基于GIS技術的農業氣象災害監測預警系統研究

高 雪

（晉中市氣象局，山西 晉中 030600）

地理信息系統（GIS）就是利用計算機技術對地表層空間中的主要地理信息進行搜集、保存、管理、計算、顯示與描述的新技術[1]。不同地理空間的實體數據與關系屬于GIS的對象，除了圖形數據、遙感圖像數據外，還包括屬性數據、空間定位數據。運用此技術建設農業氣象災害監測預警系統，用于對各種極端天氣、農業氣象災害的監測與警報，可幫助農戶提前做好災害防范工作，減小損失。

1 系統設計與系統總體架構分析

選用.NET框架技術，利用Visual Studio2010軟件開發環境，運用C#編程語言進行編寫。程序設計采用模塊化結構設計方式，使程序與算法更便于維護、擴展、移植。監測系統分為4個功能模塊，包括氣象與農情信息監測模塊、精細化氣象預報產品模塊、氣象災害預警模塊、數據查詢與管理模塊。該預警系統架構包括3層，分別是網絡層、數據層、應用層。第一是網絡層，為系統運行提供保障，包括網絡系統與軟硬件設施；第二是數據層，涉及到用戶信息、氣象災害預警等信息；第三是應用層，提供天氣預報信息、氣象災害預警等服務。

2 監測預警系統的功能分析

2.1 氣象與農情信息監測模塊

這一模塊由服務器端數據接收與綜合顯示軟件、區域內氣象與農情信息采集與傳輸裝置組成。它的工作模式是采集與傳輸裝置負責動態實時采集區域范圍內的氣象信息，包括溫濕度、降雨、數字圖像，并將這些數據實時傳輸至服務器端數據接收與綜合顯示軟件中，由該軟件對數據進行保存、顯示與更新[2]。

2.2 精細化氣象預報產品模塊

根據國際通用的數值模式，選擇最合適的集成方式來客觀分析相關集成成員的預報結果，從而構建起多模式、精細化、網格化的氣象預報產品，包括降水、溫度、相對濕度等多種氣象要素。

2.3 氣象災害預警模塊

該模型的作用是通過自動氣象站實時監測相關數據，確保氣象預報產品的精細化。將氣象與農情信息監測模塊中獲得的氣象要素與數字圖像進行分析，選用支持向量機方法反演出天氣現象及氣象災害。

由此驗證并修正氣象災害等級，然后顯示預警結果。

2.4 數據查詢與管理模塊

數據庫中存儲有不同的氣象數據，不僅有歷史農業氣象災害統計信息、歷年氣象信息，也包括特色農業氣象災害指標體系、特色農業小氣候實時監測信息、數字圖像信息、短期精細化天氣預報客觀產品信息等[3]。用戶可進行相關信息的查詢與檢索、刪除與添加、導入與導出等操作。

3 GIS農業氣象災害監測預警系統研發的關鍵技術與功能設計分析

3.1 系統開發關鍵技術分析

該監測系統研發中使用的接口技術是以組件為核心。COM屬于頂級二進制通信規范，源自微軟公司，這屬于組件接口的重要規范，采用統一標準能夠讓不同軟件組件、硬件組件有效交互[4]。因此，COM組件所形成的基礎性結構可以確保所有運用COM技術的設備都能通過這一結構得到公共函數，并運用語言IDL進行定義。這一接口可以讓不同組件、程序、本地組件與遠程組件進行功能調用。另外，采用混合編程技術，即采用至少2種計算機語言進行程序開發，充分利用不同程序設計語言的優點。本次系統設計將.NET平臺作為設計操作界面，并通過C++語言編寫程序，可避免重復代碼的編制，加快軟件研發速度，而且也增強了軟件的通用性。同時，農業氣象基礎數據庫選擇Excel、Access等數據庫技術制作?；贕IS技術與上述計算機編程技術研發本監測系統。

3.2 交換業務與共享數據

基于GIS技術所設計的監測系統需要解決的一個關鍵問題就是如何讓不同系統間進行業務交換與數據共享。一般可應用SOA技術，即面向服務的體系結構來解決。面向服務的體系結構屬于組件模型中的一種，根據具體的需求分析，對應用程序各類功能單元進行定義（即服務）。全部服務要求與中立接口、相關契約相對應，同時與實現服務的硬件平臺、操作系統、程序語言保持獨立的關系。在具體運用的時候，借助服務間的定義，將契約與接口相連接，確保不同系統內的相關服務都采用通用、統一的形式完成交互。

3.3 根據空間信息檢索分析問題

與當前常見的制圖系統相比，GIS系統的空間分析能力非常強大，能夠充分全面描述現實當中的地理要素空間位置與相關關系。GIS農業氣象災害監測預警系統在查詢所需農業氣象災害信息時會用到空間分析技術[5]。首先，實時庫、歷史庫中的所有觀測站臺在系統內都確定為地理坐標編碼，進而轉化成空間數據，這些數據屬性包括臺站名字、類別等內容。在檢索數據的過程中，系統將臺站采用涂層的形式加載處理，便于用戶檢索。系統內需按照市、區、流域等不同區域劃分來設計各種選擇形式，便于用戶按區域選擇站臺，對某區域內氣象要素進行等值線圖研究。另外，空間分析技術對農業氣象災害分析、農業氣象災情信息檢索等操作也提供了一定的便利性。

3.4 評估模型插件技術問題

GIS技術擁有極強的空間建模功能，其中，在制作農業氣象災害天氣損失評估模型時，可用到緩沖區分析、柵格分析、影響范圍分析等技術。由于模型是復雜多變的，而且形式多樣，為了更好地順應不斷變化的現實狀況，用戶應經常更新模型應用數據，修改模型。在應用特定模型參數的時候，可通過配置文件完成，但如果使用的模型有所更改，配置文件上面對應的部分是極難修改的。因此，在設計系統的時候應注意增強系統的擴展性與適應性，此時可使用COM插件技術。插件通過自定義標準化結構實現了與主程序簡單交互，涉及到基本參數、啟動調用，將模型得出數據進行可視化的顯示接口等工作。對于模型，系統可根據需要進行修改、刪除。

3.5 數據模型面臨的統一與交互問題

GIS系統的一個主要功能就是要實現相關數據資源的共享，讓管理更加規范。為此，需構建統一的與國際通用的數據模型。這能夠減少對數據的維護量，也能讓數據進行有效地交互、統一。此監測系統具有的功能主要包括：第一，對發出預警的信息地點實施監測，并在地圖上自動顯示出對應信息點的準確位置；第二，在地圖上面明確閉合區域的具體范圍，發布相關監測預警信息；第三，將地圖與預報災害強度分布圖進行重疊，可從地圖上刊登各種災害強度覆蓋、波及的范圍，而且對不同強度災害預警工作也可以同步進行；第四，采用不同顏色標記各強度災害影響區域，便于監測預警；第五，配備主要接口，包括電子公告牌、短信平臺；第六，擁有查詢歷史監測預警發布信息的功能，可供用戶查閱相關監測預警信息。