大屏可視化技術在氣象領域的應用

徐達 孫超 劉乖乖 郭聰

摘 要 通過Vbi5大屏可視化技術與市面主流基于B/S架構可視化技術的對比研究，將Vbi5應用在氣象綜合業務中，從綜合觀測、預報預測、到公共服務和信息支撐，生動形象的展示在大屏幕上，利用成熟的業務系統對氣象大數據分析和計算的結果，顯示了氣象資料從采集、傳輸、處理、入庫的全流程信息。采用文字、圖表、Web控件、狀態進度圖的形式展示了數據動態流動，動力環境，高性能計算機上的模式運行狀況。Vbi5可視化技術不光為管理者提供清晰的決策，更為參觀者形象展示氣象業務運行的全過程。

關鍵詞 Vbi5；大屏可視化；氣象數據

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）235-0133-03

1 信息可視化的現狀

隨著科學技術的不斷發展，大數據、云計算、人工智能等新一輪信息技術的崛起和深入應用，對氣象大數據的分析和展示都充滿了挑戰。如何從海量數據中提取出有用信息，從而更好地將氣象資料和業務系統串聯監控起來已經成為氣象信息中心的一個熱點問題。

數據可視化直觀的將離散數據通過圖表清晰的傳遞，尤其在氣象數據資料監控方面，大屏展示已經是不可或缺的一部分，最終目標是為用戶清晰直觀的反應天氣實況，快速定位出現告警的氣象業務系統。這不僅能夠提高值班人員的工作效益，而且間接帶來巨大的社會經濟效益。

數據可視化的技術難點不在于對數據展示的效果，而在于如何將復雜的氣象業務邏輯串聯起來。在一頁頁的畫面中，如何讓人了解數據和業務之間的關聯，這就需要對大屏整體的顏色、布局、可視化組件的綜合運用。

2 技術架構實現

目前市面上主流BS（Browser/Server）架構實現可視化的優勢在于，開發速度快，維護成本低，共享性強的特點，能夠在短時間內利用網上現有的可視化組件倉庫構建出畫面。但是BS架構對于服務器，網絡，數據安全的要求很高。對于大量數據輸入，例如繪制全國近6萬個地面區域自動觀測站站點地圖分布打點信息，將會大大增加瀏覽器與服務器之間的通信，增加數據加載和響應時間；同時，網上開源的可視化組件并不能滿足現有的氣象業務需求。

Vbi5基于CS（Client/Server）架構的可視化框架，提供總控，地圖分析，實時監控，匯報演示等模板，通過多元的組件，穩定的網絡通信，安全的數據存取，快速的系統響應，實現對氣象業務監控和氣象信息業務全流程可視化的展示。在氣象信息化時代下，新型的數據可視化工具需要有一下特性：

1）穩定性：能夠7×24小時不間斷工作，在網絡中斷情況下，對于演示參觀場景依然可以不影響畫面的監控、切換，保證屏幕上獲取最近一個時次的數據。

2）易用性：滿足快速開發，實現圖形控件拖拽的方式進行畫面構建，滿足大數據時代信息多元化的特性。

3）多元數據集成支持：除了本地數據庫，支持接口采集，網頁嵌入、視屏流的接入多種表現方式。

3 Vbi5大屏可視化技術

傳統可視化技術，除了需要工程師熟悉業務邏輯外，還需要非常專業的軟件開發人員進行后端數據處理和前端頁面設計才能實現。相較于命令行式的開發布局，Vbi5通過圖形界面編程提供了更直觀、友好的開發環境，幫助非計算機專業的工程師搭建屬于自己的可視化應用。

Vbi5支持多種數據源的接入，為數據信息提供了一個開源的展示平臺。能夠接入的數據源通過對關鍵字進行格式轉換，邏輯判斷，映射，實現對氣象業務的實時監控的需求。

在編輯器中對數據源進行簡單的數據配置，或對查詢的SQL語句進行封裝處理，配合簡單的Python腳本可以實現對數據源中的數據快速增刪改查，最后通過可視化組件對數據進行渲染構圖，形成一個專業的可視化應用場景。

Vbi5新增了應急數據模塊，對畫面內應用的數據模型做了分表存儲，隔離常規數據模型做二次數據備用，提高了數據的穩定性。

4 天氣、氣候模式可視化

Vbi5提供個性化組件，通過綁定數據源的形式，實現前后端交互，通過對數據源中字段的配置添加，展示自己個性化的應用。同時對字段值之間的轉換，篩選后得到符合業務邏輯的圖像，系統支持自動檢驗邏輯判別式的合法性，校驗成功后上傳至后臺自動執行。

首先對業務上運行的天氣、氣候模式的日志解析，得到每個模式的運行時次和狀態，通過Restful接口采集入庫。因為氣象領域中模式運行采用世界時，而在大屏展示需要用北京時，通過SQL語句對采集入庫的數據做一個時間上轉化，畫面中的可視化組件需要綁定經過處理后的新數據模型而非原始的Restful接口模型，配置cron表達式修改可視化組件對數據的采集時間，點擊更新后，得到我們設計的可視化應用，如圖3所示。

5 基于Vbi5的氣象數據大屏可視化

氣象大數據可視化主要涉及到對整個氣象業務的串聯，通過天、地、空、一體的綜合觀測技術對氣象元數據的采集；到基于氣象專業方程和模式計算的預報預測；將精確的預報結果和預警信息整合后服務公眾；依托于高性能、云計算、龐大的資源池將各個業務穿成一體，形成我們現代信息化的氣象產品。

氣象領域中對天氣狀況準確預報是我們首要任務，通過對氣象數據的加工處理，繪制出的一幅幅精準的氣溫圖，降水圖和風場圖，可以動態的傳輸至Vbi5的相關組件進行展示。在后臺通過對數據分析判斷后綁定在Vbi5的相關組件上可以達到對全國31省氣象設備的有效監控。

如何集成現有的業務系統和氣象產品在可視化平臺中也是我們攻克的難點。Vbi5通過配置Web插件參數，充分利用圖形工作站的GPU對檢測場景渲染，減輕了對CPU和內存資源的消耗。同時利用大屏的視屏處理器，在大屏上進行開窗操作，即在現有的畫面上疊加電視信號，通過氣象頻道實施反應出當前的氣象熱點信息。

根據大屏的分辨率，新建畫面，在畫面中添加圖片，文字，表格等，統一畫面風格和屬性，配置相應的可視化組件的數據源，通過SQL過濾查詢和Python腳本對數據進行處理，保存發布后實現大屏的可視化，如圖4所示。

6 結論

要想實現氣象業務從數據采集、傳輸、處理、存儲、應用服務的全流程可視化監控，需要充分利用氣象大數據，依托于國家氣象局已建各類軟硬件應用系統，包括高性能計算機中心、云平臺基礎設施、資源池、中國氣象數據網、中國氣象局衛星廣播系統、氣象觀測系統、氣象通信系統等。基于Vbi5大屏可視化技術，滿足了氣象數據從靜態、平面的展示到動態、立體渲染的效果，快速高效的反應了氣象資料的傳輸的及時性和準確性，為用戶在氣象數據共享服務系統和統一數據環境的建設提供運行監控和保障，對氣象數據業務及其信息支撐提供可視化分析展示，有針對性的提升數據共享服務能力和數據環境支撐能力，保障和推動氣象數據共享服務業務的順利開展。

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