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东北大学硕士学位论文摘要 东北电网水库调度气象信息服务系统 摘要 天气预报和各种气象信息的服务，是东电公司生产和防灾减灾工 作有力的保障。为了综合利用现代气象技术和计算机网络技术，提高 气象信息的服务水平，设计开发了一套实时采集数据、实时提供气象 服务的东北电网水库调度气象信息服务系统。本文是结合作者在整个 项目中的科研开发工作而完成的。 本文详细介绍了东北电网水库调度气象信息服务系统的设计和开 发工作。在此项目中，为东电公司建立了气象实况与气象预报产品采 集系统、气象信息数据库、气象信息服务网站和气象信息综合应用平 台等。充分利用网络技术和数据库技术，实现了现代化的网络信息服 务方式，为东电等许多国有大型企业和政府部门提供现代化的气象服 务。 本人在这项课题开发工作中，主要设计和实现了气象信息数据库 的构建、气象信息网站的设计、网络传输程序的设计和气象信息综合 应用平台的设计等工作。在设计工作中，熟练运用了数据库和网络技 术，使用v i s u a lb a s i c 和j a v a 等编程语言，使本系统的气象信息显示 与应用功能在气象科技服务领域有许多创新之处。 关键词气象信息微波链路组网数据库综合应用平台w e b 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t d i s p a t c h e r sm e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o n s e r v i c es y s t e mo fn o r t h e a s tc h i n ap o w e r g r i d r e s e r v o l r a b s t r a c t w r e a t h e rf o r e c a s ta n dv a r i o u sk i n d so fw e a t h e ri n f o r m a t i o ns e i c e o 行e rt h es t r o n gg u a r a n t e ef o rt h ep r o d u c t i o na n dd i s a s t e rp r e v e n t i o na n d r e d u c t i o no ft h en o r t h e a s tc h i n ap o w e rg r i d 。f o rt h eu t i l i z a t i o no fm o d e r n m e t e o r o l o g i c a lt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y ，i m p r o v et h e s e r v i c el e v e lo fw e a t h e ri n f o r m a t i o n ，t h en e c p ga n d p r o v i n c i a l m e t e o r o l o g i c a lo b s e r v a t o r y o f l i a o n i n gd e v e l o p e dd i s p a t c h e r s m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mo fn o r t h e a s tc h i n ap o w e rg r i d r e s e r v o i r , o f f e rt h em e t e o r o l o g i c a ls e r v i c ei nr e a lt i m e t h i st e x tc o m b i n e d t h ea u t h o rh i m s e l f ss c i e n t i f i cr e s e a r c hi nt h ew h o l ep r o j e c t i nt h i s a r t i c l e ，d e s c r i p t e dd e s i g n a n dd e v e l o p m e n to fd i s p a t c h e r s m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mo fn o r t h e a s tc h i n ap o w e rg r i d r e s e r v o i r i nt h ep r o j e c t ，is e tu pam e t e o r o l o g i c a lp h e n o m e n aa n dw e a t h e r f o r e c a s tp r o d u c tc o l l e c t i o na n dg a t h e r i n gs y s t e m ，t h ew e a t h e ri n f o r m a t i o n d a t a b a s e ，m e t e o r o l o g i c a l i n f o r m a t i o ns e r v i c ew e b s i t e sa n dw e a t h e r i n f o r m a t i o ni n t e g r a t e da p p l i c a t i o np l a t f o r mi ni n t e g r a t i v e c o m p r e h e n s i v e i n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ，h a v ef u l l yu t i l i z et h en e t w o r kt e c h n o l o g ya n d d a t a b a s et e c h n o l o g y , a n dr e a l i z e dt h em o d e r n i z e dm e t h o do fs e r v i c eo f n e t w o r ki n f o r m a t i o n ，a n do f f e r e dt h em o d e r n i z e dm e t e o r o l o g i c a ls e r v i c e f o rl a r g e s c a l ee n t e r p r i s e sa n dg o v e r n m e n td e p a r t m e n t i nt h ed e v e l o p m e n to ft h ep r o j e c t ，ih a dd e s i g n e da n dr e a l i z e dt h e c o n s t r u c t i o no ft h ew e a t h e ri n f o r m a t i o nd a t a b a s e ，a n dt h ed e s i g no fn e t t r a n s f e r sp r o g r a m ，a n dt h ed e s i g no ft h ew e a t h e ri n f o r m a t i o ni n t e g r a t e d a p p l i c a t i o np l a t f o r m ，e t c im a s t e r l yu t i l i z e dd a t a b a s ea n dn e t w o r kt e c h n i c u s e dv i s u a lb a s i ca n dj a v ap r o g r a m m i n gl a n g u a g e , m a d el o t so fc r e a t i o ni n w e a t h e ri n f o r m a t i o nd i s p l a ya n du t i l i z a t i o no fs y s t e mi nw e a t h e rt e c h n i c s e r v i c e k e yw o r d sm e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o n ，n e t w o r ko ft h em i c r o w a v ec h a i n ， d a t a b a s e ，i n t e g r a t e da p p l i c a t i o np l a t f o r m ，w e b i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包括其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：移恕 日期：岁。目。f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名：毛晦 日期：矽雪8 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名：谚螅 签字日期：2 0 - os 暑7 导师签名：勰顺 签字日期：如j ，。彦j 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 天气预报、天气情报和各种气象信息是保证东电公司的安全生产和防灾减灾 的有力保障。为了综合利用现代气象技术和计算机网络技术，提高气象信息的服 务水平，东电公司与辽宁省气象台合作开发一套实时采集数据、实时提供气象服 务的东北电网水库调度气象信息服务系统。东北电网水库调度气象信息服务系统 的建设工作，是按照东北电网水库调度自动化系统总体规划设计要求，由国家电 力公司东北分公司投资来设计和完成的。 1 1 国内气象科技服务领域的研究现状 气象部门为交通、能源和政府决策部门提供了大量的气象信息服务。在国内 各省市，专业化的气象服务研究工作也在广泛地开展。许多新的技术和新的服务 内容为气象部门的服务工作和各行各业的防汛抗旱、防灾减灾工作创造了有利的 条件。当前，许多省市的气象部门与政府以及能源、交通等重要生产部门己建立 了专用或其它的网络连接，通过网络传输来代替电话和传真服务。有些省市也正 在开展利用互联网络进行气象服务的尝试性研究工作。 我省的气象部门为政府的决策部门和重要生产部门提供服务的主要方式还维 持在电话拨号网络和专线连接形式下，并辅以电话传真的服务方式。目前亟待解 决网络的带宽和信道的可靠性。此外，服务的内容还有待于进一步的扩展和专业 化。 1 2 东北电网水库调度气象信息服务系统的研究内容 1 2 1 系统建设目标 根据电力部门水库调度工作的实际需要和水库调度自动化系统总体规划设计 要求，气象信息服务系统在服从于水库调度自动化系统总体目标的基础上，重点 确定了以下建设目标： ( 1 ) 以系统性、实用性、综合性、自动化为系统建设的总目标，整体上要达到 国内同类研究的领先水平。 ( 2 ) 在设计标准上要与总系统要求保持一致，功能上相对独立白成体系。系统 功能完备，基本满足电力部门对气象信息的需要。 ( 3 ) 采用扩频通信技术建立高速微波通信链路，实现东电与气象台之间的网络 互连，通信速率达至l j 2 m b p s 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 建立以w e b 网站为基础的通用信息发布平台，实现信息发布自动化。 ( 5 ) 建立供专业技术人员进行信息分析、加工和显示应用的综合应用业务工作 平台。 ( 6 ) 研制以数值预报为基础的系列流域降水预报方法，并实现预报产品发布的 自动化。 1 2 2 系统的技术特点 ( 1 ) 系统建设与管理的统筹 气象信息系统作为一个多层次、多功能、综合性、自动化的业务系统，并且 定位在客户端运行，这就要求系统本身既要有较高的稳定性、可靠性，又要充分 考虑系统的可管理性、可维护性，这样才能满足用户的实际工作需求。 ( 2 ) 气象信息传输的网络化 通过计算机网络互连，将各个独立的子系统联成一个有机的整体，实现资源 共享和各类信息的实时自动传输。 ( 3 ) 气象信息处理的自动化 建立系统总控程序，自动完成信息收集、传输、加工、监测和作业调度。 ( 4 ) 系统具备综合性、多功能 本系统立足于提供从产品到应用的整体服务，既要涉及预报方法的研究，又 要涉及服务平台的建设；既要面向一般应用，又要提供相对专业化的综合应用工 作平台。因此，系统必须具备综合性、多功能，以满足水库调度业务工作对气象 信息应用的全方位需要。 1 2 3 系统的总体结构 本系统按其功能和分布情况可划分为三个部分，即主体部分、通信部分、采 集加工部分。系统的硬件配置结构如图1 1 所示。 图1 1 系统硬件配置结构图 f i g 1 1s y s t e m a t i ch a r d w a r ed i s p o s i t i o ns t r u c t u r e - 2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 其中，主体部分包括w e b 服务器与数据库服务器( r a mn e t f i n i t y5 0 0 0s e r v e r ) 、 数值预报工作站、综合应用工作平台( 珊) 、w e b 浏览工作平台( p i i i5 0 0 计算机) 、 管理员工作平台( 兼作台风路径检索系统平台) 、v s a t 卫星单收站系统一套和 a 3 幅面彩色激光打印机一台。通信部分包括天线、功率放大器、网桥各一对和网 络路由器一台。采集加工部分包括微机一台( p i i i5 0 0 计算机) 。 1 2 4 系统的工作流程 本系统业务工作流程从功能上可划分为预报制作与信息采集、信息传输加工 和用户应用界面三大部分。卫星单收站系统、台风路径查询系统和多媒体语音平 台分别作为独立的部分运行，其应用界面也相对独立。 1 2 4 1 预报制作与信息采集 本系统的预报制作部分包括m m 5 流域降水数值预报模式、台风降水数值预 报模式和流域站点降水预报系统。其中前两部分在沈阳区域气象中心研究所运行； 实时气象要素来源于9 2 1 0 工程的实时要素库；其它各种常规气象信息和图像产品 来源于沈阳中心气象台天气预报实时业务系统。系统配置了一台前置计算机，主 要用作9 2 1 0 工程实时要素库的客户端，定时自动完成各类要素资料的检索、传输， 提供人工资料校对工作界面，同时还负责从数值预报工作站上定时获取流域降水 预报结果，而其它资料则由相应系统直接提供，这些资料最终都汇集到信息服务 器。 1 2 4 2 信息传输与加工 该部分为系统的后台支持部分。包括作业管理模块和产品的加工处理、实况 资料的处理及建库、网页的自动生成三组作业。 作业管理 该模块负责系统信息传输与加工作业的定时调度与管理，是系统自动化的核 心。它提供了自动运行与手动运行两种运行方式：通常无需人工干预即可按作业 时间表白动运行，根据作业表规定的内容启动相应的作业，完成资料的传输与处 理：同时，考虑到一些故障及特殊情况下系统需要临时执行一些作业，系统还提 供了手动作业运行方式，以满足实际业务的需要。此外，该系统还提供了功能强 大的运行监测机制和完善的故障处理与容错能力，包括对系统运行状态及运行结 果的检测、资料的自动补调、对重复资料及过期资料的处理等。 资料的加工处理 本系统所使用的各种气象信息在辽宁省气象台业务系统网络中，由各业务系 统加工生成后统一汇集在辽宁省气象台的信息服务器中，其中所有的文本类信息 和部分图像类信息为最终应用结果。该模块将这些信息直接通过网络传输到综合 东北大学硕士学位论文第一章绪论 应用工作平台和气象信息网站，其它诸如传真图、卫星云图、雷达回波图、台风 降水预报图和m m 5 降水预报图等图像资料需经过解码、旋转、裁剪、图像格式 转换等力n - r _ 处理过程，形成系统所需的标准数据格式，再供给综合应用工作平台 和气象信息网站使用。 本模块对各种文本和图形图像资料进行分类处理，共建立了城市预报处理、 卫星云图处理、传真图处理、实况资料处理等1 1 个作业，以实现对各种加工产品 的传输和处理过程。 实况资料的处理及建库 以s y b a s e 系统为基础的气象信息数据库是本系统的重要组成部分，其内容 主要包括天气实况要素和部分文本类型的气象信息产品。本模块将各种信息经过 校验、整理和数据转换等一系列处理后，存入到相应的数据表中。 在程序实现过程中对数据库访问与更新模块进行了多次优化，使其能够以更 高的效率完成较复杂的数据库操作，即使在以a d o 技术为基础的v b 环境下也能 够快速的完成入库工作。 网页的自动生成 该模块是气象信息网站的技术核心，负责定时自动完成网页的更新和维护。 采用了数据库技术、a s p 技术和j a v a 编程，实现天气实况资料的显示，使网页始 终能够反映数据库中最新的内容；对于其它网页本模块则通过使用模板技术定时 根据最新的信息更新网页。其中，主页每6 小时更新，全省预报和城市预报每天 更新，卫星云图每小时更新，雷达回波图每3 小时更新，天气实况资料每6 小时 更新，流域降水预报每1 2 小时更新以及重要天气报告的及时更新等等f l 】【2 l 【3 】。 1 2 4 3 用户应用界面 本系统主要提供三种用户界面，即综合应用工作平台、w e b 网站和系统管理 员工作平台。 综合应用工作平台 该平台主要面向专业人员，它具有内容全面、信息量大、显示分析能力强等 特点，提供了对各类气象信息产品进行加工、分析的功能，如云图亮温显示、不 同时次和不同类型资料的叠加显示、放大显示等，基本上可以满足天气预报制作 业务的需要。该平台可以辅助具有定预报专业知识的技术人员更科学、合理、 有效地使用天气预报及服务产品。 气象信息网站 气象信息网站是作为通用工作平台建立的，可以供网上所有本地及远程用户 通过网络浏览器来访问。该网站对气象信息的显示和处理能力均作了最大限度的 增强，引入了动态更新的图形界面来显示实况及部分预报信息，同时还提供降水 d 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 量统计、云图动画等功能，使信息的表达更加生动直观。 管理员工作平台 该平台是面向系统管理员应用的工作平台，主要功能包括数据库的查阅及维 护、数据库监测、信息统计、资料转储与报表输出，并可通过手动及定时自动作 业的方式为其它应用提供气象资料。 东北大学硕士学位论文第二章系统的网络结构设计 2 1 概述 第二章系统的网络结构设计 本系统的计算机网络物理上由两部分组成：一部分在气象台，另一部分在东 电，中间采用2 m b p s 微波链路实现网络互连。气象台部分的各网络节点主要负责 预报制作、产品加工、信息采集等；东电部分节点作为系统建设的主体，包括网 络服务、数据库服务、信息发布和各种应用平台等。考虑到该系统分布在两个单 位，之间要跨网段，同时又要与双方单位原有网络保持兼容，所以网络采用了 l o o m b p s 以太网和t c p i p 协议，并采用了b r o w s e r s e r v e r 和c l i e n t s e r v e r 体系结 构。气象台端的信息服务器和东电端的数据库与w e b 服务器均采用了w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 操作系统，所有工作站均采用w i n d o w s2 0 0 0 操作系统。 2 2 网络配置 气象信息系统计算机网络的基本配置结构如图2 1 所示。 图2 1 系统网络配置结构图 f i g 2 1s y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r e 6 东北大学硕士学位论文 第二章系统的网络结构设计 其中，1 0 2 0 1 0 x 网段与1 7 2 1 9 x x 网段之间使用c i s c 0 2 5 1 4 路由器进行连 接，实现两个网段之间的路由。在东电端节点1 0 2 0 1 0 1 上定义了指向1 7 2 1 9 x x 网段的路由地址l o 2 0 1 0 1 2 0 ，各系统以该节点作为网关访问气象台端的设备；而 在气象台端，1 7 2 1 9 2 1 则是作为各系统的网关，定义了向东电端的路由。以此实 现了双向的访问。 2 3 网络安全策略 计算机网络安全是系统安全的核心，也是系统发挥效益的关键。本系统在网 络安全方面主要作了两方面的工作。一是通过路由器限制跨网络访问：通过配置 路由表来指定哪些网段允许访问，而其它网段则被屏蔽掉，以此来限制一些非法 侵入，保证系统安全；二是加强计算机病毒防范：通过在各节点上安装软件防火 墙来防止计算机病毒的侵入。 2 4 通信信道的建立 辽宁省气象台与东北电网调度通信中心之间采用扩频技术组建微波链路，进 而实现计算机网络互连。 微波通信自成体系，相对于租用专线电路来讲，微波链路维持费用低，运行 质量也较稳定，维修维护方便，而且能达到2 m b p s 左右的通信速率，对于目前传 输的信息量而言，具有一定的传输冗余能力，不失为一种理想的选择。 微波扩频采用点对点方式，载波频率2 4 g h z 。对所有载波频率相同，进入接 收机的外来干扰信号，接收机对它们都有抑制能力，将它们扩展成为带宽噪声， 结果使得接收机只接收p n 码相同的扩展信号，因此具有很强的抗同频干扰性能， 增加了系统的可靠性。另外，选用比较先进的扩频技术的微波通信方式，在目前 沈阳市区高频段用户数不多的情况下，可以更加有效地保证通信质量。 微波扩频通信除可以提供无差错和保密性好的通信连接功能外，还具备网络 互连功能，通过与路由器和交换机等网络设备的连接，实现网络互连。 本系统选用的扩频设备为美国朗讯科技公司产品，主要有连接以太网的 w a v e p o n t - i i 无线网桥，可通过w a v e m a n a g e r a c c e s sp o i n t 软件来进行管理、 控制和远程监控。 东北大学硕士学位论文第三章气象资料库的建立 第三章气象资料库的建立 气象资料库建立在东电水库调度处，其建立需要经过资料采集、资料校对及 处理、资料传输、规范处理和入库等几个步骤。 3 1 文本资料采集 本系统所需的实时气象资料主要来源于9 2 1 0 工程气象数据库系统的实时要 素库。该库建在辽宁省气象台，系统硬件由m mr s 6 0 0 0 3 9 h 双计算机系统加挂 一个磁盘阵列组成。数据库环境采用的是s y b a s e 数据库管理系统。 3 1 1 文本资料内容及作业方式 本系统实时存储处理的资料包括：高空报、地面报、雨量报、台风报、a b 报、o h 报、美国、欧洲、日本、北京t 1 0 6 和h l a f s 数值预报网格资料等。根 据不同的气象数据在业务使用中的不同特点，我们采用了相应的处理方案。其中 美国、欧洲、日本、北京t l0 6 和h l a f s 网格资料等气象数据，每天由中国气象 局定时通过9 2 1 0 卫星通信系统广播下传，这些资料的采集我们采用计算机后台定 时自动处理的方法来完成，由于台风报具有时间上的不确定性，台风报处理程序 采取交互方式，由值班人员适时手动运行；对于高空报、地面报、a b 报、o h 和 雨量报，考虑到业务工作中对它们的实际使用情况，处理程序采用定时自动运行 和值班人员手动运行相结合的工作方式。 3 1 2 实现方法 本系统的实时气象资料均取自于9 2 1 0 数据库系统的要素库，在数据库客户端 应用软件开发中，我们根据不同的情况采用了两种数据库连接方式：美国、欧洲、 日本格点及t 1 0 6 、h l a f s 产品等气象资料的处理程序使用了中国气象局提供的 动态连接库u i 9 5 d l l 作为与s y b a s e 数据库的接口；其他处理程序则使用了m i c r o s o t l 公司开发的通用数据库接口o d b c 来实现，程序设计语言为v c + + 6 0 。 ( 1 ) 美国、欧洲、日本、t 1 0 6 、h l a f s 产品的处理 在美国、欧洲、日本格点及t 1 0 6 、h l a f s 产品等气象资料的处理程序中， 通过调用动态连接库u i 9 5 d l l 实现与s y b a s e 数据库的连接、资料查询以及资料解 码。由于美国、欧洲、日本、t 1 0 6 、h l a f s 产品资料的总体数量非常大，因此在 应用中对其进行了必要的限定。具体的实现是定义了一组参数文件，并在这些参 数文件中以文本的形式列出了需要处理的各个产品的名称；当处理程序在计算机 后台运行时，程序首先试图建立与数据库的连接，如果无法建立与s y b a s e 数据库 东北大学硕士学位论文第三章气象资料库的建立 的连接，程序退出，如果连接成功，程序将打开相应的参数文件，从中读取一个 物理量场的列表，然后结合当前的时间，组成完整的美国、欧洲、日本及北京t 1 0 6 、 h l a f s 网格点资料的名称；接下来程序再以各种物理量场的名称为参数，完成资 料的查询及解码；最后将解码后的资料以文本文件的形式存储在硬盘中，并中断 与数据库的连接，退出系统。 ( 2 ) 高空报、台风报、a b 报、o h 报的处理 高空报、台风报、a b 报、o h 报等气象数据的处理程序采用定时自动运行于 计算机后台和值班人员手动运行相结合的工作方式( 台风报目前无后台运行程 序) 。该程序使用m i c r o s o f t 的通用数据库接v 1o d b c 建立与s y b a s e 数据库的连接， 并检索数据库中的公报表。当处理程序定时自动运行于计算机后台时，程序首先 试图建立与数据库的连接，如果无法建立与s y b a s e 数据库的连接，程序退出；如 果建立连接成功，程序将根据当前的时间在数据库中查询有关的数据，最后将满 足查询条件的资料以文本文件的形式存储在硬盘文件中，并中断与数据库的连接， 退出系统。 当处理程序以手动的方式运行于计算机前台时，程序首先试图建立与数据库 的连接，如果无法建立与s y b a s e 数据库的连接，程序提示连接失败并退出，如果 建立连接成功，程序在桌面上创建一个窗体，如图3 1 所示。用户可以使用窗体 左上方的组合框控件设置报文选项，使用窗体中上方的日期控件设置日期，使用 窗体右上方的组合框控件设置时次。然后使用窗体右下方的按钮控件执行数据库 查询命令，满足查询条件的数据将以文本的形式显示在窗体中间的r i c h t e x t 控件 中，用户可以使用窗体主菜单中的保存和打印命令实现报文数据的硬盘存储和打 印输出。最后用户可以使用窗体主菜单中的退出命令，中断与数据库的连接，退 出系统。 ( 3 ) 地面报、雨量报的处理 地面报和雨量报处理程序主要采用计算机后台定时运行的工作方式。该程序 使用m i c r o s o f t 公司的通用数据库接v io d b c 建立与s y b a s e 数据库的连接，并检 索数据库中的地面要素表、省内雨量要素表和公报表。当处理程序定时自动运行 于计算机后台时，程序首先试图建立与数据库的连接，如果无法建立与s y b a s e 数 据库的连接，程序退出，如果建立连接成功，程序将根据当前的时间在数据库中 查询有关的数据，最后将满足查询条件的资料以文本文件的形式存储在硬盘文件 中，并中断与数据库的连接，退出系统。 东北大学硕士学位论文 第三章气象资料库的建立 图3 1 手动交互处理报文程序界面 f i g 3 1m a n u a li n t e r f a c eo ft h et e l e g r a mp r o c e d u r e 3 2 文本资料的处理及质量检验 本系统所用的实时气象资料都来源于9 2 1 0 工程要素库，其自身己具有较强的 校错和检验功能，通常不需要在使用时进行专门的质量检验。但对于地面报和雨 量报，由于有些气象站发报的特殊性，如有雨发报无雨时不发报等，这就容易出 现歧义，加之雨量报的特殊重要性，因此专门建立了校对检验程序。 该程序以人机交互方式运行，程序运行时如图3 2 所示。在窗体的左侧，放 置了一个列表框控件，该控件在程序中被“加工”成了一个表格，用于列表显示 各地的降水量、极端温度等气象要素。在列表框控件的上部，放置了一个标签控 件，用于在辽宁、吉林、龙江、内蒙和山东五个省之间进行切换。在窗体的右上 部是四个编辑控件，用于提供对降水量、极端温度等气象要素的人工数据校正功 能。在窗体的右侧还放置了一个日期控件和一个组合框控件，用于用户设置查询 的日期和时次。在窗体的右下部放置了一个r i c h t e x t 控件，用于显示地面报和雨 量报的原始报文。窗体的主菜单中列有数据复查、要素检索、公报检索、保存、 退出等命令。 东北大学硕士学位论文 第三章气象资料库的建立 图3 2 报文校对程序界面 f i g 3 2c h e c k i n gi n t e r f a c eo ft h et e l e g r a m 当用户在控件中设置了查询的日期和时次后，可以使用窗体主菜单中的要素 检索命令检索数据库中的地面要素表和省内雨量要素表，程序将从数据库检索到 的数据显示在窗体左侧的表格内，并在表格的下方标注出数据对应的日期和时次。 当用户使用公报检索命令时，程序将根据用户设置的日期和时次检索数据库中的 公报表，并将地面报和雨量报的原始报文显示于r i c h t e x t 控件中。当用户使用鼠 标在窗体左侧的表格内指定某一地区时，该地区的站号将显示在四个编辑控件的 上方，该地区的降水量和极端温度也被写入四个编辑控件中，同时，程序将在地 面报和雨量报的原始报文中找到以该地区的站号开头的第一段报文，并在 r i c h t e x t 控件中显示出来，当用户使用鼠标在该地区反复点击时，程序将在地面 报和雨量报的原始报文中依此寻找以该地区的站号开头的报文，并在k i c h t e x t 控 件中显示出来。用户可以将表格内的数据与原始报文进行比较，如果发现问题可 在编辑控件中修改。当用户使用窗体主菜单中的保存命令时，地面气象数据将以 要素列表的形式存储在硬盘上的一个文本文件中。 东北大学硕士学位论文 第三章气象资料库的建立 3 - 3 卫星云图资料的采集和处理 卫星云图资料接收于日本g m s 一5 静止气象卫星。此卫星有四个探测通道：一 个可见光波段和三个红外波段。本系统中应用的卫星云图资料是l o 5 1 1 5 9 m 红 外波段的探测数据，星下点分辨率为5 k m 。 3 - 3 1 资料特点 ( 1 ) 时间分辨率高：每小时发送一次，在测风观测时，有加密的半小时一次的 观测。 ( 2 ) 实时性强：每一条扫描线数据的观测与发送在卫星自旋的一周中完成。 ( 3 ) 数字化传输方式：有效值为8 b i t ( 即0 - - 2 5 5 灰度级) ，这种方式精度高且 抗干扰能力强，便于计算机处理。 ( 4 ) 数据已定标，便于用户处理。 ( 5 ) 图像数据无网格叠加，需从文件中提取参数，经计算机处理获取定位信息。 ( 6 ) 兰伯特( l a m b e r t ) 投影变换：此投影是气象最常用的一种投影形式，特别适 用于中纬度地区，也有利于形势场的叠加显示。 3 3 2 文件数据格式 投影后的红外卫星云图分辨率大小为5 1 2 5 1 2 ，其文件第一行为标识行，包 含该文件有关的信息；第一行以后为图像的灰度值，每一字节表示图像上一个点 的灰度( o 2 5 s ) ；文件结尾存放了该时次更新的定标表( 1 0 2 4 字节) 及定位表( 1 2 s 0 字节) 。综合应用平台使用的这种文件。 3 3 3 剪切处理 气象信息网站显示的卫星云图分辨率并非5 1 2 5 1 2 ，而是剪切后的4 4 6 3 4 6 。剪切处理是在卫星云图接收处理后完成的：一是从原有的5 1 2 5 1 2 卫星云 图中选取大小为4 4 6 3 4 6 的区域；二是在此区域上标示出缩写地名；三是将此区 域予以保存产生b m p 格式文件；四是通过图像格式转换工具( 如s e a ) 转换为g i f 或皿g 格式提供网站使用。 3 4 雷达回波资料的采集和处理 雷达回波图是天气雷达对有效距离内降雨及强度的瞬时观测结果，对短时强 对流天气的监测和预报非常重要。本系统的雷达图像取自于7 1 3 c 型数字化天气 雷达系统，其数据存放格式为标准v g a 图像格式，图像的大小为6 4 0 4 8 0 像素， 即水平分辨率为6 4 0 ，垂直分辨率为4 8 0 。每个像素用4 个二进制位来表示，显示 的最大颜色数为1 6 。存放在文件中的原始雷达回波图像只是简单地将位于存储器 东北大学硕士学位论文 第三章气象资料库的建立 四个位面中的图像数据依次写入硬盘。这种文件格式不是标准的w i n d o w s 桌面 图像格式，因此不能直接使用。为了满足本系统的需要，我们专门设计了图像格 式转换程序，将雷达回波图像转换成标准图像文件格式，即b m p 文件格式。这 是被一种广泛应用的图像文件格式。具体实现原理如下： 3 4 1b m p 图像文件格式 b m p 位图文件由位图文件头、位图调色板和位图阵列三部分组成。 b m p 文件头结构包括文件信息( 头结构中的前五项信息，包括文件类型、大 小、阵列起始位置等) 和图像信息。图像信息指的是头结构中前五项以后的信息， 包括图像的宽度、高度、压缩类型等信息。 文件头结构的定义如下： t y p e d e fs t r u c tb m p h ( w o r db m p i d ；木文件标志，值为0 x 4 d 4 2 ，即b m 水 d w o r df i l e s i z e ；，l c 文件的大小，以字节为单位水 w o r dr e s e r v e d l ：水文件保留字，必须为0 w o r dr e s e r v e d 2 ；木文件保留字，必须为0 d w o r di m a g e o f f s e t ；水起始位置，以字节为单位水 d w o r dh e a d e r s i z e ；宰文件头的长度，以字节为单位水 d w o r d i m a g e w i d t h ； 宰宽度，以像素为单位水 d w o r d i m a g e h e i g h t ； 水高度，以像素为单位水 w o r d e q u i p l e v e l ； 木目标设备的级别，必须为l 水 w o r db i t s p e r p i x e l ；木每个像素所需的位数，必须为4 ( 1 6 色) 水 d w o r d e n c o d e t y p e ； 术压缩类型，( 0 为不压缩) 水 d w o r d i m a g e s i z e ； 术位图大小，以字节为单位水 d w o r d x p i x e l p e r m e t e r ；木目标设备水平分辨率水 d w o r d y p i x e l p e r m e t e r ；水目标设备垂直分辨率水 d w o r dc o l o r u s e d ； 水实际使用的颜色表中的颜色变址数木 d w o r d c o l o r l m p o r t a n t ；术显示过程中被认为重要颜色的变址数水 ) 紧接文件头之后便是b m p 文件的调色板数据，用以说明位图的颜色。它有 若干表项，每一表项是一个r g b q u a d 类型的结构，定义了一种颜色。r g b q u a d 的定义： t y p e d e ft a g r g b q u a d b y t e r g b bl u e ； b y t e r g b g r e e n ； 、 b y t e r g b r e d ； b y t e r g b r e s e r v e d ； ) r g b q u a d ； 在r g b q u a d 定义的颜色中，蓝色、绿色、红色的亮度分别由r g b b l u e 、 r g b g r e e n 、r g b r e d 来定，r g b r e s e r v e d 必须为0 。由于雷达回波图像有1 6 种颜色， 因此表项的个数就等于图像所用的颜色数。 最后是位图阵列，位图阵列记录了位图的每一个像素值。在生成位图文件时， 东北大学硕士学位论文 第三章气象资料库的建立 从位图的左下角开始( 从左到右，从下到上) 逐行扫描位图，将位图的像素值一 一记录下来，这些记录像素值的字节组成了位图阵列。在非压缩格式中，位图的 像素值一一对应于位图阵列的若干位，位图的大小由位图的宽度、高度及颜色数 决定。 3 4 2 图像格式的转换 在图像处理程序中，使用下面的v i s u a lc + + 6 0 中的函数将原始图像文件读 入一个一维数组中： f r e a d ( v o i d 耽s 切e j 矗殇唧。删, f i l e * s t r e a m ) 其中，b u f f e r 是指向一个缓存的指针，s i z e 是要读取的尺寸大小，c o t t t t l 是读 取s i z e 的数量。实际程序中用字符型数组t e m 1 5 3 6 0 0 替代了b u f f e r ，s i z e 采用 s i z et ( t e m ) ，c o u n t 设为1 。 原始数据( t e m 1 5 3 6 0 0 ) 中实际上划为四段，每段相对于显示存储器中的一个 位面，即标准的v g a 图像存放形式。为了将其转换为b m p 位图数据格式，就必 须依次将各个位面数据按位提取重新组合，具体算法如下所示： f o r ( i = 0 ；i 38 4 0 0 ；i + + ) f o r ( j = o j 8 ；j + + ) b m p i 木8 + j _ ( ( ( t e m 【i 4 ) + ( ( ( t e r n i + 3 8 4 0 0 7 ) + ( ( ( t e m i + 7 6 8 0 0 6 ) + ( ( ( t e m i + 1 1 5 2 0 0 1 5 ) ； 这里b r n p 为一个字符型数组，保存转换后的位图数据。 如果此时将图像显示在屏幕上，可以看到雷达回波图像是倒置的，这是由于 原始图像数据是从左到右，从上到下保存的，而b m p 位图数据则与此恰恰相反。 因此需要在程序中对数据进行垂直镜像调整，以实现雷达回波图像的正立显示， 其算法如下： f o r ( i = o ；i 4 8 0 ；i + + ) f o r ( j = o j 6 4 0 0 + + ) b i d i 】 j 】_ b m p i 木6 4 0 + j ； f b r ( i = 0 ；i 4 8 0 ；i + + ) f b r ( j = 0 ；j 6 4 0 j + + ) b m p i 木6 4 0 + j = b i d 4 7 9 - i 】 j 】； 最后将b m p 文件的头、调色板数据及图像数据依次写入b m p 文件。这里使 用了下面函数： f w r i t e ( c o n s t v o i d 勃旃邵啦i 妇，s 诬0 彻喇i 正_ 妨聊打) ； 具体为： f w r i t e ( h d ，10 7 8 ，1 ，f m ) ； f w r i t e ( b m p ，30 7 2 0 0 ，1 ，f r o ) ； 其中h d 为一维数组，包含b m p 图像的文件信息、图像信息、位图调色板；b m p 为一维数组，包含b m p 图像的位图阵列。 将雷达回波图像转换成b m p 图像后，便于在桌面系统显示，并可以利用各 种标准图像显示软件进行图像格式的进一步转换，如转换成g i f 格式文件等，以 东北大学硕士学位论文第三章气象资料库的建立 利于在网页上显示。 3 5 数值预报传真图资料 3 5 1 概述 本系统使用的数值预报传真图是日本的数值预报产品，是经过机器分析或手 工分析绘制出的各类气象要素预报场及实况场。为了节省存储资源和传输信道， 通常要处理成二值传真格式，并通过t 6 编码压缩后进行存储。在使用的过程中 必须首先进行解码，并进行相应的处理。 3 5 2 传真图的解码 传真图的解码过程是由原始的t 6 压缩编码文件转换n - 进制位图文件格式 的过程。t 6 编码是针对传真图的专用压缩编码方式，使用专用的解码程序可以将 其还原。在本系统中的解码程序是使用了现有的t 6 解码工具包。 3 5 3 传真图的处理 由于日本传真图在扫描数字化的过程中，图像顺时针旋转了9 0 。，传真图中 从左向右的一行像素变成了从上到下的一列，直接输出到屏幕上就相当于把图像 的左边显示到了屏幕的上边。在使用中需要对传真图进行旋转处理。原始图像经 过逆时针旋转9 0 。才能变为正立的图像形式，因此需要对传真图的数据进行坐标 变换。根据屏幕坐标，其变换公式( 3 1 ) 如下： g x ( 3 1 ) 其中，( x ，y ) 为原始坐标系中像素的坐标，w i d t h 为图像的宽度，对于现有的 传真图文件，其值为1 7 2 8 ，( x , y ) 为旋转后该像素的坐标。 因为在传真图的二进制文件中，每个象素的信息占一个二进制位，每行的 1 7 2 8 个像素存储在2 1 6 字节的数据中，为了方便运算，首先将其扩充到2 1 6 8 = 1 7 2 8 个字节，组成一个1 7 2 8 h e i g h t 的矩阵，其中h e i g h t 为文件长度l