地級臺站自動氣象站實況資料監(jiān)控的設(shè)計

張 華，李細生，肖妙妮

(1.湖南省株洲市氣象局，湖南 株洲 412003 ；2.湖南省婁底市氣象局，湖南 婁底 417000)

地級臺站自動氣象站實況資料監(jiān)控的設(shè)計

張 華1，李細生1，肖妙妮2

(1.湖南省株洲市氣象局，湖南 株洲 412003 ；2.湖南省婁底市氣象局，湖南 婁底 417000)

2014年初觀測業(yè)務(wù)調(diào)整以來，一些夜間觀測項目取消，給預報員快速獲取實況資料帶來困難，自動站實況資料監(jiān)控程序及時地解決了這一問題。該程序從上級服務(wù)器中自動調(diào)取觀測站數(shù)據(jù)并顯示，既可監(jiān)視各個觀測站資料的及時性和完整性，又可為氣象要素的預報提供依據(jù)。程序運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)快速準確，界面友好美觀；程序的設(shè)計方面突破了一些難點問題，如借助Chart控件顯示平滑曲線和柱狀圖，利用圖像的旋轉(zhuǎn)技術(shù)顯示風向和風速等。

氣象自動站；資料監(jiān)控；VB.NET；數(shù)據(jù)庫

1 前言

隨著全國地面氣象觀測業(yè)務(wù)的調(diào)整，人工觀測時次和項目的減少，自動觀測密度的項目的增多，目前全國大部分地區(qū)自動站地面觀測全要素5 min發(fā)一次報，要素達120余個，如何快速獲取這些要素，以及從眾多要素中遴選出預報員需要的數(shù)據(jù)和常用的數(shù)據(jù)成為地市級預報員所面臨的一個難題。雖然MICAPS程序可以顯示全國范圍加密自動站數(shù)據(jù)，但一是由于MICAPS資料保存天數(shù)有限，對數(shù)天前的資料檢索無能為力，二是由于一般地市級區(qū)域范圍小，對要素的縱向比較和應(yīng)用要求更高，而MICAPS在這方面的功能不太多。此外，中國氣象局提供的“綜合氣象觀測系統(tǒng)運行監(jiān)控程序”縱向檢索功能強大，要素也全面，但要在全國范圍內(nèi)找到本地區(qū)站點，再找到相應(yīng)的要素并作出時序圖，操作稍顯繁瑣。因此，設(shè)計一個針對某一具體地區(qū)的實況資料監(jiān)控程序很有必要，該程序可以自動快速調(diào)取本區(qū)域的氣象實況，實現(xiàn)24 h不間斷的監(jiān)控，預報員無需按鍵操作即可讀取相應(yīng)的資料，既快捷又方便，可以很好的發(fā)揮地市級預報員在地域資料應(yīng)用上的優(yōu)勢，為各項氣象要素比如溫度、降水和風向風力、能見度等的預報提供有力依據(jù)，在短臨預報中發(fā)揮作用。

應(yīng)上述需求，株洲市氣象臺開發(fā)人員設(shè)計了一個實況資料的監(jiān)控程序，自2014年1月開始，該程序一直在氣象臺使用，半年來運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確，操作簡單，界面美觀，深受預報員喜愛。下面將設(shè)計思路、主要功能及開發(fā)的難點和亮點逐一介紹。

2 設(shè)計思路

2.1 總體設(shè)計要求

程序設(shè)計總體要求是：穩(wěn)定、可靠、快速、簡便、美觀。

2.2 流程介紹

系統(tǒng)的工作流程：每小時通過FTP方式從省局服務(wù)器調(diào)取各個觀測站的整點報文(文本格式)，由翻譯模塊處理后，數(shù)據(jù)顯示在主界面，并作出圖形曲線，同時自動存入數(shù)據(jù)庫，可供查詢和統(tǒng)計分析。

3 程序的主要功能模塊

程序界面用Microsoft公司的VB.NET編程語言[1]開發(fā)，具有友好、美觀、傻瓜化等特點，無需太多人工操作，主要的功能模塊有以下幾個：

3.1 資料調(diào)取模塊

用微軟的Timer控件，每2 min(時間間隔可以調(diào)整)向省局服務(wù)器發(fā)送一次查詢，判斷是否有新報文數(shù)據(jù)生成，如有，即通過FTP方式調(diào)回本地，如沒有則進入下一次查詢循環(huán)。

3.2 資料翻譯模塊

該模塊的作用是將調(diào)回的文本格式報文，根據(jù)中國局觀測司《地面氣象要素數(shù)據(jù)文件格式(V1.0)》編碼規(guī)則，翻譯成要素數(shù)值，并保存進事先設(shè)計好的MDB數(shù)據(jù)庫。

圖1 程序主界面

3.3 顯示、作圖模塊

一旦數(shù)據(jù)庫中有新數(shù)據(jù)存入，則觸發(fā)顯示作圖模塊。數(shù)據(jù)顯示方式分為文本、折線圖、柱狀圖和位圖3種方式。整點時刻的各種要素以文本形式顯示在界面右側(cè)，最近24 h的溫度、相對濕度和海平面氣壓以平滑的折線圖顯示在主窗口，最近24 h雨量數(shù)據(jù)以綠色柱狀圖顯示，風向風速則以位圖方式顯示，符合預報員使用習慣，各種數(shù)據(jù)一目了然。

3.4 數(shù)據(jù)庫模塊

考慮到主要是單位內(nèi)部使用，數(shù)據(jù)量和訪問量都不大，安全性要求也不高，因此數(shù)據(jù)庫采用XP系統(tǒng)自帶的MDB設(shè)計，此數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢是無需額外安裝數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通用性和移植性都比較好[2]。

3.5 統(tǒng)計、查詢模塊

該模塊的功能主要是實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的年、月、日、小時的簡單查詢和統(tǒng)計，便于操作者快速掌握既往的天氣氣候資料。例如查詢2014年3月日最高最低氣溫，點擊“統(tǒng)計”，則出現(xiàn)如圖4“日最高、最低氣溫柱狀圖”窗口：

圖2 日最高、最低氣溫柱狀圖(3月)

此外，資料的查詢還可以表格形式顯示各種要素的歷史數(shù)據(jù)(圖略)。

4 技術(shù)難點和亮點

技術(shù)的難點主要體現(xiàn)在：要素曲線的顯示；風向風速的圖形化顯示等。

亮點：上述難點問題的解決；界面的美觀性；資料的快速及時獲取；統(tǒng)計和查詢功能的實現(xiàn)；程序的自動化和穩(wěn)定性。

4.1 要素曲線顯示

要素曲線和柱狀圖使用.NET3.5程序自帶的Chart控件實現(xiàn)，該控件的功能非常強大，做出的圖表效果也很美觀。下載和安裝好相關(guān)組件后，打開VS2008，在工具箱中右鍵選項，添加關(guān)于MSCHART組件的2個選項，工具箱中即出現(xiàn)Chart組件。 設(shè)置好Chart控件的各種屬性參數(shù)后，使用DataBindings 屬性綁定到數(shù)據(jù)庫查詢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源即可。其中Chart控件用法的掌握是個難點，包括安裝、數(shù)據(jù)源綁定、格式和屬性設(shè)置、事件的使用等等對于初次接觸的開發(fā)者來說都是個挑戰(zhàn)，需要花時間去細細研究。

4.2 風向風速的圖形化顯示

VB.Net圖像操作的功能非常強大，如果用其GDI+接口來繪制圖像則顯得費時費力。用事先做好的透明位圖(gif格式)，通過Picboxarray旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度實現(xiàn)風向、風速的圖形化顯示是相對較快速簡便的一種方式。圖像的平移和旋轉(zhuǎn)方法是利用TranslateTransform和RotateTransform子程序。主程序內(nèi)的調(diào)用方法是：Picboxarray().image=rotate(bmp1，具體角度數(shù)值)，如果報文內(nèi)風向風速是“PPC”靜風，則Picboxarray().image = Nothing ，不畫圖。

5 結(jié)論

①實況資料監(jiān)控程序能從上級服務(wù)器中自動調(diào)取觀測站數(shù)據(jù)并顯示，既可監(jiān)視各個觀測站資料的及時性和完整性，又可為氣象要素的預報提供依據(jù)。

②經(jīng)過半年的試運行，該程序運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)快速準確，界面友好美觀。

③程序的設(shè)計方面突破了一些難點問題，如借助Chart控件顯示平滑曲線和柱狀圖，利用圖像的旋轉(zhuǎn)技術(shù)顯示風向和風速等。

[1] 楊浩，著.VB.NET入門經(jīng)典(第3版)[M].北京：清華大學出版社.

[2] D.M.Kroenke著.數(shù)據(jù)庫處理--基礎(chǔ)、設(shè)計與實現(xiàn)(第七版)[M].北京：電子工業(yè)出版社.

2014-04-22

張華(1975—)，女，工程師，主要從事地面氣象觀測工作。

1003-6598(2015)02-0058-02

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