生态与农业气象地面监测分析评估系统的设计与实现.doc

沈阳农业大学学报（社会科学版），809，10(5)：588-591 （Social Sciences Edition），809，10(5)：588-591生态与农业气象地面监测分析评估系统的设计与实现李广霞 1,张淑杰 2,张玉书 2（1.沈阳中心气象台,沈阳 110016；2.中国气象局 沈阳大气环境研究所, 沈阳 110016）摘要：针对目前生态与农业气象工作的特点，结合当前工作的实际需要，建立了生态与农业气象地面监测分析评估系统。该系统适时下载报文，对报文进行连接、解译，质量控制,还可按水、土、气、生四类进行数据管理，根据各要素数据的评估指标，以图形、图的形式输出生态环境地面监测评估产品等，从而实现了生态与农业气象地面监测数据的有效组织和管理。关键词：生态;农业气象;地面监测数据;评估系统中图分类号：S165.1;TP274 文献标志码：A 文章编号：1008- 9713（2008）05- 0588- 04自 20 世纪 70 年代开始，一些发达国家、地区或国际组织及重要的国际项目，已相继建立了 90 多个解决生态和环境问题为目标的生态环境监测或研究网络，目前已在 10 个国家和地区建立了全球共享数据网。在国内，我国建立了生态系统研究网络（CERN），目前该研究网络由 91 个野外站组成1，开展我不同类型生态系统的长期定位监测与研究2- 4。就目前的监测和研究来看，科研部门只是针对具体的科项目进行研究，在数据监测、管理以及数据标准化与共享方面存在较多的不足之处5。2003 年青海省利气象部门的优势，建立了区域性的生态环境监测网络6，2004 年初，辽宁省气象局根据本省的实际情况密了春季墒情地面监测站点，为了实现地面监测数据的有效组织和管理，在进行观测的同时，着手进行态与农业气象地面监测分析评估系统的设计和建立，保证为各级气象业务与科研单位及时、方便和灵地提供实时的资料服务。一、系统目标及设计原则该系统的目标是实现生态与农业气象地面观测站观测的数据的组织和管理，通过下载、连接报文行质量控制，追加到数据库中，并按水、土、气、生四类进行数据管理，根据各要素数据的评估指标，划分同的等级，以图形、图像的形式输出生态环境地面监测评估产品。为了实现上述目标，系统设计充分吸利用当前先进实用的生态与农业气象科研成果、信息处理和计算机等方面的高新技术7- 11，以保证系统先进性、实用性、稳定性和开放性。采用先进的交互式计算机处理技术，充分考虑生态与农业气象业务发展，针对省级业务发展的总体思路和要求，将业务各部分有机结合为一个整体，并注意与其他工程项的发展相协调。系统以模块化和标准化设计，具有相对的独立性，以利于系统的进一步更新、扩展及向市级气象部门推广应用。二、系统设计（一）系统结构功能设计根据生态与农业气象监测建设总体要求，系统的设计必须具有较高的灵活性、可扩展性和稳定 才能实现软件的标准化和规范化，有利于适时观测数据的管理和应用。因此，系统软件的设计要科学 理。系统结构如图 1 所示。（二）系统数据流程设计为了便于数据的处理，使数据在使用的过程中衔接紧凑，更得心应手，对数据的格式和处理流程进收稿日期：2008-06-20基金项目：科技部农业科技成果转化资金项目（2006GB24160431） 作者简介：李广霞(1971- ), 女，沈阳中心气象台工程师,从事决策气象服务工作。图 1 地面监测分析评估子系统结构图图 2 地面监测分析评估子系统数据流程图图 3 辽宁省生态气象地面监测信息系统主界面了设计（图 2），每种要素都设计了标识符。三、系统模块系统划分为七个模块：文件管理、报文管理、质量控制、数据库管理、生态环境信息分析处理、图形和 图表入库管理、帮助，界面如图 3 所示。（一）文件管理和报文管理文件模块包括文本文件的新建、打开、保存， 图像的保存、打印，退出等功能。主要是对原始报 文、文本数据资料进行浏览、修改、添加、删除等 处理，目的是寻找一些程序无法识别的错误，进 行纠正。同时可浏览各报文的数据资料，也可通 过打印机输出文本文件。报文管理模块包括报文下载、报文连接、数据 解译等功能。报文下载是实现利用监测信息编发 系统上传到 9210 网上的数据文件的下载。由于目前监测数据上报是各个站点观测后，利用监测信息编发系统通过 9210 自动上传的，每个站点有一个报 文文件，因此为了把报文整理到一起，形成原始报文，设计了报文连接功能。由于一个报文文件中有多个 观测项目，为了方便后面评估工作中数据的运用，设计了报文解译，按照特定的格式生成单要素的数据文件。（二）质量控制和数据库管理 590 沈 阳农业大学学 报 （社会科学 版）第 10环境地面监测评估产品。主要功能有：数据统计。根据监测要素的不同，选择一定的时间段，分站点或项目进行求和和平均值的计算。图表输出。根据监测项目的各个要素的具体情况，设计了报表输出的式，通过 grid 网格既可以在屏幕上浏览，又可以对计算的结果进行保存和打印。把经过数据统计处理的素以曲线或直方图的形式显示，使监测结果更直观。等值线和色斑图绘制。在对监测要素进行数据处后，选用不同的监测指标，划分不同的等级，使监测要素以等值线和色斑图的形式输出结果。四、系统功能实现（一）实现了报文的提取、解译功能为了方便业务人员应用，减少操作环节，在对报文的接收和解译的时候，设计了报文的自动和手动接收功能，自动接收添加到计划任务中，每天在固定的时间收取报文，为了防止在断电或有故障时出现收现象，在系统中设计了手动的接收形式，每旬逢 2 日对接收的各个台站的报文进行连接，然后根据每要素的标识符对数据进行解译，生成特定的单要素数据文件。（二）实现了报文查错、缺报显示功能由于上报的报文有时出现漏报和错报的情况，这些数据给生态监测和评估工作造成一定的影响，因在进行数据的有效利用前，要对上报的报文进行发现错误和纠正错误的处理，以实现报文质量的有效制。在系统设计的过程中，主要考虑错报情况和缺报情况，根据不同的台站观测项目的不同，设计了一数据文件，来实现缺报情况的监测，为了查询错报的情况，设计了多个选项卡的形式，对每个要素，根据个观测项目数据的实际情况确定最大值和最小值，然后在网格表中对超过范围的数据进行逐一检查根据实际情况进行修改，达到查出错误并纠正错误的目的。（三）实现了数据的入库和管理功能生态与农业气象地面监测站上传的数据，在经过报文连接、报文解译、错情纠正后，为了能实现对面站监测数据的管理和应用，必须建立相应的数据库，因此在软件的设计过程中，充分考虑了今后应用可能需要的数据，每一要素建一数据表，并设计了数据库结构，同时设计了数据的管理功能，主要实现数据的添加、浏览、删除、查询、保存和打印的功能。地面监测数据主要有水分因子、大气因子、土壤因子生物因子等 14 类观测数据，每一类数据有一数据表。（四）实现了统计分析和图表绘制功能在实际的业务工作中，有时要对某一阶段的某个要素进行分析评价，需要对上报的数据进行统计此设计了数据的统计分析功能，针对每一要素监测的项目，设计了某一时段、某一站点、某一项目的求和平均值等的计算功能。在对数据进行统计后，只有以图表的形式绘制出来，才能更直观，因此设计了数据的直方图、饼图线图的显示功能，为了实现此项功能，调用 VB 第三方控件 Chartfx，通过编程实现最大值和最小值的自检索，同时实现了一个要素的多个观测项目同时显示在图上的功能，更方便对数据的比较和分析。（五）实现了等值线、色斑图绘制功能为了方便数据的分析应用，在程序设计的过程中，着重考虑了等值线图的绘制，通过调用 VB 的第方控件 graphiclib.bll，实现等值线的绘制。主要采用三角网格算法，首先确定各等值点的数值，然后利用角形网格结构逐步判识，确定网格连线上的各个等值点，最后平滑各等值点，生成等值线。在做图的过中，会出现对话框，通过选择绘图区域、色斑方案、行政区色斑图、等值线色斑图、叠加等值线、自定等值间隔、自定等值线平滑参数、等值线颜色设置、站点控制数、等值线宽、两线型分界值以及工具箱的功能单，就可以实现等值线、色斑图的绘制。五、结论系统是在边建立、边应用的过程中建立起来的，充分考虑了应用中的实际问题，因而具有较强的实性。系统经过两年的运行比较稳定，可适时下载网上的报文，并在特定时间对报文进行连接、解译，质量控制,可按水、土、气、生四类进行数据管理，根据各要素数据的评估指标，以图形、图像的形式输出生态环境 地面监测评估产品。从 2004 年到目前为止应用这些监测评估产品，已定期和不定期地发布生态与农业气 象动态变化状况分析报告，形成了多种服务产品，实现了对辽宁省生态与农业的监测、评估、预警，为农业 生产、生态恢复和环境保护的科学决策、研究提供基础信息及相关服务。随着业务范围的进一步扩大，系 统还需要进一步完善和优化，以满足业务需求。参考文献黄铁青,刘 健,陈泮勤,等.中国科学院资源环境科学领域野外观测试验站工作进展J.中国科学院院刊, 2002,(3):231- 234. 田育红,刘鸿雁,陆佩玲.山东禹城地区夏玉米生长与环境因子关系的初步分析J.应用气象学报, 2003,14(4):509- 512. 刘建栋,周秀骥,于 强.中国黄淮海地区冬小麦光合作用特征参数J.应用气象学报, 2003,14(3):257- 265.陆佩玲,罗 毅,刘建栋.华北地区冬小麦光合作用的光响应曲线的特征参数J.应用气象学报, 2000,11(2):236- 241.王兮之,葛剑平.国家野外试验站现状分析及网络化体系构建J.生态科学, 2003,22(3):213- 217.王江山,王 莘,李海红.青海省生态环境监测系统M.北京:气象出版社,2004:235.路 康,靳贺敏.基于 LabVIEW 的农作物生态环境远程测系统设计J.安徽农业科学,2008,36(19):8378- 8380.段项锁,李 军.上海市农业气象微机监测、评判、服务系统J.气象,2008,16(1):37- 40.12 3 4 5 6 78Designing and Practice: Ground Observation, Analysis and EvaluationSystem for Ecology and Agricultural MeteorologyLI Guang-xia, ZHANG Shu-jie, ZHANG Yu-shu(1.Shenyang Central Meteorological Observatory, Shenyang 110016, China; 2.Research Institute of Atmospheric Environment, China MeteorologicalAgency, Shenyang 110016, China)Abstract: In view of the characteristics of ecology, agricultural meteorology and the actual work requirements, aground observation, analysis and evaluation system for ecology and agricultural meteorology has been established. The designed goal and principle of this system, the structure of this system, the main function and technical methods, etc are introduced. Through the system, messages can be downloaded, interpreted, and connected with other message channels; the message quality control can be carried out; the data management can be carried on according to the classification of water, soil, atmosphere and ecology; and the products of ground observation and evaluation of ecological environments can be output in the form of figure or image on the basis of the