GIS在公共气象服务网站的应用

第２９卷第２期　２０１２年２月　计算机应用与软件　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｅａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．２０１２　

ＧＩＳ在公共气象服务网站的应用　何险峰　郑丽娟　徐　箐　雷升楷　张祥峰　罗永康　（四川省农村经济综合信息中心四川成都６１００７２）　

摘要　给出以ＧＪＳ分析为核心的公共气象服务网站框架。阐述ＧＩＳ与多时空尺度气象要素间的相互关系，ＧＩＳ在系统逻辑分　层中的位置，一维、二维、三维分析图的网页功能。同时对Ｇ！Ｓ应用中所面对的一些关键技术进行了深入分析。如含权地理边界预　剪裁气象要素插值算法、ｎｅｔＣＤＦ文件产生、二维和三维可视化技术等等。该套系统已经在中国天气网、四川气象网、成都公共气象　服务网等网站中得到应用。　

关键词　三维ＧＩＳ　中图分类号ＴＰ３９　气象要素分析图　文献标识码　多时空气象要素分析　Ａ　

ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ＧＩＳ　ＩＮ　ＰＵＢＬＩＣ　ＭＥＴＥｏＲＯＬｏＧＩＣＡＬ　ＳＥＲＶＩＣＥ　ＷＥＢＳＩＴＥＳ　Ｈｅ　Ｘｉａｎ￣ｎｇ　Ｚｈｅｎｇ　Ｌｉｊｕａｎ　Ｘｕ　Ｑｉｎ　Ｌｅｉ　Ｓｈｅｎｇｋａｉ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｉａｎｇｆｅｎｇ　Ｌｕｏ　Ｙｏｎｇｋａｎｇ　（Ｒｕｒａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００７２，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｐｕｂｌｉｃ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｗｅｂｓｉｔｅ　ｕｓｉｎｇ　ＧＩＳ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｇ１Ｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ　ｓｃａｌｅｓ，ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＩＳ　ｉｎ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｇｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅｂ　ｐａｇｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｏｎｅ，ｔｗｏ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍａｐｓ　ａｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ．ＳＯｌＵｅ　０』’ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｔｈｅ　ＧＩＳ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆａｃｅｄ　ａｒｅ　ａｎａｔｙｓｅｄ　ｉｎ—ｄｅｐｔｈ．Ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅ－ｃｕｔ　ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｔＣＤＦ　ｆｉｌｅ，ａｎｄ　ｔｗｏ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｓａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｅｂｓｉｔｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｃｈｉｎａ　Ｗｅａｔｈｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ＧＩＳ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍａｐ　ｏｆ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｍｓ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｅｍｐｏｒａｌ—ｓｐａｔｉａｌ　ｓｃａｌｅｓ　ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｍｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

０　引　言　公共气象服务是气象工作的出发点和归宿。国民经济活动对　气象服务需求的多样性、及时陛、时空和要素的不确定性，为互联网　时代，探寻高效、便捷、自动的公共气象服务方式，提出更高的需求。　地理空间信息服务代表了未来互联网时代的发展趋势，也　是公共气象服务的必然选择。国际上，由四百多个政府机构、公　司等形成的开放地理空间联盟（ＯＧＣ）　成为地理空间信息服务　标准制定者，已经发布的３０多个标准成为（Ｇｏｏｇｌｅ　Ｅａｒｔｈ、ＡｒｃＧＩＳ、　ＩＤＬ、ＩＤＶ　等）地理信息系统（ＧＩＳ）共同遵循的规范。例如，在大　多数ＧＩＳ工具中有关ＫＭＬ文件的存取、通过ＷＭＳ获取地图背　景、通过ＷＣＳ获取ＤＥＭ数据等功能，都可以从ＯＧＣ的规范中找　到出处。在地球科学数据规范方面，Ｕｎｉｄａｔａ提出的通用数据模　型（Ｃｏｍｍｏｎ　Ｄａｔａ　Ｍｏｄｅｌ～ＣＤＭ）　已经形成对诸如Ｇｒｉｂｌ、Ｇｒｉｂ２、　Ｂｕｆｆｅｒ、ＤＥＭ、ＮｅｔＣＤＦ、ＨＤＦ等数据格式的统一访问能力。在ＧＩＳ、　ＣＤＭ、气象科学的相互融合方面，适合气象专业的ＧＩＳ工具如　ＩＤＶ、ＩＤＬ、ＡｒｃＧＩＳ等工具已经在气象、海洋等部门应用。　在国内，随着中国天气网　的开通，加密地面自动站近实　时气象数据库的业务化运行，使得近实时ＧＩＳ分析产品向网站　发布成为可能。目前，气象部门建设的ＧＩＳ类服务系统主要有　ＭＩＣＡＰＳ（气象信息综合处理系统）业务系统和ＭＥＳＩＳ（决策气　象服务系统）　Ｊ。ＭＩＣＡＰＳ系统是面向预报员的业务操作，其　产品交互制作能力不能适用于公共气象服务的需要　ＭＥＳＩＳ是　一套基于ＡｒｃＧＩＳ的地理信息系统面向决策气象服务的系统，由　于其中是以ＧＩＳ为基础的，大大丰富了气象服务产品，但该套系　统是基于商业软件的，在部门内推广使用存在维护和升级方面　的顾虑。公共气象服务网站的基石是各类实时／历史信息，这些　信息既包括空间地理信息，又包括空间密不可分的多时空尺度　气象要素信息。以开源ＧＩＳ技术为核心对这些信息按时问、空　间分布规律重行组织为一维、二维、三维ＧＩＳ分析产品并及时发　布到网站，是本文关注的焦点。　

１系统总体设计　公共气象服务的多样性、及时性、时空和要素的不确定性，可　以用多时空尺度气象要素表现完成。系统总体设计给出多时空　尺度气象要素的维度划分、系统分层逻辑结构和处理时序设计。　１．１维度设计　维度是系统设计的纲领和思想。每一个维度用来代表业务　活动中的一类属性，即属性的集合构成一个维度。在以ＧＩＳ为　核心的架构中，我们从用户使用角度提取出气象要素、时间分　层、地理分区、表现方式等４个维度作为系统设计的主要实现目　

收稿日期：２０１１一Ｏ２一Ｏ８。何险峰，高工，主研领域：地理信息系统　内容管理系统，气象预报技术。　计算机应用与软件　２０１２生　标。如图１所示。　气辣蘩薰　■拳　赶　＾　气压　精　一　小膏曩知鼻　、醒聪＂｜市埘　

，Ｉ毫　●■　：●■　＝●■一一　星棚　兰■崎■■　

图１　ＧＩＳ内核下公共气象服务的四个维度　对于气象要素维度，以中国２６４０个地面自动站、西南５省　市８０００个加密地面自动站要素为基础，采用气温、降水、湿度、　地温等１２要素作为ＧＩＳ分析的基本对象。　对于时间分层维度，分为小时、日、旬、月、年５个尺度。对于　地理分区维度，分为中国（华北、华东、中南、西北、西南、东北）、区　域、３１个省级、四ＪＩｌ省２１个市州等４个不同级别。每个区域格点　场的分辨率按照区域范围越小，分辨越细的原则设计。如对中国　和区域范围，采用１０ｋｍ　Ｘ　１０ｋｍ的分辨率，对省级采用５ｋｉｎ　Ｘ５ｋｍ　分辨率，对地市级分辨率可以达到ｌｋｍ　Ｘ　ｌｋｍ。目前，总共有５９　个地理分区加入到近实时地面气象要素的ＧＩＳ应用业务。　对于表现方式维度，主要有列表、一维曲线分析图、二维分　析图、三维分析图、动画等表现方式。在一维分析图设计中需要　考虑不同时间尺度下的时间周期设计。在二维分析图设计中，　需要考虑分析图形的插值方案、色标、背景图、色斑图、等值线图　等表现因素。在三维分析图设计中，需要考虑数值高程模型数　据（ＤＥＭ）、材质表面、站点标注等与分析图的融合。　１．２系统分层　维度设计仅仅是一种理想，需要经过系统逻辑分层得到软　件系统结构。图２所示的近实时地面气象ＧＩＳ服务系统将系统　分为操作系统层与外部数据输入层、数据层、格点场层、ＧＩＳ加　工层、Ｗｅｂ应用层、门户层、客户端层等七层，层与层之间逻辑　上相互依赖。系统的主要特征是将数据层的地面气象要素加工　为格点场集合，通过开源气象专业ＧＩＳ工具～ＩＤＶ（Ｉｎｔｅ￣ａｔｅｄ　Ｄａ－　ｔａ　Ｖｉｅｗｅｒ）融入ＧＩＳ数据并加工为图形分析产品供门户层使用。　ｌ　竺　：　：！　：竺　Ｉ　

应用穗：　一维，二罐，兰维／气拳囊囊６ｌｓ分析蟹产品联务　

Ｉ各区麓Ｉｉｄｖ。ｉ　０Ｉ文件集　ｌ　中匿／大　，省懒柿ｌ蝉薛点场　ｌ　中曩／大逸，誊胰Ｅ级市地瞳臂鬃　

｝格点场：　！　中薯ｔ太区／省棚　级市小对，日，旬，月气麒素格赢赣　ｌ　中蕾／夫区／窖糊柬ｌ地理边界含粳璜菇黛ｌ三缩短阵　Ｉ　ｊ　ａ　ｓｇ６，ｊａｖ　ａ　Ｎｅ　ｅＤＦ五　

ｌ　Ｏｒｌ　ｃｌｅ效辎库：　一　串目范匮各站赢，ｊ、肘、层、甸．月１实时／厉姨索　西南藏匿加密鳐点小时、匮、匈、月寰时，厨史基素　｝　站点地理位置　

操作系统：Ｌｉｎｕｘ，ｗｉ　ｎｄｏｗｓ。Ｐｔｐ服务　

图２近实时地面气象要素ＧＩＳ服务系统结构　

在数据层，系统以操作系统层的ｆｔｐ文件服务器或气象信息　共享平台为依托，按照１小时、６小时或日为间隔的时间周期，　获取／计算全国２６４０个、西南８０００个站点自动报文资料并保存　人数据库。　在格点场层，系统以Ｊａｖａ　ＳＥ、ＮｅｔＣＤＦ　Ｊａｖａ、Ｂａｍｅｓ插　值　’　、含权地理边界预剪裁三维矩阵¨¨为基础，将离散站点　

要素转换为格点场数据。　在ＧＩＳ层，利用ＩＤＶ分析软件完成格点场图形分析，并融入　地理边界、地图背景、数值高程模型数据（ＤＥＭ）等地理信息，并　发布到Ｗｅｂ服务器。　在应用层和门户层，对时间、空间、要素、表现方式进行交互　式Ｓｅ￣ｅｌｅｔ设计，为公众提供服务。　显然，整个系统的设计是以ＧＩＳ核心的，无论是格点场的产　生或是图形分析产品输出都是为满足ＧＩＳ接口、处理而设计的。　１．３工作流时序　自动化离不开处理过程的时序设计。由于自动气象站数据　采集的高度规范性，可以提出正点观测后一小时可以提供不同　时间尺度、不同区域的ＧＩＳ服务产品的工作目标。具体可以分　解为如下一系列工作流时序安排：　小时ＧＩＳ分析图产生时序。３Ｏ分开始完成数据进入数据　库并进行排错、统计加工处理；３５分钟开始完成格点场计算ＧＩＳ　分析图处理。４５分钟提供公众服务。　日、旬、月ＧＩＳ分析图产生时序。每日２１时开始完成日、　旬、月（旬月值在期末）的统计计算；２２时完成格点场计算ＧＩＳ　分析图处理。２２时１Ｏ分提供公众服务。　

２系统功能　２００９年中国气象局开展了中国天气网省级站的建设工作。　我们以多时空尺度气象要素表现为出发点，面向全国，立足西　南，着力四川，设计实施了一维、二维、三维地面气象要素分析的　公共气象服务网站系统。以小时为单位为中国天气网四川站提　供大量近实时ＧＩＳ分析图形服务产品。　２．１一维分析图功能　’　如图３所示，一维分析图的主要功能是浏览器用户与数据　库交互，实现指定单站历史／实时小时、日、旬、月１２个地面气象　要素的查询和曲线图显示。其特色是，不仅给出指定单站的近　实时时间序列曲线（柱图），还给出近周期的滑动统计、历史气　候统计等参照曲线（柱图）。在公共气象服务网站中，一维分析　图提供了最为细致、具体的要素演化情况，但从宏观分析出发，　还需要二维、三维分析图的支持。　椭一　心，Ｊ埘静日棼旬尊月　砒一捐