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        內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫(kù)共享服務(wù)系統(tǒng)

        2012-03-17 07:20:54趙建民彭麗娜
        電子設(shè)計(jì)工程 2012年17期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)塔測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)類(lèi)型

        王 英, 趙建民 , 陳 慧, 彭麗娜

        (1.內(nèi)蒙古氣象信息中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;2.包頭市氣象局 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

        內(nèi)蒙古是我國(guó)風(fēng)能資源非常豐富的地區(qū)之一。在中國(guó)氣象局風(fēng)能資源詳查與評(píng)估項(xiàng)目的帶動(dòng)下,全區(qū)氣象部門(mén)共建成 71座測(cè)風(fēng)塔,70 m塔高的 63座、100 m塔高的 7座、120 m塔高的1座,分布于18個(gè)詳查區(qū)內(nèi)。為做好內(nèi)蒙古地區(qū)的風(fēng)能資源詳查與評(píng)估提供了經(jīng)費(fèi)支撐。

        內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫(kù)共享服務(wù)系統(tǒng)已投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。系統(tǒng)對(duì)71座測(cè)風(fēng)塔建站以來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)、全區(qū)49個(gè)參證氣象站建站以來(lái)的歷史背景數(shù)據(jù)進(jìn)行了入庫(kù)管理和共享服務(wù),同時(shí)提供數(shù)值模擬結(jié)果和綜合評(píng)估結(jié)果的存儲(chǔ)管理和共享服務(wù)功能。

        內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫(kù)共享服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)為有效服務(wù)我區(qū)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用提供了數(shù)據(jù)支撐,一定程度提升了我區(qū)氣象部門(mén)對(duì)開(kāi)發(fā)利用氣候資源的服務(wù)能力[1]。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)設(shè)計(jì)思路

        1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

        內(nèi)蒙古風(fēng)能資源專(zhuān)業(yè)觀測(cè)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)和氣象參證站背景數(shù)據(jù)是內(nèi)蒙古風(fēng)能資源詳查與評(píng)估的主要數(shù)據(jù)支撐,是風(fēng)能資源評(píng)估工作的基礎(chǔ)和依據(jù)。建立基于內(nèi)蒙古地區(qū)基礎(chǔ)地理信息、風(fēng)能資源專(zhuān)業(yè)觀測(cè)網(wǎng)觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)、風(fēng)能資源評(píng)估產(chǎn)品數(shù)據(jù)、氣象參證站歷史數(shù)據(jù)分析的內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫(kù),并以WebGIS可視化技術(shù)和元數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能信息圖形化的在線(xiàn)展示和發(fā)布,為決策部門(mén)用戶(hù)、業(yè)務(wù)用戶(hù)、行業(yè)用戶(hù)以及公眾用戶(hù)提供不同層次的風(fēng)能數(shù)據(jù)共享服務(wù),是內(nèi)蒙古風(fēng)能資源數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的最終目的。

        1.2 技術(shù)設(shè)計(jì)思路

        系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)主要采用當(dāng)前開(kāi)源和共享軟件搭建系統(tǒng)平臺(tái)。以數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)監(jiān)控為主,氣象參證站歷史資料為背景資料進(jìn)行查詢(xún)等的功能作為輔助功能,將內(nèi)蒙古地區(qū)2003年建站以來(lái)的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)充分展示出來(lái),將測(cè)風(fēng)塔、詳查區(qū)、參證站等數(shù)據(jù)信息通過(guò)WebGIS的圖形圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示;并提供風(fēng)能資源專(zhuān)業(yè)觀察網(wǎng)測(cè)風(fēng)塔信息的檢索與顯示功能、參證站信息檢索與顯示功能、詳查區(qū)信息檢索與顯示功能、測(cè)風(fēng)塔、參證站的二維顯示與信息的查詢(xún)展示、三維地形圖顯示與信息的查詢(xún)展示、測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)的查詢(xún)和下載功能等。

        系統(tǒng)以“元數(shù)據(jù)技術(shù)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、易安裝易維護(hù)、可擴(kuò)展、自動(dòng)化業(yè)務(wù)管理”為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        內(nèi)蒙古風(fēng)能資源共享服務(wù)系統(tǒng)采取B/S結(jié)構(gòu),從邏輯上分為3層結(jié)構(gòu):

        數(shù)據(jù)(庫(kù))層:包含內(nèi)蒙古風(fēng)能數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、輔助信息庫(kù);風(fēng)能數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)全區(qū)71座測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)資料、49個(gè)氣象參證站歷史氣候資料、數(shù)值模擬產(chǎn)品、全區(qū)風(fēng)能資源評(píng)估產(chǎn)品等;空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、中高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù),以及其加工產(chǎn)品;輔助信息庫(kù)存儲(chǔ)共享服務(wù)元數(shù)據(jù)信息、用戶(hù)信息等共享系統(tǒng)所必需的信息。

        應(yīng)用系統(tǒng)層:內(nèi)蒙古風(fēng)能資源共享服務(wù)器端的應(yīng)用模塊,包括元數(shù)據(jù)模塊(如用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)策略)、檢索模塊、下載模塊、統(tǒng)計(jì)模塊等等,通過(guò)各應(yīng)用模塊的集成,提供應(yīng)用系統(tǒng)的檢索與數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)功能。

        客戶(hù)端展現(xiàn)層:包含各種可視化模塊,各種專(zhuān)題地圖、圖表、二維地圖顯示、三維地圖顯示等功能模塊,提供風(fēng)能資源的各種可視化服務(wù)[2]。

        內(nèi)蒙古風(fēng)能數(shù)據(jù)庫(kù)共享服務(wù)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 共享系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the sharing system logic

        2.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        為了更好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)能數(shù)據(jù)服務(wù)功能,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了測(cè)風(fēng)塔、參證站數(shù)據(jù)的二維、三維圖像顯示和圖標(biāo)顯示功能[3]。功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        2.3 基礎(chǔ)框架設(shè)計(jì)

        系 統(tǒng) 采 用 Ajax、Sliverlight、dhtm lXTree、Hibernate、Struts等前沿技術(shù)框架,實(shí)現(xiàn)了跨客戶(hù)平臺(tái)、跨瀏覽器顯示的豐富多彩的數(shù)據(jù)展示功能,使用戶(hù)無(wú)論使用什么瀏覽器都能得到一致且豐富的用戶(hù)體驗(yàn)[4-5]。技術(shù)框架圖如圖3所示。

        3 主要功能模塊設(shè)計(jì)

        3.1 站內(nèi)搜索功能

        圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the system function

        圖3 系統(tǒng)技術(shù)框架圖Fig.3 Structure diagram of systems technology framework

        功能描述:站內(nèi)搜索提供在整個(gè)系統(tǒng)中的底層數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)快速查詢(xún)功能,是為用戶(hù)提供站內(nèi)資源的快速搜索和訪(fǎng)問(wèn),站內(nèi)資源包括測(cè)風(fēng)塔信息、參證站信息、詳查區(qū)信息等。

        系統(tǒng)采用表單查詢(xún)對(duì)象設(shè)計(jì)搜索條件,如測(cè)風(fēng)塔ID號(hào)、名稱(chēng)等。并將搜索結(jié)果顯示在搜索頁(yè)面中的表格對(duì)象中供用戶(hù)參考使用。

        3.2 測(cè)風(fēng)塔空間分布信息展示

        功能描述:通過(guò)對(duì)配置文件配置信息的讀取,在內(nèi)蒙古全區(qū)平面地圖中展示測(cè)風(fēng)塔分布情況以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息展示。其中包括測(cè)風(fēng)塔高度信息和空間位置等。

        3.3 測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息查詢(xún)

        功能描述:測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息查詢(xún)提供了測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測(cè)儀器等信息的查詢(xún)展示。

        其中測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息主要包括:測(cè)風(fēng)塔的名稱(chēng)、編號(hào)、圖片、塔高、海拔、所屬省份、經(jīng)緯度和概況;

        觀測(cè)儀器:顯示測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)儀器的詳細(xì)信息。

        3.4 測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)與展示

        功能描述:系統(tǒng)通過(guò)合理的技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)滾動(dòng)刷新顯示。

        觀測(cè)數(shù)據(jù)分為分鐘觀測(cè)數(shù)據(jù)和十分鐘觀測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)表格形式顯示該數(shù)據(jù)。

        3.5 測(cè)風(fēng)塔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢(xún)與展示

        3.5.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

        功能描述:結(jié)合AJAX技術(shù)以折線(xiàn)圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類(lèi)型的信息變化情況[6]。

        測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括:

        不同年份和月份的氣壓日值、月值、年值;

        不同的塔高、年份、月份的風(fēng)速日值、月值年值;

        不同的塔高、年份、月份的溫度日值、月值、年值;

        不同的塔高、年份、月份的濕度日值、月值、年值;

        不同的塔高、年份、月份的水汽壓日值、月值、年值;

        不同的塔高、年份的常見(jiàn)氣象統(tǒng)計(jì)日數(shù)月值、年值;

        不同的塔高、年份、月份的月各段風(fēng)速頻率、年各段風(fēng)速頻率;

        不同的塔高、年份、月份的月各風(fēng)向頻率、年各風(fēng)向頻率;

        不同的塔高、年份、月份的逐時(shí)月平均風(fēng)速、逐時(shí)年平均風(fēng)速等。

        3.5.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

        功能描述:在二維地圖中,結(jié)合測(cè)風(fēng)塔的空間信息,分別展示以上觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合測(cè)風(fēng)塔空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)測(cè)風(fēng)塔之間各觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

        3.5.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

        功能描述:在三維地圖中,結(jié)合測(cè)風(fēng)塔的空間信息,分別展示以上觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合測(cè)風(fēng)塔空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)測(cè)風(fēng)塔之間各觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時(shí),可以觀測(cè)到測(cè)風(fēng)塔周邊的地形狀況,以便更好的分析測(cè)風(fēng)塔信息。

        3.6 測(cè)風(fēng)塔評(píng)估數(shù)據(jù)的查詢(xún)與展示

        3.6.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

        功能描述:以折線(xiàn)圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類(lèi)型的信息變化情況。

        測(cè)風(fēng)塔評(píng)估數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括:

        不同塔高的平均風(fēng)速和平均風(fēng)功率密度年變化和日變化情況;

        不同塔高的平均空氣密度;

        不同塔高的風(fēng)速等級(jí)頻率;

        不同塔高的風(fēng)速等級(jí)小時(shí)數(shù);

        不同塔高的長(zhǎng)年代平均風(fēng)能參數(shù)估算;

        不同塔高的風(fēng)向頻率分布;

        不同塔高的風(fēng)向功率密度百分率;

        不同塔高的湍流強(qiáng)度年變化和日變化情況;

        不同塔高的Weibull分布曲線(xiàn)等。

        3.6.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

        功能描述:在二維地圖中,結(jié)合測(cè)風(fēng)塔的空間信息,分別展示評(píng)估數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合測(cè)風(fēng)塔空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)測(cè)風(fēng)塔之間各評(píng)估數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

        3.6.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

        功能描述:在三維地圖中,結(jié)合測(cè)風(fēng)塔的空間信息,分別展示評(píng)估數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合測(cè)風(fēng)塔空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)測(cè)風(fēng)塔之間各評(píng)估數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時(shí),可以觀測(cè)到測(cè)風(fēng)塔周邊的地形狀況,以便更好地分析測(cè)風(fēng)塔信息。

        3.7 參證站基礎(chǔ)信息的查詢(xún)與展示

        功能描述:通過(guò)測(cè)風(fēng)塔獲取該詳查區(qū)內(nèi)所有的參證站信息,實(shí)現(xiàn)在參證站詳細(xì)信息查詢(xún)功能中實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)測(cè)風(fēng)塔的所有的參證站信息查詢(xún)。

        參證站詳細(xì)信息頁(yè)面提供了測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測(cè)儀器信息等信息的展示。

        參證站基礎(chǔ)信息主要包括:參證站的名稱(chēng)、編號(hào)、圖片、海拔、經(jīng)緯度和概況。

        觀測(cè)儀器:顯示參證站觀測(cè)儀器的詳細(xì)信息。臺(tái)站沿革:該參證站臺(tái)站沿革信息。

        3.8 參證站氣候背景數(shù)據(jù)展示

        功能描述:通過(guò)選擇測(cè)風(fēng)塔來(lái)對(duì)與其相關(guān)聯(lián)的參證站進(jìn)行背景信息查詢(xún),將顯示該測(cè)風(fēng)塔下所有的參證站。并可以查詢(xún)參證站的觀測(cè)儀器信息和氣候背景等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

        內(nèi)蒙古共有49個(gè)參證氣象站,系統(tǒng)可以通過(guò)測(cè)風(fēng)塔的關(guān)聯(lián)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)信息查詢(xún)。

        3.8.1 基于圖表的數(shù)據(jù)分析

        功能描述:以折線(xiàn)圖、柱狀圖、風(fēng)玫瑰圖等圖標(biāo)形式展示以下數(shù)據(jù)類(lèi)型的信息變化情況。

        參證站氣候背景數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括:

        氣溫:歷年逐月氣溫、氣溫標(biāo)準(zhǔn)氣候值;

        氣壓:歷年逐月氣壓、氣壓標(biāo)準(zhǔn)氣候值;

        濕度:歷年逐月平均相對(duì)濕度、平均相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)氣候值;

        風(fēng)向風(fēng)速:歷年逐月風(fēng)速、歷年逐月最多風(fēng)向及頻率、歷年逐月最多風(fēng)向及頻率、風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)氣候值、最多風(fēng)向及頻率標(biāo)準(zhǔn)氣候值、歷年逐月各風(fēng)向頻率標(biāo)準(zhǔn)氣候值、地面觀測(cè)逐小時(shí)風(fēng)數(shù)據(jù)、地面風(fēng)速觀測(cè)風(fēng)日極值、地面風(fēng)向觀測(cè)風(fēng)日極值、地面觀測(cè)風(fēng)日極值出現(xiàn)時(shí)間。

        3.8.2 結(jié)合空間數(shù)據(jù)的二維展示

        功能描述:在二維地圖中,結(jié)合參證站的空間信息,分別展示參證站氣候背景數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合參證站空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)測(cè)風(fēng)塔之間各參證站氣候背景數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

        3.8.3 結(jié)合空間數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的三維展示

        功能描述:在三維地圖中,結(jié)合參證站的空間信息,分別展示參證站氣候背景數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化情況。

        結(jié)合參證站空間數(shù)據(jù),便于比較和分析各個(gè)參證站之間各參證站氣候背景數(shù)據(jù)類(lèi)型的單指標(biāo)數(shù)據(jù)值。同時(shí),可以觀測(cè)到參證站周邊的地形狀況,以便更好的分析參證站信息。

        3.9 測(cè)風(fēng)塔、參證站的二維展示

        功能描述:根據(jù)實(shí)際的地理坐標(biāo)將測(cè)風(fēng)塔和參證站在二維地圖上進(jìn)行疊加顯示,實(shí)現(xiàn)在地圖上查詢(xún)和瀏覽測(cè)風(fēng)塔、參證站周邊相關(guān)信息,而且通過(guò)測(cè)風(fēng)塔查詢(xún)相關(guān)的參證站,或通過(guò)參證站查詢(xún)相關(guān)的測(cè)風(fēng)塔信息,如測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、評(píng)估數(shù)據(jù),參證站的氣候背景數(shù)據(jù)等,并以圖表和表格的形式進(jìn)行展示。

        3.10 測(cè)風(fēng)塔、參證站的三維顯示

        功能描述:三維展示是根據(jù)實(shí)際的地理坐標(biāo)將測(cè)風(fēng)塔和參證站在Google Map三維地球上疊加顯示,直觀地查詢(xún)和瀏覽測(cè)風(fēng)塔和參證站的真實(shí)地理位置和周邊的地形情況;而且通過(guò)測(cè)風(fēng)塔查詢(xún)相關(guān)的參證站,或通過(guò)參證站查詢(xún)相關(guān)的測(cè)風(fēng)塔信息,如測(cè)風(fēng)塔基礎(chǔ)信息、觀測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、評(píng)估數(shù)據(jù),參證站的氣候背景數(shù)據(jù)等,并以圖表和表格的形式展示。

        3.11 測(cè)風(fēng)塔原始觀測(cè)數(shù)據(jù)下載

        查詢(xún)功能描述:根據(jù)詳查區(qū)和年份查詢(xún)測(cè)風(fēng)塔,將查詢(xún)結(jié)果以列表的形式進(jìn)行顯示。

        下載功能描述:根據(jù)查詢(xún)條件獲得測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)下載列表,選擇要下載的數(shù)據(jù)類(lèi)型,點(diǎn)擊“下載”,系統(tǒng)自動(dòng)打包數(shù)據(jù)并下載。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為做好風(fēng)能資源數(shù)據(jù)分析和服務(wù)提供了依據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合風(fēng)能資源數(shù)據(jù)查詢(xún)、服務(wù)和共享的需求。合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì),使得系統(tǒng)對(duì)風(fēng)能資源數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)了快速查詢(xún),并得到了充分的展示,并得到了很好的用戶(hù)體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了跨用戶(hù)平臺(tái)、跨瀏覽器的風(fēng)能數(shù)據(jù)查詢(xún)和下載功能,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。系統(tǒng)為內(nèi)蒙古氣象部門(mén)依托全區(qū)71座測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)和49個(gè)參證氣象站長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)數(shù)據(jù),做好內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用提供了很好的數(shù)據(jù)服務(wù)支撐平臺(tái)。

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