基于GIS的内蒙区域降水实况系统设计与应用

王家乐 于溥天

（内蒙古自治区气象信息中心 内蒙古自治区呼和浩特市 010010）

1 引言

IT 信息技术迅猛发展、气象数据日益丰富，如何将先进的技术运用在气象数据展示是我国气象事业发展过程中亟需解决和研究的方向之一。目前我区地面观测站点数已增长至2400 多个，传统的数据表格展示不能满足业务需求，采用GIS 地图展示和数据表格协同作业是一种必然的趋势。本文选用的GIS 服务是Openlayers，是一个专为Web GIS 客户端开发提供的JavaScript 类库包，用于实现底图发布、站点叠加和降水数据显示。

近年来，全国综合气象信息共享平台（CIMISS）逐步建成并且业务运行，形成了国省统一的数据环境。以此为基础，国家气象信息中心组织国省技术团队，自主研发了气象数据统一服务接口（MUSIC），并在内蒙得到了广泛的应用。基于CIMISS 数据环境，利用MUSIC 统一服务接口构建了内蒙区域的降水实况展示系统，本文将对该系统设计与应用进行介绍。

2 系统设计

2.1 技术路线

内蒙区域的降水实况系统采用的是B/S 的架构。系统浏览器端程序采用JavaScript 语言开发，服务器端程序采用Java 进行开发；开发工具使Eclipse 4.8.0；Web 服务器使用Apache-tomcat-8.0.33；技术路线如表1 所示。

2.2 系统组成

系统由用户操作模块、前后台交互模块、数据调用模块、数据展示模块四部分组成，系统组成如图1 所示。

3 系统功能与实现

3.1 系统主要功能

系统适用于全区所有的业务人员，可按照自治区、盟市、旗县三级联动获取降水实况信息，查询站点包括国家站、自治区自动站、水利行业站和周边站，其中周边站是当前区域50 公里范围内的周边省站点；降水信息可以监测当前时次小时和分钟雨量，也可查看24 小时累计降水和临近2h、3h、4h、5h、6h、12h、24h 降水过程。

利用GIS 地理信息技术，系统将观测站点绘制成不同的图层，将降水量与辨识度很高的色彩进行融合并填充到站点图层中，在空间范围内生动的展示不同区域内、不同类型观测站点的降水分布与强弱并可对单站时间序列多要素图标展示。

3.2 系统设计与实现

系统主要调用CIMISS 数据环境的中国地面逐小时资料和中国地面分钟降水资料，通过Ajax 异步传输方式将用户请求数据提交到服务端，由服务端调用MUSIC 统一接口完成数据采集并返回客户端交由Openlayers 渲染并显示，系统工作流程如图2 所示。

（1）用户操作模块：可按照业务场景，设置查询区域、监测站点、降水时间尺度信息，将其作为查询条件提交至前后台交互模块，用户操作如图3 所示。

表1：技术路线

图1：系统组成

图2：系统工作流程

（2）前后台交互模块：是系统非常重要的一个模块，上游接用户操作模块，下游接数据调用模块，通过Ajax 异步交互的方式将查询条件提交到数据调用模块，并将返回的数据推送至数据展示模块，发挥着串联整个系统流程的作用。

（3）数据调用模块：为了便于数据的加工与处理，本文选用的是MUSIC 提供的客户端调用方式实现数据检索，运用了MUSIC提 供 的getSurfEleInRectByTime、getSurfEleInRegionByTime、statSurfEleInRect 和statSurfEleInRegion 接口，按照MUSIC 接口调用规范，将用户查询条件（站号、区域、要素、时间等参数）转译为接口要求的参数格式，并对接口调用方法进行了封装，返回至前台的数据格式为JSON。

（4）数据展示模块：按照查询区域条件可动态切换当前GIS底图，按照降水量叠加站点信息，更加直观的在空间尺度展示降水实况信息，系统可展示当前时次降水、24 小时累积降水、临近时次累积降水及分钟累积降水。

3.2 关键技术

3.2.1 降水监测区域加载

系统GIS 底图加载选用的是openlayers 地理信息JavaScript 开源库，运用其内部封装的WMS layer 类，将地图叠加显示到浏览器上。为了更直观的显示监测区域，制作了全区、12 个盟市和103个旗县矢量多边形边界信息KML 文件，其属性包括经度和纬度信息，调用OpenLayers.Layer.Vector 方法将其转换为矢量图层并叠加到GIS 底图，核心代码如下：

图3：用户操作页面

图4：内蒙古自治区、盟市和旗县GIS 底图

图5：站点图例

图6：分钟降水、1h、2h、3h、4h、5h、6h 降水等级图例

图7：12h、24h 降水等级图例

使用Openlayers 叠加的底图信息如图4 所示。

3.2.2 降水监测信息加载

图8：监测站点图层

为了直观的辨识降水站点类型，将国家站、自治区国家站、无人站和水利站选用不同的形状绘制并显示，图例如图5 所示。

分钟降水、1h、2h、3h、4h、5h、6h 降水量级划分：

小雨： 0～2.5mm；中雨：2.5～8.0mm；大雨：8.0～15mm；暴雨：>15mm，降水等级图例如图6 所示。

12h、24h 降水等级划分：

小雨： 0～10.0mm；中雨：10.0～25mm；大雨：25～50mm；暴雨：50～100mm；大暴雨：100～200mm；特大暴雨：>200mm，降水等级图例如图7 所示。

对比数字而言，人眼对于色彩的辨识度很高，因此将站点叠加到地图上的同时，将其颜色与降水量进行融合，按照降水量级为站点填充颜色，在空间范围内生动的展示不同区域内降水分布与强弱，核心代码如下：

图9：内蒙区域降水实况系统

图10：内蒙区域降水实况系统

上述代码实现了降水监测信息显示，效果如图8 所示。

3.3 系统展示

基于GIS 的内蒙区域降水实况系统展示如图9 所示。

单站多要素时间序列展示如图10 所示。

4 总结

内蒙区域的降水实况系统采用的是B/S 架构，基于CIMISS 数据环境和MUSIC 数据统一服务接口完成开发，一级部署三级应用，实现了系统的集约化发布和管理；系统操作简单，无需手动输入繁杂的查询条件，即可获取业务人员所关注的降水实况信息，在汛期和自治区重大活动保障工作中，发挥了很好的数据支撑作用，为气象服务提供了更加有力的保障。