（大气物理学与大气环境专业论文）多普勒天气雷达资料web共享及远程等效pup的设计.pdf

南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 摘要 本文介绍了多普勒天气雷达产品通过气象广域网和互联网共享的共享方法 及其实现，并在此基础上设计了多普勒天气雷达产品远程显示和调用。 第一部分介绍了新一代多普勒天气雷达产品结构及资料共享概述，从雷达 资料处理过程出发，探讨了资料共享源的问题；第二部分介绍了一般具有雷达 站的地市级网络体系结构及局域网雷达资料共享，通过对网络体系结构的具体 分析，并结合不同用户群的资料共享需求，提出了不同的资料共享方式；第三 部分介绍了雷达资料的w e b 共享，并具体阐述了实现细节及实现中的关键技术； 第四部分介绍了通过i n t e m e t 实现等效多普勒天气雷达站的具体实现方案和一 些编程技术。 关键词：雷达资料共享，w e b 方式，等效p u p 方式，文件改变通知 南京信息工程大学硕士学位论文 多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st w ow a y so fs h a r i n gd o p p l e rr a d a rd a t at h r o u g hw a n a n di n t e m e ta n di t si m p l e m e n t b a s e do nt h o s em e t h o d s ，r e m o t ed i s p l a y i n gd o p p l e r w e a t h e rr a d a rd a t aa n dd a t at r a n s f e r i n gp r o g r a ma r ed e s i g n e d t h ef i r s tp a r ti n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo ft h en e wg e n e r a t i o nd o p p l e rw e a t h e r r a d a ra n di t sg e n e r a ld a t as h a r i n g t h r o u g ha n a l y s i n gt h ep r o c e s so f t h er a d a rd a t a ， t h es o u r c e so fr a d a rd a t as h a r i n ga r ed i s c u s s e d t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e st h e n e t w o r ks t r u c t u r eo fag e n e r a lc i t yw h i c he q u i p p e dw i t had o p p l e rr a d a ra n dd a t a s h a r i n gv i at h el a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) t h r o u g ha n a l y s i n gt h en e t w o r ks t r u c t u r e a n dt h ed a t as h a r i n gr e q u i r e m e n to fd i f f e r e n tk i n do fu s e r s ，t w ow a y so fr a d a rd a t a s h a r i n gm e t h o da r ep u tf o r w a r d t h et h i r dp a r ti n t r o d u c e sr a d a rd a t as h a r i n gt h r o u g h t h ei n t e r a c t ，t h ed e t a i li m p l e m e n ta n dk e yt e c h n i q u e s t h ef o u r t hp a r ti n t r o d u c e sa r e m o t ee q u i v a l e n tp u p sw h i c hc a nr e a l - t i m es h a r er a d a rd a t at h r o u g hw a n ( w i d e a r e an e t w o r k ) a n di n t e r n e t k e yw o r d s ：d o p p l e rr a d a rd a t as h a r i n g ，w e bm e t h o d ，r e m o t ee q u i v a l e n tp u p s m e t h o d ，f i l ec h a n g en o t i f i c a t i o n 1 1 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 量盘堰 日期：盈咝乙( 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索：有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：墨如碾 南京信息工程大学硕士学位论文 多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 1 1 研究目的和意义 第一章引言 随着世界经济进入数字化时代，电信和计算机网络技术得到了前所未有的迅猛发展， 我国人们生活水平的日益提高，对公益事业的要求也越来越高，很多交通、旅游、大气等 便民服务性质的网站应运而生。天气状况也逐渐成为人们日常生活的关注的重要信息，因 此构建完善、覆盖面广的天气网络站点正在成为我国气象事业发展的趋势。 尤其在我国各地区加快了实施多普勒天气雷达布网计划的情况下，如何通过联网形式 的探测平台使得数部雷达之间的资料和分析结果有机的结合，提高中尺度的灾害天气的预 报准确率，是迫切需要解决的问题。将雷达资料网络数据库系统利用先进的信息共享技术， 与目前流行的i n t e r n e t 网络相结合，采用数据库管理系统对资料进行建库和管理，形成浏 览器n 务器的体系结构，服务灵活方便，数据管理规范，易于查询和使用。使得没有布设 雷达的地方享受类似于安装了雷达的同等效果，达到信息互动，数据共享，使得数部雷达 之间的资料和分析结果有机的结合，从而提高对中小尺度灾害大气预报的准确率。通过网 络将分布在各地彼此孤立的资源有效地组织起来，实现高效气象声达系列资料信息传递和 资源共享，进一步推动气象雷达事业的全面发展。 1 2 国内外研究状况和进展 2 0 世纪8 0 年代以来，国外的发达国家天气雷达技术飞速发展，因为天气雷达是利用 云雨目标物对电磁波的后向散射回波来发现它们，并测定其空间位置、强弱分布，从而了 解降水的生消演变和移向移速，是气象探测装备中一个重要的组成部分。世界各国纷纷把 利用天气雷达提高对强对流天气监测能力作为减灾防灾的主要措施之一，不仅硬件设施完 善，雷达及其相关信息的普及率很高，许多发达国家和地区相继建立了多普勒天气雷达监 测网。我国从“九五”起也确定了天气雷达探测系统的发展计划，中国气象局制定了“我 1 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 国新一代天气雷达发展规划”，进行大规模的新一代多普勒天气雷达( c l n r a d ) 监测网的建 设。新一代多普勒天气雷达己陆续在全国布网，目前我国已建成1 l o 部新一代天气雷达站， 占全国拟建1 5 8 部计划的7 3 。雷达作为2 1 世纪大气探测的主要工具在气象科研和业务 中将得到更加广泛的应用。新一代多普勒天气雷达采用了目前世界先进的雷达技术、计算 机技术、微电子技术、数字信号及图像处理等高新科技成果，从而使其具有以往天气雷达 所不具备的先进功能。全天候的探测能力和十分丰富的反映大气层云雨生消演变过程的动 态信息，大大加强了新一代大气雷达对中小尺度天气系统的探测和预警能力，并为开展短 时灾害性天气系统及洪涝灾害的监测和预警，数值预报，定时、定点的精确天气预报奠定 了坚实基础。 多普勒天气雷达是监测跟踪中小尺度天气系统发生、发展、成熟、消亡过程的有效探 测工具，除了提供实时三个基数据( z 、v 、哟的p p i 、r l t 工图像外，还有基于上述基数据经 过各种气象算法和数字图像处理生成的如：组合反射率因子( c r ) 、垂直累积含水量 ( v l l ) ，v a d 风廓线产品( v w p ) 等丰富的二次产品。随着多普勒天气雷达获取的回波信息( 包 括强度、径向速度和速度谱宽信息) 与有关天气现象之间关系的认识不断深入，在多普勒雷 达资料应用方面有一定知识和经验的业务人员有时可从中直接识别和分析出一些重要的天 气现象。国内单站的天气雷达资料处理分析的理论和方法很多，并形成了一批产品，正在 向联合探测方面发展。在我国各地区开始实施多普勒天气雷达布网计划的同时，如何充分 发挥天气雷达网的探测力，使各级气象业务部门，以及交通、防汛、电力等其它部门都能 从中直接获益是一个迫切需要解决的问题。发达国家天气气雷达技术飞速发展，不仅硬件 设施完善，雷达及其相关资料信息的普及与共享水平很高，在网上可以找到很多国外的政 府和专业网站，如：美国国家天气检测雷达和多普勒网站，英国b b c 天气中心天气雷达，日 本o d n 天气等。近5 年来，我国的多普勒雷达共享技术也发展迅速，如华东多普勒雷达资 料共享网、华中多普勒雷达资料共享网等均已经在一区域实现w e b 资料的共享。中国气象 科学研究院从1 9 9 7 年开始进行“气象信息共享系统的研究和建设”，从1 9 9 8 年开始在 i n t e r n e t 网上发布气象共享信息，先后建立了中国灾害性天气数据库、地球环境与气候变 化数据库、大气环境数据库、高原气象数据库等属性数据库和相应的原数据库，对所有资 2 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 料均进行了质量控制，数据具有可靠性和权成性。此外还根据气象资料的特点，提供了基 于w e b g i s 服务的气象空间数据查询功能，实现了基于网络的数据浏览、检索、下载等多种 信息服务功能。以往所建立的这些气象数据库都是基于历史气象信息，信息更新慢、时间 序列长，主要适合于科研使用。 。 然而，雷达原始资料数量多，文件大( 一般体扫资料都在1 兆以上) ，但有科研价值的 资料( 含有某灾害性天气类型特征) 却并不多，在需要针对某种天气类型进行分析研究时， 找寻相关资料仍不便捷。因此设计构建基于网络共享方式的多普勒天气雷达联网探测产品 服务平台，使得没有布设雷达的地方享受类似于安装了雷达的同等效果，达到信息互动、 数据共享，使得数部雷达之间的资料和分析结果有机的结合，从而提高对中小尺度灾害天 气预报的准确率。解决现阶段天气雷达覆盖面不足的问题，扩大雷达资料的服务范围和服 务群体，既为灾害性天气的监测和防灾、减灾提供及时有效的监测手段，也为更有效、更 方便地应用雷达资料进行气象科学研究。建立基于w e b 的多普勒天气雷达产品网络服务系 统来实现网络探测，将天气雷达网和w e b 网站捆绑在一起，实现观测资料共享与联网预报， 更便于用户使用共享气象雷达资料，推动气象雷达事业的发展。 本文结合十堰市多普勒雷达及协作区进行一些资料共享开发，并已经投入业务使用， 效果良好。例如：w e b 共享方式已经在十堰市防汛办、丹江口水库、武当山索道、十堰市 供电局、陡岭子电站、三里坪电站等气象服务用户投入实用；远程实时p u p s 在周边县级气 象局，如保康、南漳、谷城、老河口等安装。两种雷达共享方式均在短时灾害性天气预报 及预警方面，如雷暴、冰雹和局地强降水方面取得非常好的应用效果。尤其是在2 0 0 7 年8 月9 日郧西县马安镇的特大暴雨过程，武当山索道2 0 0 7 年5 月2 日晚、2 0 0 8 年5 月3 日 雷暴过程中，保障了水库和下游群众、武当山索道及游客的安全发挥了巨大的作用。 1 3 本文的主要研究内容 本文通过对一个基于多普勒天气雷达二次产品处理系统网络应用的设计，探讨了经过 处理后的雷达数据如何在网络上共享的一个可行性方案，在这基础上设计实现了一个具有 基本数据资料共享能力的网络数据库平台，包含了在线下载产品模块、数据文件管理、压 3 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 缩传输、图像显示、网络数据库( 资料的入库、查询、删除和下载) ，并就具体的技术实现 做了介绍和探讨；利用i n t e r n e t 实现远程p u p s 对雷达资料进行实时共享。数据库系统提 供的主要功能有：历史个例雷达数据查询。可查询数据库里保存的各类历史个例雷达产品的 数据。查询结果可以即时显示，并且提供下载服务。数据库管理员根据天气雷达系统的接 收和处理情况，将最新的雷达个例数据资料入库。 第一部分介绍了新一代多普勒天气雷达产品结构及资料共享概述，从雷达资料处理过 程出发，探讨了资料共享源的问题；第二部分介绍了一般具有雷达站的地市级网络体系结 构及局域网雷达资料共享，通过对网络体系结构的具体分析，并结合不同用户群的资料共 享需求，提出了不同的资料共享方式；第三部分介绍了雷达资料的w e b 共享，并具体阐述 了实现细节及实现中的关键技术；第四部分介绍了通过i n t e m e t 实现等效多普勒天气雷达站 的具体实现方案和一些编程技术。 4 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 第二章多普勒雷达产品结构及资料共享概述 多普勒天气雷达分为数据采集( r d a ) 、产品生成( r p g ) 和用户显示( p u p s ) 等三个子系 统。r d a 负责天线、发射机和接收机的实时监测和控制，以及数字信号处理器( d s p ) 的基 数据估算。r p g 负责由r d a 引入径向基数据后生成气象产品，并向用户负责产品分发。 用户使用p u p 进行产品显示。图1 描述了现有c i n r a d 网的业务模式。图中r d a 与 r p g 采用固定的单点联接方式，每部雷达含有一个产品生成系统，产品服务器接受 c i n r a d 部分图象产品( 如p p i 、c a p p i ) 。 产品用户 图1c i n r a d 产品系统业务模式 2 1 雷达产品生成子系统( r p g ) 的产品及结构 产品 用户 由雷达产品生成子系统( r p g ) 负责把送入r p g 的原始数据进行采集后作质量控制和预 处理，其中包括对反射率值设置噪声阈值及标定，对速度值经s q i 控制、退速度模糊及消 除二次回波等后形成a r c h i v ei i 格式的原始数据文件；生成包括基本数据产品、物理量 产品、自动识别产品及反演产品。 由雷达产品生成子系统( r p g ) 的二次产品可以分为以下几类： 5 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 l 、基本数据产品，主要有基本反射率( r ) 、基本速度( v ) 和谱宽( w ) 。 2 、物理量产品，是由基本数据产品转化成的气象物理量，并制成图像和图形产品。 如e t p p i ( 回波顶高显示) 、r z ( 雨强显示) 、v i l ( 垂直累积液态水含量) 等。 3 、自动识别产品，根据灾害性天气系统结构模型及基本反射率、基本速度、谱宽等 数据分布特征，由相关的算法识别并生成的。如m ( 中气旋) 、t v s ( 龙卷标志) 、s t i ( 风 暴路径) 、冰雹指数( h i ) 等。 4 、风场反演产品，是用径向速度v 的数据在一定的假设条件下通过反演得到的产品。 如v a d ( 垂直风廓线) 。 雷达产品生成子系统( r p g ) 生成各种产品以后，按照产品类型和产品编号( 如表一) 进行分文件夹存放，如1 1 k m1 9 号产品对应的文件夹为：十堰i r 1 9 ，2 x 2 k i n2 0 号 产品对应的文件夹为：十堰恨屹o ，并且在每个文件夹下生成相应编号产品的索引文件， 如1 1 k m1 9 号产品的索引文件为p r o d u c t l n d e x 1 9 ，2 2 k m2 0 号产品的索引文件为 p r o d u c t l n d e x 1 9 。每个索引文件里存放响应编号的当前文件夹下的产品文件名、日期、 时间、级数、分辨率、仰角等数据，主用户处理器子系统( p u p ) 就是根据索引文件查找 到相应的产品进行显示。如果产品相应的索引文件缺失，主用户处理器子系统( p u p ) 就 不能显示此产品。 表一十堰c i n r a d s b 雷达系统产品表 分辨率 产品代码 产品名称 k m x k m 1 91 1 基本反射率( r ) 2 02 2 基本反射率( r ) 2 l4 4基本反射率( r ) 2 6 0 5 0 5 基本速度( v ) 2 7 1 1 基本速度( v ) 3 01x 1 基本谱宽( s w ) 3 71 l组合反射率( c r ) 3 8 4 x 4 组合反射率( c r ) 3 9 l 1组合反射率等值线( c r c ) 4 l 4 4 回波顶( e t ) 4 2 4 4 回波顶等值线( e t c ) 6 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 4 74 4 强天气概率( s w p ) 4 8风廓线( v a d ) 5 01 0 5反射率剖面( r c s ) 5 11 0 5 速度剖面( v c s ) 5 21 o 5 谱宽剂面( s c s ) 5 31 1弱回波区( w e r ) 5 5o 5 0 5风暴相对径向速度区( s r r ) 5 61 1 风暴相对径向速度图( s r m ) 5 74 x 4 垂直积分液态水含量( v i l ) 5 8 风暴追踪信息( s t ) 5 9冰雹指数( t l i ) 6 0中尺度气旋( m ) 6 l龙卷涡旋特征( t v s ) 6 2 风暴结构( s s ) 6 74 4 分层组合反射率( 去反常传播) ( a p r ) 7 3用户报警信息( u a m ) 7 82 x 2 】小时累积降水量( o h p ) 7 92 2 l 小时累积降水量( t h p ) 8 02 2 风暴总累积降水量( s t p ) 8 2补充降水数据( s p d ) 8 4 速度方位显示( v a d ) 8 70 5 o 5综合切变( c s ) 8 8 综合切变等值线( c s c ) 1 1 01 x l 反射率等高平面位置显示( c a r ) 1 1 10 2 5 x 0 2 5 速度等高平面位置显示( c a v ) 1 1 20 5 o 5速度等高平面位置显示( c a v ) 1 1 3l 1 速度等高平面位置显示( c a v ) 1 1 4o 2 5 0 2 5 谱宽等高平面位雹显示( s a v ) 】51x 】谱宽等高平面位置显示( s a y ) 2 2 主用户处理子系统( p u p ) 生成的图像产品 在p u p 里，可通过相关设置，把最新收到的产品生成g i f 图像文件，并存入指定的文 件夹下，一般将基本反射率、基本速度、回波顶高、组合反射率、垂直积分液态水含量等 产品生成相应的g i f 文件，以方便在网站上使用。 7 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 2 3 雷达资料共享数据源的选择及分析 通过以上分析可以看到，雷达资料共享的数据源可以是原始资料、二次产品或图像产 品。 1 数据源选用原始资料，因新一代雷达每6 分钟完成一次体扫，由体扫生成的 a r c h i v e l i 格式文件大小为5 到l l m ，如果不经处理，直接对此类数据进行远程调用，会大 大占用网络带宽；另一方面，因在资料调用端必须安装单元控制台( u c p ) 程序，而u c p 没有 直接连接r d a ，所以原始资料只能采用历史回放的方式，实时数据即使能够接收到，也不 能进行实时处理。所以，选用原始资料进行远程共享会给用户带来很大的不方便。 2 数据源选用r p g 生成的二次产品。r p g 里生成的二次产品，是经过用户进行选择， 去掉了一些业务中很少应用的，如高仰角的数据，而生成的各类产品。各种产品的文件大 小一般只有几k 到几十k 。但经过r p g 生成以后的产品，进行了归类存放，按照不同的产 品类型和编号，存放在不同的文件夹下( 如图2 ) 。如果选用r p g 生成的二次产品作为数据 源，在局域网内部进行共享产品文件夹，或者对整个二次产品的文件夹进行搜索，找到最 新的产品，进行压缩存放，压缩以后的实时雷达资料数据量很小，一般只有几十k ，通过 在服务端进行资料的搜索和压缩，形成压缩文件，在客户端进行f t p 远程自动调用，就可 以实现二次产品的雷达资料远程共享。 8 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 名称 o ”r ：c l 【 o c v 艺j c r i o c b c i 当c s 盎c s c o b z t c t 3 = f = = ：， 0 0 珩 o b 国s p d 艺s 矾 嚣 t o s t i 辩 i 甜 渤s o t h p t v s i = = v 蛐 妇y 忽啪 念y j ：l i ：) v 竹 修改日期 2 0 0 8 - 4 - 2 31 9 4 0 2 0 0 8 - 4 - 2 31 9 4 0 2 0 0 8 - 4 2 31 9 4 0 2 0 0 8 - 4 2 31 鲁4 0 2 0 0 0 4 2 31 9 。4 0 2 0 0 0 - d , - 2 3l 皂1 o 2 0 0 8 4 2 31 9 4 0 2 0 0 8 - 4 2 31 9 4 0 2 0 0 0 - 4 2 31 9 4 0 2 0 0 6 - 4 - 2 31 9 ：4 , 0 2 0 0 8 - 4 - 2 31 9 ：4 0 2 0 0 e - 4 2 31 9 e , o 2 0 0 8 - 4 2 31 4 ：0 4 2 0 0 8 - 4 2 31 9 4 0 2 0 0 睁 - 4 2 3 1 9 ：4 0 2 0 一4 2 3l g ：4 0 2 0 0 8 一一2 31 9 4 0 2 0 一4 2 3l e4 0 2 0 0 8 , - e , 一2 31 94 0 2 0 0 8 - 4 2 31 9 4 0 2 0 0 8 一t 一2 3l g 4 0 2 0 0 e - 4 2 31 94 0 2 0 0 8 - 4 2 31 9 ：4 0 ； 0 0 8 一q 一2 ：31 9 4 0 2 0 0 8 - e , 一2 31 94 0 2 0 0 e - e , 一2 31 9 ：t 0 2 0 0 8 - 4 2 31 9 4 0 图2c i n r a dr p g 生成的二次产品 3 数据源选用主p u p 生成的g i f 图像产品。因为g i f 图像产品可以很方便地在w e b 上 进行显示，所以在主p u p 上把常用的系列雷达产品生成g i f 图像文件，并实时地把产品图 像文件传输到w e b 的相应文件夹下，通过编制w e b 端显示程序，利用目前i n t e r n e t , 上最流 行的浏览器，就可以实现c , i f 图像产品的雷达资料的远程共享。 2 4 地市级网络体系结构及局域网部雷达资料共享 雷达资料的共享必须依赖于资料存放及传输的网络体系结构。近几年全国气象广域 网发展很迅速，各地都相继建成了气象广域网，很多地方通过专线连接或a d s l 拨号与 i n t e r n e t 进行连接。 本章以湖北省地市典型的网络结构为基础，具体介绍多普勒雷达资料的局域网内部 共享的实现方法。湖北省各地市局与省局通信的2 hs d h 专线通过b d 2 6 4 1 路由器接入地 市局的局域网；各地市局与国际互联网连接的2 m 专线通过b d 2 6 4 1 路由器接入地市局的 局域网提供v p d n 与v p n 接入；各地市局与所属各县局通信的2 ms d i t 专线通过接入b d 2 6 4 1 路由器。 通过省市一县气象通信宽带网的建设，极大地改善了气象数据的传输能力。但在设置 9 趔一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 通信互访权限方面，进行了一些限制。省局可以访问全省各市、县局指定的设备：各市、 县局可以访问省局指定的设备：各市局的可以访问全省其他市局指定的设备：各市局的 可以访问本市各县局指定的设备；各县局可以访问其所在市局指定的设备；各县局可以 访问本市其他县局指定的设备。各县局不能访问其他市局的设备；各市、县局不能访问 其他市局管辖的县局的设备。 图3 典型市局网络结构示意图 因为新一代多普勒雷达由硬件和软件系统组成，而一般的业务网络均通过路由器与 i n t e r n e t 进行和互连，目前，计算机病毒非常猖獗，为了保证多普勒雷达系统的安全运行， 通常把运行雷达系统的计算机设置在一个专门的子网下，与气象业务网络进行逻辑隔离， 雷达系统计算机不与i n t e r n e t 进行通信，只通过r p g 将雷达二次产品存放在局域网的服务 器端，供局域网上的其它计算机进行调用；主p u p 接收到最新的二次产品以后，经过显示 生成最新的g i f 图像产品，并存放在服务器端指定的文件夹下。 在局域网内部，通过设置p u p 的产品路径，把它设置成由r p g 二次产品生成的文件 夹，即可实现在局域网内部的雷达资料共享。由于在网络权限设置上，本市各县市气象局 对地市有访问权限，通过在市县双方的路由器上进行n e t b i o s 的设置，让它对t c p i p 协 议进行封装，即可在客户端对二次产品生成的文件夹映射网络驱动器，由次，可方便地进 行资料的共享。 l o p 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 在局域网内部映射的网络驱动器一般能够保持不断线，内部的计算机可以通过交换机 等高速设备进行资料的共享，如在十堰本地，速率可达1 0 0 mb p s ；而市县宽带的带宽有限， 只有2 mb p s 专线，通过远程进行低速的网络磁盘的映射，很容易造成网络磁盘的断线，由 此带来不能看到实时的雷达资料；同时，如果在县局端有多个用户进行资料的查阅，网络 速度就会更加慢。 在利用映射远端驱动器进行县市雷达资料共享过程中，p u p 都要进行远程列表，在没 有局地或全区域大型降水或灾害性天气情况下，雷达资料共享的速度不会有很大问题，但 旦出现局地或全区域大型降水或灾害性天气，多个县局、多个p u p 同时进行远程网络连 接，很容易造成网络堵塞。 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 第三章利用w e b 实现雷达资料共享 随着各地市气象部门互联网的建设，雷达资料实时共享成为可能。下面以十堰雷达资 料实时w e b 共享平台的设计思路及主要功能模块的实现方法。该平台的建成对于提高天气短 时预报准确率、提高定点、定时、定量的灾害性天气临近预报水平和加强天气联防具有重 要意义。 2 0 0 4 年，在中国气象事业发展站略研究总结中，气象资料共享平台被定为中国气 象事业发展未来建设的四个平台之一。随着科技的发展，气象资料的共享呼声很高，十堰 位于鄂西f i l t h 区，为湖北省的西部门户，在地域上为湖北省的上游，连接河南、陕西和重 庆，基本上每年都有局地性冰雹、大风和强降水天气，进行气象资料的共享对经济社会发 展有着重要的作用。 随着新一代多普勒天气雷达投入业务运行，其在灾害性天气的监测及临近预报方面的 优势逐步体现出来。很多相关部门，如防汛、水利、电力、交通、旅游、索道运输、供水 等，对多普勒雷达资料共享提出了一些新的需求，他们对定点、定时、定量的灾害性天气 临近预报非常关切，如武当山索道，对雷电短时预报和预警要求非常高；防汛和水利部门 对强降水等非常关注。他们迫切需要使用方便、一目了然的共享雷达资料。 为了充分发挥已建雷达的作用，更加深入地与各专业气象服务用户、周边地市开展气 象服务，加强天气联防，建立雷达资料共享平台意义重大。下面对雷达w e b 实时共享平台的 技术路线、网络系统及主要功能进行了详细说明。 3 1 总体设计 以十堰市新一代多普勒雷达图像资料( 由主p u p 自动生成g i f 格式) 为共享对象，通过编 制后台文件上传程序，在气象服务网上开发雷达资料显示网页，为十堰水电、防汛、交通、 旅游等专业气象服务部门开展服务和周边省市气象部门提供雷达数据共享，构建雷达数据 1 2 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 共享平台。 针对用户的需求，设计基于浏览器的用户界面，使用户端不需要安装任何其他软件即 可实现访问。它括内容丰富、生动活泼的网页设计，方便、灵活的交互式用户信息查询界 面，提供满足用户各种需求的信息查询服务和请求应。如：对数据库的访问、数据下载、动 态图像生成、图像动画等。主要承担数据的管理维护、更新等任务的数据层，运行数据库 管理系统。整个系统是一个提供了信息共享平台，包括与局域网、广域网、信息共享所需 的各种服务器的通信等，是建立在l a n 和i n t e m e t 上的网络系统。技术支持部分，为建立信 息共享系统提供所需的技术说明以及必要的软件、提供了各种数据标准。如：网络数据库、 图形图像显示以及其他技术支持。 在系统管理和维护上，主要包括以下几个部分：第一部分是验证模块，主要对用户登陆 的合法性进行验证。第二部分是用户管理模块，主要是实现的是用户的添加，用户信息的 修改等功能。第三部分是文件信息管理模块，包含的主要子模块有：添加、改、删除、查询、 下载和详细信息的显示等模块。 十堰市雷达资料共享网站的网络数据库系统结构框图如图所示。 图4 十堰多普勒雷达w e b 共享平台构架图 十堰气象业务网通过2 mi n t e r n e t 专线与托管于电信骨干网( 1 0 0 m 互联网出口) 的w e b h 艮 务器连接，主要的数据流程为：对雷达站主p u p 进行设置，让其在接收到最新的雷达产品以 后，自动生成各专业气象服务用户所需要的a 勺g i f 图像形式的雷达数据，按规定的文件命名 规范存放到本地相应的文件夹下。通过将主p u p 生成的实时共享雷达图像进行上传，通过w e b 1 3 8 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 网站发布，供各专业气象用户和相关部门进行浏览、下载、应用。 服务器为高性能应用服务器，安装有大容量的数据存储设备，以实现雷达信息的收集、 处理、存储等服务。将多普勒天气雷达系统观测的数据和图像产品传至- i j w e b 应用服务器上， 通i 立_ w e b 服务器在网上发布。雷达数据库系统提供的主要功能有：资料索引、历史雷达图像 查询。整个系统从数据传输到入库等全部过程由计算机后台程序控制，自动进行任务调度。 为保证本网站的系统安全性，安装防火墙和反病毒软件，进入数据库系统主页面以后， 提示注册用户输入用户名和密码，新用户请他先注册，注册用户可以浏览和下载里面的共 享雷达资料和使用技术资料。数据库管理员要有密码才能进入数据管理和维护页面，某些 页面对普通注册用户的访问有所限制。按照对用户分类( 系统管理员，数据信息维护人员和 普通用户) ，分别建立对应的数据库，存放用户名、密码和联系方式等信息。当检测到用户 名和密码有误时，提示用户名或密码错误，并自动跳转到登录页面：当用户退出后，注销 s e s s i o n 并删除c o o k i e s 中存放的数据，以避免被人利用。 3 2w e b 雷达资料共享平台数据库的设计 因m ss q ls e r v e r2 0 0 0 安装简单，使用方便，所以w e b 雷达资料共享系统采用 它为数据库管理系统；采用p h p 作为开发语言。 w e b 方式雷达资料共享的主要架构是用户通过客户端浏览器登录到系统服务器 端，从而通过用户界面调用应用模块对数据库进行操作。其中数据信息维护人员和 数据库管理员可以通过互联网调用应用模块写入数据库。所有人员也可以通过互联 网调用应用模块将所需要的信息从数据库的读出。该架构是一个典型的c s 结构的 系统，通过客户浏览器端和w e b 服务器端进行数据信息的交互。系统可以方便用户 通过互联网进行操作，从而使不同地域的用户能够获得所需的信息，也能使管理员 方便的在不同的地点对数据库进行远程维护。 数据库中主要有两个数据表，第一个为用户数据表u s e r s ，主要作用为存放新 用户注册，用户名和密码，用户级别等信息；第二个为历史雷达资料个例数据库表 h i s t o r y d a t a ，存放雷达个例的时间、a r c h i v e i i 压缩文件索引、简要天气说明等。 1 4 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 这两个表的d d l ( 数据定义语言为) ： c r e a t et a b l eu s e r s ( i di n tn o tn u l l ， n a m ec h a r ( 1 6 ) p r i m a r yk e yn o tn u l1 ， p a s s w o r dc h a r ( 1 6 ) n o tn u ll ， d e s c r i p t io nv a r c h a r ( 2 0 0 ) n u ll ， c l a s s i di n tn o tn u l l ) 其中主键为n a m e ，i d 为编号，p a s s w o r d 为密码，d e s c r i p t i o n 为用户描述， c l a s s i d 为用户级别。 c r e a t et a b l eh is t o r y d a t a ( i di n tp r i m a r yk e yn o tn u l1 ， s t a r t t i m ed a t a t i m en o tn u l1 ， e n d t i m ed a t a t i m e n o tn u l l ， d e s c r i p t i o nv a r c h a r ( 2 0 0 ) n o tn u l l ， f il e lc h a r ( 2 0 0 ) n o tn u l1 ， f il e 2c h a r ( 2 0 0 ) n u l l ， f il e 3c h a r ( 2 0 0 ) n u l l ， f il e 4c h a r ( 2 0 0 ) n u l l ， f i l e 5c h a r ( 2 0 0 ) n u l l ， f i l e 6c h a r ( 2 0 0 ) n u l l 。 f i l e 7c h a r ( 2 0 0 ) n u l l 。 f i l e 8c h a r ( 2 0 0 ) n u l1 ) 其中主键为i d ，s t a r t t i m e 为过程开始时间，e n d t i m e 为过程结束时间， d e s c r i p t i o n 为对过程的简单描述，f il e l f i l e 8 为存放的历史个例压缩文件的路 普通用户注册时，其注册信息，如用户名、密码、简要说明等信息通过注册页 面提交到数据库，注册以后，用户就可以浏览到共享的雷达资料。管理员不仅可以 浏览共享的雷达资料，还负责对雷达个例的数据维护，一有新的雷达个例，系统管 理员将基数据进行压缩打包，如果数据量太大，可以进行分文件压缩，一次过程的 个例可以分成8 个压缩包进行上传。 南京信息工程大学硕士学位论文多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 3 3w e b 共享方式的界面及功能 利用p h p 语言编写w e b 显示程序，可以实现由主p u p 生成的、常用的g i f 图像的显示 和动画，如基本反射率、组合反射率、基本速度、回波顶高、液态水含量、c a p p i 反射率 和一小时降水量估计等，其主要功能如下。 ( 1 ) 实时动态显示出当前目录中最新的图像，并按时间顺序进行排序。 ( 2 ) 能完整显示图像的大小、尺寸，并且能够进行放大和缩小。 ( 3 ) 能够快速查询所需要的图像。 ( 4 ) 能够对各种不同的图像文件进行动画显示。 ( 5 ) 能够对图像进行前翻、后翻，直接跳到第一张或最后一张。 显示主界面为： 时次0 5 月1 4 日2 2 时l o 分v ： l 型幽i 茎塑垫堕lu 刨 基牢豆身寸辜姐舍反射率基本速度囡渡疆高碾老水舍量c j l ：p p i 反射辜一小日非水量估计 图5w e b 共享方式界面 对图像的前翻、后翻、跳到第一张或最后一张、动画、放大和缩小等，使用j a v a s c r i p t 程序进行编写，具体代码如下： ( s c r i p tl a n g u a g e = ”j a v a s c r i p t ” = o ) d o c u m e n t i m a g e s s h o w s r c = d o c u m e n t s lid e f o r m slid e c u r r e n t 一1 v a l u e ： d o c u m e n t s li d e f o r m s li d e s e l e c t e d i n d e x = 一一c u r r e n t ： e l s el a s t0 ： ) f u n c ti o nl a s t0 显示最后一张雷达图像 c u r r e n t = 0 ： d o c u m e n t i m a g e s s h o w s r c = d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e 0 v a l u e ： d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e s e l e c t e d i n d e x = 0 ： ) f u n c t i o nf i r s t0 显示第一张雷达图像 c u r r e n t = d o c u m e n t s li d e f o r m s li d e 1 e n g t h 一1 ： d o c u m e n t i m a g e s s h o w s r c = d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e c u r r e n t v a l u e ： d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e s e l e c t e d i n d e x = c u r r e n t ： f u n c t i o na p ( t e x t ) 设置按钮文本，如果是开始动画，则动画显示雷达图像 d o c u m e n t s li d e f o r m s li d e b u t t o n 。v a l u e = ( t e x t = = ”停止动画”) ? ”开始动画” r o t a t e 0 ： ) f u n c t i o nc h a n g e0 改变雷达图像显示类型 1 7 ：”停止动画” 南京信息工程大学硕士学位论文 多普勒天气雷达资料w e b 共享及远程等效p u p 的设计 c u r r e n t = d o c u m e n t s li d e f o r m s li d e s e l e c t e d i n d e x ： d o c u m e n t i m a g e s s h o w s r c = d o c u m e n t s li d e f o r m s li d e c u r r e n t v a l u e ： f u n c ti o nr o t a t e0 进行动画显示 i f ( d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e b u t t o n v a l u e = = ”停止动画”) c u r r e n t2 ( c u r r e n t = o ) ? d o c u m e n t s l i d e f o r m s l i d e 1 e n g t h 一1 ：c u r r e n t