基于GSM短信无线式LED气象信息发布屏系统设计

基于GSM短信无线式LED气象信息发布屏系统设计 基于GSM短信无线式LED气象信息发布 屏系统设计 第35卷第2期 2007年4月 气象科技 MIETEOROI_JGI(,ALSCIENCEANDTECHNOI_J:)GY v01.35.No.2 Apr.2007 浏览器/月艮务器架构下的自动雨量站 资料显示分析系统 徐敏周昆李柏2 (1安徽省气候中心,2安徽省气象台,合肥230031;2中国气象局大气探测技术中心,北京100081) 摘要阐述了自动雨量站资料显示分析软件系统在功能上的要求,在客观分析当前主要做法的优缺点的基础上, 设计和开发了一套新的软件系统.该系统应用ISAPI(网络服务应用程序接口)技术,在浏览器艮务器架构下实现 了资料检索,矢量图形绘制,客观分析和等值线绘制等功能.详细介绍了矢量图形绘制,客观分析以及流域雨 量图绘制等在系统开发中遇到的关键技术问题,并且提供了实现方法.不使用任何第3方软件,该系统便于升级 和推广,为科学,高效地应用自动雨量站资料提供了一套解决. 关键词浏览器/月艮务器(B/S)架构自动雨量站ISAPI 引言 当前自动气象观测资料在气象业务中的应用已 初具规模,其具有布点密度大,观测频次高等特点. 自动观测资料的显示和分析是其中最基本,最重要 的应用之一. 近年来随着网络技术不断发展,采用浏览器/月艮 务器(B/S)架构已成为软件设计开发的趋势.web GIS正是这一架构的典型代.在此架构下,客户 端不需要借助任何专用软件而是通过浏览器实现与 服务器交互,完成数据检索,图形显示和分析等功 能.张正兰l1J等,王民【2J等分别开发了基于 ArclMS和MapXtreme的WebGIS并应用于水利 行业.它们都应用了专业的GIS软件,结构合理, 交互性好是它们的共同优点.在雨量资料的显示和 分析中需要叠加高精度的地理信息数据来丰富表现 形式,这与地理信息系统的部分功能类似,但又不需 要专业GIS软件那样全面的功能,而应是其中的一 个子集.同时,在应用到雨量资料显示和分析时,还 要考虑到气象上一些特殊要求,例如在显示较大范 围数据时应进行地图投影,针对像雨量这样离散,不 连续的气象要素要用CressMan客观分析方案等. 此外,专业软件一般比较昂贵,不便于推广和升级. webGIS实现的主要技术方法有通用网关接 口法CGI(CommonGatewayInterface),ServerAPI, 浏览器插件法(Plugin),Java编程语言,ActiveX和 部件对象模型,COM(ComponentObjectMode1)等. 它们在技术上各有特色,也越来越先进.由于CGI 对于每个请求,都要在服务器启动单独的进程,系统 开销大,不适用于高精度地理数据的处理. 本文介绍了一种浏览器/月艮务器架构下,采用 ISAPI(InternetServiceApplicationProgrammingIn— terrace)技术的自动雨量站资料显示和分析软件系 统的设计思路和关键技术. 1设计思路和系统数据 本文采用ISAPI技术开发了在服务器运行的 动态链接库(ISAPIDLL).它通过用户在浏览器中 提交的检索指令在服务器端加载并且常驻内存实现 检索数据库,实时绘制地图和等值线等功能,最后以 web方式返回给客户端.系统中具体数据流程如 图1所示. 首先,动态链接库根据用户在网页中输入的参 数登录雨量数据库检索资料和处理基础地理数据. 输人参数包括:地图投影参数,分为等角圆锥投影 和极坐标投影两个选项;地理元素参数,用来显示 中国气象局项目"区域地面逐时雨量检索系统"资助 作者简介:徐敏,男,1974年生,学士,工程师,从事短期气候预测方法和气候资料应 用研究,Email:xumin—hf@sina.com.cn 收稿日期:2005年12月6日;定稿日期:2006年2月1513 300气象科技第35卷 或消隐行政边界(省,地,县3级),水系(湖泊,河流, 共5级),居民点(市,县两级地名);检索雨量的时 段(起始时刻和结束时刻),区域参数,区域参数有 "全部"和"流域"两个选项,选择"全部"时将检索数 据库中该时间段的所有记录,选择"流域"时只返回 该流域范围内站点的记录,同时各种地理数据也做 相应处理,只显示该流域范围内的地图元素.此外, 还有CressMan插值参数,它包括中心点的经度,纬 度,网格点间距,网格点数和雨量影响半径等.然 后,地理数据按所选择的投影类型进行转换作为底 图.这时检索出来的雨量资料仍是以站点的形式存 在的,它可以经过相同的投影转换叠加到底图上直 接返回给用户,也可以按输入的CressMan插值参数 形成规则网格点,这时离散的雨量资料转变为规则 的网格资料.它也可以根据客户的选择,直接通过 投影转换返回给用户.最后,系统加载实现等值线 分析模块,实现等值线的绘制和填色功能,投影后叠 加到底图上.在本系统中,等值线绘制和填充功能 由另外一个单独的动态链接库实现.通过以上的数 据流程,雨量和地理这两种基本数据经过一系列加 工,形成符合客户要求的雨量产品最终返回到客户 端.系统中选用VisualC?6.0作为服务器端程序 的开发语言. 图1系统数据流程图 2数据流程和关键技术问题 2.1检索雨量数据 服务器端动态链接库根据数据库服务器IP地 址登录雨量数据库.如前所述,自动雨量站的资料 具有高时空分辨率的特点,不仅如此,在合计雨量时 还要消耗一定的时间.面对这样巨大的数据量和运 算量,系统调用数据库中的存储过程来提高效率. 据测算,采用这样的方案,合计安徽省现有831个自 动雨量站一年雨量资料耗时不到2S,大大提高了系 统效率. 2.2绘制矢量图形 在本系统中,地理数据和雨量数据都以矢量图 形的形式实时绘制.标准的基础地理数据都是以经 纬度的格式存放的,在程序设计时首先需对其进行 服务器端 …………一一 客户端 抽象设计地图元素的基类.地理实物都可归结为 点,线,面等3种几何形态中的一种,区别在于构成 它们的点的个数和连接方式不同.这3种几何形态 在显示时具有线型,线宽,线的颜色,填充颜色,可见 状态,名称,注释等一些共同属性,它们构成了基类 的属性.基类的实现方法主要包括两种地图投影转 换函数和绘图函数.然后再应用C一语言的继承 特性,设计与行政边界,水系,居民点等地理信息对 应的类. 系统中,地理元素的基类定义如下: classCDraw:publicCObiect { private: longm—ColorPen;/色 longm—ColorBrush//填充颜色 第2期徐敏等:浏览器艮务器架构下的自动雨量站资料显示分析系统 shortrn— LineWide;//线宽 shortm—LineType;//线的类别 B(X)Lb—VisibleStatus;//显示状态,0:消隐,1:显示 public: CDraw(1ongColorPen,longColorBrush,shortLineWide, shortLineType,B(X)LVisibleStatus)//ga造函数 { } //以下3个函数实现在不同投影方式下经纬度坐标转变为 屏幕坐标 'voidLonlat2Screen(floatIon,floatlat,floatclon,floatclat, floatlbtk,floatfdxs,float&x,float&y)//参数分别为:经 度,纬度,中心经度,中心纬度, {/徽影系数,放大系数,屏幕横坐标,屏幕纵坐标 } voidLonlat2Screen(floatIon,floatlat,floatclon,float clat,floatfdxs,float&x,float&y)//参数同上 { } /偿图纯虚函数 virtualvoidDraw(CDCpDC,intcenterx,intcentery, intoffx,intoffy,floatblc)=0; //以下3个虚函数实现投影转换,分别为等角圆锥投影,极 坐标 virtualvoidSetLambertProjection(floatcbn,floatclat, floatlbtk,floatfdxs)=0; virtualvoidSetRadarProjection(floatclon,floatclat,float fdxs)=0; - CDraw()//析构函数 { } }; 2.3插值方案 雨量资料的空间分布具有离散,不连续的特征. 特别是在采样点稀疏的区域或者当实际观测雨量分 布不均匀时,都应充分考虑这种分布特征,使得插值 后格点资料更接近实际. 在本系统中,采用Cressman客观分析方案. Cressman客观分析法采用线性因子订正格点资料 的方法,线性因子的权重只依赖于格点和观测点的 距离,目前已被广泛用于各种气候诊断分析和数值 模拟中.在系统中的计算方案为: ?用所有站点观测资料的数学平均值作为猜 测场厂(,,). ?对于网格上的每一点,扫描所有观测站点, 将在影响范围内的观测值P按距离权重插值到网 格点上,计算公式为: r!?1 ?{P一[P1+(P2一P1)]} f(i,J)=f(i,)+L————————一 ?= 1 其中, el=f(i,)+(+1,J一,J)di e2=f(i,+1)+(+1,j+l一j+1)di = (d;一d)/(d;+d) d,分别为观测点坐标在网格距单位下到格点 (i,J)在z,方向上的距离,d为雨量作用半径. ?变换雨量作用半径,由远及近重复步骤?. 系统通过用户输入的格点中心点经纬度,网格 间距,网格大小和雨量作用半径级数等插值参数需 要的格点资料场.这种插值方案简单,计算速度快, 但也存在统计平滑功能差等缺点,在离散点资料稀 疏进行插值时会出现"空值"斑点. 2.4绘制等值线 等值线图在气象中有着广泛地应用,它较离散, 格点资料填图更加直观.目前广泛应用于气象的软 件如MICAPS,GRADS都提供等值线绘制和填色功 能.本系统采用搜索法绘制等值线_3_3,并提供绘制 色斑图的功能. 2.5流域雨量图的绘制 针对气象业务和服务的需求,本系统设计了流 域雨量图的绘制流程.本系统根据流域边界的经纬 度数据,采用边界代数多边形填充算法(BAF)_4J剪 切流域内的地图元素,雨量数据,实现流域雨量图的 绘制(图2,见图版).这种技术方案的优点在于它 提高了软件的可重用性,用户只需提供流域边界的 经纬度信息就可实现该流域的雨量图绘制,而不需 要另外准备底图和在数据库中增加雨量记录的流域 属性字段. 3业务产品 本系统的业务产品包括图形和文件两种方式. 图形产品分为图形区和信息区.图形区包括地图, 气象科技第35卷 离散点数据,格点数据,等值线和色斑图等,信息区 包括投影参数,雨量色标说明,Cressman插值参数, 检索信息等(图3,见图版),它以Web方式返回给用 户.针对授权用户系统还提供文件产品的下载服 务,文件格式有MICAPS和Surfer等. 4系统运行环境 在本系统中,服务器的操作系统为Windows 2000Server+SP3,并且安装InternetInformation Service(IIS5.1).将编译后的ISAPIDLL拷贝到 Web服务路径下,并且把此路径的应用程序权限改 为"执行(包括脚本)".这样客户端就可以在用浏览 器访问Web页时,通过输入参数得到最终需要的业 务产品. 5结语 本文客观地分析了当前流行的关于自动雨量站 资料显示和分析系统的优,缺点.在此基础上,提出 了一套关于此问题的独立解决方案并且已在服务器 创览器架构下得以实现.它的主要优点在于:? 充分考虑了气象科学的需求,避免了资料显示和分 析系统设计的随意性,为科学,高效地应用资料提供 统一平台.?本系统的流域雨量图绘制功能具有 较强的针对性.?除了操作系统和数据库服务软 件外,本系统不需要任何第3方软件的支持,摆脱了 其它软件由于功能上的不足带来的种种不便,并为 系统将来的升级改造提供良好的基础. 参考文献 [1]张正兰,刘耀东,张明.基于ArclMS的webGIS系统开发 [J].河海大学(自然科学版),2004,1:113—116. 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Keywords:browser/serverframework,raingauges,ISAPI 徐敏等:浏览器/服务器架构下的自动雨量站资料显示分析系统 图2淮河流域雨量图 图3两种投影方式的雨量图: (a)等角圆锥投影,(b)极坐标投影