GRAPES模式物理過(guò)程診斷軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)

■ 郭鋒

依托診斷方法，采用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)的在線顯示和診斷操作人機(jī)交互功能，建立支撐GRAPES物理過(guò)程診斷工作的軟件平臺(tái)，為科研用戶提供操作便捷，界面友好的專用工具。通過(guò)長(zhǎng)期與模式研發(fā)人員的交流中，積累需求，不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)模式物理過(guò)程診斷中的數(shù)據(jù)處理、圖形可視化、圖形展示等各個(gè)功能模塊進(jìn)行集成，采用界面技術(shù)對(duì)用戶操作實(shí)現(xiàn)交互功能，建立高效、完善的圖形系統(tǒng)，支撐模式研發(fā)所需的模式診斷、數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。

在科技部“十五”和“十一五”科技支撐項(xiàng)目及中國(guó)氣象局的大力支持下，經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，我國(guó)已自主建立了區(qū)域和全球GRAPES數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具備了與現(xiàn)有國(guó)外引進(jìn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)同等的業(yè)務(wù)能力。但是，與國(guó)外先進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中心的全球模式系統(tǒng)相比，預(yù)報(bào)誤差仍然偏大。模式改進(jìn)工作的主要瓶頸之一在于對(duì)物理過(guò)程之間的相互作用與反饋的認(rèn)識(shí)程度和深度，實(shí)現(xiàn)模式系統(tǒng)和模式物理過(guò)程診斷結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示和快捷人機(jī)對(duì)話，是有效利用各種GRAPES模式物理過(guò)程診斷分析方法為模式研發(fā)服務(wù)的基本保證。因此，研發(fā)集成模式診斷方法與人機(jī)交互的氣象可視化軟件，非常有利于支撐GRAPES模式的發(fā)展。

目前，氣象數(shù)據(jù)可視化軟件或應(yīng)用系統(tǒng)主要分為兩類：一類是通用的可視化軟件，國(guó)外常用系統(tǒng)有Surfer、GRADS、Vis5D、VisAD、MciDAS、METView、TriVIS等；國(guó)內(nèi)常用系統(tǒng)有PC-Vis5D、Weather3D、AeroWIS等。另一類是針對(duì)業(yè)務(wù)工作的特點(diǎn)所開(kāi)發(fā)的氣象數(shù)據(jù)可視化相關(guān)的業(yè)務(wù)工作平臺(tái)。如美國(guó)國(guó)家天氣局氣象預(yù)報(bào)臺(tái)的核心工作平臺(tái)AWIPS系統(tǒng)；德國(guó)、加拿大、丹麥、瑞士等國(guó)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，基于C/S架構(gòu)的預(yù)報(bào)工作系統(tǒng)NinJo系統(tǒng)；中國(guó)氣象局開(kāi)發(fā)的一個(gè)綜合預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)MICAPS系統(tǒng)。針對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的分析研究平臺(tái)，如由ECMWF開(kāi)發(fā)的用于業(yè)務(wù)及科研的可視化應(yīng)用Metview；基于開(kāi)源項(xiàng)目CDAT，用于對(duì)多模式氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究的專用工具VCDAT等。本平臺(tái)針對(duì)GRAPES模式物理過(guò)程診斷工作所涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)軟件集成技術(shù)，建立綜合操作軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、圖形繪制和顯示，具備一定交互能力的模式系統(tǒng)和模式物理過(guò)程診斷分析平臺(tái)，有利于便捷高效地診斷模式的誤差源和可能反饋機(jī)制，對(duì)模式物理過(guò)程進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。

1　目標(biāo)

數(shù)值預(yù)報(bào)模式研發(fā)人員在進(jìn)行模式研發(fā)和物理過(guò)程診斷分析的過(guò)程中，常常需要對(duì)模式輸出結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和分析，這一過(guò)程包括了數(shù)據(jù)的圖形圖像繪制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、比較分析、數(shù)值統(tǒng)計(jì)等診斷操作，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這些工作需要研究人員自己收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制軟件來(lái)分析數(shù)據(jù)，以及使用繪圖語(yǔ)言撰寫腳本對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制和圖形/圖像化展示，這些低水平重復(fù)性工作過(guò)程繁瑣且消耗大量時(shí)間，而一些現(xiàn)有的繪圖工具軟件也無(wú)法滿足GRAPES模式物理過(guò)程診斷分析中的多數(shù)據(jù)來(lái)源、參考資料對(duì)比分析、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、實(shí)時(shí)繪圖、批量繪圖等等需求，為此筆者所在團(tuán)隊(duì)研究開(kāi)發(fā)針對(duì)滿足GRAPES模式物理過(guò)程診斷分析的具體需求的可視化工具軟件，可更有效的支撐GRAPES數(shù)值模式的研發(fā)工作。即：當(dāng)GRAPES模式研發(fā)人員的模式運(yùn)行完成，并產(chǎn)生GRAPES模式試驗(yàn)輸出數(shù)據(jù)，通常這些數(shù)據(jù)被保存在本地或是上傳至用于管理模式數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)（DDPS），本軟件直接接入DDPS系統(tǒng)或通過(guò)數(shù)據(jù)處理程序?qū)氡镜財(cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，用戶通過(guò)軟件界面選取所需要素場(chǎng)，配置相關(guān)繪圖參數(shù)可直接繪制繪圖或進(jìn)行氣象圖形的批量生成，并且在界面上實(shí)現(xiàn)各類診斷操作（如剖面、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、縮放、偏差、累加等），快速繪制生成診斷圖形，實(shí)現(xiàn)對(duì)模式輸出的診斷分析，軟件在繪圖與診斷操作上需實(shí)現(xiàn)快速的在線顯示與實(shí)時(shí)繪圖，提高軟件的用戶體驗(yàn)。本軟件還支持多種數(shù)據(jù)的綜合分析，用戶可通過(guò)FTP方式上傳自備數(shù)據(jù)，或通過(guò)獲取其它模式的數(shù)據(jù)（近線存儲(chǔ)于MARS系統(tǒng)，由國(guó)家氣象信息中心運(yùn)行維護(hù)），形成多種模式和數(shù)據(jù)的綜合對(duì)比分析環(huán)境。

2　研發(fā)內(nèi)容

依托模式物理過(guò)程診斷方法，采用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)的在線顯示和診斷操作的人機(jī)交互，建立GRAPES物理過(guò)程診斷的可視化軟件平臺(tái)，為科研用戶提供操作便捷、界面友好的專用工具。針對(duì)以上的目標(biāo)，主要包含如下內(nèi)容：

1）資料綜合處理技術(shù)

軟件平臺(tái)支持從多種來(lái)源獲取數(shù)據(jù)，包括本地?cái)?shù)據(jù)接入、FTP上傳接入、專用數(shù)據(jù)（MARS）服務(wù)器檢索、分布式數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)（DDPS）檢索接入。軟件將符合通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（GRIB2）格式的用戶數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，且可通過(guò)開(kāi)發(fā)具有高擴(kuò)展性、高適用性的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理程序，將GRAPES模式試驗(yàn)輸出的原始數(shù)據(jù)類型GRADS格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼為通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（GRIB2）格式；標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理程序還支持FNL數(shù)據(jù)、T639模式等數(shù)據(jù)處理，使之在軟件中作為參考資料與用戶導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)碼功能的研發(fā)，提高轉(zhuǎn)碼效率。

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、參考資料數(shù)據(jù)、繪圖配置數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過(guò)保存數(shù)據(jù)元信息及數(shù)據(jù)與圖片的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)追溯整個(gè)繪圖流程，用于進(jìn)行診斷分析中的快速定位。

2）圖形繪制和顯示模塊開(kāi)發(fā)

為滿足研究人員對(duì)繪圖操作的個(gè)性化需求，軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了交互式繪圖配置功能的研發(fā)。在對(duì)各類繪圖配置參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分類以及對(duì)通用基本要素的繪圖風(fēng)格調(diào)研的基礎(chǔ)上，軟件平臺(tái)為模式輸出的各個(gè)要素提供了默認(rèn)的參數(shù)配置模板，用戶可根據(jù)自己的需求建立自己的模板庫(kù)，提高相應(yīng)的繪圖參數(shù)模板管理功能，以減少用戶配置繪圖參數(shù)的復(fù)雜度，減少重復(fù)操作。

軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了批量圖形繪制程序的開(kāi)發(fā)，支持等值線、填充圖、流線圖、矢量圖、剖面圖、垂直廓線、垂直剖面和時(shí)間序列等圖形類型；實(shí)現(xiàn)了并發(fā)繪圖，提高圖形繪制效率。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)繪圖顯示功能的開(kāi)發(fā)，支持GRIB2格式的數(shù)據(jù)，內(nèi)置插值功能，支持包括填充圖、等值線圖、統(tǒng)計(jì)圖等圖形的繪制。

3）交互界面軟件開(kāi)發(fā)

軟件平臺(tái)由兩部分構(gòu)成：客戶端、服務(wù)端和消息通信組件，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)選擇、繪圖參數(shù)配置、并發(fā)繪圖、繪圖結(jié)果展示到診斷交互操作等完整流程的界面開(kāi)發(fā)。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

模式物理過(guò)程診斷軟件平臺(tái)是建立在多類數(shù)據(jù)、集合科研需求的交互式的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要遵循以下原則：①統(tǒng)一處理。多類數(shù)據(jù)來(lái)源（本地、FTP、MARS 、DDPS等）、多種數(shù)據(jù)（GRPAES模式回算數(shù)據(jù)、FNL數(shù)據(jù)、T639模式數(shù)據(jù)等）通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理程序?qū)胲浖脚_(tái)。②業(yè)務(wù)實(shí)用性。結(jié)合模式物理過(guò)程診斷方法與科研人員常用的診斷操作，在軟件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)方便易用的可視化配置、圖形繪制以及診斷操作。③可擴(kuò)展性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)應(yīng)具備良好的可擴(kuò)展性，通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)不斷增加的數(shù)據(jù)及圖形繪制需求。④運(yùn)行效率。數(shù)據(jù)處理、圖形繪制及診斷操作應(yīng)具有較快的響應(yīng)。⑤多用戶共享。軟件支持Window系統(tǒng)，有利于軟件的推廣應(yīng)用。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖1）主要由文件系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)、消息中間件、交互式界面和數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。文件系統(tǒng)主要包括本地、FTP、MARS 、DDPS等。后臺(tái)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理以及圖形繪制，通過(guò)響應(yīng)交互式界面的消息，匹配各類數(shù)據(jù)來(lái)源相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，并響應(yīng)各種繪圖任務(wù)命令。軟件通過(guò)消息中間件實(shí)現(xiàn)消息命令的傳遞。交互式界面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)、繪圖配置及瀏覽分析等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)用以支持軟件整體的業(yè)務(wù)流程。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2　基于C/S的技術(shù)路線

診斷軟件平臺(tái)將數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)圖形可視化，圖形展示等各個(gè)功能模塊進(jìn)行集成，采用界面技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶操作交互功能。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接入服務(wù)定位分析數(shù)據(jù)對(duì)象；通過(guò)計(jì)算服務(wù)提供對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的加工處理；通過(guò)圖形繪制服務(wù)提供參數(shù)化的定制圖形產(chǎn)品；通過(guò)顯示服務(wù)展示各種繪制圖形；通過(guò)交互式響應(yīng)服務(wù)處理操作指令信息。具體技術(shù)路線如下：

1）使用GRIB API庫(kù)生成并解析GRIB/GRIB2格式的數(shù)據(jù)，將模式生成的GRADS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GRIB2格式數(shù)據(jù)，同時(shí)使用多線程技術(shù)提高轉(zhuǎn)碼效率，支持對(duì)FNL等參考資料數(shù)據(jù)的處理，并提供等經(jīng)緯度網(wǎng)格數(shù)據(jù)的插值系統(tǒng).

2）開(kāi)發(fā)存放數(shù)據(jù)元信息、數(shù)據(jù)與圖片對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3）結(jié)合物理過(guò)程診斷工作需求，設(shè)計(jì)繪圖模板，開(kāi)發(fā)基于繪圖模板的批量繪圖系統(tǒng)，研究使用多進(jìn)程方法加快繪圖速度，開(kāi)發(fā)界面上的實(shí)時(shí)繪圖功能。

4）開(kāi)發(fā)人機(jī)交互界面。開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面，支持從多種來(lái)源導(dǎo)入，支持多種數(shù)據(jù)種類；開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)瀏覽查看界面，顯示數(shù)據(jù)集要素、層次、時(shí)效等信息列表；開(kāi)發(fā)繪圖模板配置界面，用以配置各項(xiàng)參數(shù)；開(kāi)發(fā)圖像瀏覽界面，支持診斷交互操作。

5）研發(fā)基于消息中間件的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)診斷軟件平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通信方案。開(kāi)發(fā)消息管理模塊，實(shí)現(xiàn)診斷軟件的網(wǎng)絡(luò)化部署。

3.3　系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

3.3.1服務(wù)端

服務(wù)端主要包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理、圖形繪制三個(gè)子模塊，用以響應(yīng)前端交互式界面發(fā)送的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、導(dǎo)入、繪圖的操作請(qǐng)求。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊包括本地?cái)?shù)據(jù)、FTP上傳、專用數(shù)據(jù)（MARS）服務(wù)器、分布式數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)（DDPS）的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過(guò)開(kāi)發(fā)各類不同數(shù)據(jù)來(lái)源的數(shù)據(jù)接口來(lái)適配不同的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

實(shí)現(xiàn)具有高可擴(kuò)展性的統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理程序開(kāi)發(fā)，將GRAPES模式輸出文件轉(zhuǎn)碼為GRIB2格式，自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)內(nèi)容，支持GRAPES GFS模式的模式變量和診斷變量輸出，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)次、時(shí)效、要素、層次等信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理程序?qū)崿F(xiàn)解析GRAPES模式試驗(yàn)輸出的原始數(shù)據(jù)類型，支持T639模式產(chǎn)品、FNL等參考資料的識(shí)別與接入。處理流程如圖2所示。

基于NCL開(kāi)發(fā)獨(dú)立的圖形繪制程序。為了提高程序的執(zhí)行效率，避免NCL采用腳本方式調(diào)用時(shí)出現(xiàn)的內(nèi)存占用大，CPU使用率極高的情況出現(xiàn)，系統(tǒng)采用調(diào)用NCL的底層繪制C接口的方式。同時(shí)采用數(shù)據(jù)直接定位解碼的方式，避免NCL腳本方式直接加載整個(gè)數(shù)據(jù)文件的問(wèn)題。在批量圖形繪制時(shí)，需要采用多進(jìn)程的方式進(jìn)行圖片的繪制，因此將繪圖模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)獨(dú)立的程序。使用xml模板作為繪圖任務(wù)參數(shù)文件，使繪圖程序具有一定的可拓展性。繪圖流程如圖3所示。

圖3　繪圖流程圖

3.3.2客戶端

客戶端主要將界面軟件劃分為數(shù)據(jù)-繪圖-顯示三個(gè)相關(guān)聯(lián)的子界面，提供不同的交互功能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)界面是整個(gè)軟件的第一級(jí)界面，提供導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容瀏覽以及繪圖模板庫(kù)。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)來(lái)源設(shè)計(jì)不同的數(shù)據(jù)選取界面，以列表的形式瀏覽所導(dǎo)入的數(shù)據(jù)集內(nèi)容，并以統(tǒng)計(jì)圖以及填充圖的方式實(shí)現(xiàn)快速瀏覽所選取的要素場(chǎng)內(nèi)容，并提供系統(tǒng)繪圖模板與用戶自定義模板的瀏覽選取，并通過(guò)拖拽方式使數(shù)據(jù)集與繪圖模板相匹配進(jìn)行批量繪圖。繪圖配置界面是軟件的第二級(jí)界面，主要提供繪圖配置、繪圖模板庫(kù)的操作以及繪圖效果實(shí)時(shí)預(yù)覽。實(shí)現(xiàn)包括基本圖形樣式、底圖、投影、配色方案、標(biāo)注等圖形元素的定制和修改，實(shí)現(xiàn)便捷的圖形表現(xiàn)形式的修改，提供模板的修改創(chuàng)建功能，并且在單個(gè)模板匹配指定要素場(chǎng)與模板修改時(shí)，實(shí)現(xiàn)繪圖效果的實(shí)時(shí)瀏覽。顯示交互界面是軟件的第三級(jí)界面，主要提供顯示繪圖結(jié)果與診斷交互功能。針對(duì)批量繪圖的圖形產(chǎn)品提供多樣的瀏覽顯示功能，并且結(jié)合模式研發(fā)人員以及物理過(guò)程診斷方法，提供圖形方法重繪、剖面、偏差、累積、播放瀏覽等基本診斷方法。

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1　數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)處理模塊

針對(duì)GRAPES模式診斷輸出物理量，采用WMO GRIB標(biāo)準(zhǔn)第二版，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，不僅支持GRAPES模式輸出數(shù)據(jù)，還能處理多種診斷需要的參考資料，使得所有模式數(shù)據(jù)和參考資料數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)接口統(tǒng)一。標(biāo)準(zhǔn)編碼要素涉及相關(guān)的80多個(gè)物理量。

4.2　可交互配置的繪圖模塊

利用NCL的C語(yǔ)言接口，結(jié)合XML模板配置技術(shù)，開(kāi)發(fā)繪圖引擎，實(shí)現(xiàn)批量繪圖功能；為提高界面交互診斷的易用性，開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)繪圖功能，基于Qwt庫(kù)，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)繪圖引擎。支持GRIB2格式的數(shù)據(jù)，內(nèi)置插值功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)填充圖和等值線圖的繪制，支持等經(jīng)緯度和極坐標(biāo)投影，支持折線圖、條形圖等統(tǒng)計(jì)圖形的繪制。通過(guò)繪圖引擎，可以實(shí)現(xiàn)科研人員在診斷分析中使用的基本圖形樣式，如：等值線圖，填充圖，多要素疊加圖，剖面圖，廓線圖等（圖4），支持單位換算，平均，累加，偏差運(yùn)算等計(jì)算功能。

圖4　繪制圖形示例圖

研發(fā)了用于多樣的繪圖配置功能，提供用戶對(duì)基本圖形樣式，底圖，投影，配色方案，標(biāo)注等圖形元素的定制和修改，實(shí)現(xiàn)便捷的圖形表現(xiàn)形式的修改，支持不同用戶的共享。不同的模板可以集合形成繪圖工具箱，封裝批量繪圖任務(wù)，實(shí)現(xiàn)圖形批量繪制。實(shí)現(xiàn)批量繪圖并行優(yōu)化調(diào)度策略，為了充分利用系統(tǒng)資源，系統(tǒng)利用多進(jìn)程機(jī)制進(jìn)行圖形繪制任務(wù)的調(diào)度，繪圖速度得到明顯提升。繪圖效率的提升對(duì)比如圖5所示。

圖5　繪圖效率提升示意圖

4.3　交互式圖形顯示和分析模塊

圖形瀏覽模塊可支持多視圖顯示，用戶可以根據(jù)需要同時(shí)瀏覽1、2或4張圖片。系統(tǒng)提供圖像瀏覽方式的交互配置界面，方便用戶配置視圖的數(shù)量及各視圖對(duì)應(yīng)的繪圖集。設(shè)置不同的篩選條件，將條件加入到某個(gè)視圖中，瀏覽模塊會(huì)自動(dòng)從圖片庫(kù)中尋找匹配篩選條件的圖片，顯示在對(duì)應(yīng)視圖中?？膳渲妹總€(gè)窗口圖片顯示的順序進(jìn)行顯示如：時(shí)間，預(yù)報(bào)時(shí)次，要素，層次等同步顯示和動(dòng)畫顯示。

提供交互式的圖形操作功能，例如瀏覽、縮放、取值、對(duì)比、剖面線、廓線等交互功能，多窗口同步顯示，便于科研用戶對(duì)比分析。

建立交互工具，以“點(diǎn)”，“線”，“面”操作分類，通過(guò)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，調(diào)用實(shí)時(shí)繪圖引擎實(shí)現(xiàn)在線處理和顯示，“點(diǎn)”交互功能包括單點(diǎn)取值標(biāo)注、單點(diǎn)廓線和單點(diǎn)時(shí)序圖等；“線”交互主要是在圖片上任意直線的剖面功能；“面”交互功能包括關(guān)注區(qū)域標(biāo)示和放大查看，兩個(gè)場(chǎng)的偏差操作。

4.4　遠(yuǎn)程訪問(wèn)和可視化交互診斷軟件平臺(tái)

系統(tǒng)以QT、GRIB_API、NCL和OCI技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建，在Windows平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)客戶端軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)增加ActiveMQ消息組件與服務(wù)器進(jìn)行通訊，建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)，經(jīng)過(guò)功能拆分，形成了前臺(tái)交互，后臺(tái)響應(yīng)的客戶/服務(wù)系統(tǒng)，支持多用戶共享，促進(jìn)軟件的推廣應(yīng)用。軟件平臺(tái)主要界面如圖6所示。

圖6　軟件主界面

4.5　軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

軟件以模式研發(fā)人員的需求為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)詳細(xì)的需求調(diào)研，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不斷與模式研發(fā)人員進(jìn)行交流，迭代開(kāi)發(fā)改進(jìn)軟件功能設(shè)計(jì)，在推廣試用過(guò)程中，持續(xù)根據(jù)模式研發(fā)人員的意見(jiàn)不斷改進(jìn)軟件的功能與效率。系統(tǒng)通過(guò)接入研發(fā)人員日常使用的數(shù)據(jù)平臺(tái)，保證了與模式試驗(yàn)軟件平臺(tái)的有效對(duì)接，在模式支撐軟件體系成為一個(gè)重要工具。

5　結(jié)論

物理過(guò)程診斷軟件平臺(tái)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)處理、繪圖配置、批量繪圖、圖形顯示、診斷交互操作等功能，基本涵蓋物理過(guò)程診斷可視化分析的全流程。當(dāng)前版本支持GRAPES GFS模式的輸出數(shù)據(jù)，支持FNL等數(shù)據(jù)作為參考資料。本軟件為模式研發(fā)人員提供方便快捷的物理過(guò)程診斷工具，為科研用戶提供操作便捷，界面友好的專用工具。軟件平臺(tái)采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，支持多用戶同時(shí)使用。本軟件平臺(tái)與分布式數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)（DDPS）對(duì)接，方便用戶對(duì)模式試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，提高模式研發(fā)人員進(jìn)行物理過(guò)程診斷的效率。

發(fā)展數(shù)值預(yù)報(bào)模式物理過(guò)程診斷技術(shù)，并形成模式物理過(guò)程數(shù)據(jù)的在線顯示和實(shí)時(shí)人機(jī)交互診斷平臺(tái)，有助于提高模式研發(fā)水平和研發(fā)效率，從而縮短模式研發(fā)的周期。

深入閱讀

賈朋群, 王淞秋, 2016. 氣象可視化——用可視化方法詮釋. 氣象知識(shí), (4): 63-67.

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