崔迪

(寧波工程學院,浙江寧波 315211)

基于GIS的精細化氣象預報平臺設(shè)計與應用

崔迪

(寧波工程學院,浙江寧波 315211)

傳統(tǒng)的氣象預報具有較大局限性,本文提出了一種基于GIS的精細化預報模式,從系統(tǒng)架構(gòu)、服務(wù)器設(shè)計以及數(shù)據(jù)定義模式等三方面講述了精細化預報的關(guān)鍵,即對大量數(shù)據(jù)的有效存儲和處理,從而避免因氣象災害預報的不準確性帶來的生產(chǎn)生活的損失。

GIS 精細化 氣象 預報

1 系統(tǒng)架構(gòu)

氣象數(shù)據(jù)類型多、格式復雜、存儲分散、數(shù)據(jù)量大，直接通過單一程序進行數(shù)據(jù)的處理顯示顯然是不合適的。因此系統(tǒng)采取C/S架構(gòu)，在本地架設(shè)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，服務(wù)器上的服務(wù)端對需要使用到的數(shù)據(jù)拷貝到本地并進行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)訂正等的中轉(zhuǎn)及處理，客戶端則只作顯示以及需要人機交互部分。這樣除了能提高顯示速度外，還能有效減少由于多客戶端以及重復的查詢引起的與寧波市氣象局的數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)采用c#以及MeteoInfo開發(fā)，主要由資料處理程序(服務(wù)器)和實時顯示程序(客戶端)組成。系統(tǒng)采用模塊設(shè)計，從功能上主要劃分成實時顯示模塊、資料預處理模塊和短信發(fā)送模塊三大模塊。(如圖1所示)

2 服務(wù)器端設(shè)計

服務(wù)器端以文件及數(shù)據(jù)庫的形式存儲最新的預報以及實況數(shù)據(jù)，將氣象臺WRF數(shù)據(jù)同步到本地，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為能直接繪圖顯示的Tiff格式資料，將數(shù)據(jù)內(nèi)插為站點數(shù)據(jù)并存儲到本地，更新實況已經(jīng)預報數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)閾值對每個站點的實況及預報數(shù)據(jù)進行檢查，超過閾值時發(fā)送提示短信。

根據(jù)上述任務(wù)需要可設(shè)計數(shù)據(jù)復制和數(shù)據(jù)更新兩個程序。

數(shù)據(jù)復制程序?qū)儆诤笈_處理程序，主要是將WRF數(shù)值模式預報產(chǎn)品拷貝到本地服務(wù)器，并轉(zhuǎn)化為Tiff格式的柵格數(shù)據(jù)，同時根據(jù)第一章所述方法生成訂正后得站點的降水、溫度和風數(shù)據(jù)，以提高客戶端程序的顯示性能。程序?qū)儆诔ｑv內(nèi)存程序，空閑時間不占用CPU資源，內(nèi)存占用小于40M。程序主要實現(xiàn)資料同步拷貝以及轉(zhuǎn)換功能。考慮實際網(wǎng)絡(luò)以及磁盤性能，資料拷貝使用單線程順序處理；格式轉(zhuǎn)換功能使用多線程并發(fā)處理，并發(fā)線程數(shù)內(nèi)部可調(diào)，使用者可根據(jù)機器性能設(shè)置并發(fā)處理線程數(shù)。

圖1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

數(shù)據(jù)更新程序也為后臺處理程序，主要是將站點的預報數(shù)據(jù)(包括WRF預報以及雷達預報)以及實況數(shù)據(jù)(降水、溫度和風)更新到數(shù)據(jù)庫中，同時查詢系統(tǒng)中存儲的閾值，超過閾值的時候發(fā)送服務(wù)提示短信給值班人員，而前段客戶端在更新數(shù)據(jù)后，將會有報警提示。此程序也為常駐內(nèi)存程序，空閑時間不占用CPU資源，內(nèi)存占用小于40M。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可采取容錯設(shè)計。

兩個后臺程序采取線程檢測原理，運行機器上如果處理程序沒有運行的情況下會自動運行，如果已經(jīng)運行，即使手工運行該程序也會提示并關(guān)閉，防止對同一數(shù)據(jù)進行多次操作。

數(shù)據(jù)復制程序在讀取資料文件時，會對資料的文件名、路徑以及文件頭內(nèi)容校對，如出現(xiàn)錯誤將不會讀取資料，防止對資料的誤讀。對文件內(nèi)部資料提取方式采取實時生成策略，即使數(shù)據(jù)分辨率等發(fā)生變化，只要資料文件頭描述正確，也能正常讀取。

短信發(fā)送模塊采取雙網(wǎng)絡(luò)鏈路的方式連接數(shù)據(jù)庫，只要移動代理服務(wù)器正常工作，任意一條網(wǎng)絡(luò)鏈路連通的情況下均能正常發(fā)送預警短信。如果在短信發(fā)送過程中出現(xiàn)任何問題，均會簡單明了地記錄到記錄文件中，方便使用者排除問題。

圖2是系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)流向圖。

3 數(shù)據(jù)定義

由于氣象數(shù)據(jù)的種類多，格式復雜，直接使用通用的方式進行數(shù)據(jù)讀取是有一定困難的。雖然自定義格式的數(shù)據(jù)能很好的滿足業(yè)務(wù)上的需求，但如果設(shè)計不當，后期因格式調(diào)整引起的程序調(diào)整工作量將會相當大。因此項目中所采用的所有中間數(shù)據(jù)均為通用的標準數(shù)據(jù)格式，相比自定義的數(shù)據(jù)格式性能可能會略有降低，不過這樣的好處是可以通過現(xiàn)有的公開的接口和代碼方便地對數(shù)據(jù)進行讀寫，即使更換GIS平臺甚至是更換開發(fā)語言也不需要進行重復的開發(fā)。

目前使用數(shù)據(jù)中包含WRF地面資料，由于單個數(shù)據(jù)文件較大，受磁盤性能影響，直接讀取顯示顯然不合適，因此根據(jù)實際需要，對WRF數(shù)據(jù)可采取輸出GeoTiff文件(帶地理信息標簽圖像文件格式)作為中間數(shù)據(jù)來提高檢索顯示速度。

在數(shù)據(jù)格式上，為了避免因書寫錯誤等原因引起的程序異常，內(nèi)部可采用枚舉型變量處理數(shù)據(jù)格式類型。

[1]張曉冬,張建敏.基于NET和AJAX框架的精細化城市天氣預報查詢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技通報.2011(06).

[2]陳劍洪,龍宇,陳克非,王永濤.Identity-Based Key-Insulated Proxy Signature Without Random Oracles[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University(Science).2011(05).

[3]萬中美,孟祥芹,洪璇.Certificateless Strong Key-Insulated Signature Without Random Oracles[J].Journal of Shanghai Jiaotong University(Science).2011(05).

[4]李忠武,黃金權(quán),李裕元,郭旺,朱劍峰.Assessment on soil fertility of Dongting Lake wetland area (China) based on GIS and fuzzy evaluation[J].Journal of Central South University of Technology. 2011(05).

[5]曲衛(wèi)華.Microsoft.NET Framework環(huán)境中異步編程淺析[J].太原大學學報,2010(02)

[6]陳趙云,董海燕,周永福.基于.NET Framework的Web管理系統(tǒng)研究與開發(fā)(C#)[J].電腦知識與技術(shù),2010(17).

[7]贠汝文,祁廣云.基于VS2005的WinCE應用程序開發(fā)環(huán)境研究[J].大慶師范學院學報,2010(03).