生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺的設(shè)計與應(yīng)用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學(xué)研究所黑龍江哈爾濱150001)

生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺的設(shè)計與應(yīng)用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學(xué)研究所黑龍江哈爾濱150001)

本文根據(jù)生態(tài)氣象監(jiān)測軌道業(yè)務(wù)的實際情況，并結(jié)構(gòu)實際工作中的需求，依據(jù)C和C++語言建立了生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺。在對其進行設(shè)計的過程中，利用生成中間交換文件，可以對各個模板所輸出的結(jié)果進行更直觀的觀察，并進行分析，同時為等值線色斑圖與區(qū)域填充等各種圖形提供了繪制方式。該程序可以對AVHRR和EOS/ MODIS衛(wèi)星遙感資料進行處理，并對氣象觀測報文進行分析解釋、對數(shù)據(jù)進行分類管理、對質(zhì)量進行控制，同時對水體密度指數(shù)、濕潤制度、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)等等指標(biāo)進行統(tǒng)計，利用圖像和圖形的方式對生態(tài)氣象監(jiān)測評估產(chǎn)品進行輸出，真正的實現(xiàn)了衛(wèi)星遙感的智能化管理。近年來，通過實踐認(rèn)為該系統(tǒng)對生態(tài)質(zhì)量氣象評價有較好的實用性。

生態(tài)氣象；監(jiān)測；評估；業(yè)務(wù)平臺；設(shè)計

1 系統(tǒng)目標(biāo)及設(shè)計原則

利用該系統(tǒng)可以更好的實現(xiàn)對生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析和智能化的管理，利用AVHRR極軌氣象衛(wèi)星和EOS/MODIS衛(wèi)生數(shù)據(jù)，對報文進行連接，并對質(zhì)量進行控制。并按照相關(guān)的分類對數(shù)據(jù)進行管理，結(jié)合各分類的實際情況對其進行不同等級的劃分，同時利用圖形和圖像的方式對生態(tài)氣象監(jiān)測評估產(chǎn)品進行輸出。為了真正的實現(xiàn)上述目標(biāo)，在對系統(tǒng)進行設(shè)計時需要充分的利用現(xiàn)代科技技術(shù)，比如計算信息處理技術(shù),并對系統(tǒng)的先進性和實用性進行不斷的完善，保證其穩(wěn)定性。根據(jù)生態(tài)氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展方向，結(jié)合省級業(yè)務(wù)的整體思路和相關(guān)要求，讓生態(tài)氣象業(yè)務(wù)的各個部分進行更好的結(jié)合，形成一個真正的整體，同時考慮自然災(zāi)害中的各種因素，對其進行有效的預(yù)測和防范。對模板進行系統(tǒng)的設(shè)計，并讓其具有獨特性，為后期的系統(tǒng)更新提供良好的發(fā)展基礎(chǔ)，并對其進行廣泛的推廣，讓更多的省級城市對其進行應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計

在建設(shè)生態(tài)氣象監(jiān)測評估平臺時，對其系統(tǒng)有著明確的要求。其設(shè)計應(yīng)該可以滿足數(shù)據(jù)的管理的應(yīng)用，且有靈敏度、延展性和可靠性，同時讓軟件有一定的實用性和推廣性。綜上所述，在對系統(tǒng)中的流程進行設(shè)計時其要求較高。生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)中的程序是面向?qū)ο蟮模彩且环N模型，在計算機中形成的文件為MDI，C和C++為系統(tǒng)語言，VS.NET2008為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)在設(shè)計的過程中，要求頁面簡潔，操作方便，人員在使用的過程中可以更直觀的了解系統(tǒng)中的功能，即使是新員工也可以很快學(xué)會操作。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程設(shè)計

在對數(shù)據(jù)進行設(shè)計的過程中，考慮到數(shù)據(jù)處理的方便性、使用過程中的連貫性已經(jīng)使用簡單性，對數(shù)據(jù)的格式和處理流程分別進行的設(shè)計，并用標(biāo)識符對每種要是進行設(shè)計。

3 系統(tǒng)功能模塊與應(yīng)用

生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺是我國各省生態(tài)監(jiān)測、業(yè)務(wù)評估的主要依據(jù)，更為其地理信息、生態(tài)氣象監(jiān)測、參數(shù)設(shè)置、服務(wù)產(chǎn)品提供了一級菜單，以更好的滿足日常生態(tài)氣象監(jiān)測業(yè)務(wù)的需求。

3.1 生態(tài)氣象指數(shù)計算模塊

生態(tài)氣象指數(shù)模塊涉及的內(nèi)容較多，即：水體密度指數(shù)、濕潤指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、土地退化指數(shù)、災(zāi)害指數(shù)及生態(tài)質(zhì)量綜合評價。該模板會先生成各項指數(shù)的文本并記錄，可以利用不同的文件名對其進行區(qū)分，隨后按照行政區(qū)域?qū)ζ溥M行繪色或者利用等值線色斑圖對其進行繪制。

水體密度指數(shù)（H）：在指定的區(qū)域內(nèi),對其水體面積進行計算,然后利用面積的比率值來表示水體密度,這也是水體密度的指標(biāo).而面積的計算主要是從EOS/ MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中得到的.在第一次使用市,可以根據(jù)行政邊界的地理信息進行計算,并結(jié)合衛(wèi)星中得到的經(jīng)緯度,然后形成一個文件.在下次使用時,可以當(dāng)作有效的依據(jù).依次對不同的行政區(qū)域進行測量,從而形成水體密度的指標(biāo).

濕潤指數(shù)(K)：根據(jù)常規(guī)氣象觀測資料和氣候月表所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，對某地區(qū)的干、濕程度進行判斷，并形成相關(guān)的指標(biāo)。濕潤指數(shù)的表達方式為實際降水量和潛在蒸散量的比值。

植被覆蓋指數(shù)（P）：地表植被覆蓋指數(shù)是生態(tài)狀態(tài)的重要表現(xiàn)，通過不同土地利用/覆被類型的不同權(quán)重，就可以得到地表覆被狀態(tài)值。利用EOS/M ODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行反演歸一化植被指數(shù)對植被的狀態(tài)進行反映。

土地退化指數(shù)（T）：該指數(shù)主要是通過收集土地、氣象信息并對其進行分析而得到的，對區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占區(qū)域內(nèi)總面積的比重，同時對其進行評價。

災(zāi)害指數(shù)（DIS）：通過對受災(zāi)面積和程度進行綜合分，結(jié)合上述得到的水體密度，對行政區(qū)域進行災(zāi)害指數(shù)計算。災(zāi)害指數(shù)主要是對一定區(qū)域內(nèi)的土地、草地、森林受到自然災(zāi)害迫害的程度進行評價。

通過上述這些指標(biāo)可以更好的對生態(tài)整體質(zhì)量進行評價。以評價單元中各個單項評價指數(shù)和其權(quán)重值，應(yīng)用加權(quán)求和方法對生態(tài)綜合評價進行計算。

3.2 圖形繪制工具

通過圖像的方式對生態(tài)質(zhì)量氣象評價的各個指數(shù)進行表達。其內(nèi)容包含模塊的數(shù)據(jù)、制圖過程中窗口的切換、圖層信息顯示、數(shù)據(jù)信息的顯示、對數(shù)據(jù)圖像提供分析和計算工具、數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化以及輔助功能等等。在對模塊進行繪制的過程中主要提供兩種方式：一種是按照行政區(qū)域填繪色斑圖；另一種則是依靠分析等值線對色斑進行繪制。而等值線繪制色斑則又提供了通過自主研發(fā)而得到的API函數(shù)分析和GIS組件繪圖模塊。

3.3 地理信息等其它功能

使用GIS地理信息系統(tǒng)進行摳圖基本、對地理的邊界進行添加、對色標(biāo)進行顯示、以及設(shè)置相關(guān)的等值線色斑圖。當(dāng)系統(tǒng)被啟動后可以從相關(guān)的參數(shù)文件中對路徑進行設(shè)置，數(shù)據(jù)包含行政邊界和站點的等地理背景，以圖形的方式生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品，從而真正的具有相關(guān)的功能,比如摳圖和繪制等等.利用衛(wèi)星探測儀或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的資料，進行相關(guān)的反演量溫場.并利用相關(guān)的數(shù)據(jù)對反演量溫場進行變分訂正，可以對我國一些特殊的區(qū)域進行分析，同時對生態(tài)氣象監(jiān)測評估產(chǎn)品具有檢索和調(diào)閱的功能。

4 實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)文件的設(shè)計

程序在設(shè)計的過程中，在對操作步驟進行簡化，讓程序編制更加方便時，對文件的結(jié)構(gòu)組織進行了考慮。特別是在生態(tài)氣象監(jiān)測評價的日常業(yè)務(wù)中，對于可能存在的錯誤要及時發(fā)現(xiàn)，并對結(jié)果進行更直觀的分析，就要求最后的結(jié)果更加詳細(xì)和直觀。因此，系統(tǒng)在設(shè)計時，每個模塊之間都可以生產(chǎn)交換文件、在對生成的數(shù)據(jù)進行記錄和修改時也可以形成相應(yīng)的文件，最后利用文本文件對等值線色斑圖形進行繪制，從而形成一定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4.2 報文解譯

顧名思義就是對該區(qū)域的月報表文件進行預(yù)處理，在處理時所使用的報文應(yīng)該是原始數(shù)據(jù)，對報文中的正文進行截圖、對出現(xiàn)的錯誤誤碼進行剔除、對對于的字符進行刪除，同時對出現(xiàn)的錯誤進行及時的更正。最后對報文中出現(xiàn)的重要信息進行提取，利用轉(zhuǎn)化系統(tǒng)對代碼進行轉(zhuǎn)換，提取可利用的信息。

4.3 控制衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量

衛(wèi)星遙感在對數(shù)據(jù)進行成像時，會受到各種因素的影響，導(dǎo)致遙感影像會出現(xiàn)一定失真的情況，所以需要對其進行預(yù)處理。在預(yù)處理過程中主要包括以下內(nèi)容：對輻射進行校正、對幾何進行校正和消除噪聲。在對輻射和幾何進行校正時，1B級數(shù)據(jù)投影已經(jīng)對投影進行了預(yù)處理，所以只需要消除噪聲。選擇噪聲消除的方法時，根據(jù)數(shù)據(jù)資料中的實際情況，確定可以利用二維平滑濾波中的9點或5點平滑格式的方法,而9點平滑對高頻波有較好的濾波性能,可以有效去除奇異點。

4.4 繪制行政區(qū)域色斑圖

系統(tǒng)在生產(chǎn)中間交換文本文件后,對其進行利用,可以分別形成兩種繪制方式.其一對行政區(qū)域的進行劃分,選擇不同的顏色進行填色;其二依照等值線對其進行填色.第一種方法可以對區(qū)域中水體密度和受災(zāi)情況進行較高的研究,因此繪制方法為:

（1）對衛(wèi)星遙感中的數(shù)據(jù)進行讀取，并對重要的因素進行計算和反演；（2）讀取地域中縣市邊界，按照已經(jīng)得到的計算進行分割，按照縣市劃分的結(jié)果對中間交換文件進行生成和保存；（3）根據(jù)中間交換文件對行政區(qū)域的色斑圖進行繪制。

4.5 等值線分析與色斑圖繪

通過已經(jīng)形成的要素信息文件，對建立的多邊形網(wǎng)格文件進行利用，識別原圖和站點的坐標(biāo)文件，將已經(jīng)獲得的要素繪制到原圖上。并結(jié)合局部網(wǎng)絡(luò)格完成補值和插值，利用等值線進行查閱和判定。等值線之間的間距可以結(jié)合實際情況對其進行修訂。在對填充區(qū)域進行封閉是可以利用API函數(shù)，并繪制相關(guān)圖例，對設(shè)置窗口可以設(shè)計匹配的參數(shù)，最后對各個封閉的區(qū)域進行上色，并用不同的顏色進行區(qū)分，配以文字進行表明。

通過地理信息系統(tǒng)中的組件可以對等值線進行分析,并完成色斑圖的繪制,所以可以更好的對產(chǎn)品的外包和質(zhì)量進行改善.此外,地理信息系統(tǒng)的主要用途就是對自身的模式進行區(qū)別同時形成相關(guān)的控件,但是這些控件的作用是不同的,因此功能也不一樣.

結(jié)束語

系統(tǒng)的建立和完善是通過不斷實踐而得到的，可以應(yīng)該對其實際中的問題進行考慮，才能發(fā)揮系統(tǒng)的實用性。通常系統(tǒng)在應(yīng)用1年左右的時間就可以達到穩(wěn)定發(fā)展，我國在對監(jiān)測評估產(chǎn)品進行運用時，已經(jīng)可以實現(xiàn)對生態(tài)和農(nóng)業(yè)的監(jiān)測、判斷和防范，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)恢復(fù)都得到了更科學(xué)的保護，同時對基礎(chǔ)信息和相關(guān)服務(wù)提供了更多的研究。隨著生態(tài)氣象監(jiān)測評估的業(yè)務(wù)平臺的不斷發(fā)展，應(yīng)該對系統(tǒng)進行不讀的更新和完善，才能逐漸滿足發(fā)展的需求。

[1]屈右銘,湯宇,蔡榮輝,霍林,彭莉莉.生態(tài)氣象監(jiān)測評估業(yè)務(wù)平臺的設(shè)計與應(yīng)用[A].中國氣象學(xué)會農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)學(xué)委員會、南京信息工程大學(xué)、中國農(nóng)學(xué)會農(nóng)業(yè)氣象分會、中國農(nóng)科院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所.第26屆中國氣象學(xué)會年會農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會場論文集[C].中國氣象學(xué)會農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)學(xué)委員會、南京信息工程大學(xué)、中國農(nóng)學(xué)會農(nóng)業(yè)氣象分會、中國農(nóng)科院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,2009:5.

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1004-7026（2016）09-0058-02

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A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.09.036