基于GIS的內(nèi)蒙區(qū)域降水實(shí)況系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王家樂(lè) 于溥天

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010010）

1 引言

IT 信息技術(shù)迅猛發(fā)展、氣象數(shù)據(jù)日益豐富，如何將先進(jìn)的技術(shù)運(yùn)用在氣象數(shù)據(jù)展示是我國(guó)氣象事業(yè)發(fā)展過(guò)程中亟需解決和研究的方向之一。目前我區(qū)地面觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)已增長(zhǎng)至2400 多個(gè)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)表格展示不能滿足業(yè)務(wù)需求，采用GIS 地圖展示和數(shù)據(jù)表格協(xié)同作業(yè)是一種必然的趨勢(shì)。本文選用的GIS 服務(wù)是Openlayers，是一個(gè)專為Web GIS 客戶端開發(fā)提供的JavaScript 類庫(kù)包，用于實(shí)現(xiàn)底圖發(fā)布、站點(diǎn)疊加和降水?dāng)?shù)據(jù)顯示。

近年來(lái)，全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS）逐步建成并且業(yè)務(wù)運(yùn)行，形成了國(guó)省統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境。以此為基礎(chǔ)，國(guó)家氣象信息中心組織國(guó)省技術(shù)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（MUSIC），并在內(nèi)蒙得到了廣泛的應(yīng)用。基于CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境，利用MUSIC 統(tǒng)一服務(wù)接口構(gòu)建了內(nèi)蒙區(qū)域的降水實(shí)況展示系統(tǒng)，本文將對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)路線

內(nèi)蒙區(qū)域的降水實(shí)況系統(tǒng)采用的是B/S 的架構(gòu)。系統(tǒng)瀏覽器端程序采用JavaScript 語(yǔ)言開發(fā)，服務(wù)器端程序采用Java 進(jìn)行開發(fā)；開發(fā)工具使Eclipse 4.8.0；Web 服務(wù)器使用Apache-tomcat-8.0.33；技術(shù)路線如表1 所示。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由用戶操作模塊、前后臺(tái)交互模塊、數(shù)據(jù)調(diào)用模塊、數(shù)據(jù)展示模塊四部分組成，系統(tǒng)組成如圖1 所示。

3 系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)適用于全區(qū)所有的業(yè)務(wù)人員，可按照自治區(qū)、盟市、旗縣三級(jí)聯(lián)動(dòng)獲取降水實(shí)況信息，查詢站點(diǎn)包括國(guó)家站、自治區(qū)自動(dòng)站、水利行業(yè)站和周邊站，其中周邊站是當(dāng)前區(qū)域50 公里范圍內(nèi)的周邊省站點(diǎn)；降水信息可以監(jiān)測(cè)當(dāng)前時(shí)次小時(shí)和分鐘雨量，也可查看24 小時(shí)累計(jì)降水和臨近2h、3h、4h、5h、6h、12h、24h 降水過(guò)程。

利用GIS 地理信息技術(shù)，系統(tǒng)將觀測(cè)站點(diǎn)繪制成不同的圖層，將降水量與辨識(shí)度很高的色彩進(jìn)行融合并填充到站點(diǎn)圖層中，在空間范圍內(nèi)生動(dòng)的展示不同區(qū)域內(nèi)、不同類型觀測(cè)站點(diǎn)的降水分布與強(qiáng)弱并可對(duì)單站時(shí)間序列多要素圖標(biāo)展示。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要調(diào)用CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境的中國(guó)地面逐小時(shí)資料和中國(guó)地面分鐘降水資料，通過(guò)Ajax 異步傳輸方式將用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)提交到服務(wù)端，由服務(wù)端調(diào)用MUSIC 統(tǒng)一接口完成數(shù)據(jù)采集并返回客戶端交由Openlayers 渲染并顯示，系統(tǒng)工作流程如圖2 所示。

（1）用戶操作模塊：可按照業(yè)務(wù)場(chǎng)景，設(shè)置查詢區(qū)域、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、降水時(shí)間尺度信息，將其作為查詢條件提交至前后臺(tái)交互模塊，用戶操作如圖3 所示。

表1：技術(shù)路線

圖1：系統(tǒng)組成

圖2：系統(tǒng)工作流程

（2）前后臺(tái)交互模塊：是系統(tǒng)非常重要的一個(gè)模塊，上游接用戶操作模塊，下游接數(shù)據(jù)調(diào)用模塊，通過(guò)Ajax 異步交互的方式將查詢條件提交到數(shù)據(jù)調(diào)用模塊，并將返回的數(shù)據(jù)推送至數(shù)據(jù)展示模塊，發(fā)揮著串聯(lián)整個(gè)系統(tǒng)流程的作用。

（3）數(shù)據(jù)調(diào)用模塊：為了便于數(shù)據(jù)的加工與處理，本文選用的是MUSIC 提供的客戶端調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索，運(yùn)用了MUSIC提 供 的getSurfEleInRectByTime、getSurfEleInRegionByTime、statSurfEleInRect 和statSurfEleInRegion 接口，按照MUSIC 接口調(diào)用規(guī)范，將用戶查詢條件（站號(hào)、區(qū)域、要素、時(shí)間等參數(shù)）轉(zhuǎn)譯為接口要求的參數(shù)格式，并對(duì)接口調(diào)用方法進(jìn)行了封裝，返回至前臺(tái)的數(shù)據(jù)格式為JSON。

（4）數(shù)據(jù)展示模塊：按照查詢區(qū)域條件可動(dòng)態(tài)切換當(dāng)前GIS底圖，按照降水量疊加站點(diǎn)信息，更加直觀的在空間尺度展示降水實(shí)況信息，系統(tǒng)可展示當(dāng)前時(shí)次降水、24 小時(shí)累積降水、臨近時(shí)次累積降水及分鐘累積降水。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 降水監(jiān)測(cè)區(qū)域加載

系統(tǒng)GIS 底圖加載選用的是openlayers 地理信息JavaScript 開源庫(kù)，運(yùn)用其內(nèi)部封裝的WMS layer 類，將地圖疊加顯示到瀏覽器上。為了更直觀的顯示監(jiān)測(cè)區(qū)域，制作了全區(qū)、12 個(gè)盟市和103個(gè)旗縣矢量多邊形邊界信息KML 文件，其屬性包括經(jīng)度和緯度信息，調(diào)用OpenLayers.Layer.Vector 方法將其轉(zhuǎn)換為矢量圖層并疊加到GIS 底圖，核心代碼如下：

圖3：用戶操作頁(yè)面

圖4：內(nèi)蒙古自治區(qū)、盟市和旗縣GIS 底圖

圖5：站點(diǎn)圖例

圖6：分鐘降水、1h、2h、3h、4h、5h、6h 降水等級(jí)圖例

圖7：12h、24h 降水等級(jí)圖例

使用Openlayers 疊加的底圖信息如圖4 所示。

3.2.2 降水監(jiān)測(cè)信息加載

圖8：監(jiān)測(cè)站點(diǎn)圖層

為了直觀的辨識(shí)降水站點(diǎn)類型，將國(guó)家站、自治區(qū)國(guó)家站、無(wú)人站和水利站選用不同的形狀繪制并顯示，圖例如圖5 所示。

分鐘降水、1h、2h、3h、4h、5h、6h 降水量級(jí)劃分：

小雨： 0～2.5mm；中雨：2.5～8.0mm；大雨：8.0～15mm；暴雨：>15mm，降水等級(jí)圖例如圖6 所示。

12h、24h 降水等級(jí)劃分：

小雨： 0～10.0mm；中雨：10.0～25mm；大雨：25～50mm；暴雨：50～100mm；大暴雨：100～200mm；特大暴雨：>200mm，降水等級(jí)圖例如圖7 所示。

對(duì)比數(shù)字而言，人眼對(duì)于色彩的辨識(shí)度很高，因此將站點(diǎn)疊加到地圖上的同時(shí)，將其顏色與降水量進(jìn)行融合，按照降水量級(jí)為站點(diǎn)填充顏色，在空間范圍內(nèi)生動(dòng)的展示不同區(qū)域內(nèi)降水分布與強(qiáng)弱，核心代碼如下：

圖9：內(nèi)蒙區(qū)域降水實(shí)況系統(tǒng)

圖10：內(nèi)蒙區(qū)域降水實(shí)況系統(tǒng)

上述代碼實(shí)現(xiàn)了降水監(jiān)測(cè)信息顯示，效果如圖8 所示。

3.3 系統(tǒng)展示

基于GIS 的內(nèi)蒙區(qū)域降水實(shí)況系統(tǒng)展示如圖9 所示。

單站多要素時(shí)間序列展示如圖10 所示。

4 總結(jié)

內(nèi)蒙區(qū)域的降水實(shí)況系統(tǒng)采用的是B/S 架構(gòu)，基于CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境和MUSIC 數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口完成開發(fā)，一級(jí)部署三級(jí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集約化發(fā)布和管理；系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需手動(dòng)輸入繁雜的查詢條件，即可獲取業(yè)務(wù)人員所關(guān)注的降水實(shí)況信息，在汛期和自治區(qū)重大活動(dòng)保障工作中，發(fā)揮了很好的數(shù)據(jù)支撐作用，為氣象服務(wù)提供了更加有力的保障。