張志堅，伍光勝，胡琳

（廣州市氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州 511430）

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多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張志堅，伍光勝，胡琳

（廣州市氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州 511430）

摘 要：介紹多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。闡述利用C#多線程技術(shù)實現(xiàn)對多源能見度數(shù)據(jù)的采集與入庫?；诎俣鹊貓DJavaScript API的二次應(yīng)用及AJAX技術(shù)的異步加載，實現(xiàn)對能見度儀狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)控；采用ASP．NET的MSChart圖表插件，以Spline曲線形式實現(xiàn)對不同能見度數(shù)據(jù)的對比展示。

關(guān)鍵詞：計算機技術(shù)與應(yīng)用；能見度；多線程；百度地圖API；AJAX技術(shù)；數(shù)據(jù)展示

張志堅，伍光勝，胡琳．多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．廣東氣象，2016，38（3）：70 -73．

隨著氣象觀測技術(shù)的發(fā)展，能見度的觀測基本以自動觀測為主要手段，通過在自動氣象站系統(tǒng)中加入能見度觀測儀，實現(xiàn)對能見度觀測數(shù)據(jù)的自動采集和傳輸。目前廣東省各氣象臺站已布設(shè)了一定數(shù)量的能見度自動觀測儀，以廣州市氣象局為例，共建成的能見度觀測儀有21個，其中從化局觀測站、番禺局觀測站、花都局觀測站、增城局觀測站、蘿崗觀測站等5個國家站通過專線上傳數(shù)據(jù)，已接入?yún)^(qū)域自動站采集器實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線上傳的能見度儀站點有13個，其他3個站點通過本地FTP的方式上傳。能見度作為發(fā)布灰霾和大霧等氣象災(zāi)害預(yù)警信號的重要參考要素，建立基于歸屬地的能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時準確地為預(yù)報人員提供實況數(shù)據(jù)，為精準的灰霾發(fā)布和大霧災(zāi)害預(yù)警提供有效的數(shù)據(jù)支撐，同時實現(xiàn)了對能見度觀測設(shè)備的有效管理和實時監(jiān)控，對能見度監(jiān)測網(wǎng)的正常運行提供有力的保障。

1　系統(tǒng)設(shè)計方案

由于能見度數(shù)據(jù)需要通過多種傳輸途徑來獲取，所以監(jiān)測系統(tǒng)需要解決多源數(shù)據(jù)采集的需求，對格式不一致的數(shù)據(jù)進行標準化處理、入庫并實現(xiàn)集中展示［1 -2］。能見度監(jiān)測系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由兩部分組成，即數(shù)據(jù)采集入庫及數(shù)據(jù)展示。

圖1 能見度業(yè)務(wù)監(jiān)測平臺總體架構(gòu)示意圖

多源數(shù)據(jù)采集入庫主要針對數(shù)據(jù)源頭分散且數(shù)據(jù)格式、傳輸方式不一致的能見度數(shù)據(jù)，采用C#多線程技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、入庫。不同采集方式創(chuàng)建不同線程，做到不同傳輸方式之間的數(shù)據(jù)采集互不干擾，從而提高數(shù)據(jù)采集程序的采集效率和保證數(shù)據(jù)采集的可靠性［3］。

考慮到能見度業(yè)務(wù)展示平臺的可維護性以及擴展性，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，符合高內(nèi)聚、低耦合原則，采用分層軟件設(shè)計思想［4］，將Web服務(wù)應(yīng)用劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，充分考慮類以及對象關(guān)系，將具備同性質(zhì)的類組織到一起，形成對應(yīng)的類層次結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)層為系統(tǒng)人機交互界面，表現(xiàn)層根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求實例化業(yè)務(wù)邏輯層的類對象，對業(yè)務(wù)需求進行數(shù)據(jù)展現(xiàn)，盡量不參與業(yè)務(wù)邏輯處理，以便降低結(jié)構(gòu)層之間的耦合度。業(yè)務(wù)邏輯層跟系統(tǒng)功能息息相關(guān)，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的核心層，為系統(tǒng)功能提供數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯處理。數(shù)據(jù)訪問層作為數(shù)據(jù)實體層訪問的中間件，由業(yè)務(wù)邏輯層進行調(diào)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢與更新操作。

2　多源數(shù)據(jù)的采集入庫

2．1多線程數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集程序由主線程使用Timer定時器實現(xiàn)對能見度數(shù)據(jù)的周期性采集，Timer運行的核心是線程池，Timer每到間隔時間后就會激發(fā)響應(yīng)事件，因此要申請線程來執(zhí)行對應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)，Timer將獲取線程的工作都交給了線程池來管理。通過Interval屬性設(shè)定Timer采集周期，通過Tick事件設(shè)置響應(yīng)事件。采集程序開始時啟動定時器計時，當定時器到了一定時間間隔后，激發(fā)Tick響應(yīng)事件，調(diào)用EventHandler委托，針對FTP、GPRS和WebService這3種數(shù)據(jù)傳輸方式分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集子線程［5］。數(shù)據(jù)采集子線程創(chuàng)建完后重新進入下一個時次的數(shù)據(jù)采集計時。數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集流程圖

FTP數(shù)據(jù)采集線程開始后，調(diào)用FtpHelper類的FtpDownload（）方法讀取上一時次的數(shù)據(jù)采集參數(shù)進行數(shù)據(jù)文件FTP下載。數(shù)據(jù)文件下載成功后臨時保存在本地目錄，F(xiàn)TP數(shù)據(jù)采集線程接著調(diào)用數(shù)據(jù)文件解析類ProcessRTDFile進行數(shù)據(jù)標準化處理，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫訪問類SQLHelper進行數(shù)據(jù)入庫，最后更新數(shù)據(jù)采集參數(shù)并結(jié)束線程；若數(shù)據(jù)文件下載失敗，直接結(jié)束線程。數(shù)據(jù)訪問類SQLHelper使用ADO．NET數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)進行封裝，該類定義連接數(shù)據(jù)庫、關(guān)閉連接、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)修改等一系列數(shù)據(jù)庫訪問操作方法。

GPRS數(shù)據(jù)采集線程調(diào)用GPRSHelper類以GPRS傳輸方式采集并在本地生成XML文件。若有XML數(shù)據(jù)文件生成，則調(diào)用ProcessXMLFile類解析XML文件節(jié)點和標準化處理，最后調(diào)用SQLHelper類數(shù)據(jù)入庫；若無XML數(shù)據(jù)文件生成，則直接結(jié)束線程。

WebService數(shù)據(jù)采集線程調(diào)用WebSHelper類以接口調(diào)用的方式進行數(shù)據(jù)采集，對返回成功的JSON數(shù)據(jù)流調(diào)用ProcessJSON類進行數(shù)據(jù)解析處理，處理完后調(diào)用SQLHelper類數(shù)據(jù)入庫；調(diào)用接口若無數(shù)據(jù)流返回，說明該時次無數(shù)據(jù)，則線程結(jié)束。

2．2數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

數(shù)據(jù)庫使用SQLServer2008關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，設(shè)計工具使用PowerDesigner，分別設(shè)計站點信息表STATIONINFO、數(shù)據(jù)實時表CURRENTDATA和數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA。為保證表結(jié)構(gòu)的完整性，站點信息表STATIONINFO使用站號字段OBTID作為主鍵，數(shù)據(jù)實時表CURRENTDATA和數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA都使用＜OBTID，DDATETIME＞作為主鍵。數(shù)據(jù)歷史表HISTORYDATA對DDATETIME列創(chuàng)建索引，從而提高數(shù)據(jù)的檢索效率。站點信息表包含站號、站點名稱、站點經(jīng)度、站點緯度、站點類型、是否啟用等字段；實時表和歷史表包含站號、來報時間、1 min滑動平均能見度、10 min滑動平均能見度、小時最小能見度以及最小能見度出現(xiàn)的時間等字段。

3　多源數(shù)據(jù)展示

3．1百度地圖導(dǎo)入及配置

在使用百度地圖API服務(wù)［6 -8］前，必須在百度地圖LBS開放平臺上申請密鑰（ak）并創(chuàng)建應(yīng)用、配置服務(wù)。使用JavaScript標簽＜script＞以腳本引入的方式加載百度地圖服務(wù)：＜script src=”http：/ / api．map．baidu．com/ api？v = 1．5&ak=您的密鑰”type =”text/ javascript”＞＜/ script＞。然后通過newBMap（container：String | HTMLElement，［opts：MapOptions］）在指定的容器內(nèi)創(chuàng)建地圖實例，之后需要調(diào)用BMap．center-AndZoom（）方法設(shè)置地圖中心點坐標和地圖顯示級別對地圖進行初始化，未進行初始化的地圖不能進行任何操作。調(diào)用BMap．Boundary（）．get（“廣州”，function（args））方法獲取廣州行政區(qū)劃圖邊界多邊型的點數(shù)組，通過BMap．Polygon （points：Array＜Point＞，［opts：PolygonOptions］）創(chuàng)建多邊形覆蓋物，再調(diào)用addOverlay（overlay：Overlay）將廣州行政區(qū)劃邊界覆蓋物添加到地圖中。至此便完成了百度地圖的加載和基本配置。

3．2基于AJAX地圖標注加載

站點信息和實況數(shù)據(jù)的加載使用jQuery的AJAX異步加載數(shù)據(jù)功能，在不重新加載整個網(wǎng)頁的情況下，每2min向服務(wù)器發(fā)起異步POST請求對網(wǎng)頁的地圖站點信息進行數(shù)據(jù)刷新。AJAX異步請求代碼如下：

$（function（）｛

$．a(chǎn)jax（｛

type：＂Post＂，

url：＂refresh．a(chǎn)spx＂，

contentType：＂application/ json；charset = utf -8＂，

dataType：＂text＂，

success：function（response）｛

/ /數(shù)據(jù)返回成功

/ /添加站點信息標注

addMarker（response）；

｝，

error：function（xmlReq，err，c）｛

/ /請求失敗處理代碼

｝

｝）；

｝）；服務(wù)端接收到請求后通過按指定的業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則查詢數(shù)據(jù)，為方便前端數(shù)據(jù)解析處理，業(yè)務(wù)邏輯層按照輕量級的數(shù)據(jù)交換格式JSON對站號、站名、經(jīng)緯度、時次以及能見度數(shù)值等信息進行數(shù)據(jù)封裝并返回給前端。封裝的數(shù)據(jù)格式如下：｛＇records＇：［｛＇sid＇：＇G1088＇，＇sname＇：＇廣州五山站＇，＇datetime＇：＇2015 -10 -12 08：20：00＇，＇value＇：＇32．6＇，＇lng＇：＇113．3441＇，＇lat＇：＇23．15678＇｝，｛＇sid＇：＇G3106＇，＇sname＇：＇呂田鎮(zhèn)東升＇，＇datetime＇：＇2015 -10 -12 08：20：00＇，＇value＇：＇41．7＇，＇lng＇：＇113．86＇，＇lat＇：＇23．81821＇｝］｝。AJAX請求成功后，回調(diào)函數(shù)success（data，textStatus，jqXHR）處理返回數(shù)據(jù)，編寫JavaScript腳本對返回的能見度數(shù)值和時次進行異常判斷，通過調(diào)用BMap．Icon（url：String，size：Size，［opts：IconOptions］）方法創(chuàng)建自定義圖標樣式，正常站點設(shè)置為綠色圖標，異常站點設(shè)置為紅色圖標，然后根據(jù)返回的站點經(jīng)緯度信息調(diào)用Map．a(chǎn)ddOverlay（marker：Point）方法向地圖中添加自定義標注。為方便對站點信息和數(shù)據(jù)的查看，使用Marker．a(chǎn)ddEventListener（event：String，handler：Function）方法對地圖標注添加鼠標事件進行監(jiān)聽，當鼠標移動和停留到標注上方時，調(diào)用BMap．InfoWindow（）創(chuàng)建信息窗對象顯示該站點的站號、站名、數(shù)據(jù)時次和能見度數(shù)值等信息，實現(xiàn)的效果如圖3所示。

3．3多站點集成曲線圖的實現(xiàn)

能見度變化曲線圖使用ASP．NET圖表控件［8］Chart以Spline形式進行集中展示，方便對多站點能見度變化進行對比分析?？紤]到曲線繪制的美觀性，數(shù)據(jù)集不能過多，過多的數(shù)據(jù)集會導(dǎo)致曲線的標注點過于密集，故在能見度數(shù)據(jù)集的時間跨度上選取了“過去2小時”、“過去12小時”、“過去24小時”和“過去48小時”這4個時間段?！斑^去2小時”數(shù)據(jù)集的時間分辨率是每5 min 1次，“過去12小時”數(shù)據(jù)集的時間分辨率是每30 min 1次，而“過去24小時”和“過去48小時”的數(shù)據(jù)集均為整點時次數(shù)據(jù)。

圖3 基于百度地圖的站點信息及數(shù)據(jù)監(jiān)測效果

圖表區(qū)域通過＜asp：ChartArea＞＜/ asp：ChartArea＞進行初始化，包括坐標軸、圖表背景等屬性的設(shè)置。數(shù)據(jù)列屬性樣式用標簽＜asp：Series＞＜/ asp：Series＞設(shè)置，包括系列名稱Name、曲線顏色Color、圖表形式ChartType、數(shù)據(jù)標點樣式MarkerStyle、曲線寬度BorderWidth等屬性。4個時間段的數(shù)據(jù)集通過下拉框控件＜asp：DropDownList＞＜/ asp：DropDownList＞實現(xiàn)時間段選擇，下拉框的值變化后觸發(fā)SelectedIndexChanged（object sender，EventArgs e）事件函數(shù)對Chart圖表控件進行數(shù)據(jù)源的刷新與重新綁定。數(shù)據(jù)列圖例選擇則通過多選框控件＜asp：CheckBoxList＞＜/ asp：CheckBoxList＞來實現(xiàn)，多選框控件使用DataSource屬性和DataBind（）進行站點信息初始化，每次多選框的點擊事件都會觸發(fā)圖表控件數(shù)據(jù)源的刷新與重新綁定。為了使圖例和所屬曲線的對應(yīng)更直觀性，把數(shù)據(jù)列的圖例及其曲線顏色設(shè)置為同一種顏色（圖4）。

多源能見度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在廣州市氣象局業(yè)務(wù)運行，為氣象預(yù)警預(yù)報提供歷史及實況的能見度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了歸屬地能見度網(wǎng)站點可視化統(tǒng)一管理、監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)應(yīng)用，展示平臺以不同的數(shù)據(jù)形式對表現(xiàn)能見度數(shù)據(jù)，更具直觀性和可用性。基于C#多線程技術(shù)的多源數(shù)據(jù)采集及百度地圖JavaScript API的WEBGIS展示應(yīng)用實例對于其他氣象探測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)展示平臺的開發(fā)有一定的參考價值。

圖4 能見度變化曲線效果

參考文獻：

［1］梁慎青，石小英，梁苑苑，等．廣東省氣象信息實時監(jiān)視系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用［J］廣東氣象，2008，31（1）：57 -58．

［2］羅鳴，江崟，潘國盛．氣象自動站數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．廣東氣象，2012，34（4）：57 -58．

［3］伍光勝，敖振浪，李源鴻，等．大型自動氣象監(jiān)測網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集中心的設(shè)計及應(yīng)用［J］．氣象，2010，36（3）：128 -135．

［4］姜永，鄭春明，李國強．基于．NET平臺的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．計算機技術(shù)與發(fā)展，2011，21（2）：77 -78．

［5］伍光勝，李建勇，劉艷中，等．浪涌氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］．南京信息工程大學(xué)學(xué)報，2013，5 （4）：336 -345．

［6］曹煒，肖瑋．基于WebGIS的贛州市旅游信息查詢系統(tǒng)設(shè)計［J］．科技資訊，2014（27）：18．

［7］朱小蘭．使用百度地圖JavaScript API開發(fā)旅游線路設(shè)計與行程定制系統(tǒng)［J］．產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015，14 （3）：44 -45．

［8］孫迪，李沛鴻．百度地圖API在WebGIS中的應(yīng)用［J］．河南科技，2013（11）：165 -166．

［8］朱健，莊科，周丹，等．MSChart在氣象數(shù)據(jù)圖形化顯示中的應(yīng)用［J］．浙江氣象，2008，30（1）：58 -62．

中圖分類號：TP38

文獻標識碼：A

doi：10．3868/ j．issn．1007 -6180．2016．03．018

收稿日期：2015 -08 -28

作者簡介：張志堅（1888年生），男，助理工程師，主要從事氣象信息數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)管理工作。E - mail：780670233＠qq．com