地面自動站氣象要素網絡共享平臺的實現

符鳳平，吳哲紅，馮新建，陳貞宏

(貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000)

1 引言

自2012年3月31日20時起執行新的地面自動站氣象要素數據文件格式以后，由于其文件命名和內容格式均與以前有所不同，數據文件格式發生較大變化，導致部分氣象業務服務應用軟件無法繼續使用，氣象業務服務、科研開發工作受到不同程度的影響。相關技術人員曾利用地面自動站資料異地備份服務器上的資料，對自動站逐日氣象要素進行了開發與應用，但由于程序采用C/S工作方式，安裝與使用均不太方便，造成對異地備份服務器上的資源利用不足，地面自動站異地備份系統未能充分發揮作用。

至目前為止，在地面自動站氣象要素網絡共享方面的開發較少，造成地面自動站氣象要素的共享程度不高，自動站資料未能充分發揮效益。為了改善以上所述現狀，充分發揮地面自動站氣象要素數據的使用效率，結合氣象業務、服務及管理的實際需要，非常有必要對地面自動站氣象要素數據進行開發與應用。

本平臺采用C/S和B/S兩種軟件體系結構，最終實現地面自動站氣象要素的Web共享。由于面向用戶的前端程序采取B/S工作模式，維護與操作較為簡便，適合使用對象較廣，對于提高氣象業務服務、科研及管理水平，具有一定的積極意義。

2 平臺簡介

2.1 主要結構

平臺主要分為后臺模塊和前臺模塊兩部分。后臺模塊主要實現地面自動站氣象要素入庫與補調等功能，包含逐時要素和逐日要素入庫與補調兩部分子程序，其程序可集中或分散運行于同一網段內的任何一臺計算機上。其中“逐時要素入庫程序”實現定時讀取存放在省級服務器上的長Z文件，“逐日要素入庫程序”實現定時讀取本地異地備份服務器上的B文件。前臺模塊主要實現逐時要素和逐日要素基于Web方式下的顯示與查詢、統計與報表輸出、各類統計圖生成等功能。平臺主要結構見圖1。

2.2 技術方法

基于省—地—縣氣象光纖通信網和局域網，以Windows 7操作系統為開發平臺，分別采用C/S和B/S兩種結構。后臺模塊的實現，基于C/S工作模式，使用VB編程語言和SQL Server數據庫技術，實現逐時、逐日氣象要素的入庫及補調。前臺模塊的實現，基于B/S工作模式，使用ASP開發環境、VML語言、VBScript與JavaScript腳本語言等技術，實現要素顯示與查詢、自動統計與Excel報表輸出、各類統計圖生成等功能。

圖1 平臺主要結構

2.3 平臺主要實現功能

2.3.1 后臺模塊 主要實現逐時、逐日氣象要素的入庫與補調。逐時氣象要素入庫程序主要讀取各自動站逐時上傳到省級服務器的數據文件，其文件格式主要參考中國氣象局綜合觀測司組織制定并于2012年3月31日20時起開始執行的《地面氣象要素數據文件格式(V1.0)》。

逐日要素入庫程序分老站和新站兩部分。老站(即ZQZ-C2自動站)入庫程序主要讀取地(市)級異地備份服務器BaseData子目錄下的B文件。新站(即DZZ4新型自動站)入庫程序主要讀取省級服務器上的自動站長Z文件，其中最高氣溫、最低氣溫、降水、蒸發、日照等數據來源于每天20時的長Z文件，平均氣溫來源于每天02、08、14、20 4個時次的氣溫平均值。讀出的逐時或逐日氣象要素，通過一定計算或格式轉換后再寫入數據庫。

2.3.2 前臺模塊［1］顯示與查詢:主要以表格方式實現逐時和逐日氣象要素的顯示與查詢，顯示的氣象要素均已進行格式轉換，如要素觀測時間，已從世界時轉換為北京時。顯示主界面以30 s自動刷新，顯示最新逐時氣象要素信息。在顯示界面，鏈接入日期控件，方便對歷史氣象要素進行查詢。

統計與報表輸出:分別實現按日、旬、月對自動站逐日氣象資料進行統計。統計時，事先選擇日期、氣象要素、自動站名等，經過一定的計算或轉換后，即可將統計信息直接導入到Excel報表文件，打開或保存該文件均可。

曲線圖生成:可在線生成時序圖和三線圖，從生成的“要素時序圖”，可動態監控自動站各氣象要素過去24 h的變化情況，從“要素三線圖”可動態監控各自動站每月每天固定時次氣溫、水汽壓、本站氣壓等要素的變化趨勢。

3 各部分功能簡介

平臺實現功能中，部分功能如逐時氣象要素的自動入庫與補調、顯示與查詢、統計與報表輸出等，在筆者已發表的論文中已有介紹，這里主要介紹其它部分功能。

3.1 后臺部分功能

3.1.1 逐日氣象要素入庫 基于地—縣氣象光纖通信網和局域網，自動讀取地(市)級異地備份服務器BaseData目錄下的B文件，定時將逐日氣象要素讀取入庫。B文件是一個Access數據庫文件，其包含的tabPrimObservData1表存放每個時次的要素值，該表中的DryBulbTemp字段代表干球溫度，PrecipitationAmount字段記錄定時降水量(僅02時、08時、14時、20時有記錄)，利用這兩個字段，可分別計算出日平均氣溫與日降水。B文件中的tabPrimObservData2表存放每日要素值，如 EvapanAmount字段代表小蒸發，EvapgaugeAmount字段代表大蒸發，SunshineSum字段代表日照。讀出的逐日氣象要素在經過一定計算或格式轉換后，再寫入SQL Server數據庫。逐日要素入庫流程見圖2。

3.1.2 逐日氣象要素補調 主要實現兩種補調功能，第1種補調方式，即自動讀取系統日期所在當月1日到當日的B文件。第2種補調方式，即讀取系統日期所在上月每天的B文件。通過這兩種方式將各站逐日氣象要素補調入庫，并設置進度條提示補調進程。

3.2 前臺部分功能

3.2.1 VML 語言簡介［2］VML(Vector Markup Language矢量可標記語言)是一種圖形編程語言。矢量的圖形意味著圖形被放大或縮小時，其質量不受任何影響。VML相當于IE里面的畫筆，結合腳本語言，可在 IE中繪制矢量圖形。ASP架構與VML語言的幾何原理如圖3所示。中間層為Web服務器，通過ADO和數據庫進行數據交換，可從數據層中查詢出信息。在表示層，通過在ASP文件頁面中嵌入VML語言，可動態生成各種Web矢量圖形。

3.2.2 時序圖的實現 主要實現氣溫、相對濕度、小時降水量等氣象要素在當前系統時間過去24 h的變化曲線。圖4為氣溫時序圖生成界面。

圖2 逐日氣象要素入庫流程

圖3 ASP與VML幾何原理圖

圖4 氣溫時序圖生成界面

這里以生成過去24 h氣溫變化曲線為例，簡述其實現方法及步驟。

①首先確定年、月、日、站名等參數，從數據庫表dmxx中讀出氣溫值。由于SQL Server數據庫dmxx表中各氣象要素的存放使用世界時，在讀取數據庫生成曲線圖前，須使用時間函數如Year()、Month()、Day()和轉換函數DATESERIAL()將其轉換為北京時。

②建立時間與氣溫要素對應關系的坐標系。時間作為坐標系的橫坐標值，橫坐標實行動態處理，其序列值隨系統時間變化而動態改變，始終顯示當前系統時間過去24 h的序列值。在實現時，首先獲取當前系統時間，將其作為時間橫坐標極大值，再回推取得前24 h各時次的時間值，作為對應各時次的坐標值，循環生成24條坐標豎線，分別對應24h的各個時次，當前系統時間前24h的時間值為坐標原點。溫度要素作為坐標系的縱坐標值，縱坐標的上下限取值范圍根據該時段的氣溫極值作動態調整［3］。

③定義數組total(1，2)，作為橫縱坐標值參數。其中，total(0，1)代表橫坐標字符串，total(1，1)代表縱坐標字符串。生成曲線圖時經過一定的轉換后，再生成橫縱坐標具體值。在計算橫坐標時，將23時作為間隔時間，分別從數據庫中讀取相應的氣溫值，然后將兩次讀取的字符串相加，形成最終的橫縱坐標字符串。

④定義曲線圖參數和坐標參數。定義的參數主要包括:曲線圖居左居頂距離、圖表寬度、圖表高度、圖表標題、X軸單位、Y軸單位等。

⑤定義背景顏色，計算系列參數值，最后畫出曲線。計算的參數主要包括縱坐標最大值、橫縱坐標間距等。畫出曲線前，先分別畫出橫豎線條。以下是畫氣溫變化曲線的主要代碼:

for i=1 to num1‘num1代表橫坐標深度

…

response.Write ＂＜div id='line_＂＆i＆＂'style='display:＂＆displaystr＆＂;'＞ ＂

for j=0 to num2-2‘num2代表縱坐標深度

this_hight1=cint(line_code(i，j+1)/(5*item_hight)*10000)‘item_hight代表縱坐標間距

this_hight2=cint(line_code(i，j+2)/(5*item_hight)*10000)

response.Write＂＜v:line…＞＂

response.Write ＂ ＜o:extrusion v:ext='view'…/＞＂

…

next

3.2.3 三線圖的實現 主要實現每月08時、14時、20時各自動站氣溫、水汽壓、本站氣壓等3個氣象要素的變化曲線，并可進行歷史查詢。為了方便瀏覽，根據3個氣象要素值的大概范圍，畫圖時使用雙坐標系，氣溫和水汽壓使用一個坐標系，本站氣壓使用另一個坐標系。三線圖的實現方法與步驟簡述如下:

①確定y4、m4、d4等參數值。通過計算，得出分別代表年、月、日、站名等的參數 y4、m4、d4、zm1，然后從數據庫dmxx表中讀出相應的氣溫、水汽壓、本站氣壓3個要素值。不同自動站之間切換時，采用表單的 post提交方式，然后使用 Request.QueryString命令獲取傳遞的站名參數。

②定義二位數組total2(d4，3)，并賦初值。二位數組total2(d4，3)中的d4為第①步驟中計算出來的日期，代表橫坐標最大值。在進行二位數組定義后首先賦初值，定義線條名稱、顏色、寬度、類型、折點類型等參數，如total2(0，1)=＂氣溫，#FF0000，1.5，1，3＂，其中#FF0000 代表氣溫曲線顏色，1.5 代表線條寬度，1代表線條類型，3代表折點類型。total2(0，2)和total2(0，3)分別定義水汽壓和本站氣壓的曲線參數。

③定義曲線圖和坐標參數。主要定義曲線圖標題、兩個坐標的Y軸單位、居左居頂距離、曲線圖寬度和高度、隔線條數、隔線顏色、底板顏色等參數。

④分別計算兩個坐標系的Y軸最大值。首先分別取得氣溫和水汽壓數組、本站氣壓數組中(第1行、第1列除外)最大的數據temp1和temp1_1，然后通過計算取得兩個坐標系Y軸的最大值temp4和temp4_1。

⑤計算坐標相關參數。如坐標線左側距離left_width、距左側距離left_x、坐標高度TTAH、坐標寬度TLAW。

⑥畫底板、橫向等分線條、Y軸左側橫線、Y軸右側橫線、Y軸線右側坐標等。

根據以上步驟計算出來的各種參數，結合Response.write＂＜v:shape＞”命令，即可畫出。

⑦畫出Y軸左側線坐標、坐標線x，y、右側Y軸坐標線等，取出各種線條參數值最后即可分別畫出3條曲線。

程序代碼略。

4 結語

基于C/S和B/S兩種工作模式，使用相關技術與方法，建立地面自動站氣象要素網絡共享平臺，實現逐時氣象要素和逐日氣象要素的入庫與補調、顯示與查詢、統計與報表輸出、曲線圖生成等功能。平臺的建立，有效實現了地面自動站氣象要素的網絡共享，擴展了自動站數據的應用，為氣象要素數據使用者提供了一套實用高效的數據分析工具，使地面自動站氣象要素的開發與應用更加深入。通過該平臺，用戶不僅可以及時把握氣象要素值及其變化趨勢，對氣溫、雨量等關鍵氣象要素過去24 h內極值產生時段的獲取更是準確及時，尤其是平臺的顯示與查詢、在線統計、曲線圖生成等功能，為更精細、快捷、準確的氣象業務服務提供了強有力的支撐，在其它如業務管理、氣象科研等領域，均有一定的使用價值。

［1］符鳳平，吳哲紅，褚麗君，等.基于WEB方式的地面自動站逐時氣象要素共享平臺［J］.貴州氣象，2012，36(6):50-53.

［2］陳嫻，劉開文，王蓉玲，等.VML項目開發實踐［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］劉平，白滔，等.氣象要素ASP時間序列圖的實現方法［J］.貴州氣象，2010，3(34):35-38.