“三峽庫區降水資料分析處理系統”的設計與實現

劉瑩

摘 要 三峽水庫氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區。為了能預警三峽庫區地質災害從而減少災害造成的傷亡，設計開發了“三峽庫區降水資料分析處理系統”，為三峽庫區監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。該系統基于Oracle關系數據庫建立了三峽庫區降水資料數據庫及氣象產品集，并建立了基于ArcGIS平臺的三峽庫區氣象資料查詢、檢索、統計系統，實現各類資料的統計、分析和顯示功能。

關鍵詞 三峽庫區；氣象預警信息；數據庫

中圖分類號：P462 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0014-02

三峽水庫地處長江上游， 氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區[1]。建立較為完備的三峽庫區地質災害監測預警防治指揮系統，基本消除庫區范圍特大型地質災害隱患點的威脅，使地質災害造成的人員傷亡明顯減少，任務迫切而艱

巨[2][3]。“三峽庫區降水資料分析處理系統”依據國家發改委批準的“三峽庫區三期地質災害防治監測預警工程崩塌滑坡專業監測系統和預警指揮系統專項”及資金投資計劃（文件號：發改地區[2006]899號）而開展的建設工作。建設主要任務是：

1）收集處理三峽庫區氣象站歷年降水資料和多普勒雷達歷史資料；2）分析降水時空分布特征；3）建立降水資料數據庫及其統計加工顯示系統；4）為三峽庫區地質災害監測預警提供氣象歷史信息，為監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。

1 系統設計

“三峽庫區降水資料分析處理系統”系統結構，包括氣象預警信息分析顯示軟件、自動站降水信息格點數據生成模塊、自動站降水資料數據傳輸與監控模塊、數據采集模塊、數據入庫管理模塊。系統結構圖見圖1。

1.1 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件部署于三峽地質災害防治指揮部，用于數據的分析、查詢與顯示。包括產品圖片生成子模塊、氣象信息入庫子模塊和氣象信息WEB發布子模塊。產品圖片生成子模塊包括短時臨近預報產品圖片生成功能和精細化預報產品圖片生成功能；氣象信息入庫子模塊包括自動站小時觀測數據入庫功能、未來3-12小時降水預報產品入庫功能和降水釋用預報產品入庫功能；氣象信息WEB發布子模塊包括以下功能：衛星資料數據查詢顯示、自動站實時數據查詢顯示、自動站數據統計、降水釋用預報查詢顯示、中尺度數值模式降水預報查詢顯示、過去1小時降水估算查詢顯示、未來2小時降水預測查詢顯示、未來3-12小時預測查詢顯示。

1.2 自動站降水信息格點數據生成模塊

自動站降水信息格點數據生成模塊部署于湖北省氣象局，負責生成自動站降水信息格點數據。該模塊從數據庫獲取自動站站點降水信息，如果該時次沒有降水則不繪制，如果有降水則根據站點信息生成點圖層，并用克里格算法插值生成降水格點數據。

1.3 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

三峽庫區降水資料傳輸與監控模塊部署于湖北省氣象局，負責傳輸所有實時資料與產品數據至三峽地質災害防治指揮部，并對數據傳輸情況進行監控查詢顯示，以及對數據傳輸情況進行統計。

1.4 數據采集模塊

數據采集模塊部署在湖北省氣象局，用于采集觀測數據和預報產品，按規定文件格式生成觀測數據文件，并按一定的目錄結構存儲觀測數據和預報產品。包括自動站逐小時資料生成程序、自動站逐小時降水量（micaps第三類格式）數據生成程序、衛星資料采集程序。

1.5 數據入庫管理模塊

數據入庫管理模塊部署在三峽庫區地質災害防治指揮部，用于氣象觀測數據和預報產品解讀入oracle數據對應的庫表中，并對完成入庫操作后的數據文件按月歸檔。包括自動站小時觀測數據入庫管理程序、降水釋用預報產品入庫管理程序、未來3-12小時降水預報產品入庫管理程序。

2 數據庫設計

數據庫設計包括文件庫存儲管理設計和關系數據庫存儲管理設計。非結構化數據存儲在文件庫，結構化數據存儲管理在基于Oracle10g的三峽庫區氣象資料關系數據庫中，為“三峽庫區降水資料分析處理系統”顯示平臺提供數據源和數據管理。重點需要解決資料的預處理問題，實現數據的自動入庫，數據加工統計，數據管理。

2.1 數據流程設計

三峽庫區氣象資料數據庫數據流程，包括數據預處理、數據入庫、數據存儲、數據備份與恢復、數據歸檔。數據流程圖見圖2。

圖2 三峽庫區氣象資料數據庫數據流程圖

2.2 文件庫

文件庫管理文件包括，實時衛星云圖、實時降水預報產品、4部多普勒天氣雷達建站以來的定量估測降水資料數據集。

文件庫存儲管理分為兩種方式，一種方式是基于氣象部門現有業務流程，采用文件目錄結構方式臨時存儲管理；另一種方式是采用Oracle數據庫lob（large object）類型來存儲大數量文件，用BLOB類型存儲管理圖像文件，如實時衛星云圖、等值線圖等，用BFILE類型存儲管理文本文件，如實時降水預報產品、雷達估測降水資料數據集等。

2.3 關系數據庫

基于Oracle10g數據庫為平臺，移植了用于系統建設時期web開發所使用的WAF框架所需的21張表，設計建立了關系數據庫表17個。管理數據主要包括，站點信息、自動氣象站資料、08時降水釋用預報產品站點數據、20時降水釋用預報產品站點數據、未來3-12小時降水預報產品站點數據，以及各類觀測數據、預報產品監控日志，該部分庫表的設計原則為方便數據分發監控及統計頁面查詢及統計。

3 主要功能模塊設計與實現

3.1 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

數據分發監控及統計頁面的傳輸統計欄提供數據傳輸統計功能，根據用戶選定的時間段統計一段時間內各類資料應到、實到和達到率的具體情況，顯示在監控統計欄內。另外還提供Excel表格生成功能，可將查詢結果生成Excel表格，保存到本地。

數據分發監控及統計頁面的傳輸監控欄對每一類資料的傳輸情況進行實時的監控，頁面顯示一天資料傳輸的情況，已正確傳輸的用綠顏色圓點表示，還未到達傳輸時間的用黃顏色圓點表示，到了傳輸時間未正確傳輸的用紅顏色圓點表示。除提供顏色告警功能外還提供聲音告警功能，以提醒值班員檢查數據傳輸狀況。另外還提供半年內歷史信息查詢功能，選擇日期后可查詢該日數據傳輸情況。1分鐘后該頁面自動返回實時監控狀態。

3.2 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件用于數據的查詢與顯示，采用B/S模式，使用C#語言開發，WEBGIS部分基于 ESRI ArcIms組件進行二次開發。該軟件實現降水資料、蒸發資料、雷達資料、衛星資料、降水釋用預報、中尺度數值模式降水預報、過去1小時降水估算、未來2小時降水預報、未來3-12小時降水預報等預報產品的發布與歷史和實時的查詢。其中降水資料、蒸發資料以WebGIS形式發布，實現放大、縮小、漫游、定區域查詢功能。

4 總結

“三峽庫區降水資料分析處理系統”實現了三峽庫區氣象觀測數據、預報產品的實時接收、傳輸、處理、圖表化顯示以及數據的監控等功能，經過兩年的業務運行驗證，該系統運行穩定、布局美觀、操作方便，為三峽庫區降水預報提供了重要的參考基礎，已在三峽庫區地質災害防治監測預警工作中發揮了重要作用。

參考文獻

[1]陳鮮艷，張強，葉殿秀，等.三峽庫區局地氣候變化[J].長江流域資源與環境，2009（01）.

[2]郭起豪.建立三峽庫區氣候變化監測系統[N].中國氣象報，2010.

[3]苗艷麗.三峽庫區防災減災添保障[N].中國氣象報，2009.endprint

摘 要 三峽水庫氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區。為了能預警三峽庫區地質災害從而減少災害造成的傷亡，設計開發了“三峽庫區降水資料分析處理系統”，為三峽庫區監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。該系統基于Oracle關系數據庫建立了三峽庫區降水資料數據庫及氣象產品集，并建立了基于ArcGIS平臺的三峽庫區氣象資料查詢、檢索、統計系統，實現各類資料的統計、分析和顯示功能。

關鍵詞 三峽庫區；氣象預警信息；數據庫

中圖分類號：P462 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0014-02

三峽水庫地處長江上游， 氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區[1]。建立較為完備的三峽庫區地質災害監測預警防治指揮系統，基本消除庫區范圍特大型地質災害隱患點的威脅，使地質災害造成的人員傷亡明顯減少，任務迫切而艱

巨[2][3]。“三峽庫區降水資料分析處理系統”依據國家發改委批準的“三峽庫區三期地質災害防治監測預警工程崩塌滑坡專業監測系統和預警指揮系統專項”及資金投資計劃（文件號：發改地區[2006]899號）而開展的建設工作。建設主要任務是：

1）收集處理三峽庫區氣象站歷年降水資料和多普勒雷達歷史資料；2）分析降水時空分布特征；3）建立降水資料數據庫及其統計加工顯示系統；4）為三峽庫區地質災害監測預警提供氣象歷史信息，為監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。

1 系統設計

“三峽庫區降水資料分析處理系統”系統結構，包括氣象預警信息分析顯示軟件、自動站降水信息格點數據生成模塊、自動站降水資料數據傳輸與監控模塊、數據采集模塊、數據入庫管理模塊。系統結構圖見圖1。

1.1 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件部署于三峽地質災害防治指揮部，用于數據的分析、查詢與顯示。包括產品圖片生成子模塊、氣象信息入庫子模塊和氣象信息WEB發布子模塊。產品圖片生成子模塊包括短時臨近預報產品圖片生成功能和精細化預報產品圖片生成功能；氣象信息入庫子模塊包括自動站小時觀測數據入庫功能、未來3-12小時降水預報產品入庫功能和降水釋用預報產品入庫功能；氣象信息WEB發布子模塊包括以下功能：衛星資料數據查詢顯示、自動站實時數據查詢顯示、自動站數據統計、降水釋用預報查詢顯示、中尺度數值模式降水預報查詢顯示、過去1小時降水估算查詢顯示、未來2小時降水預測查詢顯示、未來3-12小時預測查詢顯示。

1.2 自動站降水信息格點數據生成模塊

自動站降水信息格點數據生成模塊部署于湖北省氣象局，負責生成自動站降水信息格點數據。該模塊從數據庫獲取自動站站點降水信息，如果該時次沒有降水則不繪制，如果有降水則根據站點信息生成點圖層，并用克里格算法插值生成降水格點數據。

1.3 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

三峽庫區降水資料傳輸與監控模塊部署于湖北省氣象局，負責傳輸所有實時資料與產品數據至三峽地質災害防治指揮部，并對數據傳輸情況進行監控查詢顯示，以及對數據傳輸情況進行統計。

1.4 數據采集模塊

數據采集模塊部署在湖北省氣象局，用于采集觀測數據和預報產品，按規定文件格式生成觀測數據文件，并按一定的目錄結構存儲觀測數據和預報產品。包括自動站逐小時資料生成程序、自動站逐小時降水量（micaps第三類格式）數據生成程序、衛星資料采集程序。

1.5 數據入庫管理模塊

數據入庫管理模塊部署在三峽庫區地質災害防治指揮部，用于氣象觀測數據和預報產品解讀入oracle數據對應的庫表中，并對完成入庫操作后的數據文件按月歸檔。包括自動站小時觀測數據入庫管理程序、降水釋用預報產品入庫管理程序、未來3-12小時降水預報產品入庫管理程序。

2 數據庫設計

數據庫設計包括文件庫存儲管理設計和關系數據庫存儲管理設計。非結構化數據存儲在文件庫，結構化數據存儲管理在基于Oracle10g的三峽庫區氣象資料關系數據庫中，為“三峽庫區降水資料分析處理系統”顯示平臺提供數據源和數據管理。重點需要解決資料的預處理問題，實現數據的自動入庫，數據加工統計，數據管理。

2.1 數據流程設計

三峽庫區氣象資料數據庫數據流程，包括數據預處理、數據入庫、數據存儲、數據備份與恢復、數據歸檔。數據流程圖見圖2。

圖2 三峽庫區氣象資料數據庫數據流程圖

2.2 文件庫

文件庫管理文件包括，實時衛星云圖、實時降水預報產品、4部多普勒天氣雷達建站以來的定量估測降水資料數據集。

文件庫存儲管理分為兩種方式，一種方式是基于氣象部門現有業務流程，采用文件目錄結構方式臨時存儲管理；另一種方式是采用Oracle數據庫lob（large object）類型來存儲大數量文件，用BLOB類型存儲管理圖像文件，如實時衛星云圖、等值線圖等，用BFILE類型存儲管理文本文件，如實時降水預報產品、雷達估測降水資料數據集等。

2.3 關系數據庫

基于Oracle10g數據庫為平臺，移植了用于系統建設時期web開發所使用的WAF框架所需的21張表，設計建立了關系數據庫表17個。管理數據主要包括，站點信息、自動氣象站資料、08時降水釋用預報產品站點數據、20時降水釋用預報產品站點數據、未來3-12小時降水預報產品站點數據，以及各類觀測數據、預報產品監控日志，該部分庫表的設計原則為方便數據分發監控及統計頁面查詢及統計。

3 主要功能模塊設計與實現

3.1 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

數據分發監控及統計頁面的傳輸統計欄提供數據傳輸統計功能，根據用戶選定的時間段統計一段時間內各類資料應到、實到和達到率的具體情況，顯示在監控統計欄內。另外還提供Excel表格生成功能，可將查詢結果生成Excel表格，保存到本地。

數據分發監控及統計頁面的傳輸監控欄對每一類資料的傳輸情況進行實時的監控，頁面顯示一天資料傳輸的情況，已正確傳輸的用綠顏色圓點表示，還未到達傳輸時間的用黃顏色圓點表示，到了傳輸時間未正確傳輸的用紅顏色圓點表示。除提供顏色告警功能外還提供聲音告警功能，以提醒值班員檢查數據傳輸狀況。另外還提供半年內歷史信息查詢功能，選擇日期后可查詢該日數據傳輸情況。1分鐘后該頁面自動返回實時監控狀態。

3.2 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件用于數據的查詢與顯示，采用B/S模式，使用C#語言開發，WEBGIS部分基于 ESRI ArcIms組件進行二次開發。該軟件實現降水資料、蒸發資料、雷達資料、衛星資料、降水釋用預報、中尺度數值模式降水預報、過去1小時降水估算、未來2小時降水預報、未來3-12小時降水預報等預報產品的發布與歷史和實時的查詢。其中降水資料、蒸發資料以WebGIS形式發布，實現放大、縮小、漫游、定區域查詢功能。

4 總結

“三峽庫區降水資料分析處理系統”實現了三峽庫區氣象觀測數據、預報產品的實時接收、傳輸、處理、圖表化顯示以及數據的監控等功能，經過兩年的業務運行驗證，該系統運行穩定、布局美觀、操作方便，為三峽庫區降水預報提供了重要的參考基礎，已在三峽庫區地質災害防治監測預警工作中發揮了重要作用。

參考文獻

[1]陳鮮艷，張強，葉殿秀，等.三峽庫區局地氣候變化[J].長江流域資源與環境，2009（01）.

[2]郭起豪.建立三峽庫區氣候變化監測系統[N].中國氣象報，2010.

[3]苗艷麗.三峽庫區防災減災添保障[N].中國氣象報，2009.endprint

摘 要 三峽水庫氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區。為了能預警三峽庫區地質災害從而減少災害造成的傷亡，設計開發了“三峽庫區降水資料分析處理系統”，為三峽庫區監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。該系統基于Oracle關系數據庫建立了三峽庫區降水資料數據庫及氣象產品集，并建立了基于ArcGIS平臺的三峽庫區氣象資料查詢、檢索、統計系統，實現各類資料的統計、分析和顯示功能。

關鍵詞 三峽庫區；氣象預警信息；數據庫

中圖分類號：P462 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0014-02

三峽水庫地處長江上游， 氣候變化復雜，是災害性天氣和暴雨的多發地區[1]。建立較為完備的三峽庫區地質災害監測預警防治指揮系統，基本消除庫區范圍特大型地質災害隱患點的威脅，使地質災害造成的人員傷亡明顯減少，任務迫切而艱

巨[2][3]。“三峽庫區降水資料分析處理系統”依據國家發改委批準的“三峽庫區三期地質災害防治監測預警工程崩塌滑坡專業監測系統和預警指揮系統專項”及資金投資計劃（文件號：發改地區[2006]899號）而開展的建設工作。建設主要任務是：

1）收集處理三峽庫區氣象站歷年降水資料和多普勒雷達歷史資料；2）分析降水時空分布特征；3）建立降水資料數據庫及其統計加工顯示系統；4）為三峽庫區地質災害監測預警提供氣象歷史信息，為監測預警分析和指揮系統應用提供氣象數據支撐。

1 系統設計

“三峽庫區降水資料分析處理系統”系統結構，包括氣象預警信息分析顯示軟件、自動站降水信息格點數據生成模塊、自動站降水資料數據傳輸與監控模塊、數據采集模塊、數據入庫管理模塊。系統結構圖見圖1。

1.1 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件部署于三峽地質災害防治指揮部，用于數據的分析、查詢與顯示。包括產品圖片生成子模塊、氣象信息入庫子模塊和氣象信息WEB發布子模塊。產品圖片生成子模塊包括短時臨近預報產品圖片生成功能和精細化預報產品圖片生成功能；氣象信息入庫子模塊包括自動站小時觀測數據入庫功能、未來3-12小時降水預報產品入庫功能和降水釋用預報產品入庫功能；氣象信息WEB發布子模塊包括以下功能：衛星資料數據查詢顯示、自動站實時數據查詢顯示、自動站數據統計、降水釋用預報查詢顯示、中尺度數值模式降水預報查詢顯示、過去1小時降水估算查詢顯示、未來2小時降水預測查詢顯示、未來3-12小時預測查詢顯示。

1.2 自動站降水信息格點數據生成模塊

自動站降水信息格點數據生成模塊部署于湖北省氣象局，負責生成自動站降水信息格點數據。該模塊從數據庫獲取自動站站點降水信息，如果該時次沒有降水則不繪制，如果有降水則根據站點信息生成點圖層，并用克里格算法插值生成降水格點數據。

1.3 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

三峽庫區降水資料傳輸與監控模塊部署于湖北省氣象局，負責傳輸所有實時資料與產品數據至三峽地質災害防治指揮部，并對數據傳輸情況進行監控查詢顯示，以及對數據傳輸情況進行統計。

1.4 數據采集模塊

數據采集模塊部署在湖北省氣象局，用于采集觀測數據和預報產品，按規定文件格式生成觀測數據文件，并按一定的目錄結構存儲觀測數據和預報產品。包括自動站逐小時資料生成程序、自動站逐小時降水量（micaps第三類格式）數據生成程序、衛星資料采集程序。

1.5 數據入庫管理模塊

數據入庫管理模塊部署在三峽庫區地質災害防治指揮部，用于氣象觀測數據和預報產品解讀入oracle數據對應的庫表中，并對完成入庫操作后的數據文件按月歸檔。包括自動站小時觀測數據入庫管理程序、降水釋用預報產品入庫管理程序、未來3-12小時降水預報產品入庫管理程序。

2 數據庫設計

數據庫設計包括文件庫存儲管理設計和關系數據庫存儲管理設計。非結構化數據存儲在文件庫，結構化數據存儲管理在基于Oracle10g的三峽庫區氣象資料關系數據庫中，為“三峽庫區降水資料分析處理系統”顯示平臺提供數據源和數據管理。重點需要解決資料的預處理問題，實現數據的自動入庫，數據加工統計，數據管理。

2.1 數據流程設計

三峽庫區氣象資料數據庫數據流程，包括數據預處理、數據入庫、數據存儲、數據備份與恢復、數據歸檔。數據流程圖見圖2。

圖2 三峽庫區氣象資料數據庫數據流程圖

2.2 文件庫

文件庫管理文件包括，實時衛星云圖、實時降水預報產品、4部多普勒天氣雷達建站以來的定量估測降水資料數據集。

文件庫存儲管理分為兩種方式，一種方式是基于氣象部門現有業務流程，采用文件目錄結構方式臨時存儲管理；另一種方式是采用Oracle數據庫lob（large object）類型來存儲大數量文件，用BLOB類型存儲管理圖像文件，如實時衛星云圖、等值線圖等，用BFILE類型存儲管理文本文件，如實時降水預報產品、雷達估測降水資料數據集等。

2.3 關系數據庫

基于Oracle10g數據庫為平臺，移植了用于系統建設時期web開發所使用的WAF框架所需的21張表，設計建立了關系數據庫表17個。管理數據主要包括，站點信息、自動氣象站資料、08時降水釋用預報產品站點數據、20時降水釋用預報產品站點數據、未來3-12小時降水預報產品站點數據，以及各類觀測數據、預報產品監控日志，該部分庫表的設計原則為方便數據分發監控及統計頁面查詢及統計。

3 主要功能模塊設計與實現

3.1 三峽庫區降水資料數據傳輸與監控模塊

數據分發監控及統計頁面的傳輸統計欄提供數據傳輸統計功能，根據用戶選定的時間段統計一段時間內各類資料應到、實到和達到率的具體情況，顯示在監控統計欄內。另外還提供Excel表格生成功能，可將查詢結果生成Excel表格，保存到本地。

數據分發監控及統計頁面的傳輸監控欄對每一類資料的傳輸情況進行實時的監控，頁面顯示一天資料傳輸的情況，已正確傳輸的用綠顏色圓點表示，還未到達傳輸時間的用黃顏色圓點表示，到了傳輸時間未正確傳輸的用紅顏色圓點表示。除提供顏色告警功能外還提供聲音告警功能，以提醒值班員檢查數據傳輸狀況。另外還提供半年內歷史信息查詢功能，選擇日期后可查詢該日數據傳輸情況。1分鐘后該頁面自動返回實時監控狀態。

3.2 氣象預警信息分析顯示軟件

氣象預警信息分析顯示軟件用于數據的查詢與顯示，采用B/S模式，使用C#語言開發，WEBGIS部分基于 ESRI ArcIms組件進行二次開發。該軟件實現降水資料、蒸發資料、雷達資料、衛星資料、降水釋用預報、中尺度數值模式降水預報、過去1小時降水估算、未來2小時降水預報、未來3-12小時降水預報等預報產品的發布與歷史和實時的查詢。其中降水資料、蒸發資料以WebGIS形式發布，實現放大、縮小、漫游、定區域查詢功能。

4 總結

“三峽庫區降水資料分析處理系統”實現了三峽庫區氣象觀測數據、預報產品的實時接收、傳輸、處理、圖表化顯示以及數據的監控等功能，經過兩年的業務運行驗證，該系統運行穩定、布局美觀、操作方便，為三峽庫區降水預報提供了重要的參考基礎，已在三峽庫區地質災害防治監測預警工作中發揮了重要作用。

參考文獻

[1]陳鮮艷，張強，葉殿秀，等.三峽庫區局地氣候變化[J].長江流域資源與環境，2009（01）.

[2]郭起豪.建立三峽庫區氣候變化監測系統[N].中國氣象報，2010.

[3]苗艷麗.三峽庫區防災減災添保障[N].中國氣象報，2009.endprint