能是把查詢到的氣象信息直觀地顯示給用戶，并有數(shù)據(jù)導(dǎo)出；B/S客戶端平臺(tái)主要功能是把查詢到的氣象信息直觀地顯示給用戶，并有簡單的有條件數(shù)據(jù)共享［6-8］。

3 系統(tǒng)主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)［9］

3.1 基于GIS的填圖模塊實(shí)現(xiàn)

GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)具有強(qiáng)大的分析能力，是處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，是當(dāng)前氣象科學(xué)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用中的熱點(diǎn)?；贕IS的填圖功能模塊的主要目的是根據(jù)給出的各點(diǎn)的經(jīng)緯度，把氣象要素按要求正確標(biāo)顯到地圖上，在本軟件平臺(tái)中，自動(dòng)氣象站和災(zāi)害信息功能模塊主要運(yùn)用了GIS技術(shù)?；贕IS的填圖程序流程圖如圖2。

3.1.1 設(shè)計(jì)制作地圖

首先根據(jù)實(shí)際需求確定地圖的范圍，要充分考慮以后可能要顯示的地理信息和期限信息，要把這些可能點(diǎn)包括在地圖內(nèi)。其次確定地圖的分辨率和像素大小，不能太大（文件太大影響傳輸速度），也不能太小（太小分辨率過低，顯示質(zhì)量不好），顯示尺寸最好控制滿屏。用網(wǎng)絡(luò)圖片的通用文件類型（JPG、PNG、GIF）保存地圖文件。

圖 1 系統(tǒng)構(gòu)架圖

3.1.2 獲取地圖實(shí)際尺寸

獲取地圖實(shí)際尺寸（長寬，以像素為單位）和經(jīng)緯度有三種方法。第一種方法：如果在制作地圖時(shí)已經(jīng)明確知道地圖的上下界的緯度和左右界的經(jīng)度，圖片的尺寸可以通過查看地圖文件的屬性或用圖片編輯軟件打開文件獲的；第二種方法：先確定地圖東（右）、南（下）、西（左）、北（上）各方向最邊上的站點(diǎn)，并在地圖上比較精確的標(biāo)出，然后用圖片編輯軟件分別測出南北（寬）兩個(gè)最邊點(diǎn)和東西（長）兩個(gè)最邊點(diǎn)距離（單位為像素）就是地圖的尺寸；第三種方法：已知某轄區(qū)（如玉林）的（東西南北）經(jīng)緯度，用圖片編輯軟件分別測出南北（寬）兩邊界和東西（長）兩邊界的距離（單位為像素）就是地圖的尺寸。

3.1.3 計(jì)算各信息站點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)：

設(shè)地圖的長為L，寬為H；地圖的最東邊經(jīng)度為j1，最西邊經(jīng)度為j2，最北邊緯度為w1，最南邊緯度為w2；需計(jì)算的信息站點(diǎn)的經(jīng)度為J，緯度為W，坐標(biāo)為X和Y。則X和Y可以通過下面的公式計(jì)算得到：

計(jì)算得到的坐標(biāo)XY只是相對(duì)坐標(biāo)，只能保證各站點(diǎn)之間的相對(duì)位置正確，要想各站點(diǎn)能正確定位到地圖上，還需加上一定的偏移量，偏移量的大小要在實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過調(diào)試得到。

圖2 墓于GIS的填圖程序流程圖

注：Int（）是取整函數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)通信（web service）

3.2.1 關(guān)于web service

Web service就是一個(gè)應(yīng)用程序，基于可編程的web應(yīng)用程序，可使用開放的XML（標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言下的一個(gè)子集）標(biāo)準(zhǔn)來描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)和配置這些應(yīng)用程序，用于開發(fā)分布式的互操作的應(yīng)用程序。它向外界暴露出一個(gè)能夠通過Web進(jìn)行調(diào)用的API，能使得運(yùn)行在不同機(jī)器上的不同應(yīng)用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。

在本平臺(tái)中，所有的數(shù)據(jù)存取、交換都必須通過調(diào)用Web Service服務(wù)進(jìn)行，是平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫之間建立數(shù)據(jù)聯(lián)系的紐帶（接口）。利用Web Service做遠(yuǎn)程訪問的接口是本平臺(tái)的創(chuàng)新點(diǎn)。

3.2.2 部署web service程序

第一步，asp.net網(wǎng)站服務(wù)器的建設(shè)。

由于關(guān)于asp.net網(wǎng)站服務(wù)器的安裝設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)教程很多，這里就不作介紹。要說的是，安裝網(wǎng)站服務(wù)器的系統(tǒng)最好是用微軟的windows的服務(wù)器版本（windows server2003或win7以上版本），asp.net的版本要在2.0以上。

第二步，部署網(wǎng)絡(luò)，把網(wǎng)站服務(wù)器和自動(dòng)站分中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署在局域網(wǎng)里，在網(wǎng)絡(luò)里部署安全設(shè)備以及安全策略，使網(wǎng)站服務(wù)器和自動(dòng)站分中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器要能夠相互通信、相互訪問。

由于軟件平臺(tái)的氣象信息數(shù)據(jù)是基于自動(dòng)站分中心數(shù)據(jù)庫的，而所有的數(shù)據(jù)操作都是通過網(wǎng)站程序來完成的，所以必須做部署好兩臺(tái)服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接和安全策略，保證網(wǎng)站服務(wù)器安全地訪問和操作自動(dòng)站分中心數(shù)據(jù)庫。在網(wǎng)絡(luò)里部署安全設(shè)備和安全策略，是為了保障網(wǎng)站服務(wù)器和自動(dòng)站分中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)的安全以及對(duì)訪問對(duì)象的過濾和限制。

第三步，安裝服務(wù)器端網(wǎng)站（webservice）程序。

在網(wǎng)站的默認(rèn)目錄（一般是“C：inetpubwwwroot”）下新建一個(gè)文件夾（如webservice）、然后把已編寫好的網(wǎng)站服務(wù)器程序文件（文件后綴為asmx，如service1.asmx）復(fù)制到該目錄下，或把自己建立的網(wǎng)站服務(wù)器程序文件所在的文件夾設(shè)置為網(wǎng)站的默認(rèn)目錄，最后重新啟動(dòng)網(wǎng)站即可。

3.3 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

氣象自動(dòng)站觀測頻率高，觀測要素多，是一種海量數(shù)據(jù)，必須要用專業(yè)的大中型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理。專業(yè)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和軟件系統(tǒng)價(jià)格都不菲，出于對(duì)成本的考慮，本平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)直接用自動(dòng)站分中心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（SQL Server2000），數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表也盡量用原來現(xiàn)成的。由于平臺(tái)只是針對(duì)本地區(qū)開發(fā)，因此增加一個(gè)包含本市自動(dòng)站站點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)表，這樣在執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)會(huì)提高效率。

4 結(jié)論

通過對(duì)Web service、數(shù)據(jù)庫、GIS和.Net等技術(shù)研究應(yīng)用，探索出了一套先進(jìn)、成熟、可操作性強(qiáng)的技術(shù)方案，開發(fā)完成自動(dòng)站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)。該軟件平臺(tái)經(jīng)過幾年的應(yīng)用測試，在實(shí)際應(yīng)用中不斷改良，現(xiàn)已比較成熟穩(wěn)定，能滿足玉林市相關(guān)人員在氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)共享方面的需求；并且該軟件現(xiàn)在是《鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象信息服務(wù)站軟件平臺(tái)》的功能模塊之一，已在玉林市90多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)投入業(yè)務(wù)使用，為各級(jí)決策部門在做氣象防災(zāi)減災(zāi)決策時(shí)提供參考。

［1］周展程.基于GIS的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)［D］.電子科技大學(xué)，2012.

［2］G.A.J.Bowles.Corsock Automatic Weather Station［J］. Weather，2003，58（8）：291-293.

［3］陳金華.安徽省農(nóng)業(yè)旱澇監(jiān)測預(yù)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)［D］.南京信息工程大學(xué)，2011.

［4］李濤，王麗玫，張薇.廣西氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)［J］.氣象研究與應(yīng)用，2010，31（1）.

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［6］郭清厲，陳衛(wèi)東，王國君.軟件工程在氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用［J］.陜西氣象，2007，（5）：43-44.

［7］姚學(xué)民.基于WEB的自動(dòng)氣象站資料服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.電子科技大學(xué)，2010.

［8］張彪.基于.NET的軟件架構(gòu)與集成［D］.中國石油大學(xué)，2007.

［9］張昊.基于三維GIS的氣象查詢分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［D］.大連理工大學(xué)，2006.

Automatic station data service platform based on GIS

ZHOU Zhan-cheng1SUN Zhi-qiang2
（1.Yulin Municipal Meteorological Service，Yulin Guangxi 537000，China；2.Tianshui Municipal Meteorological Service，Tianshui Gansu 741000，China）

Based on MS SQL Server database system and.NET Framework technology architecture，automatic meteorological station data service platform，which has the B/S and C/S two modes，by GIS，asp.net and vb.net programming technology.It can provide automatic station data analysis and sharing for relevant personnels.

NET；B/S；C/S；web service；GIS；automatic weather station；meteorological information data

TP31

A

1673-8411（2016）01-0091-03

2015-09-15

周展程（1974-），男，廣西貴港人，碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事多普勒天氣雷達(dá)機(jī)務(wù)工作，E-mail：540732272@qq.com。