移動氣象觀測信息的顯示及其實現

哈艷麗 黃本峰 袁海豹

摘 要：本文以山東省煙臺市氣象部門所建設的船舶自動氣象觀測站為例，通過對其在氣象數據的顯示、實時位置跟蹤、移動路徑顯示等方面的研究，闡述了其具體的技術實現，為移動氣象觀測信息的顯示提供了有益的參考。

關鍵詞：移動氣象觀測；船舶氣象站；位置；路徑；顯示

移動氣象觀測主要分海洋移動氣象觀測和航空移動氣象觀測兩種，其觀測數據為不同時次在不同位置所測得，這種移動特征也區別于固定位置觀測，因此在其信息的提供方面需要考慮空間特點。

山東煙臺市氣象部門近年相繼在海上客滾運輸船以及搜救船舶建設了10個船舶自動氣象站，其建成改變了海上氣象觀測數據缺乏的局面，方便了氣象部門對海上氣象要素變化的了解，為進一步提高預報預測準確率，提供更加針對性的服務打下了基礎。

如前所述，在船舶自動氣象站應用過程中，需要解決數據的顯示問題，本文即從數據顯示的角度進行研究，實際工作中采用編程、數據庫以及圖形圖像顯示技術，將移動氣象觀測的數據更加形象的顯示出來，為進一步做好后續工作提供參考。

1 數據的處理

煙臺市氣象部門目前布設了10個船舶自動氣象站，分別布設到了客滾運輸船只和海上搜救船只上。

船舶站數據的獲取通過兩種途徑：一是通過GPRS數據卡進行數據傳送，二是通過衛星通訊，由于船舶運行于海上通常無GPRS通信信號，因此通過衛星通訊成為主要的傳輸手段。收據獲取后，由采集程序將其按規定格式進行存儲，之后完成數據上報或應用。數據的處理、應用流程見圖1。

2 氣象信息的顯示

2.1 地圖顯示的實現

為更好地展示船舶站氣象要素變化，需要考慮船舶移動帶來的位置變化，而這種動態的變化借助于地圖來實現更加有利。劉艷中[ 1 ]等在船舶自動站監控中提出基于google MAPS的webgis顯示方法，而我們出于效率等因素考慮，我們采用預先繪制地圖圖片的方式，實時位置與其進行疊加，從而實現地圖上的顯示。

地圖數據采用通用的國家地理信息數據，通過PHP語言中的繪圖函數，經過調試最終確定整體顯示區域地圖。

由于能夠掌握各時刻船舶的經緯度，那么就能建立起船舶位置與相應地圖像素點之間的關系。地圖位置與經緯度之間通過以下公式進行換算：

地圖橫向位置 = 經度 × 經度方向縮放倍數 + 經度偏移量

地圖縱向位置 = 緯度 × 緯度方向縮放倍數 + 緯度偏移量

若船舶航行中的任意位置投射到圖片上，則取地圖生成時的經度方向和緯度方向的縮放倍數與偏移量，因此也就確定了船只在圖片上的具體位置。

對整個區域而言，經度方向放大倍數取值90倍，偏移量為-10400，緯度方向放大倍數為90，偏移量為-3690。顯示結果見圖2。

2.2 氣象要素的顯示

將氣象要素的時空變化展現出來，要考慮空間和時間兩個方面。

2.2.1氣象要素的空間分布

其空間分布特征通過地圖顯示技術來實現。空間分布中，對單站點同時次觀測數據以站點位置為中心，上方顯示船舶名稱，左上顯示氣溫，左下顯示相對濕度，右上顯示能見度，右下顯示氣壓。

另以位置為中心根據風向、風速通過編程語言直接繪制風向桿，使使用者一目了然。氣象要素在圖中的顯示中主要采用PHP語言的GD繪圖包的imageTTFText、imageString函數輸出數字和文字， imageline來繪制風向桿，用imagecolorallocate函數來調配顏色完成。

另外，也同時根據用戶需求在地圖上顯示同一時次各船舶的單一氣象要素，并可根據船名來進行顯示。

2.2.2氣象要素的時間序列顯示

通過檢索數據庫，對某船舶站點前48小時的氣象要素按時間序列進行繪圖顯示。

圖表通過JPGRAPH組件進行處理顯示。其中對氣溫、風速、風級、氣壓、能見度、濕度等氣象要素提供了曲線或柱狀時間序列圖表，便于了解最近時次各個要素的變化情況。

2.2.3歷史數據檢索

可以根據分鐘、小時等時間跨度對數據進行檢索，顯示在地圖或以要素序列圖的形式展現出來。

3 船舶位置監控

3.1 實時位置及狀態監控

煙臺市氣象部門的船舶站數量較多，同時多年來也一直為客滾船提供航線氣象服務。因此有必要掌握客滾船的海上的通航情況，以更好地為其提供服務和進行相關研究。

客滾船位置監控通過網站www.shipxy.com獲取實時客滾船動態信息，注冊定制自己的船隊，然后利用VB生成截圖軟件，每10分鐘定時將區域內船舶動態情況進行截取，以實現客滾船只通航的監控。

3.2 移動軌跡監控

船舶站在海上航行形成移動軌跡，有時了解軌跡的狀況對分析數據也能提供很多幫助。根據掌握的船舶位置，可通過PHP語言的繪圖函數順利將船舶移動軌跡繪制在地圖上。

圖3所示就是銀珠輪在2015年12月6日10時到7日10時24小時的運行軌跡，從中可清楚的看出該船舶站前24小時內往返于蓬萊-旅順航線的情況。

4 分海區顯示

由于黃渤海地區范圍大，采用固定圖片方式繪制地圖，想看清小范圍船舶定位情況非常不方便。我們采用了靜態地圖劃分不同海域的辦法，這樣即實現了區域放大，又使系統運行速度快，效率高。分海區參數情況見表1，位置見圖4。

5 小結

本文所實現功能，其服務器端環境為Windows2008R2 x64，WEB服務軟件為Apache2.2，開發語言支持：PHP5，數據庫支持SQLServer2008。數據庫的訪問，通過PHP函數直連。用戶均可通過瀏覽器進行訪問。通過本文所述技術及其實現，達到了以下目的：1）實現了移動氣象觀測的顯示。通過船舶經緯度位置與地圖圖片位置之間的關系換算，將船舶定位和地圖相結合，將船舶實時位置及時定位在圖片上，便于用戶對船舶移動位置的掌握。另外，由此提供的船舶軌跡、分海區展示等功能，為移動觀測數據的顯示提供了方便。2）實現了氣象數據在時間、空間上的顯示。對全要素顯示、單要素顯示、時間序列圖、數據查詢等均給出了相應的顯示，并提供了按船舶站點查詢的功能，方便使用者對要素變化的掌握。3）通過本文技術實現的“煙臺市海洋氣象服務平臺”，結合CSS、Javascript、Frame等技術，幾種技術互相之間密切配合，構成了Web 2.0特性的較好的用戶體驗。其大大提高了系統的操作流暢性、易用性和擴展性，盡量多的實現自動化，達到減少重復勞動的目的。

參考文獻：

[1] 劉艷中，李建勇，陳冰懷.基于Google Maps API的船舶自動站監控Web設計[J].氣象科技，2015，43（4）：643-646.

作者簡介：哈艷麗（1979-），女，漢族，山東蓬萊人，本科，工程師，主要從事氣象觀測工作。