基于GIS技术的农业气象灾害监测预警系统研究

高 雪

（晋中市气象局，山西 晋中 030600）

地理信息系统（GIS）就是利用计算机技术对地表层空间中的主要地理信息进行搜集、保存、管理、计算、显示与描述的新技术[1]。不同地理空间的实体数据与关系属于GIS的对象，除了图形数据、遥感图像数据外，还包括属性数据、空间定位数据。运用此技术建设农业气象灾害监测预警系统，用于对各种极端天气、农业气象灾害的监测与警报，可帮助农户提前做好灾害防范工作，减小损失。

1 系统设计与系统总体架构分析

选用.NET框架技术，利用Visual Studio2010软件开发环境，运用C#编程语言进行编写。程序设计采用模块化结构设计方式，使程序与算法更便于维护、扩展、移植。监测系统分为4个功能模块，包括气象与农情信息监测模块、精细化气象预报产品模块、气象灾害预警模块、数据查询与管理模块。该预警系统架构包括3层，分别是网络层、数据层、应用层。第一是网络层，为系统运行提供保障，包括网络系统与软硬件设施；第二是数据层，涉及到用户信息、气象灾害预警等信息；第三是应用层，提供天气预报信息、气象灾害预警等服务。

2 监测预警系统的功能分析

2.1 气象与农情信息监测模块

这一模块由服务器端数据接收与综合显示软件、区域内气象与农情信息采集与传输装置组成。它的工作模式是采集与传输装置负责动态实时采集区域范围内的气象信息，包括温湿度、降雨、数字图像，并将这些数据实时传输至服务器端数据接收与综合显示软件中，由该软件对数据进行保存、显示与更新[2]。

2.2 精细化气象预报产品模块

根据国际通用的数值模式，选择最合适的集成方式来客观分析相关集成成员的预报结果，从而构建起多模式、精细化、网格化的气象预报产品，包括降水、温度、相对湿度等多种气象要素。

2.3 气象灾害预警模块

该模型的作用是通过自动气象站实时监测相关数据，确保气象预报产品的精细化。将气象与农情信息监测模块中获得的气象要素与数字图像进行分析，选用支持向量机方法反演出天气现象及气象灾害。

由此验证并修正气象灾害等级，然后显示预警结果。

2.4 数据查询与管理模块

数据库中存储有不同的气象数据，不仅有历史农业气象灾害统计信息、历年气象信息，也包括特色农业气象灾害指标体系、特色农业小气候实时监测信息、数字图像信息、短期精细化天气预报客观产品信息等[3]。用户可进行相关信息的查询与检索、删除与添加、导入与导出等操作。

3 GIS农业气象灾害监测预警系统研发的关键技术与功能设计分析

3.1 系统开发关键技术分析

该监测系统研发中使用的接口技术是以组件为核心。COM属于顶级二进制通信规范，源自微软公司，这属于组件接口的重要规范，采用统一标准能够让不同软件组件、硬件组件有效交互[4]。因此，COM组件所形成的基础性结构可以确保所有运用COM技术的设备都能通过这一结构得到公共函数，并运用语言IDL进行定义。这一接口可以让不同组件、程序、本地组件与远程组件进行功能调用。另外，采用混合编程技术，即采用至少2种计算机语言进行程序开发，充分利用不同程序设计语言的优点。本次系统设计将.NET平台作为设计操作界面，并通过C++语言编写程序，可避免重复代码的编制，加快软件研发速度，而且也增强了软件的通用性。同时，农业气象基础数据库选择Excel、Access等数据库技术制作。基于GIS技术与上述计算机编程技术研发本监测系统。

3.2 交换业务与共享数据

基于GIS技术所设计的监测系统需要解决的一个关键问题就是如何让不同系统间进行业务交换与数据共享。一般可应用SOA技术，即面向服务的体系结构来解决。面向服务的体系结构属于组件模型中的一种，根据具体的需求分析，对应用程序各类功能单元进行定义（即服务）。全部服务要求与中立接口、相关契约相对应，同时与实现服务的硬件平台、操作系统、程序语言保持独立的关系。在具体运用的时候，借助服务间的定义，将契约与接口相连接，确保不同系统内的相关服务都采用通用、统一的形式完成交互。

3.3 根据空间信息检索分析问题

与当前常见的制图系统相比，GIS系统的空间分析能力非常强大，能够充分全面描述现实当中的地理要素空间位置与相关关系。GIS农业气象灾害监测预警系统在查询所需农业气象灾害信息时会用到空间分析技术[5]。首先，实时库、历史库中的所有观测站台在系统内都确定为地理坐标编码，进而转化成空间数据，这些数据属性包括台站名字、类别等内容。在检索数据的过程中，系统将台站采用涂层的形式加载处理，便于用户检索。系统内需按照市、区、流域等不同区域划分来设计各种选择形式，便于用户按区域选择站台，对某区域内气象要素进行等值线图研究。另外，空间分析技术对农业气象灾害分析、农业气象灾情信息检索等操作也提供了一定的便利性。

3.4 评估模型插件技术问题

GIS技术拥有极强的空间建模功能，其中，在制作农业气象灾害天气损失评估模型时，可用到缓冲区分析、栅格分析、影响范围分析等技术。由于模型是复杂多变的，而且形式多样，为了更好地顺应不断变化的现实状况，用户应经常更新模型应用数据，修改模型。在应用特定模型参数的时候，可通过配置文件完成，但如果使用的模型有所更改，配置文件上面对应的部分是极难修改的。因此，在设计系统的时候应注意增强系统的扩展性与适应性，此时可使用COM插件技术。插件通过自定义标准化结构实现了与主程序简单交互，涉及到基本参数、启动调用，将模型得出数据进行可视化的显示接口等工作。对于模型，系统可根据需要进行修改、删除。

3.5 数据模型面临的统一与交互问题

GIS系统的一个主要功能就是要实现相关数据资源的共享，让管理更加规范。为此，需构建统一的与国际通用的数据模型。这能够减少对数据的维护量，也能让数据进行有效地交互、统一。此监测系统具有的功能主要包括：第一，对发出预警的信息地点实施监测，并在地图上自动显示出对应信息点的准确位置；第二，在地图上面明确闭合区域的具体范围，发布相关监测预警信息；第三，将地图与预报灾害强度分布图进行重叠，可从地图上刊登各种灾害强度覆盖、波及的范围，而且对不同强度灾害预警工作也可以同步进行；第四，采用不同颜色标记各强度灾害影响区域，便于监测预警；第五，配备主要接口，包括电子公告牌、短信平台；第六，拥有查询历史监测预警发布信息的功能，可供用户查阅相关监测预警信息。