长三角气象信息的时序与平面动态分析系统开题报告

1.1 研究意义

信息技术与气象行业的融合日新月异，利用先进的技术手段来分析、处理、展现和获取气象数据是我国气象事业发展的必由之路。随着互联网技术的飞速发展，以Web的方式来获取气象信息已经是一种必然趋势^【1】。气象资料的开放化促使气象服务不是简单地直接输送气象数据，应当以用户需求为导向，从“我们有什么数据”向“用户需要什么数据”的现代化服务服务方式转变^【2】。

因此，研究、设计基于免费开源框架、免费开源软件的集成WebGIS的在线实时PWV（大气可降水量）和气象数据分析展示系统，研究如何在便捷使用互联网的同时，又能在一定程度上降低数据安全隐患^【3】，并将WebGIS运用于降水量和气象系统，可以满足用户的信息需求，将大大提高对气象测站的实时监测能力，保障各类气象信息在传播过程中的准确、实时有效，为气象局提供一种经济的解决方案，降低相关系统项目建设成本、运维成本，这也是加强气象信息化建设的重要举措^【4】。

1.2 研究目的

大气可降水量及气象数据监测事业是一项可持续发展的基础性工作，它关系着我国国民经济和社会的发展。当前，由于气候变化显著，我国经济发展水平与水资源供需的矛盾日益凸出，因此，气象监测工作需要承担更加艰巨的任务^【4】。

全国气象部门缺少一个开发成本较低、简洁易懂、开发难度小、并与气象数据服务系统(CIMISS)相结合的WebGIS通用系统^【5】。虽然国家气象业务内网现有的数据服务方式丰富，但当涉及到空间位置分析时，目前的气象资料服务方式就不能很好地满足用户需求，比如：无法实现按照行政区名称或者不规则多边形检索和显示气象数据等。要想转变这种格局，就需要从用户获取资料的方式入手，分析用户查找资料的过程，更深层次挖掘用户需求。因此，通过建设集成WebGIS技术与MUSIC接口结合的方式，融合测站基本信息、实时大气降水量、实时气象信息于一体的展示服务分析平台，为用户提供集气象数据空间查询、分析的一站式服务，以此来提高国家气象业务的用户体验。

1.3 研究背景

基于internet平台,采用Web技术与GIS技术相结合的网络地理信息系统(WebGIS)是通过www协议将GIS系统运行在万维网上，客户端通过网络访问地理信息服务，实现在不同操作系统上获取地理空间数据和空间分析服务。例如美国的全球卫星系统在确定大面积可降水方面的连续性和有效性使得我们能够确定和预测这一指标的动态^【6】。与传统PC端的商用GIS软件相比，网络地理信息系统扩展和完善了地理信息系统的功能实现了空间数据的共建、共享。网络地理信息系统在开放性、移植性、可扩展性上网络地理信息系统具有更加突出的优势。为了更好地实现大气可降水量和气象精细化展示和分析，做好气象分析服务工作，以气象局发布的实时雨晴数据、雷达云图数据、卫星云图数据、实时采集的数据、气象数据来设计基于WebGIS技术的气象信息管理平台^【7】。基于WebGIS技术的气象信息管理平台可以将网络地图、卫星云图、雷达云图,空间分析功能、统计分析、决策分析等功能集成与一体，能够实现气象信息的实时发布，发挥基于WebGIS技术的气象信息管理系统的灵活便捷分析作用，为用户和工作人员提供更为直观、简洁、方便、及时的信息服务。

2.1 研究内容

在现有人力资源和技术力量的基础上，充分利用气象数据服务系统已有资源，利用免费的开源Java类开发框架、开源GIS类平台，设计和实现集成WebGIS的GNSS-PWV和气象数据的时序和平面动态分析展示系统，研究的主要内容如下：

（1）免费的开源Java类开发框架、开源GIS类平台，以低成本构建系统所需的WebGIS平台；

（2）基于ArcGIS Server和空间差值算法，设计和实现大气降水量分布图实时生成服务；

（3）设计和实现集成WebGIS的气象信息在线分析展示系统。

2.2 预期目标

在现有所学的地图分析处理软件应用的基础上，适当在系统中加入合适的分析功能，主要的预期目标如下：

（1）能查看测站点的实时气象信息，大气降水量等数据，能以表格、折线图、柱状图等形式呈现；

（2）提供多种常用的空间差值算法，如克里金差值，供用户选择合适算法生成降水量分布图；

（3）能够运用多种空间分析展示效果，如柱状图、扇形图，供用户直观的观察气象实时数据；

（4）每个测站能按询统计大气降水量和气象数据，并能按时间段绘制洪峰过程；

（4）针对WebGIS的负载均衡、分布式集群方式进行研究，以缓解服务器压力，使其能够快速响应客户端的需求

气象站空间数据模型是实现气象站空间实体从关系数据库到空间数据库转变的概念，此空间数据模型是整个WebGIS平台的基础，气象空间数据模型的构建将决定着整个气象发布平台是否能达到准确可靠的要求，决定着是否能够满足系统的需求^【8】。气象空间数据模型就是结合信息展示需求来研究空间数据类别的划分，而研究对象其实就是气象站的地理对象。

气象信息发布平台采用的地图划分成了多个不同类型的图层，每一个图层都是由相同类型的数据元素组合的，该数据将在地理数据库管理统一，因此，要创建一个单独的地理数据库来存储多个类型的数据集的地图数据^【9】。这些地理数据包括TIN数据、栅格数据、要素数据以及相关的属性数据表。

根据系统需求，需要在平台中，通过点击气象站点，就可以查看到该站点相关的所有气象数据，包括实况气象数据、历史数据、气象预报数据、灾害预警数据等，而这些数据就需要客户端向Web 服务器发送请求，服务器通过唯一的标识符在业务属性数据库中进行数据查询检索，并将检索到的结果返还给客户端，客户端再将数据进行进一步的处理和展示。

交互层是系统的最顶层，直接体现着系统的所有功能，是人与平台沟通的窗口，是前后台进行数据交互的桥梁。因此，需要有一个简洁、使用便捷、用户体验优秀的UI界面，同时还需要考虑系统的维护和扩展的便利性。结合系统需求，选择了基于RIA的WebGIS框架Flex Viewer对交互层进行设计。

Flex Viewer是美国环境系统研究所公司开发的一套GIS框架，它是基于Web的，配置起来非常简单，只需把必要的参数配置好，就能够搭建一个以地图作为系统的显示中心的系统，利用ArcGIS Server进行地图管理^【10】。它的根基还是ArcGIS API在Flex平台下的WebGIS框架^【11】。该框架主要包括配置管理器、数据管理器、地图管理器、界面管理器和插件管理器。

地图服务通过把每个地图功能设计成组件，通过API调用服务接口，就可以完成相应的空间分析请求。而Web服务则是通过URL来调用。这样，业务与视图和数据之间都是相互独立的，各功能模块间也是互不干扰的，整个交互系统实现了三层架构，使得整个框架高内聚、低耦合，提高框架的可维护性和可扩展性。

综上对气象信息发布平台模型框架作了大致的设计介绍，包括主要层级负责工作和实现方式、各层间如何进行数据的交互等，最终得出了气象信息发布平台的详细架构：

[1] 阮慧华,肖文名.基于WebGIs的气象预报实时资料共享系统研究[J].地理空间信息,2008,6(4):95-98.

[2] 陈京华,邓莉,王舒,罗岚心.国家气象业务内网WebGIS数据服务系统设计与应用[J].气象科技,2020,8(4):1-3.

[3] 李刚.图穷“密”现.透视互联网地图泄密事件[J].中国信息安全,2010,(11):60-69.

[4] 罗泉.集成WebGIS的水文在线监测系统设计和实现[D].广西:广西大学,2015,9:1-4.

[5] 李光师.基于开源平台构建WebGIS应用系统[J].测绘科学,2011,36(6):259-261.

[6] NataliyaKablak,DSC,PROF,Stepan Savchuk,DSC,PROF.Exploitation of Big Real-Time GNSSDatabases for Weather Prediction[J], Knowledge Discovery in BigData from Astronomy and Earth Observation,2020:7.

[7] 张胜强,陈亚超.基于webgis气象数据共享服务系统设计[J].数字技术与应用,2019,2(2):1-2.

[8] 马俊闯.基于WebGIS的气象信息发布平台模型及关键技术研究与应用[D].河北:燕山大学,2016,5:1-32.

[9] Chunhua H,Fei C,Junming Z,et al.Design of Side Scan Sonar Database Based on GeoDatabase[J].Surveyingand Mapping of Geology and Mineral Resources,2012,(6): 273-280.

[10] 贾庆雷,万庆,邢超.ArcGIS Server开发指南:基于Flex和.NET.北京:科学出版社[M].2011: 199-212.

[11]Zhang,CaiC,Mao Z,Ximei S.Henan Zhaokou irrigation management system design based onFlex Viewer[J].2012 International Conference on Modern Hydraulic Engineering,2012, 22(10):723-728.

（1）2022/1/1-2022/1/19:根据课题确定研究方向以及查询相关文献，并完成开题报告初稿；

（2）2022/1/20-2022/1/31:搜集课题所需的设计环境，并初步完成设计需求报告；

（3）2022/2/1-2022/2/15:搭建WebGIS、ArcGIS Sever、Flex Viewer环境框架；

（4）2022/2/16-2022/2/30:搜集气象站大气降水量以及气象矢量栅格数据层，并完成数据库的搭建；

（5）2022/3/1-2022/3/15:初步搭建完成前端及服务框架层；

（6）2022/3/16-2022/3/31:实现业务逻辑层与交互层；

（7）2022/4/1-2022/4/30:整体设计结构的逻辑测试，用户测试与后台测试；

（8）2022/5/1-2022/5/31:完善并完成毕业设计的论文报告与系统。