移動氣象觀測信息的顯示及其實(shí)現(xiàn)

哈艷麗 黃本峰 袁海豹

摘 要：本文以山東省煙臺市氣象部門所建設(shè)的船舶自動氣象觀測站為例，通過對其在氣象數(shù)據(jù)的顯示、實(shí)時(shí)位置跟蹤、移動路徑顯示等方面的研究，闡述了其具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，為移動氣象觀測信息的顯示提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：移動氣象觀測；船舶氣象站；位置；路徑；顯示

移動氣象觀測主要分海洋移動氣象觀測和航空移動氣象觀測兩種，其觀測數(shù)據(jù)為不同時(shí)次在不同位置所測得，這種移動特征也區(qū)別于固定位置觀測，因此在其信息的提供方面需要考慮空間特點(diǎn)。

山東煙臺市氣象部門近年相繼在海上客滾運(yùn)輸船以及搜救船舶建設(shè)了10個(gè)船舶自動氣象站，其建成改變了海上氣象觀測數(shù)據(jù)缺乏的局面，方便了氣象部門對海上氣象要素變化的了解，為進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率，提供更加針對性的服務(wù)打下了基礎(chǔ)。

如前所述，在船舶自動氣象站應(yīng)用過程中，需要解決數(shù)據(jù)的顯示問題，本文即從數(shù)據(jù)顯示的角度進(jìn)行研究，實(shí)際工作中采用編程、數(shù)據(jù)庫以及圖形圖像顯示技術(shù)，將移動氣象觀測的數(shù)據(jù)更加形象的顯示出來，為進(jìn)一步做好后續(xù)工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)的處理

煙臺市氣象部門目前布設(shè)了10個(gè)船舶自動氣象站，分別布設(shè)到了客滾運(yùn)輸船只和海上搜救船只上。

船舶站數(shù)據(jù)的獲取通過兩種途徑：一是通過GPRS數(shù)據(jù)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，二是通過衛(wèi)星通訊，由于船舶運(yùn)行于海上通常無GPRS通信信號，因此通過衛(wèi)星通訊成為主要的傳輸手段。收據(jù)獲取后，由采集程序?qū)⑵浒匆?guī)定格式進(jìn)行存儲，之后完成數(shù)據(jù)上報(bào)或應(yīng)用。數(shù)據(jù)的處理、應(yīng)用流程見圖1。

2 氣象信息的顯示

2.1 地圖顯示的實(shí)現(xiàn)

為更好地展示船舶站氣象要素變化，需要考慮船舶移動帶來的位置變化，而這種動態(tài)的變化借助于地圖來實(shí)現(xiàn)更加有利。劉艷中[ 1 ]等在船舶自動站監(jiān)控中提出基于google MAPS的webgis顯示方法，而我們出于效率等因素考慮，我們采用預(yù)先繪制地圖圖片的方式，實(shí)時(shí)位置與其進(jìn)行疊加，從而實(shí)現(xiàn)地圖上的顯示。

地圖數(shù)據(jù)采用通用的國家地理信息數(shù)據(jù)，通過PHP語言中的繪圖函數(shù)，經(jīng)過調(diào)試最終確定整體顯示區(qū)域地圖。

由于能夠掌握各時(shí)刻船舶的經(jīng)緯度，那么就能建立起船舶位置與相應(yīng)地圖像素點(diǎn)之間的關(guān)系。地圖位置與經(jīng)緯度之間通過以下公式進(jìn)行換算：

地圖橫向位置 = 經(jīng)度 × 經(jīng)度方向縮放倍數(shù) + 經(jīng)度偏移量

地圖縱向位置 = 緯度 × 緯度方向縮放倍數(shù) + 緯度偏移量

若船舶航行中的任意位置投射到圖片上，則取地圖生成時(shí)的經(jīng)度方向和緯度方向的縮放倍數(shù)與偏移量，因此也就確定了船只在圖片上的具體位置。

對整個(gè)區(qū)域而言，經(jīng)度方向放大倍數(shù)取值90倍，偏移量為-10400，緯度方向放大倍數(shù)為90，偏移量為-3690。顯示結(jié)果見圖2。

2.2 氣象要素的顯示

將氣象要素的時(shí)空變化展現(xiàn)出來，要考慮空間和時(shí)間兩個(gè)方面。

2.2.1氣象要素的空間分布

其空間分布特征通過地圖顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。空間分布中，對單站點(diǎn)同時(shí)次觀測數(shù)據(jù)以站點(diǎn)位置為中心，上方顯示船舶名稱，左上顯示氣溫，左下顯示相對濕度，右上顯示能見度，右下顯示氣壓。

另以位置為中心根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速通過編程語言直接繪制風(fēng)向桿，使使用者一目了然。氣象要素在圖中的顯示中主要采用PHP語言的GD繪圖包的imageTTFText、imageString函數(shù)輸出數(shù)字和文字， imageline來繪制風(fēng)向桿，用imagecolorallocate函數(shù)來調(diào)配顏色完成。

另外，也同時(shí)根據(jù)用戶需求在地圖上顯示同一時(shí)次各船舶的單一氣象要素，并可根據(jù)船名來進(jìn)行顯示。

2.2.2氣象要素的時(shí)間序列顯示

通過檢索數(shù)據(jù)庫，對某船舶站點(diǎn)前48小時(shí)的氣象要素按時(shí)間序列進(jìn)行繪圖顯示。

圖表通過JPGRAPH組件進(jìn)行處理顯示。其中對氣溫、風(fēng)速、風(fēng)級、氣壓、能見度、濕度等氣象要素提供了曲線或柱狀時(shí)間序列圖表，便于了解最近時(shí)次各個(gè)要素的變化情況。

2.2.3歷史數(shù)據(jù)檢索

可以根據(jù)分鐘、小時(shí)等時(shí)間跨度對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，顯示在地圖或以要素序列圖的形式展現(xiàn)出來。

3 船舶位置監(jiān)控

3.1 實(shí)時(shí)位置及狀態(tài)監(jiān)控

煙臺市氣象部門的船舶站數(shù)量較多，同時(shí)多年來也一直為客滾船提供航線氣象服務(wù)。因此有必要掌握客滾船的海上的通航情況，以更好地為其提供服務(wù)和進(jìn)行相關(guān)研究。

客滾船位置監(jiān)控通過網(wǎng)站www.shipxy.com獲取實(shí)時(shí)客滾船動態(tài)信息，注冊定制自己的船隊(duì)，然后利用VB生成截圖軟件，每10分鐘定時(shí)將區(qū)域內(nèi)船舶動態(tài)情況進(jìn)行截取，以實(shí)現(xiàn)客滾船只通航的監(jiān)控。

3.2 移動軌跡監(jiān)控

船舶站在海上航行形成移動軌跡，有時(shí)了解軌跡的狀況對分析數(shù)據(jù)也能提供很多幫助。根據(jù)掌握的船舶位置，可通過PHP語言的繪圖函數(shù)順利將船舶移動軌跡繪制在地圖上。

圖3所示就是銀珠輪在2015年12月6日10時(shí)到7日10時(shí)24小時(shí)的運(yùn)行軌跡，從中可清楚的看出該船舶站前24小時(shí)內(nèi)往返于蓬萊-旅順航線的情況。

4 分海區(qū)顯示

由于黃渤海地區(qū)范圍大，采用固定圖片方式繪制地圖，想看清小范圍船舶定位情況非常不方便。我們采用了靜態(tài)地圖劃分不同海域的辦法，這樣即實(shí)現(xiàn)了區(qū)域放大，又使系統(tǒng)運(yùn)行速度快，效率高。分海區(qū)參數(shù)情況見表1，位置見圖4。

5 小結(jié)

本文所實(shí)現(xiàn)功能，其服務(wù)器端環(huán)境為Windows2008R2 x64，WEB服務(wù)軟件為Apache2.2，開發(fā)語言支持：PHP5，數(shù)據(jù)庫支持SQLServer2008。數(shù)據(jù)庫的訪問，通過PHP函數(shù)直連。用戶均可通過瀏覽器進(jìn)行訪問。通過本文所述技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了以下目的：1）實(shí)現(xiàn)了移動氣象觀測的顯示。通過船舶經(jīng)緯度位置與地圖圖片位置之間的關(guān)系換算，將船舶定位和地圖相結(jié)合，將船舶實(shí)時(shí)位置及時(shí)定位在圖片上，便于用戶對船舶移動位置的掌握。另外，由此提供的船舶軌跡、分海區(qū)展示等功能，為移動觀測數(shù)據(jù)的顯示提供了方便。2）實(shí)現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間上的顯示。對全要素顯示、單要素顯示、時(shí)間序列圖、數(shù)據(jù)查詢等均給出了相應(yīng)的顯示，并提供了按船舶站點(diǎn)查詢的功能，方便使用者對要素變化的掌握。3）通過本文技術(shù)實(shí)現(xiàn)的“煙臺市海洋氣象服務(wù)平臺”，結(jié)合CSS、Javascript、Frame等技術(shù)，幾種技術(shù)互相之間密切配合，構(gòu)成了Web 2.0特性的較好的用戶體驗(yàn)。其大大提高了系統(tǒng)的操作流暢性、易用性和擴(kuò)展性，盡量多的實(shí)現(xiàn)自動化，達(dá)到減少重復(fù)勞動的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉艷中，李建勇，陳冰懷.基于Google Maps API的船舶自動站監(jiān)控Web設(shè)計(jì)[J].氣象科技，2015，43（4）：643-646.

作者簡介：哈艷麗（1979-），女，漢族，山東蓬萊人，本科，工程師，主要從事氣象觀測工作。