楊明，陳晴，劉永生，曾悠，韓頌雨，肖云

（浙江省氣象信息網(wǎng)絡中心，杭州 310017）

0 引言

大風是我國沿海的重大災害性天氣之一，它給海上航運、漁業(yè)生產(chǎn)、近海養(yǎng)殖等帶來了嚴重影響和危害，甚至對人民群眾的生命帶來了威脅[1]。由于我國東南沿海毗鄰太平洋，海區(qū)遼闊跨越東亞季風區(qū)，而海洋氣象監(jiān)測相對稀少[2]，沿海自北向南分布的島嶼上建了許多海洋氣象站和海洋浮標站，這些氣象站的大風資料的監(jiān)測，對防臺、抗災等方面的作用非常重大。

這些氣象站的大風資料的監(jiān)測顯示，大多數(shù)是在沒有地理信息的單機桌面平臺上使用，存在操作不便、移值難、維護難等問題，而采用傳統(tǒng)的B/S架構的Web系統(tǒng)，存在響應速度慢，交互性差等缺點。這些必影響決策服務和資料時空分析的準確性。在Silverlight上實現(xiàn)大風資料的監(jiān)測，具有分布性、共享性強、維護簡單方便、業(yè)務擴展簡單特點，通過Web瀏覽器可以隨時隨地對大風進行監(jiān)測、查詢?yōu)g覽等操作，可以通過地理信息數(shù)據(jù)的支撐，直觀地監(jiān)測大風信息，能更好地為各級政府及氣象部門組織防災減災，防臺抗臺等決策提供重要的依據(jù)，是氣象部門加強為防災抗災服務的重要手段。

本文旨在建立一個基于Silverlight的大風監(jiān)測系統(tǒng)，為防臺抗臺及各防災減災成員單位及相關防汛人員提供決策依據(jù)和專業(yè)服務。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 整體框架結構

為了保證大風監(jiān)測系統(tǒng)的低耦合性、高擴展性，系統(tǒng)的整體框架結構采用層次化的設計，整體框架結構由數(shù)據(jù)支撐層、業(yè)務邏輯層、應用服務層和大風監(jiān)測表示層組成，整體框架結構如圖1所示。

數(shù)據(jù)支撐層：用于存儲數(shù)據(jù)的基礎數(shù)據(jù)庫。其中，地理信息相關的數(shù)據(jù)存儲于空間數(shù)據(jù)庫，大風數(shù)據(jù)存儲于大風數(shù)據(jù)庫，應用服務層通過數(shù)據(jù)庫引擎實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調用。

應用服務層：實現(xiàn)系統(tǒng)架構平臺的主要功能，主要功能分為三類，分別是地理信息服務功能，系統(tǒng)集成接口，應用領域的管理信息系統(tǒng)服務。地理信息服務功能主要包括地圖瀏覽服務、空間數(shù)據(jù)查詢服務、圖層編輯服務、與地理信息想關的數(shù)據(jù)處理算法庫、空間數(shù)據(jù)維護服務等；系統(tǒng)集成接口根據(jù)業(yè)務領域的需求，構建不同的系統(tǒng)集成接口組件，主要提供對業(yè)務邏輯層的集成、數(shù)據(jù)集成等功能；應用領域的管理系統(tǒng)服務是將現(xiàn)在應用領域的功能封裝為服務，并通過服務層被應用系統(tǒng)調用。

圖1 整體框架結構

業(yè)務邏輯層：是平臺對表現(xiàn)層的支撐，平臺的所有功能都以業(yè)務邏輯的形式進行封閉和發(fā)布。實現(xiàn)表現(xiàn)層請求，根據(jù)業(yè)務邏輯設計，完成對系統(tǒng)功能的請求，不同的服務之間也可以實現(xiàn)相互調用，共同完成業(yè)務流程。業(yè)務邏輯層還包括了與地理信息相關的服務，也包括了與管理相關的服務。

表現(xiàn)層：是架構平臺與用戶的接口層，實現(xiàn)的主要功能包括接收用戶的輸入信息，并將請求發(fā)送給服務端，服務器端接收請求并進行處理后，表現(xiàn)層將返回的信息以文字、圖片、表格等多種方式展現(xiàn)給用戶，完成系統(tǒng)功能。

1.2 系統(tǒng)功能

為了滿足大風監(jiān)測的需求，對系統(tǒng)的整體功能進行了設計，系統(tǒng)功能主要包括五大類：實況展示、查詢統(tǒng)計、觀測站信息可視化、曲線圖表和基礎地理信息服務等5個功能。系統(tǒng)功能結構如圖2所示。

（1）大風實況：主要通過讀取大風數(shù)據(jù)庫，在地理信息上顯示各站點的實時大風數(shù)據(jù)庫信息及等級信息。

（2）查詢統(tǒng)計：通過不同的大風統(tǒng)計類別，在地理信息上顯示各站點的實時大風數(shù)據(jù)庫信息及等級信息。

圖2 系統(tǒng)功能結構

（3）觀測站可視化：主要通過讀取大風數(shù)據(jù)庫中的觀測站表，在地理信息上顯示各站點的站名、經(jīng)緯度信息。

（4）曲線圖表功能：主要通過讀取大風數(shù)據(jù)庫中的近24小時數(shù)據(jù)，以曲線圖的方式顯示各站點的近24小時大風的數(shù)據(jù)變化。

（5）地理信息操作：主要通過讀取地理信息數(shù)據(jù)庫中地理信息，以切片的方式顯示地圖。地理信息的操作功能包括了放大、縮小、漫游、地圖的選擇、測距、清屏、圖層選擇。

2 基于Silverlight的系統(tǒng)功能實現(xiàn)

Silverlight是由微軟公司開發(fā)的跨平臺、跨瀏覽器的RIA（Rich Internet Applications，富互聯(lián)網(wǎng)應用程序）實現(xiàn)技術[3-4]，是基于.NET的交互式Web應用程序。它具有以下幾個方面特性：

（1）基于瀏覽器插件，支持RIA，具有跨瀏覽器、跨平臺特性。Silverlight可以在通用的瀏覽器上創(chuàng)建和運行RIA，其方式類似于Flash動畫。另外，不僅可以運行Web平臺，也可以應用到Windows桌面版和移動設備上（如Windows Phone7），開發(fā)和設計不需要考慮用戶所使用的瀏覽器或平臺。

（2）客戶端數(shù)據(jù)處理與緩存功能。Silverlight在客戶端具有一定的計算能力，同時緩存大量的數(shù)據(jù)，減松服務端與客戶端交互的壓力。

（3）提供豐富的交互式的用戶體驗。Silverlight包含WPF技術的一個子集，不僅擴展了瀏覽器中用于創(chuàng)建UI的元素，還使Silverlight應用程序在瀏覽器中展示效果遠超單獨使用HTML提供的效果。Silverlight允許創(chuàng)建動畫、媒體、沉浸式圖形和其他豐富的客戶端功能效果?？蓴U展應用程序標記語言（XAML）是Sil?verlight對UI界面設計使用的語言，XAML提供用于創(chuàng)建元素的聲明性標記語法。

（4）Silverlight提供對JavaScript等通用腳本語言的擴展，并可以控制瀏覽器的UI，包括使用WPF元素；Silverlight可以集成在ASP.NET頁面中，還可以與Ja?vaScript和ASP.NET AJAX代碼無縫集成，增加頁面體驗效果并增強頁面功能。

（5）Silverlight擁有TCP上的HTTP網(wǎng)絡支持。應用程序可以連接SOAP、WCP、ASP.NET AJAX等服務，接收XML、RSS、JSON等格式的數(shù)據(jù)。

利用這些特性，構建了基于B/S結構的大風監(jiān)測系統(tǒng)，即可以有效地解決桌面版大風監(jiān)測系統(tǒng)的操作不便、移值難、維護難問題，也可以提高傳統(tǒng)的B/S的計算能力和響應速度，提升用戶體驗。

整個系統(tǒng)的核心模塊主要由數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)和Sil?verlight層次結構實現(xiàn)。

2.1 大風監(jiān)測數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務層主要采用Web Service實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務的部署、注冊和發(fā)布。它負責接收業(yè)務邏輯層的數(shù)據(jù)和計算的請求，訪問數(shù)據(jù)庫里的大風監(jiān)測數(shù)據(jù)，轉換數(shù)據(jù)格式，通過數(shù)據(jù)接口，返回給業(yè)務邏輯層。.NET平臺為Web Service提供了集成開發(fā)環(huán)境，本文采用.NET平臺開發(fā)，并部署在IIS應用服務器。它分為兩個步驟：

（1）創(chuàng)建創(chuàng)建Web Service的Web數(shù)據(jù)服務

Web Service向外部程序提供了可調用的Web服務接口及其描述，創(chuàng)建Web Service的Web數(shù)據(jù)服務應用程序的關鍵是實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作接口，使其滿足數(shù)據(jù)服務的需求。利用.NET平臺開發(fā)，創(chuàng)建asmx文件，打開asmx.cs文件創(chuàng)建數(shù)據(jù)操作接口。偽代碼示例如下：

創(chuàng)建某時次所有站點的大風數(shù)據(jù)接口[WebMethod]

public List＜Wind＞ GetWindItems（string datetime）{

//根據(jù)時次，讀取所有站點的大風數(shù)據(jù)庫；

//數(shù)據(jù)格式化并封裝；

//返回大風對象；}

創(chuàng)建某大風站點的大風時序數(shù)據(jù)接口[WebMethod]

public WindSeries GetWindSeries（string stationed,string date?time,int hours=24）{

//根據(jù)時次和時序，讀取某個站點的大風數(shù)據(jù)庫；

//數(shù)據(jù)格式化并封裝；

//返回大風對象；

}

（2）部署發(fā)布Web Service的Web數(shù)據(jù)服務

Web數(shù)據(jù)服務部署到應用服務器，通過IIS發(fā)布提供對外服務，采用URL或Silverlight引用Service程序訪問發(fā)布的服務接口，獲取數(shù)據(jù)。本文在應用中過程，Web Service的Web數(shù)據(jù)服務和大風監(jiān)測系統(tǒng)Silver?light端部署在相同的域中，以解決由Silverlight安全性帶來的跨域問題。

2.2 大風監(jiān)測Silverlight層次結構實現(xiàn)

大風監(jiān)測Silverlight端由整體結構的表示層和業(yè)務邏輯層組成。

（1）表示層主要采用XAML定義了系統(tǒng)的界面布局和控件，包括在地圖的調用、大風實時在線顯示、大風站點顯示、站點時序圖表等，并將這些布局和控件，顯示在Web瀏覽器上。同時，還定義了控件與用戶實時交互的事件，將用戶的操作，通過事件，提交給業(yè)務邏輯層處理，最后業(yè)務邏輯層將結果反饋給表示層。

如地圖的調用采用ArcGIS API for Silverlight控件開發(fā)，代碼如下：

＜esri:Map x:Name="windmap"＞

＜esri:Map.Layers＞＜!—添加圖層--＞

＜esri:ArcGISDynamicMapServiceLayer ID="BaseMap"/＞

＜esri:GraphicsLayer ID="windLayer"/＞

＜/esri:Map.Layers＞

＜/esri:Map＞

（2）業(yè)務邏輯層是系統(tǒng)的核心，這部分的代碼主要采用C#語言實現(xiàn)。從功能上來看，業(yè)務邏輯層主要響應表示層的交互事件，如大風信息、地圖操作和站點時序等。業(yè)務邏輯在獲取到表示層的請求事件后，根據(jù)相關的參數(shù)和業(yè)務設計，通過業(yè)務邏輯封裝，采用WebService異步調用方式，向數(shù)據(jù)服務層請求大風數(shù)據(jù)，站點單擊大風時序示例偽代碼如下：

//站點單擊事件

private void StationOnClick（object sender,RoutedEventArgs routedEventArgs）{

//獲取站號；

//通過windSeriesData函數(shù)，請求該站大風時序數(shù)據(jù)

}

//采用WebService異步調用方式，請求大風數(shù)據(jù)

private void windSeriesData（string stationid,string datetime,int hours=24）

{

WindServiceSoapClient client=new WindService SoapCli?ent（）;

client.GetWindSeriesCompleted+=new EventHandler＜Ge?tWindSeriesCompletedEventArgs＞（client_GetWi-ndSeriesCom?pleted）;

client.GetWindSeriesAsync（stationid,datetime,hours）;client=null;

}

//獲取數(shù)據(jù)結果

void client_GetWindSeriesCompleted（object sender,GetWind?SeriesCompletedEventArgs e）

{//在圖表控件上，顯示圖表}

（3）Silverlight應用程序部署在服務端，在瀏覽器客戶端，會自動下載xap包，它是Silverlight應用程序編譯好的文件，表示層的界面元素和業(yè)務邏輯時實現(xiàn)的事件和功能，通過客戶端瀏覽器內(nèi)嵌的silverlight來執(zhí)行。

3 應用實例效果

利用本文介紹的基于Silverlight技術及方案，實現(xiàn)了大風監(jiān)測系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在業(yè)務中得到實際的應用，應用結果顯示，系統(tǒng)能夠實時獲取大風數(shù)據(jù)及站點數(shù)據(jù)，并能在地圖上正確展示。同時，站點時序曲線，也能正確的在圖表控件上顯示。整個系統(tǒng)運行流暢、穩(wěn)定、方便直觀，實現(xiàn)了的業(yè)務需求目標。實現(xiàn)了桌面版和傳統(tǒng)Web的難以實現(xiàn)的一些界面操作和功能，使得系統(tǒng)響應更快，更加生動，操作方便和用戶友好的體驗效果。系統(tǒng)還具有良好的異構性，提供了跨平臺、跨系統(tǒng)、高可用的大風監(jiān)測服務，具有較好的效果。應用效果如圖3所示。

圖3 單站近24小時時序效果圖

4 結語

本文設計實現(xiàn)了基于Silverlight的大風監(jiān)測系統(tǒng)，在業(yè)務應用結果表明，系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了大風實時監(jiān)測可視化，還提供了高可用的大風監(jiān)測數(shù)據(jù)和豐富的功能。Silverlight技術的運用使得大風監(jiān)測系統(tǒng)響應更快、表現(xiàn)元素更加生動，操作和用戶體驗更加友好。但是隨著大氣監(jiān)測業(yè)務不斷更新和功能需求增加，該系統(tǒng)仍有不完善之處，待未來不斷完善和提高，以滿足大風監(jiān)測業(yè)務應用的更高需求。

[1]孫燕,吳海英,沈樹勤,等.冬春季江蘇沿海大風的特征[J].南京氣象學院學報,2007,30（5）:699-704.

[2]盧美,朱業(yè).浙江沿海大風的天氣氣候特征[J].杭州師范大學學報（自然科學版）,2011,10（5）:474-480.

[3]程國雄,胡世清.基于Silverlight的RIA系統(tǒng)架構與設計模式研究[J].計算機工程與設計,2010,31（8）:1706-1709.

[4]李愛民,劉晶.Silverlight相關技術研究[J].計算機技術與發(fā)展,2009,19（6）:117-120.