基于GIS的精细化气象预报平台设计与应用

崔迪

【摘 要】 传统的气象预报具有较大局限性，本文提出了一种基于GIS的精细化预报模式，从系统架构、服务器设计以及数据定义模式等三方面讲述了精细化预报的关键，即对大量数据的有效存储和处理，从而避免因气象灾害预报的不准确性带来的生产生活的损失。

【关键词】 GIS  精细化  气象  预报

1 系统架构

气象数据类型多、格式复杂、存储分散、数据量大，直接通过单一程序进行数据的处理显示显然是不合适的。因此系统采取C/S架构，在本地架设数据处理服务器，服务器上的服务端对需要使用到的数据拷贝到本地并进行格式转换、数据订正等的中转及处理，客户端则只作显示以及需要人机交互部分。这样除了能提高显示速度外，还能有效减少由于多客户端以及重复的查询引起的与宁波市气象局的数据交换。

系统采用c#以及MeteoInfo开发，主要由资料处理程序（服务器）和实时显示程序（客户端）组成。系统采用模块设计，从功能上主要划分成实时显示模块、资料预处理模块和短信发送模块三大模块。（如图1所示）

2 服务器端设计

服务器端以文件及数据库的形式存储最新的预报以及实况数据，将气象台WRF数据同步到本地，将数据转化为能直接绘图显示的Tiff格式资料，将数据内插为站点数据并存储到本地，更新实况已经预报数据到数据库中，根据阈值对每个站点的实况及预报数据进行检查，超过阈值时发送提示短信。

根据上述任务需要可设计数据复制和数据更新两个程序。

数据复制程序属于后台处理程序，主要是将WRF数值模式预报产品拷贝到本地服务器，并转化为Tiff格式的栅格数据，同时根据第一章所述方法生成订正后得站点的降水、温度和风数据，以提高客户端程序的显示性能。程序属于常驻内存程序，空闲时间不占用CPU资源，内存占用小于40M。程序主要实现资料同步拷贝以及转换功能。考虑实际网络以及磁盘性能，资料拷贝使用单线程顺序处理;格式转换功能使用多线程并发处理，并发线程数内部可调，使用者可根据机器性能设置并发处理线程数。

数据更新程序也为后台处理程序，主要是将站点的预报数据（包括WRF预报以及雷达预报）以及实况数据（降水、温度和风）更新到数据库中，同时查询系统中存储的阈值，超过阈值的时候发送服务提示短信给值班人员，而前段客户端在更新数据后，将会有报警提示。此程序也为常驻内存程序，空闲时间不占用CPU资源，内存占用小于40M。

为了保证系统的稳定性，可采取容错设计。

两个后台程序采取线程检测原理，运行机器上如果处理程序没有运行的情况下会自动运行，如果已经运行，即使手工运行该程序也会提示并关闭，防止对同一数据进行多次操作。

数据复制程序在读取资料文件时，会对资料的文件名、路径以及文件头内容校对，如出现错误将不会读取资料，防止对资料的误读。对文件内部资料提取方式采取实时生成策略，即使数据分辨率等发生变化，只要资料文件头描述正确，也能正常读取。

短信发送模块采取双网络链路的方式连接数据库，只要移动代理服务器正常工作，任意一条网络链路连通的情况下均能正常发送预警短信。如果在短信发送过程中出现任何问题，均会简单明了地记录到记录文件中，方便使用者排除问题。

图2是系统平台的数据流向图。

3 数据定义

由于气象数据的种类多，格式复杂，直接使用通用的方式进行数据读取是有一定困难的。虽然自定义格式的数据能很好的满足业务上的需求，但如果设计不当，后期因格式调整引起的程序调整工作量将会相当大。因此项目中所采用的所有中间数据均为通用的标准数据格式，相比自定义的数据格式性能可能会略有降低，不过这样的好处是可以通过现有的公开的接口和代码方便地对数据进行读写，即使更换GIS平台甚至是更换开发语言也不需要进行重复的开发。

目前使用数据中包含WRF地面资料，由于单个数据文件较大，受磁盘性能影响，直接读取显示显然不合适，因此根据实际需要，对WRF数据可采取输出GeoTiff文件（带地理信息标签图像文件格式）作为中间数据来提高检索显示速度。

在数据格式上，为了避免因书写错误等原因引起的程序异常，内部可采用枚举型变量处理数据格式类型。

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