基于GIS的精細化氣象預報平臺設計與應用

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計與應用

崔迪

(寧波工程學院,浙江寧波 315211)

傳統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,從系統架構、服務器設計以及數據定義模式等三方面講述了精細化預報的關鍵,即對大量數據的有效存儲和處理,從而避免因氣象災害預報的不準確性帶來的生產生活的損失。

GIS 精細化 氣象 預報

1 系統架構

氣象數據類型多、格式復雜、存儲分散、數據量大，直接通過單一程序進行數據的處理顯示顯然是不合適的。因此系統采取C/S架構，在本地架設數據處理服務器，服務器上的服務端對需要使用到的數據拷貝到本地并進行格式轉換、數據訂正等的中轉及處理，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據交換。

系統采用c#以及MeteoInfo開發，主要由資料處理程序(服務器)和實時顯示程序(客戶端)組成。系統采用模塊設計，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送模塊三大模塊。(如圖1所示)

2 服務器端設計

服務器端以文件及數據庫的形式存儲最新的預報以及實況數據，將氣象臺WRF數據同步到本地，將數據轉化為能直接繪圖顯示的Tiff格式資料，將數據內插為站點數據并存儲到本地，更新實況已經預報數據到數據庫中，根據閾值對每個站點的實況及預報數據進行檢查，超過閾值時發送提示短信。

根據上述任務需要可設計數據復制和數據更新兩個程序。

數據復制程序屬于后臺處理程序，主要是將WRF數值模式預報產品拷貝到本地服務器，并轉化為Tiff格式的柵格數據，同時根據第一章所述方法生成訂正后得站點的降水、溫度和風數據，以提高客戶端程序的顯示性能。程序屬于常駐內存程序，空閑時間不占用CPU資源，內存占用小于40M。程序主要實現資料同步拷貝以及轉換功能。考慮實際網絡以及磁盤性能，資料拷貝使用單線程順序處理；格式轉換功能使用多線程并發處理，并發線程數內部可調，使用者可根據機器性能設置并發處理線程數。

圖1 系統平臺架構

圖2 系統數據流向

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

為了保證系統的穩定性，可采取容錯設計。

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，如果已經運行，即使手工運行該程序也會提示并關閉，防止對同一數據進行多次操作。

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

短信發送模塊采取雙網絡鏈路的方式連接數據庫，只要移動代理服務器正常工作，任意一條網絡鏈路連通的情況下均能正常發送預警短信。如果在短信發送過程中出現任何問題，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是系統平臺的數據流向圖。

3 數據定義

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

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

在數據格式上，為了避免因書寫錯誤等原因引起的程序異常，內部可采用枚舉型變量處理數據格式類型。

[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設計與實現[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,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]曲衛華.Microsoft.NET Framework環境中異步編程淺析[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管理系統研究與開發(C#)[J].電腦知識與技術,2010(17).

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