雷电灾害数据可视化分析系统研制

随着社会和经济的发展,雷电灾害造成的经济损失和社会影响越来越大.为了研究雷电灾害发生、发展规律和分布特征,实现相关数据可视化分析,通过基于GIS和ActiveX自动化技术的等值线绘制技术、基于数据库的闪电密度图和极性图绘制策略、基于自绘图层的多普勒雷达图快速绘制方法和基于GIS的闪电数据与雷达回波数据叠加等多种技术手段,研制了雷电灾害数据可视化分析系统VASLDD(Visualized Analysis System of Lightning Disaster Data).该系统使用图表、GIS专题图、等值线、密度图等多种方式,实现雷灾调查数据、雷暴日数据、雷达数据、闪电定位数据的可视化分析,为防雷部门业务和科研工作提供有力的技术支撑.     

基于移动互联网的交通气象服务系统设计与应用

设计并实现了基于移动互联网的交通气象服务系统。通过对用户定位信息与天气现象、能见度、温度、降水、风力等精细化格点数据进行融合,提供了一系列基于位置的创新性交通气象服务:道路前方高影响天气路段语音提醒及气象信息自动化语言表达、基于WebGIS服务的交通气象服务信息展示和基于精细化格点预报数据的智能导航。与传统网页单向式的信息交互方式不同,交通气象服务系统绝大部分数据存储及处理工作在服务端完成,通过Web服务实现了与客户端的双向信息传递,向用户提供精准的基于位置的信息推送。本系统已经在浙江省气象局智慧气象手机客户端中作为一个独立模块实际应用。     

713雷达数据判读与地学可视化

713型气象雷达为我国自主设计的固定式测雨雷达,目前我国西北部和中部地区的一些气象局仍在使用。文章简要介绍了713雷达的平面位置显示器(PPI)和距离高度显示器(RHI)两种数据的结构和格式,在充分解析后,采用Visual Basic.NET2005开发语言,完成了对两种雷达回波数据的准确判读。并结合GIS二次开发组件MapX,采用常规天气雷达数据产生回波图像的算法,提出并实现了极坐标系下的雷达平显回波图和高显回波图的地学线型与面型可视化,最大限度恢复了雷达数据中存储的回波信息,为准确分析区域降水提供了依据。     

气象数据三维可视化产品应用研究

针对天气预报预警等气象业务发展对三维可视化实况观测资料产品的应用需求,通过数据融合、垂直线性和反距离加权插值等算法的优化调整,实现了雷达基本反射率、国家级自动气象站观测数据和探空资料的三维可视化,动态生成三类资料的三维图像产品。利用三维可视化产品进行个例分析表明,与二维平面显示相比,气象数据三维可视化产品可以使气象工作者更加直观了解气象要素的空间分布情况,尤其是三维雷达产品,通过不同高度的雷达图可以了解雷达回波在水平和垂直方向上分布情况,对于掌握降水回波的发生发展情况很有意义。     

基于大数据云平台的天山气象APP设计与应用

为提升大数据云平台与移动互联网的耦合气象服务质量,满足气象防灾减灾移动可视化需求,推进新疆气象信息化事业高质量发展,亟需开发一款专业气象服务APP。该APP在“云+端”业务模式下充分利用气象业务现有数字化成果,采取多源存储、接口调用、控制反转和数据交互技术,对全疆天气自动站的地面观测、格点实况融合、雷达回波、灾害预警等气象资料进行加工处理和移动展示。天山气象APP可按用户需求提供疆内基于实时位置的天气实况、精细化预报、预警详情、雷达拼图、实况要素产品和统计值要素产品,同时继承大数据云平台服务接口高额承载能力,实现毫秒级响应,在全疆天气自动站应急保障与气象防灾减灾服务中应用成效显著。     

基于智慧气象的数据接口的实现

物联网、云计算、移动互联、大数据等新一代智能技术的迅猛发展,为智慧气象产品提供了技术支撑。由于气象信息系统数据类型多种多样,且来自多个部门、跨越多个系统平台,数据结构和格式也不相同,因此数据读取与处理是一项异常复杂的工程。为了解决该问题,开发了基于智慧气象的气象服务数据接口。基于智慧气象的数据接口,具有跨平台性、良好的响应速度、通用的数据交换格式,可使各种应用之间相互通信,并能创建新的应用。基于智慧气象的气象服务数据接口为RESTful风格,返回格式为JSON。数据接口的开发采用JAVA语言,基于Spring MVC+Spring Security Oauth2开发框架实现。数据存储采用Oracle数据库,分为冷、热两种数据。客户端对数据接口的访问,采用HTTP GET的方式发出数据请求,访问服务资源地址,获得JSON格式的数据返回结果。为加强数据接口访问的安全性,采用HTTPS POST方式访问授权接口获取访问令牌。基于智慧气象的数据接口,已为微信、微博、手机APP、网站等多个系统及保险公司、市政等多个单位提供数据支撑,且气象服务数据接口系统安全性高,具有较好的用户体验和兼容性。     

台风与海洋气象信息综合服务平台数据集成应用

正1数据分类及应用台风与海洋气象信息综合服务平台对台风信息、预警信息、云图、雷达图、降水量、风力风向、海平面气压场和形势场等数据进行收集和整理。数据读取方式包括以下3种:直接访问信息中心实时库,读取台风实况数据;实时检索数据库中最新到达站点资料,将所需气象要素形成文件及时推送到接口目录,由平台数据处理子系统进行处理;卫星、雷达数据分别由国家卫星气象中心、中国气象局气象探测     

基于网格数据的内蒙古决策气象服务技术研究与实现

智能网格气象产品包括智能网格预报和cldasV2.0实况分析产品,将智能网格气象产品应用于决策气象服务,可提高内蒙古决策气象服务精细化水平。利用智能网格产品建立内蒙古地区决策气象服务敏感性分析启动阈值,采用动态数据库sql语句对智能网格格点预报数据和格点实况数据进行检测,当检测达到阈值后,自动启动制作决策气象服务材料。基于WebGis的Openlayers技术实现智能网格格点气象要素数据可视化动态展示和图形下载,根据需求设计自治区、盟市、旗县三级不同层级色斑图和格点图下载及预报图和实况图的自动生成；采用Postgres分布式集群数据库快速统计方法实现cldas2.0实况数据统计、计算和查询。     

三维气象GIS平台关键技术研究与实现

针对三维GIS的发展应用以及气象服务对于高效决策和直观可视性的要求,开发了具有自主知识产权的三维气象GIS平台。本文从体系结构、功能、数据访问及组件方面介绍了系统的设计方法,并详细论述了平台的关键实现技术,包括气象数据组织、气象标绘、二维图层和三维体绘制技术。该系统能够高效加载海量的二三维气象数据,并支持气象标绘和分析等功能。该系统运行稳定,可视化效果突出,为气象数据处理、数值预报、气象模拟仿真等气象服务搭建了一个坚实的三维基础平台,具有重要的应用价值。     

天气雷达数据三维可视化技术及应用

本文结合天气雷达数据三维空间定位公式与任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,提出三维可视化Marching Cubes改进算法,在该算法基础上研发天气雷达数据三维显示系统,并使用此系统对雷达观测实例进行了三维分析应用。结果表明:相对于二维平面的分析显示,三维可视化技术可以提高气象工作者对天气雷达回波数据的直观理解,更有效地分析出整个回波的轮廓和云内部回波分布情况,对于把握强回波的演变状况很有意义。     

气象综合指挥平台建设与应用北大核心CSCD

在重大活动、突发气象灾害以及汛期会商服务等特定时空气象保障过程中,采用各单位逐一汇报及展示专业产品或系统等传统方式,形成的产品及系统深度专业,但无法互动且运行协同不足,影响实时保障服务效益。气象综合指挥平台充分利用现有气象业务数字化成果,面向气象保障服务的时空及可视化需求,采用混合存储、接口服务以及图层组件发布等技术,实现多源数据的标准化处理、功能集约建设以及图层渲染等组件松耦合发布,首次在气象保障服务中接入空间天气、风云四号气象卫星高分辨率数据、秒级观测以及百米融合实况等数据及产品,实现气象产品全在线服务与中国气象局电视会商、云会商系统音视频信号的同步实时调度,为实时气象保障调度指挥提供服务支撑。该平台集成113种气象产品,发布1106个图层服务,成功完成2022年北京冬奥会和冬残奥会等国家重大气象保障工作,未来可为各类气象保障系统开发及专题气象保障服务提供支撑应用。     

基于Flex的气象信息网络发布平台设计与实现

通过分析气象数据的特点和RIA (Rich Internet Applications) 技术的优势,结合系统建设目标提出了基于Flex的网络GIS气象信息发布平台的总体框架, 并详细介绍了该平台的主要功能。对系统建设的关键技术问题进行详细分析,主要包括数据组织与管理、气象数据转换、地图服务缓存以及基于Flex的地图展现技术等。系统运行结果表明:与传统气象网络GIS相比该系统具有界面元素丰富、交互响应快、大数据量的显示效率大大提高等方面的优势。该系统为气象工作人员、应急气象服务及公众提供了一个实时、快速、基于网络的气象信息共享平台。     

气象GIS网络平台关键技术研究与实现

针对WebGIS在气象业务应用系统的现状和存在问题,开发了具有自主知识产权的气象GIS网络平台。该文介绍了平台开发的背景、目标、功能结构,结合气象数据特点和业务需求分析,对系统建设中的关键技术进行详细探讨,包括智能缓存技术,基于RIA (Rich Internet Application, 富互联网应用程序) 的渲染绘制技术,气象数据监视机制以及地图服务聚合技术。基于气象GIS网络平台搭建了国家级和省级气象应用业务系统,系统运行稳定,实现了海量气象数据的网络高效发布、快速渲染绘制、数据自动监视更新以及地图服务定制等功能,对气象信息网络服务具有重要意义和应用价值。     

气象网格数据的快速渲染研究与应用

随着更高精度的气象网格数据在气象业务中的广泛应用,使用高精度网格数据为社会公众提供精细化气象服务的需求越来越旺盛。针对气象网格数据文件大,网页前端动态渲染效率低等问题,提出基于瓦片金字塔模型的网格数据快速传输和渲染技术的研究及应用。采用服务器端的金字塔模型的瓦片动态切割、压缩传输以及浏览器终端的插值和渲染等技术,实现基于B/S框架下HTML5的气象网格数据快速展示的流程。同时,利用中国区域1 km分辨率多源融合实况分析产品,基于微信小程序终端进行检验发布,试验结果表明,百兆级气象网格数据可视化更新时间达毫秒量级,可以广泛应用于各类空间网格数据高效可视化的页面渲染。     

汉江丹江口流域水文气象预报系统

汉江丹江口流域水文气象预报系统在GIS技术的支持下,以水文气象监测网、定量降水估算、定量降水预报、洪水预报技术为基础,通过雷达估算降水技术、中尺度数值模式预报技术获取高时空分辨率的降水信息输入水文模型来进行水文气象预报。以Web形式为基础的汉江丹江口流域水文气象预报系统平台在2010年7月以及2011年9月汉江丹江口两次洪水过程中及时、准确地显示了流域实况降水、预报降水,准确地预报了洪水入库过程。目前系统已成功移植到三峡区间、清江水布垭、淮河王家坝、漳河水库等流域开展汛期试验与服务,取得了较好的应用效果。     

三层体系结构方法及其在气象信息处理系统中的应用

简论了三层体结构的概念、优势、数据流程以及基于COM技术的客户程序与应用服务器之间的通讯方式，介绍了三层体系结构方法在气象信息处理系统中的应用情况，并以雨量要素的编辑修改和某时段内降水总量的统计为例，详细阐述了三层体系结构应用系统的开发过程，在此基础上归纳出了用DELPHI 4开发应用服务器和客户程序的一般方法以及开发过程中应遵循的原则和技巧。     

基于地理信息服务的海量气象信息网络发布

针对WebGIS在海量气象数据发布中的诸多不足,通过对地理信息服务的研究,结合气象数据本身所具有的特点,对栅格气象数据的发布采用了一种灵活高效的影像金字塔模型构建算法,结合服务器端动态生成切片的方式,有效减少了I/O操作和重采样计算,从而提高了系统的处理速度。在完成矢量气象数据发布的基础上实现了各区站气象信息的多级显示,实现了气象信息资料的共享和网络发布。实践证明,采用该方式能够实现在改变缩放级别时,地图数据的快速加载以及无缝拼接,为后续气象GIS平台的开发以及高效运行奠定了基础。     

基于WebGIS的气象综合显示系统改进与实现

针对基于WebGIS的气象信息显示和查询系统在应用中存在交互性差、响应速度慢、可扩展性不强等问题, 引入MapServer开源应用框架pMapper,对框架的技术路线进行探讨,并提出在pMapper框架下实现基于Ajax的WebGIS方案,最后通过修改源代码和开发嵌入式组件快速构建基于Ajax的WebGIS气象综合显示系统,实现原业务系统的升级。通过在实际业务中使用证明,改进后的系统可有效提高WebGIS的运行效率,可支持100~150用户并发;多数页面平均响应时间在3 s之内。基于pMapper框架开发WebGIS仅需要15~30 d,提高了开发效率,为WebGIS开发人员提供了一种快速构建WebGIS应用系统的新思路。     

MICAPS4服务端系统架构设计

MICAPS4体系采用客户端/服务器的系统架构,其中服务端系统是MICAPS4的重要部分,利用分布式存储与分布式计算技术,构建可容纳102 TB量级的气象实时数据,千万数据总量,面向数百并发用户的服务器集群系统。MICAPS4服务端系统在国内率先实现全部气象实时数据由文件到数据库、从集中式系统到分布式系统的迁移,该系统自2015年起在全国推广使用。在海量气象数据和大量用户并发访问的环境下,表现出很高的稳定性和优越的读写性能,同时具有便捷的扩展性和可维护性。MICAPS4服务端系统分为分布式存储系统、分布式前处理系统、站点实况轮询系统、查询服务器系统和监控系统5个子系统,分布式存储子系统为MICAPS4客户端提供了近实时数据的高速随机与顺序读取服务,分布式前处理系统利用对等分布式架构实现了海量气象实时数据的流式计算,站点实况轮询系统实现了跨系统的实况数据异构副本的同步功能,查询服务器系统利用多线程服务器技术实现了MICAPS4客户端的实时计算请求,监控系统利用部署于每个节点的探针实现监控信息的主动上报。     

多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。