生態氣象監測評估業務平臺的設計與應用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學研究所黑龍江哈爾濱150001)

生態氣象監測評估業務平臺的設計與應用

□李宇光

(黑龍江省氣象科學研究所黑龍江哈爾濱150001)

本文根據生態氣象監測軌道業務的實際情況，并結構實際工作中的需求，依據C和C++語言建立了生態氣象監測評估業務平臺。在對其進行設計的過程中，利用生成中間交換文件，可以對各個模板所輸出的結果進行更直觀的觀察，并進行分析，同時為等值線色斑圖與區域填充等各種圖形提供了繪制方式。該程序可以對AVHRR和EOS/ MODIS衛星遙感資料進行處理，并對氣象觀測報文進行分析解釋、對數據進行分類管理、對質量進行控制，同時對水體密度指數、濕潤制度、植被覆蓋指數、土地退化指數等等指標進行統計，利用圖像和圖形的方式對生態氣象監測評估產品進行輸出，真正的實現了衛星遙感的智能化管理。近年來，通過實踐認為該系統對生態質量氣象評價有較好的實用性。

生態氣象；監測；評估；業務平臺；設計

1 系統目標及設計原則

利用該系統可以更好的實現對生態氣象監測評估業務數據的分析和智能化的管理，利用AVHRR極軌氣象衛星和EOS/MODIS衛生數據，對報文進行連接，并對質量進行控制。并按照相關的分類對數據進行管理，結合各分類的實際情況對其進行不同等級的劃分，同時利用圖形和圖像的方式對生態氣象監測評估產品進行輸出。為了真正的實現上述目標，在對系統進行設計時需要充分的利用現代科技技術，比如計算信息處理技術,并對系統的先進性和實用性進行不斷的完善，保證其穩定性。根據生態氣象業務的發展方向，結合省級業務的整體思路和相關要求，讓生態氣象業務的各個部分進行更好的結合，形成一個真正的整體，同時考慮自然災害中的各種因素，對其進行有效的預測和防范。對模板進行系統的設計，并讓其具有獨特性，為后期的系統更新提供良好的發展基礎，并對其進行廣泛的推廣，讓更多的省級城市對其進行應用。

2 系統設計

2.1 系統結構功能設計

在建設生態氣象監測評估平臺時，對其系統有著明確的要求。其設計應該可以滿足數據的管理的應用，且有靈敏度、延展性和可靠性，同時讓軟件有一定的實用性和推廣性。綜上所述，在對系統中的流程進行設計時其要求較高。生態氣象監測評估業務中的程序是面向對象的，也是一種模型，在計算機中形成的文件為MDI，C和C++為系統語言，VS.NET2008為開發環境。系統在設計的過程中，要求頁面簡潔，操作方便，人員在使用的過程中可以更直觀的了解系統中的功能，即使是新員工也可以很快學會操作。

2.2 系統數據流程設計

在對數據進行設計的過程中，考慮到數據處理的方便性、使用過程中的連貫性已經使用簡單性，對數據的格式和處理流程分別進行的設計，并用標識符對每種要是進行設計。

3 系統功能模塊與應用

生態氣象監測評估業務平臺是我國各省生態監測、業務評估的主要依據，更為其地理信息、生態氣象監測、參數設置、服務產品提供了一級菜單，以更好的滿足日常生態氣象監測業務的需求。

3.1 生態氣象指數計算模塊

生態氣象指數模塊涉及的內容較多，即：水體密度指數、濕潤指數、植被覆蓋指數、土地退化指數、災害指數及生態質量綜合評價。該模板會先生成各項指數的文本并記錄，可以利用不同的文件名對其進行區分，隨后按照行政區域對其進行繪色或者利用等值線色斑圖對其進行繪制。

水體密度指數（H）：在指定的區域內,對其水體面積進行計算,然后利用面積的比率值來表示水體密度,這也是水體密度的指標.而面積的計算主要是從EOS/ MODIS衛星遙感數據中得到的.在第一次使用市,可以根據行政邊界的地理信息進行計算,并結合衛星中得到的經緯度,然后形成一個文件.在下次使用時,可以當作有效的依據.依次對不同的行政區域進行測量,從而形成水體密度的指標.

濕潤指數(K)：根據常規氣象觀測資料和氣候月表所統計的數據，對某地區的干、濕程度進行判斷，并形成相關的指標。濕潤指數的表達方式為實際降水量和潛在蒸散量的比值。

植被覆蓋指數（P）：地表植被覆蓋指數是生態狀態的重要表現，通過不同土地利用/覆被類型的不同權重，就可以得到地表覆被狀態值。利用EOS/M ODIS衛星遙感數據進行反演歸一化植被指數對植被的狀態進行反映。

土地退化指數（T）：該指數主要是通過收集土地、氣象信息并對其進行分析而得到的，對區域內風蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占區域內總面積的比重，同時對其進行評價。

災害指數（DIS）：通過對受災面積和程度進行綜合分，結合上述得到的水體密度，對行政區域進行災害指數計算。災害指數主要是對一定區域內的土地、草地、森林受到自然災害迫害的程度進行評價。

通過上述這些指標可以更好的對生態整體質量進行評價。以評價單元中各個單項評價指數和其權重值，應用加權求和方法對生態綜合評價進行計算。

3.2 圖形繪制工具

通過圖像的方式對生態質量氣象評價的各個指數進行表達。其內容包含模塊的數據、制圖過程中窗口的切換、圖層信息顯示、數據信息的顯示、對數據圖像提供分析和計算工具、數據之間的轉化以及輔助功能等等。在對模塊進行繪制的過程中主要提供兩種方式：一種是按照行政區域填繪色斑圖；另一種則是依靠分析等值線對色斑進行繪制。而等值線繪制色斑則又提供了通過自主研發而得到的API函數分析和GIS組件繪圖模塊。

3.3 地理信息等其它功能

使用GIS地理信息系統進行摳圖基本、對地理的邊界進行添加、對色標進行顯示、以及設置相關的等值線色斑圖。當系統被啟動后可以從相關的參數文件中對路徑進行設置，數據包含行政邊界和站點的等地理背景，以圖形的方式生產相關產品，從而真正的具有相關的功能,比如摳圖和繪制等等.利用衛星探測儀或者衛星數據中的資料，進行相關的反演量溫場.并利用相關的數據對反演量溫場進行變分訂正，可以對我國一些特殊的區域進行分析，同時對生態氣象監測評估產品具有檢索和調閱的功能。

4 實現系統的關鍵技術

4.1 數據文件的設計

程序在設計的過程中，在對操作步驟進行簡化，讓程序編制更加方便時，對文件的結構組織進行了考慮。特別是在生態氣象監測評價的日常業務中，對于可能存在的錯誤要及時發現，并對結果進行更直觀的分析，就要求最后的結果更加詳細和直觀。因此，系統在設計時，每個模塊之間都可以生產交換文件、在對生成的數據進行記錄和修改時也可以形成相應的文件，最后利用文本文件對等值線色斑圖形進行繪制，從而形成一定的系統數據結構。

4.2 報文解譯

顧名思義就是對該區域的月報表文件進行預處理，在處理時所使用的報文應該是原始數據，對報文中的正文進行截圖、對出現的錯誤誤碼進行剔除、對對于的字符進行刪除，同時對出現的錯誤進行及時的更正。最后對報文中出現的重要信息進行提取，利用轉化系統對代碼進行轉換，提取可利用的信息。

4.3 控制衛星遙感數據的質量

衛星遙感在對數據進行成像時，會受到各種因素的影響，導致遙感影像會出現一定失真的情況，所以需要對其進行預處理。在預處理過程中主要包括以下內容：對輻射進行校正、對幾何進行校正和消除噪聲。在對輻射和幾何進行校正時，1B級數據投影已經對投影進行了預處理，所以只需要消除噪聲。選擇噪聲消除的方法時，根據數據資料中的實際情況，確定可以利用二維平滑濾波中的9點或5點平滑格式的方法,而9點平滑對高頻波有較好的濾波性能,可以有效去除奇異點。

4.4 繪制行政區域色斑圖

系統在生產中間交換文本文件后,對其進行利用,可以分別形成兩種繪制方式.其一對行政區域的進行劃分,選擇不同的顏色進行填色;其二依照等值線對其進行填色.第一種方法可以對區域中水體密度和受災情況進行較高的研究,因此繪制方法為:

（1）對衛星遙感中的數據進行讀取，并對重要的因素進行計算和反演；（2）讀取地域中縣市邊界，按照已經得到的計算進行分割，按照縣市劃分的結果對中間交換文件進行生成和保存；（3）根據中間交換文件對行政區域的色斑圖進行繪制。

4.5 等值線分析與色斑圖繪

通過已經形成的要素信息文件，對建立的多邊形網格文件進行利用，識別原圖和站點的坐標文件，將已經獲得的要素繪制到原圖上。并結合局部網絡格完成補值和插值，利用等值線進行查閱和判定。等值線之間的間距可以結合實際情況對其進行修訂。在對填充區域進行封閉是可以利用API函數，并繪制相關圖例，對設置窗口可以設計匹配的參數，最后對各個封閉的區域進行上色，并用不同的顏色進行區分，配以文字進行表明。

通過地理信息系統中的組件可以對等值線進行分析,并完成色斑圖的繪制,所以可以更好的對產品的外包和質量進行改善.此外,地理信息系統的主要用途就是對自身的模式進行區別同時形成相關的控件,但是這些控件的作用是不同的,因此功能也不一樣.

結束語

系統的建立和完善是通過不斷實踐而得到的，可以應該對其實際中的問題進行考慮，才能發揮系統的實用性。通常系統在應用1年左右的時間就可以達到穩定發展，我國在對監測評估產品進行運用時，已經可以實現對生態和農業的監測、判斷和防范，讓農業生產和生態恢復都得到了更科學的保護，同時對基礎信息和相關服務提供了更多的研究。隨著生態氣象監測評估的業務平臺的不斷發展，應該對系統進行不讀的更新和完善，才能逐漸滿足發展的需求。

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1004-7026（2016）09-0058-02

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10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.09.036