時間：2023-04-01 10:28:50
序論：在您撰寫氣象信息論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1．1系統設計的目標和原則
基于WorldWind的交通氣象信息共享系統開發目標：利用最新的技術研發手段，融合交通氣象共享數據與地理信息數據，構建具有氣象行業特色、適合交通氣象服務應用的專業GIS系統，以滿通氣象服務對三維地理信息的業務需求，從而最終提高交通氣象災害預警的科學輔助決策能力。該系統的開發必須堅持先進性、通用性、可擴展性、模塊化和節約化相結合的原則，WorldWind是一個可以修改源代碼的開放平臺，其開發的靈活性遠遠高于其它任何一款商業三維GIS平臺。系統開發擺脫了商業GIS平臺軟件的束縛，這正是筆者選擇此平臺開發的一個重要原因，擁有完全的主動權，有利于開發者最大限度地滿足自身行業服務的需求。
1．2系統體系架構
交通氣象信息共享系統體系結構由數據層、服務層、應用層和客戶層4個部分組成。基于WWJ的交通氣象信息共享系統體系結構如圖1所示。數據層是交通氣象信息共享系統的數據基礎，它為系統提供最基本的數據服務，系統數據包括基礎地理信息數據、交通氣象共享產品數據和WW數據。其中基礎地理信息數據主要有基于WMS地圖、Shape文件等數據，其存儲方式與傳統的二維GIS系統相似；交通氣象共享產品數據有高速公路沿線氣象站監測信息、雷達信息、氣象衛星信息、臺風信息、氣象災害預警預報信息等其它相關數據，它是最關鍵的核心數據；WW數據主要包括有Landsat7全球范圍30～120m分辨率的衛星影像，SRTM的全球重點城市精細影像數據，BingImagey微軟的高清晰影像地圖，OpenStreetMap開源地圖，全球的行政區界、地名及標注數據。WW的數據是按照金字塔模型來對高程數據和影像數據進行切片處理的，通過服務器訪問接口建立了高分辨率的三維地形［11］，利用開源地圖服務軟件包GeoServer搭建了基于WMS的地圖服務，綜合運用Java技術實現了交通氣象數據服務和WW數據的集成應用。服務層是建立在數據層之上，從數據層中獲取需要的數據并提交給應用層進行處理，系統運用地圖服務器和應用服務器，根據WWJ提供的組件開發接口以及對交通氣象信息共享數據的規約，實現了交通氣象信息共享數據與系統的無縫融合。應用層由地圖服務、圖層管理、數據展示、數據查詢、氣象要素道路反演分析和預報文檔服務六大功能模塊組成。客戶層就是為用戶提供了一個人機交互的功能，本文采用WW的客戶瀏覽器作為三維GIS的客戶層，實現了數據集成和三維展示等功能。
1．3系統數據庫設計
數據庫設計是系統設計的一個重要環節，數據庫設計的好壞直接關系到整個系統的性能。GIS設計得再完美，如果數據響應表現乏力，也是一個不成功的應用。由于氣象數據結構具有顯著的時間特征，所以常用的空間數據模型難以勝任氣象信息的處理應用。因此，在實際開發過程中，為了實現基礎地理信息數據、交通氣象共享數據和WW數據的無縫融合，我們研究了一種適用于建立氣象信息數據庫的時空數據模型。交通氣象信息共享系統的數據訪問機制如圖2所示。交通氣象信息共享產品數據種類繁多，實際應用的方式多樣，為了能適應數據的變化，提高系統的可擴展性，在數據庫設計上采用元數據驅動模式，產品數據均納入元數據管理范疇，應用組件通過訪問元數據來控制對具體數據庫的訪問，屏蔽應用組件對氣象業務數據，尤其是文件型數據的直接訪問。交通氣象信息數據庫總體設計如圖3所示。
2系統實現的關鍵技術
2．1WorldWindJavaSDK組件開發
WorldWind是一款虛擬地球的開源三維地理信息系統，由NASA（美國）國家航空和宇宙航行局聯合出品［12］。它是唯一真正開放資源的3D引擎，它的全部代碼都是可獲得的，允許無限制的用戶化定制。海量的數據集成和超強的功能設計使得它成為一個十分理想的二次開發工具，用戶可以充分、深入地使用這些數據和功能開發自己需要的功能。WorldWind有基于．NET語言和Java語言的2種開發包，基于Java語言的SDK（WWJSDK）既能支持本地運行也能支持網絡運行，且具有強大的跨平臺特性，目前是NASA官方仍在更新的重要版本，因此本文采用WWJSDK作為交通氣象信息共享系統的二次開發組件。圖4為基于WWJSDK的系統開發組件架構。WWJSDK主要由模型、視圖、事件監聽及數據等組成［13］，模型由球體、圖層等組成，視圖是在模型的基礎上用來控制用戶視角，系統是通過視圖控制器來實現與應用程序的交互，事件監聽是指對用戶界面操作事件進行監聽和處理。WWJ的GIS組件群是實現系統GIS功能的核心，交通氣象服務系統需要的是在GIS組件之上的交通氣象數據集成、封裝與展示。本文利用WWJSDK以類文件形式構建了一系列交通氣象系統服務組件，完成交通氣象數據的存取和應用模型的展示等功能，同時還為系統擴展提供了接口。
2．2數據緩存機制
WorldWind使用多分辨率分層技術為用戶提供了海量的影像和DEM數據服務，當用戶縮放到不同區域時逐漸加載更多的細節。根據系統分層分塊的結構，通過瓦片金字塔對海量數據進行劃分，并以一定的形式緩存在本地目錄。當用戶瀏覽某一區域時，系統首先會從本地緩存中提取該區域的數據，如果文件存在就直接加載渲染；若本地緩存不存在，就從服務器下載需要此區域的數據再進行渲染。自構建的WMS服務器獲取數據系統也是按此數據緩存機制處理。系統在訪問交通氣象服務數據時也建立了相應的緩存機制。交通氣象服務數據的緩存有兩級，一級在服務器端，一級在客戶端。當用戶訪問某類服務數據時，系統首先會自動搜索客戶端查看要查詢的數據緩存是否存在，若存在就直接解析加載，不存在則通過網絡訪問遠程應用服務器；如果服務器本地端存在此時次數據的緩存則由Http協議傳輸給客戶端后加載，不存在就需要通過數據庫訪問得到要查詢的數據后再返還給用戶處理，同時將數據寫入緩存區。該數據緩存機制具有以下幾個優點：①大大提高了訪問效率和服務性能；②減輕了應用服務器端的負擔；③使在無網絡環境下的脫機訪問成為可能。雖然這種緩存機制在較短時間片下訪問能發揮優勢，但針對某些需要不斷更新的交通氣象服務數據來說可能會存在數據更新不及時的問題，因此系統也提供了直接從服務器數據庫獲取數據的機制，但訪問效率受到一定的影響。至于采用哪種數據訪問機制由用戶根據實際情況去選擇。
2．3氣象要素道路反演算法
相對于空間分布而言，交通氣象服務的用戶更關注氣象信息的沿線分布狀況，這就要求氣象觀測與預報信息均需反演到道路干線上，反演的定義請參見文獻［14］。本文算法最終目的是采用不同的顏色來反演交通道路沿線氣象要素的等級劃分，從而表明該段道路所受的天氣現象影響。拼圖是絕大部分交通氣象產品需要涉及的內容，傳統意義上的拼圖是指圖與圖之間的拼接，本文制作的拼圖是基于站點的數據與數據拼接后將其反演到道路上的產品。本文拼圖所用的算法的基本原理如下：首先獲取所有高速公路沿線交通氣象站觀測或預報信息，同時讀取出高速公路地圖上的每一個信息點并搜索到該點最近的2個沿線附近測點數據，利用反距離權重法計算出該點的插入值，然后根據計算出的數值按要素等級劃分重新構建出一個新的地圖數據，最終根據等級用相對應的顏色在系統中展示出來，圖5為氣象要素拼圖反演算法的流程。算法實現的具體步驟如下：步驟1根據發送來的請求參數內容，取出相對應區域的高速公路矢量地圖的所有線段組經緯度數據并分別存貯到各自的數組隊列中，針對每組線段的點建立氣象要素等級數組，數組初始值賦為缺省。步驟2取出區域內所有站點資料并初始化到數組隊列。步驟3以高速公路上的點為中心、10km為搜索半徑查找離圓心最近兩站點的數據，利用反距離權重法計算出該點的數據根據等級劃分賦值。步驟4根據線段點不同的等級值記錄拼圖的線段組。（1）如果當前點是高速公路一組線段的開始點則構建一個新的隊列，并將此點的經緯度信息放進隊列中去；（2）取下一個點的等級數據，如果和上一個點的等級值相同且不是線段最后一個點，則將此點插入到當前隊列，如果不等就將此隊列記錄存貯下來，然后再重新構建一個隊列把當前點放進隊列中循環本操作，直到當前點是線段最后一個點結束；（3）重復（1）、（2）直至高速公路所有線段組遍歷完；步驟5按一定格式要求輸出所有構建的拼圖線段組；步驟6根據輸出等級用相對應的顏色在系統中繪出這些線段組；
2．4利用SketchUp建立三維模型
在傳統二維中，地理對象一般由點、線、面三類要素組成。針對更為復雜的結構體，基本都是通過這三類要素組合表達出來。在交通氣象業務系統中，為了實現三維效果的場景，需要建立相應的三維模型，選擇適合系統要求的三維數據模型－KMZ格式。本文采用三維建模工具SketchUP創建系統中需要的三維模型，模型創建后使用圖片處理技術作一些渲染修飾后存成WWJ能處理的KMZ格式。系統三維模型的構建為用戶提供了更直觀、更形象、更真實的環境場景。下面給出3種SketchUP建模方法：①幾何建模法，就是利用SktechUP的擴展工具構建出實物的粗糙框架，最后使用紋理圖片進行渲染實現真實模擬；②紋理映射法，紋理映射技術能增強模型的逼真度，簡化模型的復雜度，對程序渲染的實時性起到關鍵作用；③坐標系法，選擇正確坐標系，導入其它一些二維矢量數據進行直接建模，能提高建模速度。圖6是高速公路橋梁模型和影像圖的疊加效果，其中橋梁模型由SketchUP工具制作，高分辨的衛星影像來自微軟的bing地圖服務。
3應用實例
本文設計的基于WorldWind數字地球模型的系統在華東區域交通氣象信息共享業務示范性項目中得到了具體應用。該業務平臺實現了地球三維瀏覽、定位飛行、圖層控制、氣象信息實時預警及預報產品動畫顯示等功能。通過交通氣象自定義地圖服務，將道路反演生成的XML數據以GIS圖層的方式組織，在此基礎上集成交通氣象站信息，完成了實時監測預警、數值預報以及衛星云圖的三維模擬等氣象應用。通過數字地球組件和交通氣象服務中間件仿真建模，為交通、氣象等相關部門提供高速公路實時監測、預警、預報、服務等形象化的氣象信息，給用戶提供了人機交互的便利和數據基礎。系統主要功能模塊如圖7所示。圖8是華東區域高速公路交通氣象信息共享系統中的沿線氣象監測站信息預警展示，圖中的圓圈代表分布在華東區域高速沿線的交通氣象監測站，圓圈顏色為綠色表示此站點的能見度觀測數據大于1000m，淺藍色表示500～1000m，藍色為200～500m，黃色為50～200m，紅色為小于50m，并且在站站之間的道路也用以上顏色進行反演繪制，用戶移動鼠標至站點點擊圓圈時系統會瀏覽到該站的所有監測信息。系統采用線程方式實現每分鐘對不同氣象要素的實時預警監測，當檢測到監測要素低于設定閾值時，圖8右下角會出現一個預警圖標，圖標右上方動態顯示出小于閾值的站點個數。點擊圖標系統彈出小于閾值站點的詳細信息的對話框，選擇某個站后數字地球自動飛行到當前站點的位置，并以紅色光圈進行閃爍預警。實踐表明該系統具有較好的響應速度和三維表現能力，能夠滿足用戶進行交通氣象實時監測預警、營運決策和交通事故災害評估的要求。
4結束語
1.防汛作用
洪澇災害往往都是制約農業生產發展的一個重大因素，洪澇災害有波及面廣、損害程度大、損失不易挽回等特點。同時，洪澇災害也威脅著農業生產中農民的生命安全。故而，防汛便是氣象信息服務在農業生產中較為重要的一個作用。氣象部門可以根據降水預測、天氣預報等服務措施，憑借著氣象部門的網絡系統，及時有效地將暴雨預警信息發放出去，讓農民在農業生產的過程中能夠做好準備，進而防止農民的財產損失和人身傷害。
2.抗旱作用
與防汛相對的則是抗旱。全球變暖、氣候異常，極端旱災頻發。在這種情況下，氣象信息服務就能依據政府和氣象臺共同搭建的抗旱指揮部，積極分析氣象態勢，并制定相關措施，確保旱災造成的經濟損失和農業損失能夠降到最低。與此同時，氣象信息服務可以利用雷達、衛星等進行氣象觀測，也可以引導人工降雨。
3.農業災害知識宣傳作用
除了防汛和抗旱的作用，農業災害知識的宣傳可以稱之為氣象信息服務的一種綜合性作用。氣象信息服務最為重要的任務就是將農業信息和氣象信息匯總、結合，并進行分析，隨后將其傳播給廣大農民，讓廣大農民能夠得到農業災害相關知識的普及，不斷提高他們在農業生產中的災害預防能力。
二、氣象信息服務在農業生產中應用存在的弊端和問題
現階段，我國大部分氣象部門都認識到了氣象信息服務在農業生產中應用的重要作用，也在積極利用氣象信息服務為農業生產出謀劃策、提供便利。但是在實際進行應用的過程中，還是出現了一些問題和弊端。
1.氣象信息失真
氣象信息服務的過程中，預測失誤、氣象發展分析失誤和報告失誤等我們往都稱之為氣象信息失真。具體而言，造成氣象信息失真的原因主要有以下兩點：
1.1大氣運動在計算機上的數值模擬很多時候不能夠將大氣的真是變化展現出來。
1.2氣象預測人員在預測和分析過程中的人為意識也極易造成氣象信息失真。
2.氣象信息缺乏及時性
氣象信息不及時是氣象信息服務在農業生產中應用存在的相當嚴重的一個弊端。一旦氣象信息缺乏及時性，農民在農業生產中進行自然災害的預防也就不夠及時，造成貽誤最佳預警時間的情況。尤其是冰雹、雷雨、泥石流等災害，一旦氣象信息的及時性不夠，對于農業生產和農民人身安全的影響將會很大。
3.氣象信息沒有針對性
農業生產和農業經濟的發展對氣象信息服務提出了更高的要求，其中，不斷提高針對性的氣象信息就是其中一項重要要求。但是在現階段我國氣象信息服務在農業生產中應用的過程中，氣象信息大同小異，都是一些常規性的氣象信息。沒有針對農業生產的具體要求進行氣象信息服務，進而導致了氣象信息服務對于農業生產的指導作用沒有充分發揮出來。
三、氣象信息服務順利在農業生產中應用的對策與措施
1.加強責任意識和服務觀念
要想讓氣象信息服務能夠順利的在農業生產中應用，加強各級氣象部門工作，人員的責任意識和服務觀念就成了一項重要措施，這就要求各級氣象部門對氣象工作的重視性有一個全面的認識。首先，將提高氣象信息服務水平和多方位立體化進行氣象預報作為己任。其次，為農民提高真實、準確、及時的農業氣象信息應當是每一個氣象部門工作人員的服務觀念。最后，在實際應用過程中，每個氣象部門的工作人員要端正態度，時刻保證氣象信息服務的高水平、高質量、嚴謹和科學。
2.不斷提高氣象信息的可靠度
氣象信息服務在農業生產中的實際應用過程中，各級氣象部門都應當不斷提高氣象信息的可靠度，避免出現失真的氣象信息，同時也要保證氣象信息能為農業生產的順利進行發揮出重要作用。提高氣象信息可靠度需要做到以下內容：2.1積極進行創新和實踐。
2.2不斷引進現代科技手段。
2.3積極構建研究業務化和科研業務化的模式。
2.4積極進行預報模式的開發和研究。
3.構建農業氣象服務的體系
無論是農業生產還是氣象服務，農業氣象公共服務體系的地位都是相當重要的。所以，氣象信息服務想要順利在農業生產中應用，也離不開農業氣象公共五福體系的構建。具體而言，構建農業氣象公共服務體系要求做到以下幾點：
3.1積極引入研究人員，讓氣象實驗和農業氣象的貫徹工作能夠能加科學、嚴謹。
3.2做好農業氣象服務體系構建的基本規劃和設計，確保構建能夠順利進行。
3.3加強對農業氣象災害的預測、、預防等工作。
1電力氣象信息服務系統的應用功能
1.1事故分析
災害性天氣及惡劣氣候對電網的安全運行造成的影響主要表現為：大雪、凍雨、雨夾雪等天氣極易使線路出現倒塔、斷線的現象；強風易使輸電線路發生斷線或相間放電；大霧及沙塵天氣易使輸電線路發生污閃；雷電天氣容易使變電站及輸電線路由于雷擊而遭受損壞；氣溫之間的溫差過大也會使輸電設備無法正常運行；暴雨天氣極易使輸電線路發生倒塔。以上災害性天氣必須引起電網調度部門的高度重視。及時、準確的對災害性天氣進行預警，能夠使電網調度及管理部門提前做好應對的措施，從而減少或避免災害帶來的損失。
1.2野外的施工檢修
每年都要對電力系統中的輸配電設備進行定期或不定期的檢修，需要檢修的設備的數量多、時間長，操作也相對比較復雜，并且該項工作極易受到當地天氣、氣候等因素的制約，尤其是在惡劣天氣狀況下，會嚴重影響到室外的電力施工、搶修及檢修等工作。為了確保順利、安全的實施該項操作，需要先準確預報當地、當時的氣象條件，再進行操作及檢修等工作，這種方法不僅使檢修的質量及速度有所提高，還能夠在一定程度上減少由于停電引起的負荷損失。
1.3負荷預測在電力系統的運行管理及計劃
過程中，負荷預測在電能分配、發電及輸電等方面發揮著決定性作用。負荷用電不僅與經濟的增長及工農業的發展息息相關，還受到經濟、政治及政策等因素的制約。以本省為例，山西省負荷用電與天氣及氣候等因素之間的相關關系比較明顯，干旱、內澇等增加了農灌的負荷，強度較高的降雪、降雨天氣大幅度降低了用電負荷。山西省電網用電負荷表現出明顯的季節性，通常表現為當夏季的氣溫升高時，制冷負荷有所增加；當冬季氣溫降低時，采暖負荷快速增加。因此，氣溫是電網負荷中一個較為敏感的因素。
1.4電氣設備的氣象服務評價
服務系統的主要功能是通過統計與分析歷史的電力及氣象資料，研究并逐步建立電力調度、電力線路發生污閃事故的氣候量化條件，再依據不同的氣象條件對污閃的概率進行計算。針對大風、溫度、暴雨及濕度等建立起相應的警報系統，再分析電力設備的維護安裝條件，并以此建立起合理的與設備安裝維護相關的氣象指標。
2電力系統氣象信息服務網絡化路徑
2.1加大基礎設施的投入力度，建立多元化的投資體系
電力氣象信息服務網絡化的基礎設施建設是電力氣象信息服務的關鍵問題。通常情況下山西省各個地區電力氣象信息服務網絡化基礎設施建設存在著很大程度的差異，一些地區受到資金的制約，沒有足夠的資金投入到網絡建設中，致使無法廣泛、深入的開展電力氣象信息服務網絡化建設。因此，多元化投資體系的建立非常有必要。將政府投資作為主體，并設立專用資金用于建設電力氣象信息服務的網絡設施，從而為電力氣象信息服務網絡化創造良好的發展條件。另外，還要使市場的作用得到充分發揮，制定科學、合理的政策，吸引和鼓勵個人及企業投資，為該地區電力氣象信息服務網絡化基礎設施的建設提供充足的資金支撐。
2.2充分發揮政府的主導作用
社會及科技的發展，使山西省氣象信息網絡已經滲透到電力系統領域。目前，該地區的氣象信息服務網絡正逐步完善，但與發達省份相比，仍然存在著很大程度的差距。首先，基礎設施相對比較薄弱，硬件設施較為簡陋且短缺，技術手段也明顯不足；另外，網絡的運行維護及軟件的開發等缺乏經費保障。電力氣象信息服務網絡化是一個與多個部門相互關聯的綜合性能較強的系統工程，相關部門必須建立起有力的具有主導性的領導體系，并加強對電力氣象信息服務網絡化的組織與管理，明確的對各個部門進行分工協作，不僅能使電力信息服務網絡化建設過程中的浪費及重復建設現象大大減少，還能有效促進其快速、健康發展。
2.3開展技術培訓，加強信息服務人才隊伍建設
建設優秀的電力氣象信息服務隊伍是氣象信息服務工作順利開展的重要保證。目前，山西省正在逐步完善氣象信息服務組織，但是仍然缺乏電力氣象信息服務方面的人才，一方面存在著嚴重的數量不足；另一方面是現有的電力氣象信息服務人員的技能及知識都已過時、陳舊，不能夠與復雜的電力需求相適應。因此，必須加強工作人員的培訓與教育，可以通過正規學校遠程教育或在職培訓，使人員的素質得到提升，還要定期組織相關人員進行技術業務培訓，爭取構建一支專業的高素質的電力氣象信息服務隊伍；同時，還要重視擴大電力氣象信息服務的隊伍，以確保及時、準確、有效的開展電力氣象信息服務工作。
2.4建立有效的氣象信息收集及機制
氣象服務信息資源在電力的發展過程中發揮著重要作用，因此，必須對傳播渠道進行改革，通過網絡渠道收集電力部門對氣象信息服務的廣泛需求，并定期組織學者專家等進一步對需求進行分析，再向決策部門上報。這一方法就能夠使決策部門對電力部門的需求及動向進行快速了解，并及時的對供給方式及內容等進行調整，還要快速的對電力部門的需求作出反應，使電力部門的需求與政府目標相互一致。另外，還要制定切實可行的法律及制度，使政府的氣象信息更加制度化與規范化。
2.5加強信息資源的整合，推進資源共享
為了適應農業生產發展的需要，全墾區從上到下，每個農場都建立了農業氣象機構，配備專職的農業氣象工作人員，為農業生產發展發揮了重要作用。能夠及時主動提供當地農業生產所需的公益性氣象信息服務。建立了以基層農業生產經營者為主體的社會制度，對屬于公共服務范疇內的信息，采取各種手段保證電視、廣播、報紙等公眾媒體開辟農村氣象信息專欄，方便農業生產經營者能隨時隨地收聽收看到最新的氣象信息。
二、健全農村氣象信息的措施
氣象工作的出發點和落腳點在于為社會提供公共產品和服務，氣象部門必須以需求為導向，以滿足服務對象的要求為目標，不斷拓展氣象服務領域，積極做好以農業為主的綜合信息服務,具體包括以下幾個方面：
（一）依靠科技發展和管理水平，提高基層氣象信息的質量
計算機相關信息技術的快速發展，數值預報模式分辨率提高，天氣預報準確率有明顯改善，24小時的晴雨預報準確率達到了90%。但日常的降水預報、氣象要素預報和臺風等重大災害性天氣的定量預報準確率還較低。因此：一是要依靠氣象現代化化建設，深入研究天氣和氣候的機理，開發新一代天氣數值預報模式，輸出更精細的可釋用數值預報產品。二是加強基層氣象臺站的管理水平和業務能力建設，提高天氣預報員的職業道德素質和業務技術水平，實現定時、定量預報，提高天氣預報準確率。
（二）采用多種渠道，及時提供農業氣象信息
根據縣級氣象部門的業務需求，系統需要實現以下四個基本任務：一是要實現應用平臺集成化，需要將現有各種業務系統、預警方式無縫集成到本系統中。二是要實現氣象監測實時化，在最短的時間內獲取轄區內各類氣象要素的實時數據，區域站數據每10分鐘更新一次，自動站數據每1小時更新一次。三是要實現預報服務便捷化，就是能夠方便快捷地獲取省、市各級的指導預報，并對本地各類預報服務材料進行統一管理。四是要進一步提高災害性天氣的預警能力，能夠將預報預警等服務產品自動轉換成語音文件，通過短信、96121、DAB、電話主叫等方式及時給指定區域的預警服務人員，增強對外預警能力。整個系統包括前臺可視化業務平臺部分和后臺自動化數據采集部分。前臺可視化業務平臺部分包含現有業務平臺集成、實況數據查詢、指導產品查詢、預報服務產品制作、預警信息等多個功能。后臺自動化數據采集包含實況數據的采集入庫、指導預報產品采集和數據的簡單維護。從而實現多個業務平臺的集成、區域自動站資料實況監視與查詢、服務產品制作及預警信息的，即建立了一個集數據采集、存儲、開發、管理、分析和信息等系統功能于一體的縣級綜合信息平臺。系統功能豐富、數據量大，需要一個龐大的數據基礎，針對縣級臺站軟硬件資源相對較弱的特點，系統采用分布式數據結構，即將數據庫設置在不同的服務器中。公用數據調用市局數據庫數據，如區域站實況數據，系統通過2M內網專線調取數據。其他數據則存放在臺站本地的數據庫，既整合了資源，提高了數據利用率，又有效地解決了縣級臺站資源不足，技術保障能力較弱的問題。根據數據內容的不同，數據的存放形式也有所區別，對于區域站數據、災情信息數據、人員信息數據等以SQL數據庫的形式保存，而對于預報預警等服務產品則以TXT、WORD等文本形式保存。數據采集程序自動采集實時數據存放到相應的數據庫，業務平臺根據需要調取數據信息，并且對部分數據進行修改、刪除等操作。
2系統主要功能模塊的具體實現
系統在VisualStudio2008平臺中采用C#語言開發，系統數據庫使用的是SQLServer2008數據庫。根據系統的功能需求，設計了業務平臺、實況資料、指導產品、預報制作、服務對象管理、預警信息、災情信息檢索、氣象災害防御等8大模塊23個子模塊，以菜單形式分布在平臺主界面上。
2.1實況查詢模塊設計
實況查詢模塊主要功能是查詢自動站和區域站的實時觀測數據，包括表格方式查詢和圖形方式查詢兩個子模塊。本模塊融合了GIS技術、信息技術、數據挖掘技術、OLAP技術、分布式存儲計算技術、Internet技術、網絡傳輸技術、WebService技術、信息流模型技術等一系列先進技術，為推動氣象部門全方位信息化而提供的整體應用系統和全程解決方案。表格查詢模塊利用2個comboBox控件獲取查詢區域和查詢要素，2個dateTimePicker控件獲取查詢的起止時間，使用訪問組件遠程連接市局區域站數據庫，執行SQL查詢命令，查詢滿足條件的數據記錄，按照程序設定的格式，填充到dataGridView表格控件中。為了便于用戶操作，程序提供了多個篩選條件，用于查詢指定級別的要素數據，并設置了快捷查詢按鈕。同時模塊中還增加了數據導出功能，能夠將查詢結果導出到word文檔，使用戶能夠方便快速地制作氣象服務產品。實況數據圖形方式查詢模塊采用C#+SQL2005+MapInfo2005應用開發模式，在.NET框架下開發組件式GIS，遵循氣象數據信息采集氣象數據處理數據處理建立氣象數據GIS空間分析地圖形式顯示的流程來實現。根據氣象自動站所采集到的數據經過質量控制以及分析處理后，建立氣象數據倉庫，利用C#開發工具與Mapinfo控件提供的各類數據接口，用SQL命令從基礎氣象數據倉庫中查詢出經過篩選的滿足空間數據條件的結果，其中包括區域選擇、經緯度、要素選擇時間段和雨量或者溫度等級篩選條件等，從而獲取到創建地理信息管理系統所需要的數據，然后建立相應的空間數據集；利用MapControl控件加載圖形信息，首先加載湖南的shape地圖庫，然后利用GIS地理信息系統，把各個氣象要素結果作為一個個layer分層疊加在地理信息系統圖上，用圖形的方式顯示查詢各個氣象站點的實時數據。這樣，就實現了用圖形的方式顯示查詢的各個氣象站點實時數據。在某種程度上可以說，把氣象數據作為一個圖層導入GIS系統，就可以輕而易舉地建立基于對該類氣象數據進行分析處理的氣象業務系統。
2.2服務對象管理模塊設計
服務對象管理模塊用于對預報預警服務對象的信息進行添加、刪除、修改和電話號碼導出等管理。系統開發初期，采集了轄區內各鄉鎮（含村組）、水庫、學校等部門負責人姓名、電話、工作單位、所在鄉鎮等聯系信息，輸入到本地服務器中新建的服務對象信息庫，利用SQL查詢命令查詢指定鄉鎮、指定部門的負責人聯系信息。隨后建立filestream文件對象，并指定字符編碼方式，就能夠將查詢的電話號碼導出到TXT文件中，便于利用各種方式對不同鄉鎮、工作單位的人員與之相應的預警信息。
2.3預警信息模塊設計
預警信息模塊包含系統集成和語音合成兩大部分4個子模塊，系統集成部分就是將現有的短信平臺、DAB平臺、電話主叫平臺等信息系統集成到本平臺中，用戶點擊菜單選項就可以直接打開相應的信息平臺。語音合成模塊是利用TTS語音合成技術將預警信息轉換為音頻文件，用于電話主叫服務。TTS技術本身原理十分復雜，但是微軟的Mi－crosoftSpeechSDK5.1開發包提供了TTS語音引擎接口，這些SDK主要包括語音應用程序編程接口SAPI和微軟語音識別引擎及微軟語音合成引擎；可以通過編程語言靈活將其中的“類”應用到編制的程序中。SAPI的TTS都是通過SpVoice對象來完成的。SpVoice類是支持語音合成(TTS)的核心類，通過SpVoice對象調用TTS引擎，然后按SpVoice的Speak（）方法中指定的兩參數Text和Flages方式進行朗讀，最后只將語音輸出到一個音頻文件，這樣就完成了文本文件到音頻文件的轉換。
2.4災情檢索模塊設計
災情信息檢索模塊包括歷史災情資料檢索和災情資料入庫2個子模塊，系統設計建立了災情信息數據庫，將全市歷史災情普查數據導入數據庫中，災情檢索子模塊根據指定的年份和災情種類，查詢滿足條件的災情信息。災情資料入庫子模塊用于輸入災情發生的時間、地點、種類、天氣實況、災情損失等信息，將災情信息添加到數據庫中。系統提供了兩種入庫方式，一是將災情普查數據EXCEL文件批量導入數據庫，需要創建一個DataSet對象，先獲取EXCEL的數據導入到DataSet中，再把dataset中的數據庫insert到數據庫；二是手工輸入單條災情信息各項內容，用in－sert命令直接插入數據庫中。
3小結
1．1傳感器
本設計采用的傳感器型號是Vaisala公司生產的氣象變送器WXT520，是一個輕巧的小型變送器，采用緊湊式包裝，可提供6種氣象參數。WXT520用于測量風速、風向、降水、氣壓、溫度和相對濕度。傳感器外殼的等級為IP65/IP66，適合于我國北方的惡劣天氣。WXT520采用32VDC，并使用可選擇的通信協議輸出串行數據:SDI－12、ASCII自動和輪詢。有4個串行接口可供選擇:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配備了一個安裝用8針M12接頭和一個維護用4針M8接頭。
1．2主控系統
主控系統包括數據采集器與控制器，具體包括控制器、采集器、通訊模塊、供電電源和存儲模塊等部分。主控器通過嵌入式軟件與供電、采集、通訊、存儲等單元協調工作來完成。自動氣象站的核心是數據采集器，負責數據收集、傳輸、統計分析和數據存儲［4］。采集器電路主板包括主板和底板。主板是嵌入式工控主板，具有良好的擴展性，操作性、支持第三方控制器，包括時鐘管理、實時及周期間隔定時器、復位、關機、高級中斷及調試單元(DBGU)。通訊單元為西門子6GK7型工業以太網通訊單元，可以做到網絡統一，可與支持EtherNet/IP的設備連接，結合使用Ethernet功能使其具有傳感器監控器及控制值備份等現場實際應用功能，要想完成任務下達命令和數據上傳功能需要通過網絡來實現。通訊模塊起到關鍵作用，所以要求其具備以下功能:①支持國際標準通訊協議，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有標準RS232串口;②可以自動監測聯網狀態，短線1min內自動撥號重新連接，防止數據的丟失;③接口速率為可選的1200～9600kB/s范圍。存儲單元:因采集數據的頻率較短和跟蹤監測的時間范圍較長，因此采用存儲容量為閃迪256G固態硬盤，用于保證存儲容量及數據的安全性、穩定性和讀取速度，同時存儲單元可以記錄系統工作狀態。防雷單元:由于監測系統需要全天候連續工作，所以需要面對復雜天氣狀況，因此加裝防雷設備對于整個系統的安全性尤為關鍵，本系統采用的是雷太LY1－B系列電涌保護器(一級防雷器)。供電單元:由于本系統需要在田間進行監測，不宜采用城市供電，因此選用了太陽能電池進行供電，對電池的容量要求為在無光線的環境中可以連續供電10天。擴展單元:新型傳感器需要有相應的端口或接口與主控系統相連接，以滿足系統升級或新添設備需要。
2系統設計
農田氣象信息遠程監測系統的主控器選用的是Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9260處理器。該處理器可以采用Linux操作系統，通過嵌入式應用控制程序，實現農田環境多要素氣象數據的采集、處理及存儲的功能。被采集到的氣象要素基于TCP/IP協議的通訊網絡，采用無線GPRS方式，根據實際情況選擇最佳的組網方案，實現無線氣象數據傳輸，并基于LabVIEW開發農業氣象信息管理軟件，使氣象信息能夠被讀取。
2．1采集控制設計
采集系統可以實現采集并對采集到的氣象要素信號進行處理。采集系統內部設有存儲器，可以進行信息清除并對采集到的各氣象要素的數據進行存儲，有接口USB實現信息數據的備份功能。系統設有通訊接口RS232/RS485，可以通過該接口與GPRS/CDMA等通訊設備連接。該系統有時鐘校準功能，通過監控中心下達指令，對氣象站的時間進行校準。數據處理的方法需要設計采集數據的時間間隔。氣象數據的監測主要為定時掃描各傳感器的數據，通過通訊模塊將數據的電信號傳到主控系統中經既定程序(LabVIEW)計算;通過屏幕可以直接讀取實時數據，針對特定時間段的數據可以進行有目的的分析，如平均值，不同時間點的變化趨勢數據以及不同周、月份、年份的數據統計分析等［5］。收集數據默認為溫度、相對濕度、降雨量、風向、風速及氣壓;當增加傳感器時，在主控系統中重新設置就可以進行增加項目數據的收集。各氣象數據中氣溫、相對濕度、雨量、氣壓的數據傳感器每10s測定一次，根據氣象學上常規的統計方法，通過程序收集到1min內每10s的瞬時氣象數據。氣溫、相對濕度、雨量、氣壓在1min內會收集到6個數據，舍棄一個最高值和一個最低值，使用其余的4個測定數據來計算算術平均值，此值為監測系統最終在屏幕中實時顯示的瞬時數值。風向、風速的監測頻率為1次/min，系統計算每5min內5次測定值的算數平均值，此數據在LabVIEW程序界面中實時顯示。所有測定的數據在數據庫中均有保存，如統計部門需要對數據進行特殊分析，均可在數據庫中將數據導出。在數據庫中如有異常數據，一般以超過臨近時間點兩倍的數據值進行特殊標記，以便提醒管理員對相應數據進行核實和異常情況的分析。
2．2通訊設計
前端采集部分與后端監控中心系統通信采用無線GPRS通信方式，由于農田氣象站放置在室外，因此不適宜采用光纖傳輸，而采用GPRS無線能夠解決此問題［6］。GPRS采用的組網方式是公網固定IP的方式。GPRS擁有傳遞及時、通信信號好等優勢，在并組網時減少對原有網絡資源的浪費，節約了成本，并可以在室外復雜環境中實時進行監測，而且具有一定的安全性。室外自動氣象站與氣象信息管理系統需要建立點對點的網絡連接，在連接過程中需要以無線方式登陸到以太網絡來獲得網絡地址。要實現網絡服務器地址和端口映射在氣象管理系統中，需要氣象信息管理系統軟件采用其網絡子網地址，這樣在管理系統顯示軟件中就可以實現氣象數據的雙向通訊，進行有效的信息傳遞和收集［7－8］。圖2為基于GPRS無線通訊的氣象信息系統示意圖。
2．3軟件設計
氣象信息管理系統可以通過網絡來查看氣象信息。本研究天氣顯示采用的軟件是LabVIEW，此軟件是美國國家儀器公司推出的一門圖像化編程語言，同時也是著名的虛擬儀器開發平臺［9－10］。作為一門圖形化編程語言，LabVIEW秉承了其簡單易用的一貫作風，使用戶能夠快速編寫出強大的應用程序。本研究的LabVIEW編寫程序圖，如圖3所示。為了方便敘述，本文把風向、風速、溫度、濕度、雨量和氣壓多種氣象數據統稱為氣象信息值。氣象系統天氣前面板顯示圖，如圖4所示。通過該系統對哈爾濱市香坊區東北農業大學校內氣象信息值進行監測，與氣象臺預報數據作為參考進行對比，氣象信息值監測結果如表1所示。表1中實測的時間跨度是實驗當天早6:00至晚18:00。從數據中可以看出，實測日期當天監測到的溫度、濕度、雨量、風速和氣壓與參考值相比，具有良好的線性關系，系統可以準確計算出當天所監測氣象信息的平均值。此收集到的氣象數據只是一天中的部分數據，所以經過系統分析計算出來的數據只能代表所監測時間范圍內的氣象信息，與氣象臺的參考值有偏差。
3結論
衡量基層信息網絡通信能力的重要標志是網絡通信系統的運行質量，具體是指各種信息資料迅速、準確地流通和安全穩定的傳輸。而實現網絡通信系統的優質運行，除了有適應現代信息通信發展要求的設備之外，基層信息網絡保障人員要定崗定編，更重要的是要有一套科學的、系統的、適應基層信息網絡通信設備運行要求的維護管理制度。只有高度重視和認真做好維護和管理的每個環節，才能有效地保障基層信息網絡通信設備長期穩定地運行，不斷提高基層信息網絡通信系統的整體運行質量。首先要建立健全機房管理、系統定期維護檢測、值班、設備維護保養、重要數據備份以及安全保密等日常管理制度，按照平常、汛期、應急時期的不同工作要求，制定完善各種狀態下的工作預案，在執行過程中實行制度管人，不斷完善制度的可操作性。其次要建立健全發現問題、提出問題、研究問題、解決問題的技術保障機制。認真組織基層信息網絡保障人員定期開展專題研討、技術座談、業務培訓，不斷提高基層業務人員的技術水平和業務能力，才能進一步提高信息網絡工作的保障力度。
2執行科學的技術規范是加強信息網絡通信保障工作的手段
信息網絡通信系統建設資金投入大，如果缺乏正確、科學的維護管理意識和方法，容易人為地造成信息網絡通信設備的損壞或使用壽命縮短，甚至還會影響到正常業務工作的進行。所以，信息網絡保障人員必須樹立正確的保障意識，針對設備的系統特性、運行環境、運作周期、使用期限等技術要求制訂實用的、科學的、系統的維護管理方法，執行科學的技術規范。首先要規范信息網絡通信系統日常維護管理操作流程，確保在各種情況下工作人員都能沉著冷靜、動作規范地進行操作，有效避免各種事故苗頭或故障隱患的發生。在檢查維護系統的過程中嚴格做到“一查、二看、三處理”的工作步驟。“一查”，即檢查各種設備的指示燈狀態是否正常，聯機查看設備故障告警情況，以便采取相應的處置措施。在進入機房時，先用鼻子聞一下，是否存在設備運轉引起過熱、線路老化產生的糊焦味?！岸础奔纯锤鞣N設備的指示燈狀態是否正常，線路是否有燒結點，空調溫度和濕度否正常?！叭幚怼奔磳Ω婢闆r進行分析，如有非正常情況，迅速查出告警原因。根據告警原因采取相應的措施進行處置，并對處理情況進行總結，對告警現象、原因、采取的措施等進行記錄，做好技術檔案，便于以后的維修工作。其次要堅持對系統設備運行進行“日檢測、周維護、月分析”的維護檢修制度，在此基礎上定期組織信息網絡保障人員召開情況分析會，結合自己業務實際對各系統的運行情況進行分析交流，對本系統發生的故障和隱患現象、原因、采取的措施、處理結果等技術資料進行討論，研究維護注意事項及有效解決辦法，全面提高信息網絡保障人員的故障處理能力。
3強化高度的責任意識是加強信息網絡通信保障工作的關鍵
基層信息網絡通信保障工作是一項技術性很強且枯燥無味的長期性工作，技術上或工作態度上的點滴疏忽，都可能造成通網絡通信中斷或系統癱瘓的嚴重后果，這就要求從事信息網絡通信保障工作的每一位保障人員都必須進一步強化責任意識。一是要愛崗敬業，對每一個工作環節都能始終保持高度負責的工作態度，能持之以恒、一絲不茍地做好每一件工作。二是要勇于吃苦，樂于奉獻。信息通信保障工作是一項長期的、系統的工作，維護管理都有嚴格的、標準的方式方法，如設備性能參數、技術指標的測試記錄，幾個月甚至于一年都沒有變化，但必須長年累月地重復這項工作，不可避免地使人產生厭煩和浮燥的情緒，從而動搖保障人員的意志，形成懶惰心理。所以信息網絡保障人員要有吃苦和奉獻精神，耐得住寂寞，守得住清貧，經得起考驗，才能取得維護到位，保障有力的效果。三是要強化崗位目標管理。對信息網絡通信保障的崗位明確定人、定崗、定責，嚴格落實崗位責任制，實行誰主管誰負責，確保各項管理工作有章可循。按照公開、公平、公正的原則對保障人員工作績效情況實施考評，考核結果與評先創優提拔緊密掛鉤，確保崗位責任落實有效。
4提高保障人員素質和業務能力是加強信息網絡通信保障
