移动气象观测信息的显示及其实现

哈艳丽 黄本峰 袁海豹

摘 要：本文以山东省烟台市气象部门所建设的船舶自动气象观测站为例，通过对其在气象数据的显示、实时位置跟踪、移动路径显示等方面的研究，阐述了其具体的技术实现，为移动气象观测信息的显示提供了有益的参考。

关键词：移动气象观测；船舶气象站；位置；路径；显示

移动气象观测主要分海洋移动气象观测和航空移动气象观测两种，其观测数据为不同时次在不同位置所测得，这种移动特征也区别于固定位置观测，因此在其信息的提供方面需要考虑空间特点。

山东烟台市气象部门近年相继在海上客滚运输船以及搜救船舶建设了10个船舶自动气象站，其建成改变了海上气象观测数据缺乏的局面，方便了气象部门对海上气象要素变化的了解，为进一步提高预报预测准确率，提供更加针对性的服务打下了基础。

如前所述，在船舶自动气象站应用过程中，需要解决数据的显示问题，本文即从数据显示的角度进行研究，实际工作中采用编程、数据库以及图形图像显示技术，将移动气象观测的数据更加形象的显示出来，为进一步做好后续工作提供参考。

1 数据的处理

烟台市气象部门目前布设了10个船舶自动气象站，分别布设到了客滚运输船只和海上搜救船只上。

船舶站数据的获取通过两种途径：一是通过GPRS数据卡进行数据传送，二是通过卫星通讯，由于船舶运行于海上通常无GPRS通信信号，因此通过卫星通讯成为主要的传输手段。收据获取后，由采集程序将其按规定格式进行存储，之后完成数据上报或应用。数据的处理、应用流程见图1。

2 气象信息的显示

2.1 地图显示的实现

为更好地展示船舶站气象要素变化，需要考虑船舶移动带来的位置变化，而这种动态的变化借助于地图来实现更加有利。刘艳中[ 1 ]等在船舶自动站监控中提出基于google MAPS的webgis显示方法，而我们出于效率等因素考虑，我们采用预先绘制地图图片的方式，實时位置与其进行叠加，从而实现地图上的显示。

地图数据采用通用的国家地理信息数据，通过PHP语言中的绘图函数，经过调试最终确定整体显示区域地图。

由于能够掌握各时刻船舶的经纬度，那么就能建立起船舶位置与相应地图像素点之间的关系。地图位置与经纬度之间通过以下公式进行换算：

地图横向位置 = 经度 × 经度方向缩放倍数 + 经度偏移量

地图纵向位置 = 纬度 × 纬度方向缩放倍数 + 纬度偏移量

若船舶航行中的任意位置投射到图片上，则取地图生成时的经度方向和纬度方向的缩放倍数与偏移量，因此也就确定了船只在图片上的具体位置。

对整个区域而言，经度方向放大倍数取值90倍，偏移量为-10400，纬度方向放大倍数为90，偏移量为-3690。显示结果见图2。

2.2 气象要素的显示

将气象要素的时空变化展现出来，要考虑空间和时间两个方面。

2.2.1气象要素的空间分布

其空间分布特征通过地图显示技术来实现。空间分布中，对单站点同时次观测数据以站点位置为中心，上方显示船舶名称，左上显示气温，左下显示相对湿度，右上显示能见度，右下显示气压。

另以位置为中心根据风向、风速通过编程语言直接绘制风向杆，使使用者一目了然。气象要素在图中的显示中主要采用PHP语言的GD绘图包的imageTTFText、imageString函数输出数字和文字， imageline来绘制风向杆，用imagecolorallocate函数来调配颜色完成。

另外，也同时根据用户需求在地图上显示同一时次各船舶的单一气象要素，并可根据船名来进行显示。

2.2.2气象要素的时间序列显示

通过检索数据库，对某船舶站点前48小时的气象要素按时间序列进行绘图显示。

图表通过JPGRAPH组件进行处理显示。其中对气温、风速、风级、气压、能见度、湿度等气象要素提供了曲线或柱状时间序列图表，便于了解最近时次各个要素的变化情况。

2.2.3历史数据检索

可以根据分钟、小时等时间跨度对数据进行检索，显示在地图或以要素序列图的形式展现出来。

3 船舶位置监控

3.1 实时位置及状态监控

烟台市气象部门的船舶站数量较多，同时多年来也一直为客滚船提供航线气象服务。因此有必要掌握客滚船的海上的通航情况，以更好地为其提供服务和进行相关研究。

客滚船位置监控通过网站www.shipxy.com获取实时客滚船动态信息，注册定制自己的船队，然后利用VB生成截图软件，每10分钟定时将区域内船舶动态情况进行截取，以实现客滚船只通航的监控。

3.2 移动轨迹监控

船舶站在海上航行形成移动轨迹，有时了解轨迹的状况对分析数据也能提供很多帮助。根据掌握的船舶位置，可通过PHP语言的绘图函数顺利将船舶移动轨迹绘制在地图上。

图3所示就是银珠轮在2015年12月6日10时到7日10时24小时的运行轨迹，从中可清楚的看出该船舶站前24小时内往返于蓬莱-旅顺航线的情况。

4 分海区显示

由于黄渤海地区范围大，采用固定图片方式绘制地图，想看清小范围船舶定位情况非常不方便。我们采用了静态地图划分不同海域的办法，这样即实现了区域放大，又使系统运行速度快，效率高。分海区参数情况见表1，位置见图4。

5 小结

本文所实现功能，其服务器端环境为Windows2008R2 x64，WEB服务软件为Apache2.2，开发语言支持：PHP5，数据库支持SQLServer2008。数据库的访问，通过PHP函数直连。用户均可通过浏览器进行访问。通过本文所述技术及其实现，达到了以下目的：1）实现了移动气象观测的显示。通过船舶经纬度位置与地图图片位置之间的关系换算，将船舶定位和地图相结合，将船舶实时位置及时定位在图片上，便于用户对船舶移动位置的掌握。另外，由此提供的船舶轨迹、分海区展示等功能，为移动观测数据的显示提供了方便。2）实现了气象数据在时间、空间上的显示。对全要素显示、单要素显示、时间序列图、数据查询等均给出了相应的显示，并提供了按船舶站点查询的功能，方便使用者对要素变化的掌握。3）通过本文技术实现的“烟台市海洋气象服务平台”，结合CSS、Javascript、Frame等技术，几种技术互相之间密切配合，构成了Web 2.0特性的较好的用户体验。其大大提高了系统的操作流畅性、易用性和扩展性，尽量多的实现自动化，达到减少重复劳动的目的。

参考文献：

[1] 刘艳中，李建勇，陈冰怀.基于Google Maps API的船舶自动站监控Web设计[J].气象科技，2015，43（4）：643-646.

作者简介：哈艳丽（1979-），女，汉族，山东蓬莱人，本科，工程师，主要从事气象观测工作。