氣象觀測裝備布點系統(tǒng)的設(shè)計

陳 昊 章 煥 王 晗

(浙江省大氣探測技術(shù)保障中心，浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和人民生活水平的快速提高,氣象災(zāi)害給國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全帶來的威脅愈顯突出[1]。為進(jìn)一步提升氣象監(jiān)測預(yù)警能力,近年來氣象觀測體系得到快速發(fā)展,觀測儀器的研發(fā)和新的觀測方法不斷取得突破[2]。浙江省根據(jù)自身特點已初步建立了綜合氣象觀測體系。但是，目前浙江的觀測站點布局還欠合理，關(guān)鍵區(qū)域站網(wǎng)密度不足，大氣綜合立體廓線監(jiān)測網(wǎng)等比較薄弱[3]，需要加密相關(guān)氣象觀測裝備來提升自然災(zāi)害綜合防治的氣象數(shù)據(jù)支撐能力,提高全社會抵御氣象災(zāi)害的綜合防范水平,建立氣象觀測裝備布點系統(tǒng)具有十分重要的意義。

當(dāng)前，各級氣象部門對氣象雷達(dá)的規(guī)劃等，通常以文字描述為主,少數(shù)部門提供了在線查詢功能,但只側(cè)重于專題圖層展示，而沒有提供聯(lián)動操作[4]?；赪ebGIS的氣象雷達(dá)管理和查詢服務(wù)，在規(guī)劃設(shè)計實踐中有較強(qiáng)的應(yīng)用需求,利用GIS空間分析技術(shù)進(jìn)行站點劃分、氣象雷達(dá)規(guī)劃、資源配置優(yōu)化是氣象站網(wǎng)管理的重要研究內(nèi)容。本文基于B/S模式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的氣象觀測裝備布點系統(tǒng),能實現(xiàn)相關(guān)信息的錄入、導(dǎo)出和查詢,能動態(tài)掌握全省雷達(dá)、自動站等裝備網(wǎng)格化監(jiān)測設(shè)施布局和配置情況,為規(guī)劃和優(yōu)化全省氣象監(jiān)測站網(wǎng)布局、發(fā)揮氣象觀測裝備效益、減少重復(fù)建設(shè)、增強(qiáng)氣象災(zāi)害防御能力等提供技術(shù)支撐。通過分析現(xiàn)階段氣象觀測裝備站網(wǎng)規(guī)劃存在的不足和問題,以及氣象部門對氣象觀測裝備站網(wǎng)規(guī)劃的要求和相關(guān)規(guī)范,對不同的需求分別設(shè)計獨立的模塊,同時結(jié)合網(wǎng)格化元素,將氣象觀測裝備分類進(jìn)行網(wǎng)格化、區(qū)域化規(guī)劃,以滿足氣象資料多樣化的需求。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

氣象觀測裝備布點系統(tǒng)基于在線地圖API的Web地圖服務(wù)技術(shù)框架,采用MVC設(shè)計模式,有效地實現(xiàn)了各層間的松散耦合和各層內(nèi)部的緊密內(nèi)聚,便于代碼重用和系統(tǒng)維護(hù),提高了系統(tǒng)的靈活性、可重用性和可維護(hù)性。借助地圖API服務(wù)框架構(gòu)建自己的服務(wù)系統(tǒng),克服了網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)源瓶頸。圖1為系統(tǒng)整體設(shè)計框圖。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

2 分系統(tǒng)設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文設(shè)計了兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。一種是系統(tǒng)后端直接進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯并存入數(shù)據(jù)庫;另一種是通過Excel表格,將編輯好的文本文件直接導(dǎo)入系統(tǒng),再通過系統(tǒng)自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理,并存入數(shù)據(jù)庫中。

2.2 數(shù)據(jù)分析模塊

系統(tǒng)以計算服務(wù)、存儲服務(wù)和備份服務(wù)為主的基礎(chǔ)設(shè)施平臺,通過基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理、中間服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù),實現(xiàn)資源的集中化、規(guī)?；⒖梢暬?能夠?qū)崿F(xiàn)對各類異構(gòu)軟硬件基礎(chǔ)資源的兼容和資源的動態(tài)流轉(zhuǎn),同時將靜態(tài)、固定的資源進(jìn)行匯聚,形成數(shù)據(jù)資源池，支撐服務(wù)平臺的信息匯集、資源共享、應(yīng)用集成和業(yè)務(wù)協(xié)同。具體分為:離線分析、在線分析和配置管理。

(1)離線分析。隨時調(diào)用存儲于數(shù)據(jù)庫中的氣象設(shè)備站點資料,可以查看氣象觀測裝備站點的具體信息,包括經(jīng)緯度、海拔高度、建站時間、設(shè)備廠商等一系列信息。

(2)在線分析。在線任意添加各類氣象觀測裝備,可以利用數(shù)據(jù)庫中存儲的氣象觀測裝備位置信息進(jìn)行距離定位,設(shè)計了新一代天氣雷達(dá)故障顯示,當(dāng)某一臺站新一代天氣雷達(dá)發(fā)生故障時,在站網(wǎng)規(guī)劃圖中以紅色圖標(biāo)提醒。

(3)配置管理。配置管理包括管理人員設(shè)置、設(shè)備信息設(shè)置、站點管理設(shè)置等。

2.3 應(yīng)用模塊

通過WebGIS、Echarts等相關(guān)組件,對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。圖2為應(yīng)用平臺核心特征。

圖2 應(yīng)用平臺核心特征

3 功能設(shè)計

3.1 網(wǎng)格設(shè)計

通過圖層疊加的方式,調(diào)用高德地圖自定義接口CanvasLayer,實現(xiàn)二維網(wǎng)格化圖層。CanvasLayer是一個為其所有子項添加單獨的2D渲染層的節(jié)點。Viewport的子項默認(rèn)在圖層“0”處繪制,而CanvasLayer會在任何圖層號的圖層繪制。數(shù)字較大的圖層將被繪制在數(shù)字較小的圖層之上。CanvasLayer也有自己的變換,它不依賴于其他層的變換。將Canvas作為圖層添加在地圖上,Canvas圖層會隨縮放級別而自適應(yīng)縮放,使其成為間距可調(diào)整的網(wǎng)格,更加便于針對不同類型設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)格化布點規(guī)劃。圖3為網(wǎng)格繪制原理流程圖。

圖3 網(wǎng)格繪制原理流程圖

Canvas繪制網(wǎng)格過程如下:首先獲取Canvas元素,創(chuàng)建Canvas繪圖環(huán)境;然后分別創(chuàng)建垂直格網(wǎng)線路徑和水平格網(wǎng)線路徑,再依次設(shè)置繪制顏色、繪制線段的寬度、網(wǎng)格距離等元素,最終形成網(wǎng)格圖層。其中網(wǎng)格距離設(shè)置為數(shù)值輸入模式,方便網(wǎng)格距離的選擇。

3.2 設(shè)備管理

系統(tǒng)通過動態(tài)維護(hù)設(shè)備的類型和設(shè)備基礎(chǔ)信息,進(jìn)行在線編輯。

3.2.1 設(shè)備類型管理和維護(hù)

圖4為設(shè)備類型管理界面。設(shè)備類型的管理和維護(hù)主要包括設(shè)備類型名稱、圖標(biāo)是否新建,通過動態(tài)綁定圖標(biāo),可以在地圖上,分別呈現(xiàn)設(shè)備類型、站點、是否新建站點、經(jīng)緯度、設(shè)備型號、廠家及備注等信息,通過對設(shè)備的經(jīng)緯度的維護(hù),可以在地圖上顯示設(shè)備的位置。

圖4 設(shè)備類型管理界面

3.2.2 站點管理

系統(tǒng)通過動態(tài)維護(hù)站點基礎(chǔ)信息,對站點的經(jīng)緯度、名稱進(jìn)行在線編輯。支持站點信息手工錄入和Excel導(dǎo)入。導(dǎo)入時通過下載Excel模板,按照模板格式,復(fù)制站點信息,然后把數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入系統(tǒng)中。圖5為站點管理Excel導(dǎo)入界面。

圖5 站點管理Excel導(dǎo)入界面

3.3 動態(tài)繪制點標(biāo)記

系統(tǒng)通過動態(tài)維護(hù)氣象觀測裝備的經(jīng)緯度和站點的經(jīng)緯度,調(diào)用地圖相關(guān)接口,實現(xiàn)動態(tài)呈現(xiàn)點標(biāo)記。分別有:點標(biāo)記(Marker)、圓形標(biāo)記(CircleMarker)和文本標(biāo)記(Text)。同時系統(tǒng)還支持設(shè)備類型多條件查詢,可以選擇多種設(shè)備同時顯示對比。

3.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用MySQL數(shù)據(jù)庫,MySQL是最流行的開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),具有體積小、穩(wěn)定性好、成本低等特點,被廣泛用于各類Web應(yīng)用中[5]。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)庫主要包含以下幾個功能表:管理人員表(管理員的相關(guān)信息、登錄密碼等);設(shè)備維護(hù)信息表(設(shè)備型號、設(shè)備廠家等);設(shè)備類型信息表(設(shè)備類型、設(shè)備圖標(biāo)等);站點信息表(站點信息、經(jīng)緯度等);系統(tǒng)管理表(系統(tǒng)日志、角色管理等)。圖6為數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

圖6 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)開發(fā)完成后得到了廣泛應(yīng)用,浙江省氣象局觀測與網(wǎng)絡(luò)處在編寫《浙江省網(wǎng)格化氣象監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案》《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展氣象保障方案》《浙江省“十四五”氣象發(fā)展規(guī)劃——氣象監(jiān)測預(yù)報能力提升工程》等過程中，均使用該系統(tǒng)對全省將要建設(shè)的氣象觀測裝備站點位置進(jìn)行了設(shè)計和規(guī)劃。

5 小 結(jié)

本文闡述了氣象觀測裝備布點系統(tǒng)的設(shè)計方法,該系統(tǒng)具備很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可移植性。應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的交互分配合理,使得整個系統(tǒng)易于維護(hù)。系統(tǒng)以高德地圖中GIS平臺為基礎(chǔ),集成多種空間數(shù)據(jù)組織存儲管理,實現(xiàn)基于空間數(shù)據(jù)的臺站信息處理、操作、數(shù)據(jù)交換、查詢、分析等功能。通過地圖整合全部臺站信息數(shù)據(jù),使其可在行政區(qū)劃、地形、氣象專題等多層地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行疊加顯示,提供良好的可視化,并可根據(jù)空間進(jìn)行查詢分析,提供各類統(tǒng)計分析結(jié)果。該系統(tǒng)目前已在浙江省氣象局推廣應(yīng)用,為氣象觀測裝備布點規(guī)劃提供了切實有效的理論基礎(chǔ)保障。