氣象觀測裝備布點系統的設計

陳 昊 章 煥 王 晗

(浙江省大氣探測技術保障中心，浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著國民經濟建設的高速發展和人民生活水平的快速提高,氣象災害給國民經濟建設和人民生命財產安全帶來的威脅愈顯突出[1]。為進一步提升氣象監測預警能力,近年來氣象觀測體系得到快速發展,觀測儀器的研發和新的觀測方法不斷取得突破[2]。浙江省根據自身特點已初步建立了綜合氣象觀測體系。但是，目前浙江的觀測站點布局還欠合理，關鍵區域站網密度不足，大氣綜合立體廓線監測網等比較薄弱[3]，需要加密相關氣象觀測裝備來提升自然災害綜合防治的氣象數據支撐能力,提高全社會抵御氣象災害的綜合防范水平,建立氣象觀測裝備布點系統具有十分重要的意義。

當前，各級氣象部門對氣象雷達的規劃等，通常以文字描述為主,少數部門提供了在線查詢功能,但只側重于專題圖層展示，而沒有提供聯動操作[4]。基于WebGIS的氣象雷達管理和查詢服務，在規劃設計實踐中有較強的應用需求,利用GIS空間分析技術進行站點劃分、氣象雷達規劃、資源配置優化是氣象站網管理的重要研究內容。本文基于B/S模式網絡架構的氣象觀測裝備布點系統,能實現相關信息的錄入、導出和查詢,能動態掌握全省雷達、自動站等裝備網格化監測設施布局和配置情況,為規劃和優化全省氣象監測站網布局、發揮氣象觀測裝備效益、減少重復建設、增強氣象災害防御能力等提供技術支撐。通過分析現階段氣象觀測裝備站網規劃存在的不足和問題,以及氣象部門對氣象觀測裝備站網規劃的要求和相關規范,對不同的需求分別設計獨立的模塊,同時結合網格化元素,將氣象觀測裝備分類進行網格化、區域化規劃,以滿足氣象資料多樣化的需求。

1 系統整體設計

氣象觀測裝備布點系統基于在線地圖API的Web地圖服務技術框架,采用MVC設計模式,有效地實現了各層間的松散耦合和各層內部的緊密內聚,便于代碼重用和系統維護,提高了系統的靈活性、可重用性和可維護性。借助地圖API服務框架構建自己的服務系統,克服了網絡地圖服務應用的數據源瓶頸。圖1為系統整體設計框圖。

圖1 系統整體設計框圖

2 分系統設計

2.1 數據來源

本文設計了兩種方式進行數據導入。一種是系統后端直接進行數據編輯并存入數據庫;另一種是通過Excel表格,將編輯好的文本文件直接導入系統,再通過系統自動對數據進行梳理,并存入數據庫中。

2.2 數據分析模塊

系統以計算服務、存儲服務和備份服務為主的基礎設施平臺,通過基礎的數據處理、中間服務和數據庫服務,實現資源的集中化、規模化、可視化,能夠實現對各類異構軟硬件基礎資源的兼容和資源的動態流轉,同時將靜態、固定的資源進行匯聚,形成數據資源池，支撐服務平臺的信息匯集、資源共享、應用集成和業務協同。具體分為:離線分析、在線分析和配置管理。

(1)離線分析。隨時調用存儲于數據庫中的氣象設備站點資料,可以查看氣象觀測裝備站點的具體信息,包括經緯度、海拔高度、建站時間、設備廠商等一系列信息。

(2)在線分析。在線任意添加各類氣象觀測裝備,可以利用數據庫中存儲的氣象觀測裝備位置信息進行距離定位,設計了新一代天氣雷達故障顯示,當某一臺站新一代天氣雷達發生故障時,在站網規劃圖中以紅色圖標提醒。

(3)配置管理。配置管理包括管理人員設置、設備信息設置、站點管理設置等。

2.3 應用模塊

通過WebGIS、Echarts等相關組件,對數據進行可視化呈現。圖2為應用平臺核心特征。

圖2 應用平臺核心特征

3 功能設計

3.1 網格設計

通過圖層疊加的方式,調用高德地圖自定義接口CanvasLayer,實現二維網格化圖層。CanvasLayer是一個為其所有子項添加單獨的2D渲染層的節點。Viewport的子項默認在圖層“0”處繪制,而CanvasLayer會在任何圖層號的圖層繪制。數字較大的圖層將被繪制在數字較小的圖層之上。CanvasLayer也有自己的變換,它不依賴于其他層的變換。將Canvas作為圖層添加在地圖上,Canvas圖層會隨縮放級別而自適應縮放,使其成為間距可調整的網格,更加便于針對不同類型設備進行網格化布點規劃。圖3為網格繪制原理流程圖。

圖3 網格繪制原理流程圖

Canvas繪制網格過程如下:首先獲取Canvas元素,創建Canvas繪圖環境;然后分別創建垂直格網線路徑和水平格網線路徑,再依次設置繪制顏色、繪制線段的寬度、網格距離等元素,最終形成網格圖層。其中網格距離設置為數值輸入模式,方便網格距離的選擇。

3.2 設備管理

系統通過動態維護設備的類型和設備基礎信息,進行在線編輯。

3.2.1 設備類型管理和維護

圖4為設備類型管理界面。設備類型的管理和維護主要包括設備類型名稱、圖標是否新建,通過動態綁定圖標,可以在地圖上,分別呈現設備類型、站點、是否新建站點、經緯度、設備型號、廠家及備注等信息,通過對設備的經緯度的維護,可以在地圖上顯示設備的位置。

圖4 設備類型管理界面

3.2.2 站點管理

系統通過動態維護站點基礎信息,對站點的經緯度、名稱進行在線編輯。支持站點信息手工錄入和Excel導入。導入時通過下載Excel模板,按照模板格式,復制站點信息,然后把數據一鍵導入系統中。圖5為站點管理Excel導入界面。

圖5 站點管理Excel導入界面

3.3 動態繪制點標記

系統通過動態維護氣象觀測裝備的經緯度和站點的經緯度,調用地圖相關接口,實現動態呈現點標記。分別有:點標記(Marker)、圓形標記(CircleMarker)和文本標記(Text)。同時系統還支持設備類型多條件查詢,可以選擇多種設備同時顯示對比。

3.4 數據庫系統設計

該系統數據庫設計采用MySQL數據庫,MySQL是最流行的開源關系型數據庫管理系統,具有體積小、穩定性好、成本低等特點,被廣泛用于各類Web應用中[5]。本文設計的數據庫主要包含以下幾個功能表:管理人員表(管理員的相關信息、登錄密碼等);設備維護信息表(設備型號、設備廠家等);設備類型信息表(設備類型、設備圖標等);站點信息表(站點信息、經緯度等);系統管理表(系統日志、角色管理等)。圖6為數據庫表結構。

圖6 數據庫表結構

4 應用情況

該系統開發完成后得到了廣泛應用,浙江省氣象局觀測與網絡處在編寫《浙江省網格化氣象監測系統建設方案》《長江三角洲區域一體化發展氣象保障方案》《浙江省“十四五”氣象發展規劃——氣象監測預報能力提升工程》等過程中，均使用該系統對全省將要建設的氣象觀測裝備站點位置進行了設計和規劃。

5 小 結

本文闡述了氣象觀測裝備布點系統的設計方法,該系統具備很強的可擴展性和可移植性。應用服務器及數據庫服務器之間的交互分配合理,使得整個系統易于維護。系統以高德地圖中GIS平臺為基礎,集成多種空間數據組織存儲管理,實現基于空間數據的臺站信息處理、操作、數據交換、查詢、分析等功能。通過地圖整合全部臺站信息數據,使其可在行政區劃、地形、氣象專題等多層地理信息數據基礎上進行疊加顯示,提供良好的可視化,并可根據空間進行查詢分析,提供各類統計分析結果。該系統目前已在浙江省氣象局推廣應用,為氣象觀測裝備布點規劃提供了切實有效的理論基礎保障。