基于地理信息的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

畢天龍

摘要：為了更好的加強(qiáng)氣象數(shù)據(jù)處理工作的水平與質(zhì)量，以此來(lái)推動(dòng)我國(guó)氣象行業(yè)的全面繁榮發(fā)展。本文將以地理信息為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究進(jìn)行分析與研討，本文首先對(duì)當(dāng)前的地理信息系統(tǒng)的含義進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，其次對(duì)基于地理信息的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)研究進(jìn)行分析與研討，以供有關(guān)人員參考與借鑒。

關(guān)鍵詞;地理信息;氣象數(shù)據(jù);可視化平臺(tái);設(shè)計(jì)研究

引言：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，我國(guó)正逐步邁進(jìn)信息化時(shí)代。我國(guó)的氣象數(shù)據(jù)可視化建設(shè)工作也在隨之不斷的展開(kāi)，氣象數(shù)據(jù)作為我國(guó)氣象服務(wù)的基礎(chǔ)，當(dāng)前人民群眾的生活與生產(chǎn)都離不開(kāi)氣象服務(wù)，因此，氣象中心每一天都會(huì)產(chǎn)生海量的氣象數(shù)據(jù)，海量磅礴的氣象數(shù)據(jù)同時(shí)也在一定程度上不斷的推動(dòng)著氣象數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與可視化平臺(tái)建設(shè)的不斷發(fā)展與完善。

一、地理信息處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)述

地理信息處理系統(tǒng)是指由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)以及用戶共同組建起來(lái)的一個(gè)系統(tǒng)的可伸縮的有機(jī)體，通常情況下也被稱為GIS，最早起源于上個(gè)世紀(jì)，被開(kāi)發(fā)的初期，GIS技術(shù)只是為了有效的解決地理問(wèn)題，以此來(lái)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)處理資源庫(kù)進(jìn)行完善。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，地理信息系統(tǒng)也逐漸被其他學(xué)科所借鑒與參考，例如，測(cè)繪學(xué)、信息學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及圖像處理學(xué)等。由此地理信息就已經(jīng)變成了一項(xiàng)綜合性的學(xué)科，而不是單純的地理學(xué)科。

與以往的GIS技術(shù)相比較，當(dāng)前的地理信息不但可以呈現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部的地理環(huán)境要素，而且還能通過(guò)教學(xué)模板，將檢測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)依托有效的視覺(jué)圖形以多樣化的形式來(lái)進(jìn)行表達(dá)，并且將地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為矢量地圖，用來(lái)對(duì)區(qū)域內(nèi)部的資源變化趨勢(shì)、事物空間位置等要素進(jìn)行描述，進(jìn)而為當(dāng)前的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)提供強(qiáng)有力的理論與技術(shù)的支持。

二、基于地理信息的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)分析

沒(méi)有地理信息作為基礎(chǔ)的氣象數(shù)據(jù)其實(shí)質(zhì)就是一組簡(jiǎn)單的數(shù)字而已，并不能作為氣象服務(wù)的基礎(chǔ)。反之，基于地理信息的氣象數(shù)據(jù)可以通過(guò)可視化技術(shù)來(lái)將簡(jiǎn)短的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為具有視覺(jué)沖擊的圖形或是動(dòng)態(tài)圖片。當(dāng)前我國(guó)的氣象數(shù)據(jù)收集渠道十分廣泛，時(shí)空分布特征各有不同。進(jìn)而導(dǎo)致以往氣象數(shù)據(jù)處理模式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。GIS技術(shù)作為氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)的主要地理信息支持，為當(dāng)前的可視化平臺(tái)構(gòu)建提供了強(qiáng)有力的區(qū)域以及地域背景信息。因此，在氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)中，有關(guān)技術(shù)人員要切實(shí)發(fā)揮好GIS技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不斷的提升可視化平臺(tái)建設(shè)水平[1]。

（一）氣溫?cái)?shù)據(jù)的空間可視化

氣象數(shù)據(jù)作為氣象服務(wù)的基礎(chǔ)，借助地理信息則可以有效的對(duì)區(qū)域內(nèi)部的空間進(jìn)行表達(dá)。其具體環(huán)節(jié)如下：地理信息的獲取，地理信息的預(yù)處理，映射，繪制，可視化顯示，可視化平臺(tái)的搭建。早于GIS.9之前的系統(tǒng)版本是不能兼容Python的有效應(yīng)用的，面對(duì)數(shù)據(jù)的處理只能利用工具來(lái)進(jìn)行操作，在根本上是無(wú)法有效調(diào)動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)的，所以在ESRI中添加了Python語(yǔ)言，并同時(shí)研發(fā)出餓了諸多GIS數(shù)據(jù)處理函數(shù)庫(kù)，在Python的介入下完成了與GIS系統(tǒng)的有效集成。Python不僅可以滿足第三方資源庫(kù)的合理調(diào)用，同時(shí)也可以利用第三方資源困來(lái)對(duì)GIS技術(shù)進(jìn)行處理。并且，arcpy模板還可以提供制圖、處理、分析以及統(tǒng)計(jì)等其他功能，以此來(lái)有效的構(gòu)建起完善的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，不斷的提升當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)處理的水平與質(zhì)量。

（二）PM2.5濃度數(shù)據(jù)的空間可視化

同一省份內(nèi)的氣溫?cái)?shù)據(jù)一般不會(huì)存在過(guò)大的溫差，因此在矢量地圖中，有關(guān)技術(shù)人員無(wú)法使用顏色來(lái)對(duì)同一省份內(nèi)的城市進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的區(qū)分。進(jìn)而導(dǎo)致氣象數(shù)據(jù)無(wú)法呈現(xiàn)出鮮明的視覺(jué)感受，若還是以上述Python模板為例，可以將同一省份內(nèi)的所有城市以不同的顏色標(biāo)記清楚，標(biāo)記顏色則是作為該城市的空間位置，并對(duì)其省份內(nèi)的PM2.5濃度進(jìn)行可視化處理，以此來(lái)更好完善氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的發(fā)展與建設(shè)工作。在地理信息的有力支持下，加之空間位置上的顏色區(qū)分，進(jìn)而使得區(qū)域性得到了顯著的突出，極大的提升了對(duì)于氣象數(shù)據(jù)的綜合處理水平以效率。同時(shí)GIS技術(shù)與Python模板都有著較強(qiáng)的“人機(jī)交互”能力，在編制氣象數(shù)據(jù)可視化動(dòng)態(tài)圖形中，起著不可替代的作用。同時(shí)將制作好的動(dòng)態(tài)可視化平臺(tái)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行呈現(xiàn)時(shí)，有關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)，來(lái)更為直觀的觀測(cè)到當(dāng)前區(qū)域內(nèi)部的PM2.5濃度，進(jìn)而有效的提升當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)的建設(shè)水平與效率。氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)與傳統(tǒng)的圖形以及圖表相比較，可視化平臺(tái)可以針對(duì)該區(qū)域內(nèi)部所反饋的氣象數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)其數(shù)據(jù)內(nèi)后所隱藏的信息進(jìn)行分析，例如某一城市的PM2.5濃度過(guò)高，氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)會(huì)對(duì)該城市的空氣質(zhì)量較差的原因進(jìn)行分析，并制定出一系列的解決措施。

（三）衛(wèi)星遙感技術(shù)的有效融合

衛(wèi)星遙感技術(shù)具有覆蓋范圍廣、可全天候監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，在對(duì)氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)的過(guò)程中，有關(guān)技術(shù)人員可以借助衛(wèi)星遙感技術(shù)以及地理信息，來(lái)不斷地提升建設(shè)水平。通過(guò)地理信息的矢量地圖加之衛(wèi)星遙感技術(shù)，使單一的遙感圖形轉(zhuǎn)變成為可視化的遙感圖像。具體操作如下：將地理信息中的矢量地圖作為可視化圖像的底部圖層，將遙感圖像作為可視化圖像的頂部圖層，并根據(jù)圖層的顯示要求來(lái)對(duì)不同的圖層進(jìn)行透明度的設(shè)置，進(jìn)而完成矢量地圖與遙感圖像的有機(jī)結(jié)合，以此來(lái)確保動(dòng)態(tài)圖形的可視化[2]。

在地理信息的有力支持下，對(duì)PM2.5濃度數(shù)據(jù)、云量數(shù)據(jù)、氣溫?cái)?shù)據(jù)以及衛(wèi)星遙感圖形進(jìn)行可視化分析，加之使用Python以及GIS技術(shù)來(lái)對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加與融合，以此有效的實(shí)現(xiàn)了以地理信息為基礎(chǔ)的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)，不斷地提升氣象數(shù)據(jù)的自我展現(xiàn)能力，突破了傳統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)處理模式的限制，提高了當(dāng)前人民對(duì)于氣象數(shù)據(jù)的空間認(rèn)知水平，推動(dòng)了我國(guó)氣象服務(wù)的快速發(fā)展。

結(jié)論：綜上所述，加強(qiáng)基于地理信息的氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)水平，不僅是當(dāng)前人民群眾對(duì)于我國(guó)氣象行業(yè)發(fā)展所提出的全新要求，同時(shí)也是我國(guó)氣象行業(yè)發(fā)展與完善的首要任務(wù)。因此，需要有關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)云量數(shù)據(jù)的空間可視化建設(shè)，做好衛(wèi)星遙感圖像的有效結(jié)合，以及對(duì)氣溫?cái)?shù)據(jù)的空間可視化工作的建設(shè)水平。以此來(lái)不斷的提升當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)建設(shè)水平，從而不斷地推動(dòng)我國(guó)氣象事業(yè)的全面繁榮發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]全力，杜景林，楊迎新.WRF模式氣象數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（18）：87-91.

[2]楊明奇. 基于WebGL的地理信息大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所），2021.