内蒙古风能资源数据库共享服务系统

王 英， 赵建民 ， 陈 慧， 彭丽娜

（1．内蒙古气象信息中心 内蒙古 呼和浩特 010051；2．包头市气象局 内蒙古 包头 014030）

内蒙古是我国风能资源非常丰富的地区之一。在中国气象局风能资源详查与评估项目的带动下，全区气象部门共建成 71座测风塔，70 m塔高的 63座、100 m塔高的 7座、120 m塔高的1座，分布于18个详查区内。为做好内蒙古地区的风能资源详查与评估提供了经费支撑。

内蒙古风能资源数据库共享服务系统已投入业务运行。系统对71座测风塔建站以来的观测数据、全区49个参证气象站建站以来的历史背景数据进行了入库管理和共享服务，同时提供数值模拟结果和综合评估结果的存储管理和共享服务功能。

内蒙古风能资源数据库共享服务系统的建设为有效服务我区风能资源开发利用提供了数据支撑，一定程度提升了我区气象部门对开发利用气候资源的服务能力[1]。

1 系统设计目标和技术设计思路

1.1 系统设计目标

内蒙古风能资源专业观测网观测数据和气象参证站背景数据是内蒙古风能资源详查与评估的主要数据支撑，是风能资源评估工作的基础和依据。建立基于内蒙古地区基础地理信息、风能资源专业观测网观测要素数据、风能资源评估产品数据、气象参证站历史数据分析的内蒙古风能资源数据库，并以WebGIS可视化技术和元数据技术实现风能信息图形化的在线展示和发布，为决策部门用户、业务用户、行业用户以及公众用户提供不同层次的风能数据共享服务，是内蒙古风能资源数据库建设的最终目的。

1.2 技术设计思路

系统的技术设计主要采用当前开源和共享软件搭建系统平台。以数据展示、数据监控为主，气象参证站历史资料为背景资料进行查询等的功能作为辅助功能，将内蒙古地区2003年建站以来的风能资源数据充分展示出来，将测风塔、详查区、参证站等数据信息通过WebGIS的图形图像数据进行叠加显示；并提供风能资源专业观察网测风塔信息的检索与显示功能、参证站信息检索与显示功能、详查区信息检索与显示功能、测风塔、参证站的二维显示与信息的查询展示、三维地形图显示与信息的查询展示、测风塔数据的查询和下载功能等。

系统以“元数据技术、统一标准、易安装易维护、可扩展、自动化业务管理”为原则进行设计。

2 系统设计

2.1 逻辑结构设计

内蒙古风能资源共享服务系统采取B/S结构，从逻辑上分为3层结构：

数据（库）层：包含内蒙古风能数据库、空间数据库、辅助信息库；风能数据库内存储全区71座测风塔观测资料、49个气象参证站历史气候资料、数值模拟产品、全区风能资源评估产品等；空间数据库存储基础地理信息数据、中高分辨率的遥感影像数据，以及其加工产品；辅助信息库存储共享服务元数据信息、用户信息等共享系统所必需的信息。

应用系统层：内蒙古风能资源共享服务器端的应用模块，包括元数据模块（如用户访问策略）、检索模块、下载模块、统计模块等等，通过各应用模块的集成，提供应用系统的检索与数据访问功能。

客户端展现层：包含各种可视化模块，各种专题地图、图表、二维地图显示、三维地图显示等功能模块，提供风能资源的各种可视化服务[2]。

内蒙古风能数据库共享服务系统逻辑结构如图1所示。

图1 共享系统逻辑结构图Fig．1 Structure diagram of the sharing system logic

2.2 功能结构设计

为了更好地实现风能数据服务功能，系统设计了测风塔、参证站数据的二维、三维图像显示和图标显示功能[3]。功能结构图如图2所示。

2.3 基础框架设计

系 统 采 用 Ajax、Sliverlight、dhtm lXTree、Hibernate、Struts等前沿技术框架，实现了跨客户平台、跨浏览器显示的丰富多彩的数据展示功能，使用户无论使用什么浏览器都能得到一致且丰富的用户体验[4-5]。技术框架图如图3所示。

3 主要功能模块设计

3.1 站内搜索功能

图2 系统功能结构图Fig．2 Structure diagram of the system function

图3 系统技术框架图Fig．3 Structure diagram of systems technology framework

功能描述：站内搜索提供在整个系统中的底层数据库实现快速查询功能，是为用户提供站内资源的快速搜索和访问，站内资源包括测风塔信息、参证站信息、详查区信息等。

系统采用表单查询对象设计搜索条件，如测风塔ID号、名称等。并将搜索结果显示在搜索页面中的表格对象中供用户参考使用。

3.2 测风塔空间分布信息展示

功能描述：通过对配置文件配置信息的读取，在内蒙古全区平面地图中展示测风塔分布情况以及实时数据信息展示。其中包括测风塔高度信息和空间位置等。

3.3 测风塔基础信息查询

功能描述：测风塔基础信息查询提供了测风塔基础信息、观测仪器等信息的查询展示。

其中测风塔基础信息主要包括：测风塔的名称、编号、图片、塔高、海拔、所属省份、经纬度和概况；

观测仪器：显示测风塔观测仪器的详细信息。

3.4 测风塔观测数据查询与展示

功能描述：系统通过合理的技术架构设计，实现观测数据的实时滚动刷新显示。

观测数据分为分钟观测数据和十分钟观测数据。系统设计表格形式显示该数据。

3.5 测风塔统计数据查询与展示

3.5.1 基于图表的数据分析

功能描述：结合AJAX技术以折线图、柱状图、风玫瑰图等图标形式展示以下数据类型的信息变化情况[6]。

测风塔观测与统计数据的数据类型包括：

不同年份和月份的气压日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的风速日值、月值年值；

不同的塔高、年份、月份的温度日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的湿度日值、月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的水汽压日值、月值、年值；

不同的塔高、年份的常见气象统计日数月值、年值；

不同的塔高、年份、月份的月各段风速频率、年各段风速频率；

不同的塔高、年份、月份的月各风向频率、年各风向频率；

不同的塔高、年份、月份的逐时月平均风速、逐时年平均风速等。

3.5.2 结合空间数据的二维展示

功能描述：在二维地图中，结合测风塔的空间信息，分别展示以上观测与统计数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合测风塔空间数据，便于比较和分析各个测风塔之间各观测与统计数据类型的单指标数据值。

3.5.3 结合空间数据与地形数据的三维展示

功能描述：在三维地图中，结合测风塔的空间信息，分别展示以上观测与统计数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合测风塔空间数据，便于比较和分析各个测风塔之间各观测与统计数据类型的单指标数据值。同时，可以观测到测风塔周边的地形状况，以便更好的分析测风塔信息。

3.6 测风塔评估数据的查询与展示

3.6.1 基于图表的数据分析

功能描述：以折线图、柱状图、风玫瑰图等图标形式展示以下数据类型的信息变化情况。

测风塔评估数据的数据类型包括：

不同塔高的平均风速和平均风功率密度年变化和日变化情况；

不同塔高的平均空气密度；

不同塔高的风速等级频率；

不同塔高的风速等级小时数；

不同塔高的长年代平均风能参数估算；

不同塔高的风向频率分布；

不同塔高的风向功率密度百分率；

不同塔高的湍流强度年变化和日变化情况；

不同塔高的Weibull分布曲线等。

3.6.2 结合空间数据的二维展示

功能描述：在二维地图中，结合测风塔的空间信息，分别展示评估数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合测风塔空间数据，便于比较和分析各个测风塔之间各评估数据类型的单指标数据值。

3.6.3 结合空间数据与地形数据的三维展示

功能描述：在三维地图中，结合测风塔的空间信息，分别展示评估数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合测风塔空间数据，便于比较和分析各个测风塔之间各评估数据类型的单指标数据值。同时，可以观测到测风塔周边的地形状况，以便更好地分析测风塔信息。

3.7 参证站基础信息的查询与展示

功能描述：通过测风塔获取该详查区内所有的参证站信息，实现在参证站详细信息查询功能中实现关联测风塔的所有的参证站信息查询。

参证站详细信息页面提供了测风塔基础信息、观测仪器信息等信息的展示。

参证站基础信息主要包括：参证站的名称、编号、图片、海拔、经纬度和概况。

观测仪器：显示参证站观测仪器的详细信息。台站沿革：该参证站台站沿革信息。

3.8 参证站气候背景数据展示

功能描述：通过选择测风塔来对与其相关联的参证站进行背景信息查询，将显示该测风塔下所有的参证站。并可以查询参证站的观测仪器信息和气候背景等关联数据。

内蒙古共有49个参证气象站，系统可以通过测风塔的关联对其进行相关信息查询。

3.8.1 基于图表的数据分析

功能描述：以折线图、柱状图、风玫瑰图等图标形式展示以下数据类型的信息变化情况。

参证站气候背景数据的数据类型包括：

气温：历年逐月气温、气温标准气候值；

气压：历年逐月气压、气压标准气候值；

湿度：历年逐月平均相对湿度、平均相对湿度标准气候值；

风向风速：历年逐月风速、历年逐月最多风向及频率、历年逐月最多风向及频率、风速标准气候值、最多风向及频率标准气候值、历年逐月各风向频率标准气候值、地面观测逐小时风数据、地面风速观测风日极值、地面风向观测风日极值、地面观测风日极值出现时间。

3.8.2 结合空间数据的二维展示

功能描述：在二维地图中，结合参证站的空间信息，分别展示参证站气候背景数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合参证站空间数据，便于比较和分析各个测风塔之间各参证站气候背景数据类型的单指标数据值。

3.8.3 结合空间数据与地形数据的三维展示

功能描述：在三维地图中，结合参证站的空间信息，分别展示参证站气候背景数据所有数据类型的单指标数据的变化情况。

结合参证站空间数据，便于比较和分析各个参证站之间各参证站气候背景数据类型的单指标数据值。同时，可以观测到参证站周边的地形状况，以便更好的分析参证站信息。

3.9 测风塔、参证站的二维展示

功能描述：根据实际的地理坐标将测风塔和参证站在二维地图上进行叠加显示，实现在地图上查询和浏览测风塔、参证站周边相关信息，而且通过测风塔查询相关的参证站，或通过参证站查询相关的测风塔信息，如测风塔基础信息、观测统计数据、评估数据，参证站的气候背景数据等，并以图表和表格的形式进行展示。

3.10 测风塔、参证站的三维显示

功能描述：三维展示是根据实际的地理坐标将测风塔和参证站在Google Map三维地球上叠加显示，直观地查询和浏览测风塔和参证站的真实地理位置和周边的地形情况；而且通过测风塔查询相关的参证站，或通过参证站查询相关的测风塔信息，如测风塔基础信息、观测统计数据、评估数据，参证站的气候背景数据等，并以图表和表格的形式展示。

3.11 测风塔原始观测数据下载

查询功能描述：根据详查区和年份查询测风塔，将查询结果以列表的形式进行显示。

下载功能描述：根据查询条件获得测风塔数据下载列表，选择要下载的数据类型，点击“下载”，系统自动打包数据并下载。

4 结束语

系统的设计为做好风能资源数据分析和服务提供了依据。系统设计符合风能资源数据查询、服务和共享的需求。合理的架构设计和功能设计，使得系统对风能资源数据信息实现了快速查询，并得到了充分的展示，并得到了很好的用户体验，实现了跨用户平台、跨浏览器的风能数据查询和下载功能，达到了预期的目标。系统为内蒙古气象部门依托全区71座测风塔数据和49个参证气象站长时间序列的观测数据，做好内蒙古地区风能资源开发利用提供了很好的数据服务支撑平台。

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