基于Silverlight的海島預報服務系統研究

曾悠 楊明 朱旻翔

摘要：針對桌面客戶端版和傳統B/S架構的海島預報服務系統存在移植性差、響應速度慢等問題，利用Silverlight框架的富網絡應用特性，結合WebGIS技術，設計了基于B/S結構的海島預報服務系統實現方案。通過對Silverlight框架、氣象數據組織結構、氣象數據服務和基于WebGIS的Silverlight實現等關鍵技術的研究，實現了海島預報服務的氣象要素可視化和具有高擴展性的海島氣象數據服務。應用結果表明，基于Silverlight技術的海島預報服務系統具有更快的響應速度和更優良的應用效果，為海島預報服務提供了一種科學高效的實現方式。

關鍵詞：Silverlight技術；海島預報；預報服務；WebGIS

中圖分類號：TP391.4文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）14-55-4

0引言

海島天氣預報一直與海上航運、漁業生產、近海養殖和海島旅游等息息相關[1]。因中國東南沿海與太平洋相鄰，海域寬廣橫跨東亞季風區，實測的海洋氣象資料則相對較少[2]，沿海建立的海島氣象站、海洋站和浮標站可以為海上運輸及作業提供及時準確的氣象信息[3]，在沿海防風抗臺、防災減災等方面具有決定性作用。

目前，海島預報服務系統一般采用基于C/S結構的客戶端或基于B/S架構的傳統Web模式，然而前者往往缺乏地理信息數據支撐且兼容性較差，后者數據傳輸速率低、響應速度慢。

本文旨在建立一個基于Silverlight框架、結合WebGIS技術、具有良好展示功能的浙江省海島預報服務系統，為政府單位、氣象業務人員做好防災減災和決策服務提供科學有效的技術支撐。

1Silverlight框架

Silverlight是一種既跨平臺又跨瀏覽器的富互聯網應用程序（RIA）實現技術[4-5]，是基于.Net Framework的交互式Web呈現技術。其特性主要表現在：

①Silverlight可跨瀏覽器、跨平臺、支持RIA且基于瀏覽器插件。類似Flash動畫的創建方法，RIA能在通用瀏覽器上創建并運行。另外，開發和設計不受限于用戶使用的瀏覽器或平臺，由Silverlight創造的應用程序可以運行在所有流行的瀏覽器中，并且所提供的用戶體驗都是一致的[6]，包括Web平臺、Windows桌面版和移動設備（如Windows Phone7）等。

②客戶端具備處理和緩存數據的功能。在客戶端，Silverlight能同時計算處理和緩存大量數據，因此客戶端與服務端之間的交互壓力也能有效減少。

③頁面交互美觀豐富。Silverlight不僅能創建UI元素，且支持第三方控件，在瀏覽器中現實的內容和效果比僅使用HTML更豐富、更優良。能夠融合圖片、視頻、動畫和其他交互內容，在Web頁面上為用戶展現桌面應用一樣豐富的可視效果。Silverlight使用可擴展應用程序標記語言（XAML）來創建元素和UI界面設計。

④Silverlight支持瀏覽器UI的修改且兼容常見標準和技術，可靈活地集成諸如ASP.NET，AJAX代碼來增添功能、增強可視化效果。

⑤Silverlight占用空間小，在瀏覽器中安裝快速便捷，幾乎不會對用戶體驗造成負面影響。

2系統整體設計

2.1系統總體架構

層次化設計是系統總體框架的設計思想，以保證海島預報服務系統的低耦合和高擴展性。總體框架結構由數據支撐層、應用服務層、業務邏輯層和信息表現層4部分組成。

數據支撐層：用于存儲數據的基礎數據庫。其中，地理信息相關的數據存儲于空間數據庫，天氣現象、最低和最高溫度、風向和風力等級等實時和預報數據存儲在氣象要素數據庫中，對數據的調用是應用服務層通過數據庫引擎完成的。

應用服務層：系統的主要功能在該層實現，包括空間信息服務、系統集成接口和接口組件管理系統3類主要功能。空間信息服務功能主要包含地理信息數據獲取、查看瀏覽地圖、地圖圖層編輯及地理信息維護，還有與空間數據相關的數據處理方法等；系統集成接口負責依據氣象業務需求構造相應的接口組件，完成業務邏輯層和其他數據的集成等功能，本平臺需求得到滿足的同時，其他外部應用系統也能調用公開提供的功能服務；接口應用管理系統服務是對接口應用范圍管理，應用系統能在服務層對其自由調用。

業務邏輯層：是系統的核心層，在此對系統的所有功能進行封裝和發布。根據業務邏輯設計，響應表現層請求，按用戶要求對應用服務層功能進行調用，完成系統流程，并且能實現服務與服務的相互調用，完成系統任務。此外，業務邏輯層還包括了與空間地理信息和接口管理相關的服務。

信息表現層：用戶與應用程序在此交互，是整個系統的可視層，當信息表現層接收到用戶的輸入后，發送指令給服務器端，隨后服務器端接收并處理請求，返回的數據以文字、表格等方式在表現層可視化地展示給用戶，完成系統流程。

2.2系統功能設計

系統的主要功能設計包括氣象信息展示、查詢與獲取、站點信息展示、圖表展示和地圖操作5類，以滿足海島預報服務系統的需求。系統功能示意圖如圖2所示。

①氣象要素信息數據：通過讀取實時和預報氣象要素數據庫，在地理信息上顯示各站點的當天實況或未來預報數據（共5天）。

②查詢與獲取：統計不同類別的氣象要素，在空間地圖上顯示相應站點的實時或預報數據。

③站點信息展示：結合氣象要素信息數據庫中氣象自動站、海洋站、浮標站表信息和海島地理位置，將代表各海島站點的站名和經緯度等信息可視化地展示出來。

④圖表展示：通過讀取氣象信息數據庫中近24 h的實時數據和未來4天的預報數據，以圖表的方式展示各海島5天內的氣象信息變化。

⑤地圖操作：從空間信息數據庫中獲得地理信息并顯示地圖，可對地圖進行包括放大、縮小等基礎操作，也能進行漫游、地圖類別選擇、圖層選擇、測距、清除屏幕等高一級的操作，且能通過放大和縮小來分層展示各海島的氣象監測和預報信息。

3系統關鍵技術

海島預報服務系統的核心主要由氣象數據組織、氣象數據服務和WebGIS與Silverlight相結合的方案3部分構成。

3.1氣象數據組織及存儲

氣象數據體量大、種類繁多且格式不統一，主要分為氣象站實時和歷史數據的站點數據、網格化的預報數據、圖片形式的柵格數據3大類。站點數據屬于結構化數據，利用分布式關系型數據庫，采用以字段為主的行存儲方式，存儲要素主要包括站號、站點名稱、經緯度和氣象要素等。預報數據是網格化數據，屬于非結構化數據，采用分布式存儲的方式。站點數據與網格化數據存儲方式示意如圖3所示。

分布式數據庫系統具有物理上分散而邏輯上集中的特點[7]，這些存儲在不同物理節點的邏輯單元由計算機網絡連接，從而形成總體數據庫系統，應用程序則可通過網絡對各個分布的數據庫進行訪問，具有較好的可靠性、靈活性和擴展性。

3.2 Web Service技術的數據服務

為了提高氣象數據的高可用性和高擴展性，實現異構系統環境下的氣象數據高效訪問，主要采用Web Service技術實現數據服務。數據服務的實現共分為部署、注冊和發布3個部分。在海島預報服務系統的業務邏輯層和數據支撐層，Web Service響應獲取數據或計算的請求，通過訪問數據支撐層的氣象要素數據信息，將數據轉換為應用服務層的接口統一標準格式返回給業務邏輯層。

實現分為2步：①建立Web服務。基于HTTP協議的簡單對象訪問協議（SOAP）模式，Web Service適用于常用的編程語言，如C/C++，Java，Python等，方便外部應用程序訪問和調用Web服務的接口；②部署和發布數據服務。將Web數據服務部署到Web應用服務器上并提供對外服務，已發布的數據服務接口則通過Service程序來訪問。

系統的數據服務按照不同的氣象數據類型和組織方式，提供了海島預報服務所需的天氣現象、最低溫度、最高溫度、風向和風力等級5類實況站點及網格化預報等的數據服務，同時發布的數據服務可以為其他業務系統提供服務。

3.3 WebGIS與Silverlight的結合方案

為了滿足氣象業務人員更直觀地分析和瀏覽海島預報信息，系統提供了地理信息的功能。基于WebGIS的Silverlight結合方案，主要采用了美國Esri公司發布的ArcGIS API for Silverlight組件，它用于在Silverlight框架上開發WebGIS應用的編程接口。整體結合方案主要由地圖服務、氣象數據服務和地圖Silverlight客戶端等組成。Silverlight客戶端向地圖服務請求地圖或氣象數據服務，地圖服務端或氣象數據服務端向客戶端返回地圖數據或氣象數據，客戶端根據不同的展示方式，利用Silverlight技術繪制矢量圖層、柵格圖層或多媒體圖層等，如圖4所示。

地理數據主要由瓦片文件和地理基礎數據組成；氣象數據由海洋氣象站點及序列和氣象網格產品組成。氣象地理數據和氣象數據分別存儲在不同類型的數據庫系統里。服務數據格式采用地圖瓦片PNG格式或標準化的XML，實現了在Silverlight平臺上實時加載繪制基礎地理數據、海島地理信息和預報服務數據，提供了在線交互式的地圖縮放、海區選擇定位與標記、海區預報圖層生成等功能。

3.4 Silverlight技術的系統實現

海島預報服務系統的Silverlight技術主要在信息表示層和業務邏輯層2個層面實現。

在信息表示層，用XAML定義界面UI和交互方式。界面UI包括界面風格、控件大小和位置等，如地圖的選擇、海島氣象要素信息的圖表布局和海島站點信息的顯示等，使用戶在Web瀏覽器上快速直觀地獲取信息。交互方式的定義用來獲取用戶對控件的操作指令，并將指令傳達給業務邏輯層，經分析處理后再反饋結果給信息表示層。

在業務邏輯層，主要負責接收并處理信息表示層提交的指令，如獲取氣象要素信息、查詢站點信息和選擇地圖等。根據業務流程設計，當業務邏輯層接收到交互指令后，通過Web Service異步調用和業務邏輯封裝，從數據服務層請求并獲取氣象要素數據。

在服務端則部署好Silverlight應用程序，當用戶通過瀏覽器訪問系統Web頁面時，會自動下載xap壓縮文件，它包含了Silverlight應用程序需要的所有文件。

海島預報服務系統中，Silverlight負責實現信息表示層的UI、控件布局以及業務邏輯層的事件、功能，而用戶只需在瀏覽器安裝Silverlight插件即可。

4應用實例

目前，采用Silverlight框架WebGIS技術，浙江省海島預報服務系統已經實現并運用在實際業務中。實踐結果顯示，系統可以準確地根據用戶的需求提供所選海島的實況、預報氣象要素數據及站點信息，并顯示對應的地理位置。由于是基于Silverlight的，本系統具有跨平臺、跨瀏覽器的特點。此外，與傳統方法相比，提高了系統的響應速度，增強了界面的美觀度和功能的豐富性。

5結束語

基于Silverlight的眾多優點，研究并建立了海島預報服務系統，不僅解決了現有系統移植性差、響應慢、維護困難的問題，還提高和擴展了海島氣象數據的可用性，也豐富了系統的界面、功能和交互體驗。隨著氣象事業的發展和對數據要求的提高，海島氣象預報服務業務將面臨更多的挑戰，本系統也需與時俱進，不斷創新與更新。

參考文獻

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