大屏可视化技术在气象领域的应用

徐达 孙超 刘乖乖 郭聪

摘 要 通过Vbi5大屏可视化技术与市面主流基于B/S架构可视化技术的对比研究，将Vbi5应用在气象综合业务中，从综合观测、预报预测、到公共服务和信息支撑，生动形象的展示在大屏幕上，利用成熟的业务系统对气象大数据分析和计算的结果，显示了气象资料从采集、传输、处理、入库的全流程信息。采用文字、图表、Web控件、状态进度图的形式展示了数据动态流动，动力环境，高性能计算机上的模式运行状况。Vbi5可视化技术不光为管理者提供清晰的决策，更为参观者形象展示气象业务运行的全过程。

关键词 Vbi5；大屏可视化；气象数据

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）235-0133-03

1 信息可视化的现状

随着科学技术的不断发展，大数据、云计算、人工智能等新一轮信息技术的崛起和深入应用，对气象大数据的分析和展示都充满了挑战。如何从海量数据中提取出有用信息，从而更好地将气象资料和业务系统串联监控起来已经成为气象信息中心的一个热点问题。

数据可视化直观的将离散数据通过图表清晰的传递，尤其在气象数据资料监控方面，大屏展示已经是不可或缺的一部分，最终目标是为用户清晰直观的反应天气实况，快速定位出现告警的气象业务系统。这不仅能够提高值班人员的工作效益，而且间接带来巨大的社会经济效益。

数据可视化的技术难点不在于对数据展示的效果，而在于如何将复杂的气象业务逻辑串联起来。在一页页的画面中，如何让人了解数据和业务之间的关联，这就需要对大屏整体的颜色、布局、可视化组件的综合运用。

2 技术架构实现

目前市面上主流BS（Browser/Server）架构实现可视化的优势在于，开发速度快，维护成本低，共享性强的特点，能够在短时间内利用网上现有的可视化组件仓库构建出画面。但是BS架构对于服务器，网络，数据安全的要求很高。对于大量数据输入，例如绘制全国近6万个地面区域自动观测站站点地图分布打点信息，将会大大增加浏览器与服务器之间的通信，增加数据加载和响应时间；同时，网上开源的可视化组件并不能满足现有的气象业务需求。

Vbi5基于CS（Client/Server）架构的可视化框架，提供总控，地图分析，实时监控，汇报演示等模板，通过多元的组件，稳定的网络通信，安全的数据存取，快速的系统响应，实现对气象业务监控和气象信息业务全流程可视化的展示。在气象信息化时代下，新型的数据可视化工具需要有一下特性：

1）稳定性：能够7×24小时不间断工作，在网络中断情况下，对于演示参观场景依然可以不影响画面的监控、切换，保证屏幕上获取最近一个时次的数据。

2）易用性：满足快速开发，实现图形控件拖拽的方式进行画面构建，满足大数据时代信息多元化的特性。

3）多元数据集成支持：除了本地数据库，支持接口采集，网页嵌入、视屏流的接入多种表现方式。

3 Vbi5大屏可视化技术

传统可视化技术，除了需要工程师熟悉业务逻辑外，还需要非常专业的软件开发人员进行后端数据处理和前端页面设计才能实现。相较于命令行式的开发布局，Vbi5通过图形界面编程提供了更直观、友好的开发环境，帮助非计算机专业的工程师搭建属于自己的可视化应用。

Vbi5支持多种数据源的接入，为数据信息提供了一个开源的展示平台。能够接入的数据源通过对关键字进行格式转换，逻辑判断，映射，实现对气象业务的实时监控的需求。

在编辑器中对数据源进行简单的数据配置，或对查询的SQL语句进行封装处理，配合简单的Python脚本可以实现对数据源中的数据快速增删改查，最后通过可视化组件对数据进行渲染构图，形成一个专业的可视化应用场景。

Vbi5新增了应急数据模块，对画面内应用的数据模型做了分表存储，隔离常规数据模型做二次数据备用，提高了数据的稳定性。

4 天气、气候模式可视化

Vbi5提供个性化组件，通过绑定数据源的形式，实现前后端交互，通过对数据源中字段的配置添加，展示自己个性化的应用。同时对字段值之间的转换，筛选后得到符合业务逻辑的图像，系统支持自动检验逻辑判别式的合法性，校验成功后上传至后台自动执行。

首先對业务上运行的天气、气候模式的日志解析，得到每个模式的运行时次和状态，通过Restful接口采集入库。因为气象领域中模式运行采用世界时，而在大屏展示需要用北京时，通过SQL语句对采集入库的数据做一个时间上转化，画面中的可视化组件需要绑定经过处理后的新数据模型而非原始的Restful接口模型，配置cron表达式修改可视化组件对数据的采集时间，点击更新后，得到我们设计的可视化应用，如图3所示。

5 基于Vbi5的气象数据大屏可视化

气象大数据可视化主要涉及到对整个气象业务的串联，通过天、地、空、一体的综合观测技术对气象元数据的采集；到基于气象专业方程和模式计算的预报预测；将精确的预报结果和预警信息整合后服务公众；依托于高性能、云计算、庞大的资源池将各个业务穿成一体，形成我们现代信息化的气象产品。

气象领域中对天气状况准确预报是我们首要任务，通过对气象数据的加工处理，绘制出的一幅幅精准的气温图，降水图和风场图，可以动态的传输至Vbi5的相关组件进行展示。在后台通过对数据分析判断后绑定在Vbi5的相关组件上可以达到对全国31省气象设备的有效监控。

如何集成现有的业务系统和气象产品在可视化平台中也是我们攻克的难点。Vbi5通过配置Web插件参数，充分利用图形工作站的GPU对检测场景渲染，减轻了对CPU和内存资源的消耗。同时利用大屏的视屏处理器，在大屏上进行开窗操作，即在现有的画面上叠加电视信号，通过气象频道实施反应出当前的气象热点信息。

根据大屏的分辨率，新建画面，在画面中添加图片，文字，表格等，统一画面风格和属性，配置相应的可视化组件的数据源，通过SQL過滤查询和Python脚本对数据进行处理，保存发布后实现大屏的可视化，如图4所示。

6 结论

要想实现气象业务从数据采集、传输、处理、存储、应用服务的全流程可视化监控，需要充分利用气象大数据，依托于国家气象局已建各类软硬件应用系统，包括高性能计算机中心、云平台基础设施、资源池、中国气象数据网、中国气象局卫星广播系统、气象观测系统、气象通信系统等。基于Vbi5大屏可视化技术，满足了气象数据从静态、平面的展示到动态、立体渲染的效果，快速高效的反应了气象资料的传输的及时性和准确性，为用户在气象数据共享服务系统和统一数据环境的建设提供运行监控和保障，对气象数据业务及其信息支撑提供可视化分析展示，有针对性的提升数据共享服务能力和数据环境支撑能力，保障和推动气象数据共享服务业务的顺利开展。

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