监测预警平台的设计与实现*

2012-01-18陈正旭陈晔峰洪月英

浙江气象 2012年1期

陈正旭陈亮陈晔峰洪月英

(浙江省气象信息网络中心，浙江杭州310017)

0 引言

面对频发的灾害和旺盛的服务需求，浙江气象部门不断加强灾害性天气的监测和预报预测服务工作，多年来浙江省市县3级气象部门一直在努力发展气象信息监测能力、预报服务能力，同时各个市县局也在通过硬件和软件不断提高自身的监测预报服务，并且取得了很大的成绩，但是也使用了大量的人力、物力，并且各个市县的发展不均衡，系统的移植性差，在全省推广使用有一定的难度，系统的维护应用能力也浪费了很大的精力。

为了解决发展现阶段存在的技术和应用问题，提高集约化开发水平和应用维护水平，充分发挥省级气象部门的技术优势和设备优势，充分发挥浙江省气象部门正在逐步开展新一轮台站现代化建设成果，特别是充分发挥市县局多屏幕、大屏幕显示系统的预警作用。研究开发“市县局监测预警业务平台”，可提高预报服务一体化的效率，提高各类探测资料和数值预报的应用能力，完善气象部门特别是市县气象局探索建立多灾种的监测预警机制，健全多气象资料应用途径，进一步完善决策服务支撑系统，提高气象要素重新分析、气象要素极端值监测分析等气象灾害分析能力。

1 平台的总体设计思路

平台使用 B/S结构开发，前台采用．net，asp，javascript，vml等网页制作技术，后台数据处理软件采用c++，c#等语言编写，数据传输均采用XML文件。数据存储采用分布式结构，即将各市县的最终数据反推给各市局。

平台须具备监测预警信息显示、预报分析和服务操作等多个功能，业务数据保证能够在项目系统平台和MICAPS系统中使用，做到实时监测、短时预警与服务的无缝衔接，平台涉及所有数据均是“标准化、网格化”资料，整个网格业务范围：为116°E ～124°E，25°N ～33°N，网格分辨率：0．05°×0．05°，中心点设置在120°E，29°N。

“市县监测预警业务平台”建设项目技术思路如下：(1)基础实时业务数据质量控制处理，所有监测数据均需经过质量校准的数据;(2)业务数据标准化、网格化处理。平台所有使用均是数字化数据或经过内插处理成统一的MICAPS第4类格式数据，所有数字化、或通过网格化处理过的资料(包括雷达、自动站、流域雨量等)均可叠加在规范的地图上;(3)建设项目业务支撑数据库(包括实时和历史数据库);(4)统计且生成各种前台需要的XML数据文件，在数据传输方面采用标准、开放的XML数据传输格式，客户浏览端与服务端，数据库服务端与应用程序服务端之间的交互，均以XML为核心交换格式;(5)基于规范化地图环境的监测预警信息、预报分析和服务操作显示平台。使用了省内1：10000地理信息数据，具有乡镇边界，使短时临近监测服务可以服务到乡镇;(6)设计标准化、规范化的平台运行评估系统。系统总体设计思路如图1。

图1 系统总体设计思路

2 平台的技术特点

该平台在总体的技术思路上有以下主要的创新点：(1)系统平台使用B/S结构，满足各类浏览器的需求，由于系统比较复杂，可以考虑安装部分标准的控件和插件。该平台能够实时滚动显示地面自动站、天气雷达、卫星等各种观测资料、各种数值预报产品、省市县级预报产品及省市气象台指导预报等;(2)平台建设和使用初期，全省内部气象网络用户(包括移动VPN用户)全部使用浙江省气象信息网络中心数据库中产品，等待地市时机成熟后可以考虑逐步将数据实时推向地市数据库，提高本辖区内网络访问速度和访问效率;(3)地图信息要使用统一的标准地形，要有明显的省、市、县、乡镇界线，要有明显的水系着色，明显的河流、海洋线。地图信息要可放大缩小、可随意叠加各种监测和预报资料。同时地理信息系统的切换要快速方便;(4)平台要按照访问用户的IP地址进行自动跳转，例如永康市局打开系统默认就是访问永康市局监测预警业务平台，但是在其平台上要有方便用户访问金华市局和周边县局业务平台快捷方式，用户只需一键便可快速访问到所需站点。用户打开平台后看到的是以本区域为中心的地图，在地图上本区域需要有明显的边界线，并且将本区域的地图颜色与周边地区区分开，以达到凸出本区域的效果;(5)平台使用的监测数据要使用经过质量校准的数据，不能使用原始数据。我们分析使用的数据应该是经过下列步骤处理后得到的数据：首先观测资料处理成观测信息，利用其中运行相对稳定、数据质量相对较高的站点数据再处理成公认的网格化数据。若我们选用的某站点某时次缺测，我们可以使用周边站点的数据或者网格化的数据来反演出该缺测站点的小时或者10 min资料;(6)在地图上叠加的所有资料必须是数字化、并且是通过标准化、网格化处理的资料，不能使用那些不能编辑和加工处理的最终产品(指BMP，JPG，GIF等图像文件);(7)网格化处理技术的标准化，所有数据经过插值处理成统一的MICPAS规范的18类数据格式，即数据既可以在“浙江省气象局市县监测预警业务平台上显示，也可以在MICAPS 3平台上显示;(8)各类展示图表、中间产品、文字材料在平台上可直接打印、传真，并且在一定的条件下可以直接生成汇报材料;(9)平台要具备方便、简洁和易操作性等特点，市县气象局相关人员不需要经过专门培训就能直接使用该平台。

在整个平台的在Web显示部分，采用Flex，VML，js等多种语言编写。由于监测数据站点较多，故采用js+vml的方式，可在客户端验证数据，不需要把数据传到服务器端再传回来，大大减少服务响应时间和服务器的压力。而对于实现要素时序图采用Flex不仅可以使图像更加美观，而且可采用自动侦听的技术，保证实时显示最新数据。

3 平台的主要功能介绍

整个平台可分为操作平台和显示平台，用户可根据需求进行选取。既可为预报、服务提供参考信息，又可在各类展示窗口上显示气象产品。以下为平台中部分主要模块的介绍。

3．1 实况监测

实况监测模块主要实现在地图上叠加各种要素的数据和色块图，同时提供查询、分析等功能。用户可通过操作左边的菜单选择时间、地域和叠加要素，同时在显示部分进行地图放大、缩小和拖动，也可选择叠加的数据类型或进行历史对比，根据该区域的实际情况绘制该县的监视区、警戒区和预警区。且可将各种要素的分布情况进行动画演示。

叠加的要素包括降水、温度、各级流域面雨量、等效雷达、能见度、闪电定位等，其中降水数据可分为站点数据，网格化后的格点数据、分布图，等效雷达的数据是由全省多部雷达拼合而成(例子见图2和图3)。

3．2 要素时序图

要素时序图模块主要采用Flex语言实现实时显示该站的某要素的变化曲线或柱状图，可显示的要素分别包括降水、温度、能见度，并同时进行阀值监控，若某要素值超过某阀值则报警。而且所有数据采用自动刷新模式，用户不需操作，所有要素数据均为最新资料，同时在温度、降水、能见度之间自动切换，能符合电视墙、显示屏的要求。

对于降水要素采用分钟数据，即用户可查看实时分钟降水，以及过去某段时间内的降水并通过柱状图显示。而温度和能见度则采用10 min数据，可查看当日最高最低温度和出现时间以及历史同期的比较，最高最低能见度(例子见图4)。

图4 淳安县7月22日温度的变化曲线

3．3 本站气候概况

本站气候概况模块主要用于显示该站历史同期的天气现象和要素极值。其中包括历史上的今天、昨天天气要素回顾、今日天气要素、未来10 d历史天气要素、历史同日的天气要素、历史同旬的天气要素、历史同月的天气要素、历史资料查询(例子见图5)。

图5 淳安县7月22日气候概况显示

3．4 预警信号和预警监控

该模块不仅能显示省台和各县发布的最新预警信号，还能实时显示该区域数百公里之内自动站要素极值的监控，监控的要素包括小时极大风、分钟降水等(例子见图6)。

实现该模块需根据访问IP地址获取中心位置，从而分析需要监控范围内的自动站要素的情况，针对偏大值和偏小值通过不同的颜色进行滚动显示。

图6 以淳安县7月22日预警信号及周边的自动站要素监控

3．5 常规站降水气候序列

该功能模块主要提供查看近10 d、近20 d、近30 d、本月以来、本年以来全省各县的降水和全省降水分布情况，并与历史比较，给出详细的统计表，其中包括历史排名、历史最大值和出现的年份、最小值和出现的年份等，同时可以打印统计表(例子见图7)。

3．6 其他功能

此外，在平台还能查看卫星云图、单站雷达等。单站雷达以省气象台为主开发的全省及周边部分雷达二次产品为主要使用产品，卫星云图以目前通过DVB-S系统下发的FY-2D/2E帧数据形成的图像产品、外网下载的MTSAT图像产品、MICAPS格式图像产品为使用产品，页面自动定时从省气象信息网络中心雷达数据共享服务器和WEB服务期上刷新数据。具有以下功能，如：在图像上添加各个市县气象局的名称，如“绍兴市气象局”、“东阳市气象局”等。