气象数据可视化精选(九篇)

第1篇：气象数据可视化范文

关键词：可视化；沙盘模型；气象灾害；气候资源

中图分类号：P409 文献标识码：A

引言

提到“沙盘”，大家最容易想到的就是战争年代的军事作战指挥沙盘和房地产开发商销售楼盘时的小区规划布局沙盘。在古代，沙盘模型最早应用在军事上，是将帅指挥战争的用具，常供研究地形、敌情、作战方案、组织协调动作和实施训练时使用。电子可视化沙盘模型，是根据地形图或者实地地形，按一定的比例尺，用泥沙、模型等各种材料，用现代化手段制作而成的现代模型。他们都清晰的模拟再现真实的地形地貌，无须亲临现场，也能对所关注的区域了然于胸，从而运筹帷幄，胸有成竹。那么，在转型时不我待、跨越迫在眉睫的今天，气象可视化沙盘也逐步走上基层气象部门发展现代气象业务的大舞台。

洪洞县境内地势东西高、中部低，可分为山地、丘陵、山前倾斜平原、河谷阶地4种地貌单元，其中山地占全县总面积的18.9%，丘陵占32.8%，山前倾斜平原占26.7%，中部河谷阶地占总面积的21.6%，平均海拔430m。洪洞县这种地形地貌分明的特征使得洪洞县气象部门可视化电子沙盘具有制作和应用的有利条件，能够更加直观的开展气象分析需求。同时，作为基层台站，笔者认为气象可视化沙盘应包括本行政区域的地理信息、气候特点、交通网络、各乡镇基本情况以及本区域内的气象灾害风险区划、农业气候区划、农业灾害风险区划、本单位及其他单位布设的气象监测网络等元素。

1 可视化沙盘系统分析

洪洞县可视化沙盘是该县开展气象防灾减灾决策服务的一个直观的三维基础平台，沙盘系统基于三维建模和遥感影像技术，能够清晰的展示出当地地形地貌、河流湖泊、城市农村等，还可模拟各类气象灾害影响情况，直观展示全县各类探测设备整体布局，实时展现各种探测数据的空间分布；而且气象预报员可据此并结合天气系统进行历史反演，对当地暴雨、台风等各类气象灾害和地形的相互作用。与传统沙盘模型相比，电子可视化沙盘集地理信息系统、三维可视化、数据库和虚拟现实技术为一体，具有精确、快速、简便等特点，且可叠加并通过动态形式显示信息，可视化沙盘将数据加载到特定的三维场景，显示出了很好的立体效果，为气象业务开展提供了实时、交互操作的虚拟现实环境。电子沙盘是由表面模型数据、地理特征矢量数据、遥感影像数据进行三维可视化处理后建立的。可视化沙盘模型表面模型及地理特征矢量数据统一坐标系为GCS_Beijing_1954，建立洪洞县电子沙盘数据库，并在ArcMap下利用Georeferencing对遥感影像数据和矢量数据进行配准和叠加。表面模型以其自身为基准高度实现三维可视化，其中道路、水系、境界及地质灾害高发点等矢量数据三维可视化将表面模型作为主题，设置Surface项为线数据三维属性基础高程值；多边形面数据则是每个多边形数据高度字段在表面主题基础上的向上延伸。遥感影像数据以表面模型为基准高度，然后叠加显示在表面模型上。

2 可视化沙盘模型在气象业务中的应用

中国气象局在当前气象事业科学发展规划中，提出并确立了气象防灾减灾和应对气候变化2大发展主题。据笔者个人认为，气象可视化沙盘模型对加快基层气象部门更加有效的应对气象灾害和开发气候资源具有较大意义。

2.1 健全了气象灾害预防的可视化现代业务体系

搭建一个可视化区域气象模型平台，将地理信息、风险区划、气候区划等尽可能多的信息通过沙盘模型表现出来，使气象可视化沙盘更加直观、具体，更加有目标性，有利于各级领导应对气象灾害和开发气候资源各项工作的开展。

2.2 及时、高效应对气象灾害

在建设可视化区域气象模型平台时，配合已经构建的自动站、区域站监测网络，以及多年来累积观测所得的气象资料，从宏观方面协助政府做好灾前评估、灾中应对、灾后救援等工作，更加有效的协助地方政府做好防灾减灾工作。同时结合可视化沙盘系统，还可开展灾害性天气相关地质灾害等预警信息气象服务，如强降雨天气，可针对强降水中某个预警单元点，通过最短路径搜索距离该预警单元点最近的3个乡镇的相关信息以及各个乡镇联络员（手机号码），根据不同地形信息编制对应预警短信及时发送至联络员，再由联络员进一步散播气象灾害预警信息，争取灾害信息传播的时效性，更好的为社会公众提供防灾减灾气象服务。

2.3 有利于开展气象电子显示屏服务

截至2012年11月，洪洞县16个乡镇共安装了气象电子显示屏25块，滚动显示天气预报、灾害预警、气象指数、农产品供求、价格行情以及农产品宣传展示等图片、字幕等，尤其实现了临近天气信息预报、气象灾害预警预报等为农民提供了更有针对性的直通车气象服务。可视化沙盘为地质灾害气象服务提供了实用的地形等信息，建立的地质灾害数据库应用于气象电子显示屏，可在第一时间内将最新的气象信息传递至各乡镇，拓宽了气象服务领域，提高了气象防灾减灾能力。

2.4 为我国粮食安全保驾护航

可视化区域气象模型要区分各种粮油作物的种植区域，系统的构建本行政区域内的大农业气象服务体系，在不同时段，面对不同作物，利用不同手段，有针对性地为三农搞好服务，达到增产增收的目的。

2.5 合理开发气候资源

根据可视化沙盘提供的实用的地域特点，有计划的进行风能、水能等气候资源的开发和利用，减少污染的同时，达到节能减排的目标。

参考文献

[1] 沈萍月，毛颖达.浙江省电子沙盘气象应用系统[J].气象科技，2011，39（1）：87-90.

[2] 陈伟海，马祖陆，何观德，等.桂林市电子沙盘设计及其功能[J].地球信息科学，2000（2）：66-70.

[3] 王黎明，文辉，王英.重庆市区域规划电子沙盘系统的设计与实现[J].地理研究，2005，24（2）：304-310.

第2篇：气象数据可视化范文

【关键词】 数据库 气象 数据监控 设计与实现

一、气象数据库监控系统

随着现代化科技不断深入和发展，气象预报的各业务系统越来越依赖于数据库的研究和扩展，这就形成了气象数据库需要实时进行和监控，在保障气象变换预报中起到至关重要的作用。对于现在的气象数据库的监控系统来说，是在原来的数据库系统的基础上进行完善和优化，并按照现在的标准进行一定改进，使其成为能够实时鱼腥的商业化运行的数据库系统。

对于一个系统来说，监控就好比系统的稳定，没有一个好的监控，必然会影响到自身的数据运行，在建立新的一代数据库时需要在原来的数据库基础上进行数据库的监控系统的设计，这样不仅仅可以提升系统的性能，又可以增加气象数据库的运行稳定性，一举两得。

所以在设计气象数据库监控系统中强调三个特点：第一实用性和稳定性，因为气象数据库的建立需要进行详细的分析，所以这就需要将重要因素以及各方面的资料收集状况进行及时监控，使得监视的既简洁又实用，减少误差，将稳定性放在监控系统中，减少系统的出错率，尽可能简化流程，以提高系统的稳定性。第二低成本的系统设计和易维护性，系统的频繁交换使得原有的系统整体性能下降，实时数据库的存储能力也会大大减少，因此每一种数据库的采集时间和周期应进行合理的设计和优化，整合信息采集的方法，降低系统的额外消费，与此同时对于监控系统来说，还应当做到易读易懂，并易于维护。第三易操作和开放性，系统的各方面界面都需要简单明了，信息公开透明，报警信息清晰明显，同时还应该遵循信息技术的开放性、先进性和标准化的基本原则，在软件开发中应采用较成熟的技术和业界标准，要考虑到系统的可扩展性。

二、气象数据库监控系统现状

就目前的而言，气象数据库的监控系统设计的现状总体来说，目前我国的气象数据监测技术还大大落后于先进国家，特别是在自动观测系统建设和数据管理利用方面差距较大，部分地方还在使用人工观测。目前，国外的很多国家已基本完成了气象数据监控实时处理和监控的建设，重点转向全国乃至全球范围内多系统集成和数据共享。我国虽然也有自己的气象数据库的监控系统，但缺乏统一管理，失误较大，工作效率过低。

目前很多的数据库处理的自动化程度低，设备陈旧，配置不统一，系统兼容性较差，无法进行集中管理，不能满足长期、实时、多学科综合性气象监控的需要。

三、气象数据库监控系统功能设计

3.1服务监控系统安全性设计

对于气象数据库来说，服务其最基本的就是监控系统，最核心的就是针对数据库运行的运算环境进行一定的监控和报警，切实保障数据库的运行。数据库系统的安全体系和一般信息系统的类似，也需要设计实施整体综合的安全策略，纳入建行安全体系，确保系统的安全运行。对于安全性问题，是保障系统稳定运营的基本保障，作为安全技术的探讨，我们不得不提到系统的多面临的威胁主要是哪些方面，首先对于人为因素便是操作失灵，恶意攻击或者便是病毒破坏，而对于系统本身也会存在一定的安全漏洞，这就需要系统进行一定的安全维护。由于数据库系统用途很开放，很容易受到电脑的病毒侵染和黑客的攻击，这些都会影响到系统的稳定性。

所以针对系统中的数据来说来说，在设计监控系统增加其中的安全措施，对核心模版进行安全化的处理，比如提升整个系统的安全性，设置高等级的监控级别，根据实际情况及时采取安全措施，针对数据进行系统优化，对于一些重要数据信息，在数据库和数据库之间传递时，为了避免数据泄漏等，可对这些数据进行加密安全传输，在发送端加密，在接收端解密，使得数据无法被泄漏。服务监控系统重点应该对系统运行的环境和安全性进行即时监控，动态显示服务成功或失败的可辨识特征，并对服务异常状况报警，并达到明确的监控对象，涵盖所有业务需要关注的场景并提示给使用者简明清晰必要信息，监控信息明确分类并具有界面友好的处理建议。

3.2业务值班监控系统设计

对于气象数据监控来说，监控系统往往会牵涉到各线的值班人员，所以对于作为业务值班的气象数据库的监控系统来说，应该考虑到值班特点，支持声音报警，提高业务值班人员的注意力，同时还应该将监控信息进行集中一页式展示，提升报警级别，使监控信息一目了然，简单易行的策略配置操作。

与此同时对于监控系统来说应形成对数据库的错误进行自动类别分类，可以进行故障处理导向，帮助值班人员与后台技术人员进行相应的沟通，可定制监控屏幕显示信息内容，屏蔽不需要，不重要的信息提示，避免值班干扰。

3.3实时性监控系统设计

实时的数据库变化将作为系统的重点监控对象，其流程直接影响系统的监视内容的设计，数据库系统运行监视包括数据库管理系统运行状态监视、空间监视和用户行为监视。重点包括底层的商用数据库的关键进程监视、表空间监视、CPU与磁盘利用率等系统资源监视。数据流程监视包括来报数量统计、应到报缺报统计、未处理资料统计、数据入库统计、错报统计、处理进程状态监视、数据备份和清除监视。通过SQL server2000的数据库，不仅仅定义了监控系统的相似部分的相关基本操作，更是在建设系统的维护方面使用B/S结构，有效地降低了其系统的根本利用，这样使之系统的稳定性大大增高，进一步降低了系统问题的出现概率，更加利用用户的操作，以达到程序应用的简化目的。

四、气象数据库监控系统的实现

系统的实现首先需要对数据进行人工录入和自动采集，人工采集是需要系统提供窗口界面，以人工交互方式进行数据的录入，对于自动采集的可以进行自动录入和实时操作，并对录入的数据进行加工存入数据库。其次便是按照网络结构化进行查询语句（SQL）方式进行监控，采用事件性驱动，按照用户执行特定的控件按钮项自动完成其功能。可以根据用户的需求，对某一个数据库按照所需要的方式进行检索，得到需要的内容进行一定的保存，提供屏幕显示和打印输出方式进行显示。

针对特殊的气象数据的监控检索，系统提供历史资料、实时资料和前30年的资料进行对比比较。为方便用户及时了解当前实时的资料入库情况、数据库结构、历史资料序列以及相关的背景数据，按照数据库监控系统的设计，提供数据备份，数据恢复，数据归档，数据更新追加等数据管理功能，以保证数据库安全平稳运行，进而保障了气象数据系统的完整性，保证了监控系统的一致性。

五、结束语

对于气象数据库系统而言，系统的运行状态的监控是很有必要的。气象数据库的监控设计和实现来说较以前的系统会有很大的提升，具有较高的扩展性。气象数据库监控系统的设计在设计思想上讲求以人为本，更好地处理人与机器的关系。

在提升气象数据库安全性和可靠性之际，提升原有的理念水准，减少设计中出现的不必要的因素起着积极的作用。与此同时打铁还需自身硬，还要提升自我的设计理念和创新意识，实行科学的设计方法，对监控系统设计和实现进行全方位的布局，走一条更加智能化，更加人性化之路。

参 考 文 献

[1]郭发辉，宋超辉.全国农业气象资料数据模式的研制[J].气象科技.2004，32（5）：372-376

第3篇：气象数据可视化范文

关键词：GIS；气象；应用

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

地理信息系统是一种以处理空间数据为基础的应用技术，而地质信息的特点决定了使用GIS技术的优越性，从而使该项技术在水资源领域中得到了广泛地应用。地理信息系统在水文水资源中的综合应用，也使得气象领域研究工作逐渐走向系统化、网络化。

1、地理信息系统及其发展状况

地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS)是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是一种能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来的信息技术，即管理对象的位置又管理对象的其它属性，而且位置和其它属性是自动关联的。地理信息系统它最基本的功能是将分散收集到的各种空间、非空间信息输入到计算机中，建立起有相互联系的数据库。GIS起源于20世纪60年代的加拿大和美国，此后，许多国家都相继对GIS进行了研究，投入了很多的人力、物力，为GIS的快速发展提供了必要的条件。我国GIS的研究起步虽然较晚，但是近20a来发展迅速，取得了巨大成绩。作为传统学科与现代技术相结合的产物，地理信息系统已经成为现代管理、决策、指挥的重要组成部分，并为社会的进步与发展作出了巨大贡献。未来地理信息系统也将向着高维化、网络化、智能化和集成化等方向更好更快地发展。

2、国内GIS技术在气象领域应用现状

从现有情况来看，GIS在气象行业应用已取得实践性的成果，主要应用主要包括时空一体化的海量气象数据管理、气象数据展示分析、气象数据和共享、空间分析和辅助决策四个方面。

2.1、GIS技术在气象领域应用实践

国内GIS与气象结合的研究和应用起步稍晚，但也已进行了一些积极的探索。1997―2000年，中国气象局预测减灾司在开展全国第三次农业气候区划试点工作时，就曾组织力量研究GIS在农业气候区划中的应用。国内各级气象部门建立了大量的气象业务系统，基本上是以信息共享并配合MICAPS系统的一些功能实现，或者建立在对现有商业GIS软件的简单应用或二次开发之上。由于通用GIS平台不能很好地满足气象行业GIS应用的需求，国内也开始研制专业的气象行业GIS平台。2010年，中国气象局研发了气象地理信息系统，该平台针对气象行业的GIS应用和发展的需要，实现通用GIS平台技术与气象领域行业应用模型的融合，形成了开发由GIS数据引擎、组件、桌面软件及网络开发平台构成的、具有自主知识产权的气象GIS平台。MeteoGIS平台在国家各级气象部门开展了试用工作，取得了良好效果。精细化农业气候区划产品制作与系统是基于GIS进行气象制图和分析应用的经典案例。该系统是基于GIS平台开发的面向农业气候区划产品制作与的专业气象应用系统。应用GIS来管理海量气象和气候观测资料，通过对气象和气候数据进行地形插值和气象观测资料的插值和网格化、区划产品制作流程的可视化建模分析，得出农业气候区划分析结果。借助GIS地图制图技术完成面向农业气候区划产品制作，依托WebGIS技术实现产品的与共享。国家气象局组织设计和开发的甘肃省风能资源数据共享服务系统是气象数据共享分析的一个典型案例。

2.2、应用GIS管理海量气象数据

海量数据存储技术在GIS中已经比较成熟，气象部门已经利用GIS实现了海量气象数据的管理和应用。应用研究中已经初步实现了基于GIS来存储气象离散数据、格网数据和要素数据，建立了气象专题空间数据库。国家气象局信息中心建立的1∶5万基础地理信息数据库以及其他专题的空间数据库，国家卫星气象中心建立的风云系列卫星观测影像的归档数据库实现了海量空间数据一体化管理的同时也提供更加精确和符合要求的公共气象服务。虽然现有利用GIS来管理海量气象数据的研究取得了较多成果和案例，但大多数还是基于将气象数据转换化GIS的数据格式，转换过程中需要耗费一定的系统时间，同时也存在着一定的数据损失，没有很好地解决GIS对于气象时态数据高效管理的问题。笔者认为，GIS需要能够实现对专业气象数据格式的直接读取，避免数据的转换，这是提升GIS管理气象数据效率的重要手段。

3、GIS技术在气象领域之中的应用

3.1、基于WebGIS的气象服务信息发

布WebGIS是基于Internet提供空间信息网络的信息系统，其优点在于使用B/S(Browser/Server)网络结构，GIS与Web的结合使得气象服务信息的与共享更加简单。GIS通过Internet成为公众服务的手段和社会最基本的信息服务之一。用户可以通过标准的浏览器来访问气象服务，常用的WebGIS产品有ArcIMS。①利用互联网协议实时气象数据、交互式地图和元数据的服务器软件；②支持海量数据；③支持大量并发，不限客户端的用户数量；④支持负载均衡。基于WebGIS和空间数据库建立的气象信息实时平台，如图一所示。

图1 基于WebGIS的气象信息实时

GIS客户端的功能①管理用户接口，处理应用逻辑；②接收客户请求，并向GIS服务器发送请求，然后从GIS服务器接受结果；③格式化结果，并给用户。GIS服务器相应的功能①从客户机接受数据库请求；②处理数据库请求；③格式化结果，并传送给客户机；④维护数据库。

3.2、气候状况跟踪

GIS跟踪分析功能为复杂的跟踪应用提供了基于时间数据的可视化和分析工具。此功能对历史数据库中或实时采集的时间数据进行观察和分析，并能够随着时间变化显示追踪要素的移动轨迹，以及某个时间段特定位置的关键值的变化。可以应用在很多领域，如：显示和分析台风轨迹及风力变化，如图二所示。

图二台风路径及风力变化图

3.3、三维GIS在气象中的应用

气象探测数据在三维地理空间体视化分析是气象探测数据分析技术一个重要发展方向，可以使人们从抽象思维走向形象思维分析气象探测数据。目前，如何将天气预报数据用可视化的方式展示给用户已渐渐成为天气／气象信息服务的发展趋势。这急切需要有三维GIS所提供的三维数据分析和表达。例如地空一体化的气象数据三维展示，天气现象的模拟，雷达、云图、数值预报数据的三维空间分析等就密切需要三维GIS的支撑。

4、结语

本文从气象业务对GIS的需求出发，探讨了GIS技术在气象领域应用的重要意义、技术可行性和解决方案。在西方发达国家，GIS技术在气象领域已经得到广泛应用。但是我国基础信息数据不完善，将GIS与气象结合起步稍晚，但着眼于GIS在气象中应用的潜力，也已进行了积极的探索。随着气象事业发展战略的实施和“3S”集成技术的出现，GIS技术在气象领域的应用必将迎来一个迅速发展的崭新阶段。

参考文献

[1]樊建勇,张建萍,黄娟,殷剑敏.GIS在气象领域中的应用前景分析[J].科技广场,2007,05:176-178.

[2]陶雪梅.基于GIS的气象资料查询系统的设计与开发[J].微计算机信息,2007,22:225-227.

第4篇：气象数据可视化范文

【关键词】AO；可视化；气溶胶

【Abstract】Particulate matter has become the primary pollutant of the province’s major cities. As an aerosol substance， it has been a main target of ambient air quality monitoring. The technology of the satellite remote sensing can dynamic monitor the aerosol optical depth and other key index factors to further monitor the haze， dust and other air pollution phenomena. Complexed remote sensing technology and ground data， this paper gives the visualization of the process of air quality in the form of distribution and change of status API index， through the GIS secondary development tools， reaching the goal of macroscale reflect the regional distribution of the province’s air quality and pollution.

【Key words】Arc Object； Visualization； Aerosol

1 研究背景

近年来，尤其是秋冬季节我省绝大多数城市的首要污染物是颗粒物，其作为气溶胶物质的一种长期以来一直是空气环境质量监测的主要对象，同时也是空气污染指数评价的重要因子。利用卫星遥感技术通过动态监测气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，简称AOD）等关键指标因子，能够有效解决地面固定观测站空间覆盖度不够等问题[1]，并可进一步辅助监控灰霾、沙尘等空气污染现象。

气溶胶光学厚度（AOD）被定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对光的衰减作用的主要因子。它是目前可以得到的气溶胶数据中覆盖范围最广、较准确的一种数据，也是推算气溶胶含量、评估大气污染程度、确定气溶胶气候效应的关键因子[2-3]。

GIS可视化技术（GIS Visualization）是目前信息领域中广泛应用的一项技术，它通过强大、有效的地图系统将复杂的空间数据和属性数据以地图学的形式进行描述，兼具人性化的界面风格设计，实现了文本、图形和图像信息相结合的定位、查询、检索模式，信息表达形象直观，使用操作简单便捷[4]。

通过遥感解译数据与地面数据相结合的方式，环境空气质量分布进行模型拟合利用ArcGIS平台展示API指数拟合结果，在抽象的数值与具体的地理位置之间建立联系，以特定的符号、颜色、图表显示在地图上，实现卫星遥感环境空气质量的可视化表达。同时基于地图的可视化信息，查询、统计功能也将变得更加简单、直观，通过可视化的查询语言，实现对AOD、API数据的图表化查询展现；通过建立专题地图，帮助用户加深理解，从而有助于发掘数据、信息间的内在规律，实现辅助决策。

2 需求分析

通过提取美国对地观测系统EOS-MODIS卫星遥感数据中的气溶胶信息，结合地面数据及其他气象资料，依据建立的线性回归拟合模型演算出空气污染指数API及对应的环境空气质量等级，并提供可视化表达界面，最终达到利用气溶胶光学厚度AOD等遥感技术监测数据实时反映宏观尺度全省各地区空气质量与污染分布状况的目的。

2.1 数据需求

拟合模型所涉及的数据主要由三部分组成，其中输入数据包括：①卫星遥感气溶胶光学厚度数据，数据格式为栅格型，②相对空气湿度数据，可转化为空间点图层，数据格式为矢量型；输出数据为空气污染指数API，数据格式为栅格型。

2.2 业务需求

结合环境监测具体业务需求，力求通过遥感技术与地面数据相结合的方式，将模型拟合后的环境空气质量分布与变化状况以API指数的形式进行可视化表达，从而达到实时反映宏观尺度全省各地区空气质量与污染分布的目的。

3 设计思路

3.1 模块框架设计

以江苏省作为主要研究区域，以气溶胶光学厚度AOD影像、相对空气湿度RH数据为基础，参照遥感AOD数据处理流程，利用ArcObject组件库实现实时高效地遥感数据解析，并引入研究构建的AOD-API回归统计模型，拟合计算得到全省各地区的API数值，同时利用ArcGIS软件展现模拟结果，不仅大大提高了数据的处理效率，而且能够直观形象地表达全省范围内的空气状况模拟结果，并与自动站实测数据进行比对。

可视化模块的总体架构分为界面层、业务逻辑层和数据访问层三个层次。界面层用于采集用户输入的相关信息，展示地理信息和模拟结果。该层利用ArcGIS软件界面，同时调用.Net定制的WinForm界面。业务逻辑层在模块运行提供地理信息处理功能，根据具体业务需求，业务层把界面上用户输入的信息通过业务规则分解，需要进行地理信息处理的，把参数推送给AO组件的接口，并接受运行结果再传递给界面显示；需要与属性信息之间进行交互的，通过适配器读取属性信息进行运算，业务层起到承上启下的作用。数据访问层主要用于模块运行时所要涉及的空间数据与属性数据，提供接口供业务逻辑层访问调用。

3.2 模块开发环境

气溶胶数据反演模块采用.Net开发平台，利用ArcGIS平台提供的ArcObject接口进行二次开发，实现AOD影像数据解析、回归模型拟合、结果统计渲染等功能。

ArcObject（简称AO）是ESRI公司ArcGIS家族中应用程序ArcMap、ArcCatalog和ArcScene的开发平台，它是基于COM（Components object Model 对象组件模型）技术所构建的一系列COM组件集，具有很强的GIS功能和制图功能，有1800多个组件、几百个具有良好文档说明的接口和数千个方法组成，作为ArcGIS可重用的通用二次开发组件集，以其强大的功能类库，对地理信息系统（GIS）的功能实现和扩展表现得十分出色[5]。

3.3 模块数据来源

1）空间数据

采用的是1：250，000江苏省行政区划图、江苏省省辖市行政区划图等。

2）湿度数据

模型构建中涉及的湿度（RH）数据是由省气象局提供，时间跨度由2008年7月1日至2009年6月30日共计一年。在模块计算过程中通过Excel适配器读取Excel固定格式的湿度数据，根据时间、省辖市名称获得相应值。

4 开发过程

根据课题的研究结果，设计参数的设置界面，在界面上选择待处理的AOD数据、研究区域、工作路径等参数，根据参数首先对AOD数据名称进行解析，得出具体AOD数据日期，同时进行格式转换，剔除异常值并获取研究区域内的AOD点图层，通过IDW插值补全全省AOD数据。另一方面读取Excel统计表中各相关监测点位的空气相对湿度数据，根据样本日期提取出当日的相对湿度值，生成相对湿度点图层，再通过IDW插值方法生成全省湿度数据。之后，根据样本日期所处的季节选择相应的AOD-API回归统计模型，进行气溶胶光学厚度AOD与相对空气湿度RH的公式拟合计算，得到全省范围内各地区的API估算值，并与实测数据进行比对，分别利用分层设色渲染，可视化展现模拟结果。

5 关键技术应用

1）删-矢数据转换技术

气溶胶光学厚度（AOD）数据是栅格格式，其中包含异常值，不利于进一步的空间分析，利用GIS平台提供的数据格式转换Conversion工具，将栅格数据转换成矢量数据，在剔除异常值后，进行插值，获得研究区域内较为完整的数据分布。

在多个图层参与计算时，栅格数据较为简便，此时将插值后的AOD数据和湿度数据都转换成栅格数据格式，利用Raster Calculator工具，对独立两个栅格图层进行空间数值计算，得到最终模型拟合结果。

2）GIS插值技术

气溶胶光学厚度（AOD）数据解译后，为了展示整个区域的空气质量状况，需要将未知数据地区的污染物浓度值利用插值方法得出。ArcGIS提供了反距离权重插值法、样条函数法、克里金法等一些特定用途的空间插值函数。经过优化模拟可知，反距离权重插值法的结果能更好地反映江苏省地区的实际污染情况。反距离权重插值以插值点与实际观测样本点之间的距离为权重。

反距离权重插值法要求对受影响的局部控制点有清楚的认识，且其结论直接受到采样点数值的影响，采样点越多，对局部的真实反映越强，利用反距离权重插值法所确定的污染范围就越准确。

3）分层设色渲染技术

平台的空间渲染模块为管理人员提供区域空气质量空间分析动态插值与渲染功能，直观地展示空气质量实时空间分布特征，实现对监测因子的空气质量空间分析动态插值渲染功能，直观地展示了区域空气质量实时空间分布特征。平台的空间渲染模块需要根据各站点的小时值、日均值等实时生成污染物浓度空间渲染图，利用GIS技术实现这一目标。

6 可视化模块展示

1）加载预处理后的MODIS气溶胶光学厚度AOD栅格数据图层。

2）参数调整设置

选择气溶胶模拟模块，根据主要参数设置窗体的提示设置运算所需的参数。主要包括，待解析的遥感AOD数据、参与运算的江苏省行政区划面状图层、根据选择AOD数据的名称模块会自动解析出AOD数据所处的日期、确定运算过程中是否考虑湿度因子、根据解析时间和是否考虑湿度因子自动显示模块运算的公式、参与模块运算的外部数据（xls格式）的位置和模块运行时产生中间和结果数据存储的文件夹路径。

3）过程演算与专题制图

开始计算后，经过后台的数据转换、IDW插值、栅格运算、图层渲染、结果输出等步骤，最终生成一个系列图层，主要包括AOD参照图层、API拟合图层等。

7 结论

基于ArcGIS平台二次开发了AOD-API拟合与可视化表达模块，实现遥感AOD数据和RH数据自动推演出API数据的计算过程，并实现运行结果表明，RS/GIS可视化技术支持下的全省空气状况及变化趋势模拟与传统表征手段相比，能够更好的体现不同地区空气环境质量的区域分异性，更为准确地显示颗粒物污染的程度和变化情况。

【参考文献】

[1]王家成，朱成杰，等.北京地区多气溶胶遥感参量与PM2.5相关性研究[J].中国环境科学，2015，35（7）：1947-1956.

[2]单楠，杨晓晖，等.基于MODIS的中国陆地气溶胶光学厚度时空分布特征[J].中国水土保持科学，2010，10（5）：24-30.

[3]李成才，毛节泰，等.利用MODIS研究中国东部地区气溶胶光学厚度的分布和季节变化[J].科学通报，2003，48（19）：2094-2100.

第5篇：气象数据可视化范文

关键词 视程障碍现象；自动观测仪器；误判原因；人工观测；重要性；建议

中图分类号 P412.17 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）13-0287-02

自动气象站在对视程障碍天气现象进行自动判别时可能会产生误差，而将人工观测与自动判定相结合则可以大大减少误差发生的概率。机械化的定量测算是视程障碍自动观测仪器出现误判的原因，而在人工观测过程中通过人工订正和结合历史阈值则可以有效减少误差。

辽宁省气象部门61个部级地面气象观测站已全部安装了自动气象站，截至2015年3月底，其中31个台站安装并正式使用了能见度自动观测设备，实现了对视程障碍天气现象的自动判定。这大大降低了人工观测的视觉误差，提高了测量精度，同时也减轻了观测人员的工作强度。然而，在气象观测过程中，人工观测的实际意义仍然不容忽略，特别在减少视程障碍天气的判定误差方面仍然具有一定的重要性。

1 实例概述

下面结合具体实例来阐述实现气象现代化过程中人工观测技术所发挥的实际效用。

2015年2月22日辽宁省出现了一次明显的沙尘天气过程，从8：00的气象记录来看，31个安装了能见度自动观测仪的台站有1个台站记录为扬沙，1个台站记录为雪，4个台站无现象，剩余25个台站记录为霾。作为一次明显的且较大范围的沙尘天气过程，只有1个台站有扬沙记录，25个台站将扬沙误识为霾，充分体现出自动观测仪器在判定视程障碍中所具有的缺陷性。

2 视程障碍现象及特点

从视程障碍现象的定义和种类上看，视程障碍现象有6种：雾、轻雾、霾、沙尘暴、扬沙、浮尘。雾即大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0 km。轻雾即微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，使水平能见度大于等于1.0 km至小于10.0 km。霾即大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0 km的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮物体（太阳、雪山）微带黄、红色，而使黑暗物体（远山、森林）微带蓝色。沙尘暴即由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气很浑浊，水平能见度小于1.0 km。扬沙即由于风大将地面尘沙吹起，使空气相当浑浊水平能见度在1.0～10.0 km以内。浮尘即尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0 km。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来，或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成[1-2]。

根据辽宁省气象局《关于提高视程障碍类天气现象观测质量的通知》（气测函〔2015〕20号），6种视程障碍现象的特征和区别见表1。

3 视程障碍自动观测仪器出现误判的原因

针对视程障碍现象的识别，本溪观测站目前使用的视程障碍自动观测仪DNQI/V35型前向散射能见度仪传感器是基于大气中的颗粒物（气溶胶和细小水颗粒等）的前向散射原理设计，通过测量小体积空气（约0.1 L 的小采样值）对光的散射系数，获取样本气体的相关数值，从而得出气象光学能见度。通过计算瞬间（15 s）能见度值的平均值，获得1、10 min平均输出值，观测、记录各类数据文件中的能见度（含最小能见度）均取自动观测的10 min平均值，以米为单位。前向散射能见度仪测量性能指标：测量范围为10.0～30.0 km，最大允许误差为1.5 km时±10%，>1.5 km时±20%[3-4]。

视程障碍现象的自动判别记录不同于温湿度传感器，在空气中直接感应和记录气象要素值记录在采集器中，视程障碍现象的自动判别在采集器中并不记录视程障碍现象，它的记录是由地面气象测报业务系统软件（OSSMO2004）根据当时的湿度、能见度、风速、24 h温差等相关要素来判别的。充分考虑到自动数据与人工数据记录的连续性，根据气预函〔2014〕4号文件要求以及各台站结合当地的实际情况，将软件参数设置中的视程障碍现象判别标准中能见度的高阂值由原来的10.0 km调整为7.50 km；低阂值由1.00 km调整为0.75 km；湿度阂值为70%，风阂值为10 m/s，24 h温差阂值为-10 ℃。以本溪观测站2015年2月22日8：00记录为例（表2）。

可以看出8：00出现的4个要素值满足了视程障碍现象的自动判别取霾的所有条件，而24 h温差没有满足视程障碍现象的自动判别取浮尘的一个条件。视程障碍现象自动判别，通过能见度和大气湿度、风速、温差等要素判别视程障碍现象，只要观测数据达到判别标准就记录1 个视程障碍现象，这种判别方式无疑是定量和机械的。

4 人工观测的作用

根据视程障碍现象的自动判别机理，鉴于目前软件的识别功能尚不完善，24 h温差阂值对于仪器而言一般是固定的，但天气系统却在时刻发生着变化。每一次冷空气过境，强弱不同，温差也有很大幅度的变化，对于浮尘现象的判定，台站观测人员需要在实时掌握天气系统变化情况的基础上，参考上游台站实时天气情况进行视程障碍类天气现象的综合判别。当自动判别出现错误时，要对视程障碍现象记录进行及时的人工订正。对于可能出现的错误记录进行分析排查，找出原因，结合本站历史观测阈值，科学合理地设置现象的判别阈值，从而降低判定误差出现的概率。

5 建议

结合视程障碍天气现象的判别难度和现有自动观测仪器所存在的功能性不足，各基层台站仍要继续重视观测人员技术水平的提高和人工观测的作用，具体建议包括以下3个方面。

5.1 做好设备的维护与更新工作

随着气象现代化事业的飞速发展，越来越多的自动化探测设备在基层台站投入使用。在使用过程中难免会出现一些问题，这就要求在工作中不断地总结经验，对设备的使用性能作出及时和有效的评估，充分做好设备的更新和完善工作。

5.2 提高观测人员的人工观测业务能力

近年来，气象部门引进人才，新老交替频繁，知识结构发生了很大的变化，但在人工观测技术提高上却是一个薄弱环节，没有得到应有的重视。因此，要加大力度，做好气象观测人才的培养工作，强化“岗位练兵”和“以老带新”机制。事实上，只有人工气象观测技术水平提高了，气象自动化的监测水平才能够得到真正的提高。

5.3 加强岗位责任制的执行力度，做好值班值守工作

观测人员要密切注意天气变化，对出现的和即将出现的天气状况作出准确的判断，随时掌握自动气象站设备的运行状况，并对出现的异误记录及时做好订正和补充。

6 参考文献

[1] 中国气象局.地面气象观测规范 [M].北京：气象出版社，2003.

[2] 顾黎燕，李玉峨，王蓉蓉.视程障碍现象自动判别研究[J].北京农业，2014（14）：159-161.

第6篇：气象数据可视化范文

关键词 NDIS；视频导播；实时监控；VLC

中图分类号 TP317.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0339-03

Design of Meteorological Video TV Consultation Soft Direction System Based on NDIS

CHEN Hui CHEN Yang QUAN Qiu-hao ZHAO Nan XU Hui

（Jilin Province Meteordogical Information Network Center，Changchun Jilin 130062）

Abstract The current video director system is made up by video processing equipment and hardware switch matrix，its reliability is poor.In order to solve this problem，this paper proposed NDIS-based design of video soft direction system.The system was made of kernel network drive，command control interface in application layer and communication of kernel and application pared with hardware director system，this system had realized hardware universal，wiring network，and this method had been successfully deployed in command and control system of Vehicle.

Key words NDIS；video director；real time monitoring；VLC

在日常的气象预报业务当中，天气会商是提高天气预报业务准确性的重要一环，无论是省市县的会商还是国家和各省级的会商都是气象员做出天气预报的重要依凭。随着网络传输技术的快速发展，以及硬件视频厂商技术的巨大进步，视频会商系统在气象业务的使用范围越来越广泛。视频会商包括上行的与国家气象局的会商系统，下行的与地区和县级的会商系统。远程可视化广泛应用于气象预报的会商系统当中。目前的气象系统当中主要使用华为研发的远程视频会商系统，视频会商系统由视频切换矩阵和视频终端构成[1-2]。这种基于专用硬件的导播系统存在的问题是较为复杂的模拟信号布线带来可靠性方面的隐患，地区和县级布线十分麻烦。最重要的是一整套会商系统造价昂贵，少则几十万，昂贵的甚至达到几百万，但同时这也是软导播系统的研发动机。

相对与传统的气象视频会商系统而言，软件的导播系统是一个抛弃了负责布线和视频切换矩阵的新型导播系统。硬件设备由音视频编解码器取而代之。运行在传统PC当中，视频流主要通过气象内网系统进行传输，无需通过模拟视频电缆。软件的气象视频会商系统相比传统的会商系统减少布线，依赖于网络传输。并且只要有计算机的任何地点都可以参与到会商当中，而不是像传统会商系统一样要准备专门的会议室，限制了会商的灵活性。

基于NDIS的气象视频会商软导播系统是运行在windows环境的PC中和网络环境中的一种气象视频会商软件。以Windows平台的内核驱动层的NDIS框架为基础。利用VS2010开发应用层的监控界面和导播窗口的系统软件。通过接收来自音视频编码器的H.264格式的视频流。在吉林省气象视频会商导播软件中解码和显示。操作员利用该款软件实现气象会商的全程导播功能。接收方即可用通过通用计算机的开源软件VLC进行视频接收，也可以通过视频解码器加上视频显示器实现人数规模较大的视频接收，吉林省气象视频会商导播软件它是气象视频会商系统的核心[3-4]。

1 总体设计

考虑到导播服务器的性能和气象内网的带宽参数，一台导播服务器可以实现接收16路视频流派发8路视频流的功能。会商系统还支持多台服务器的协同导播功能。当几台导播服务器一起运行会商导播软件时，可以通过多机协同机制实现更多路的视频会商的导播，可以实现更多路视频的接收与派发。即接收16×N路，导播8×N路视频流，其中N为导播服务器的个数。

在气象视频会商系统的设计当中，它的视频输入端为音视频采集设备和可以将音视频流编码为多播视频流的音视频编码器。它的视频输出端由可以将音视频流解码的音视频解码器和通过RCA接口进行播放的显示器或者可以接收多播音视频流的软件组成，其整体结构如图1所示。

2 系统环境

2.1 具有组播功能的网络交换机

该交换机为组播视频流在网络环境中的传输提供设备支持，是气象视频会商系统的网络传输心脏。

2.2 气象视频会商系统导播服务器

安装有NDIS驱动软件的计算机服务器，当然系统也必须是微软的WINDOWS操作系统（可以是Windows XP或者Windows7）。该服务器是会商操作员的操作平台。所有输入视频流的监控和整个会商系统的导播在这里实现，即运行气象视频会商系统的导播主机。

2.3 视频接收端（组播视频客户端）

该端是气象视频会商系统的末端。

视频接收端有2种组成方式：一是有具有播放组播形式的H.264格式视频流的Windows视频播放软件，例如开源的VLC软件。二是由音视频解码器和视频显示器构成。

3 导播软件的系统结构

前端和后端都是可以购买的硬件设备，该会商系统的核心是气象视频会商系统的导播软件。导播软件的设计基于Windows系统平台的NDIS框架。整个系统的设计分为3个部分，第一部分是NDIS网络内核模块的开发，包括数据包的截获，解析和封装还有数据包报文的发送及提供给用户层开发使用的接口。第二部分是应用层的气象视频会商导播界面的开发设计，通过MFC对视频会商导播界面进行设计，包括视频接收源的地址信息和视频导播目的地的导播信息，还包括音视频的解码部分的开发。第三部分是内核层与应用层之间的通信，由于在应用层涉及到对音视频进行界面操作的设计，而且应用层不能对内核层进行直接操作，所以要将用户空间的用户口令传达到内核空间，因此要用到内核层与应用层之间的通信。况且在多机协调的过程中也涉及到内核与用户层之间的通信，以实现多台计算机可靠并有效地进行工作。NDIS驱动模块在操作系统中的位置如图2所示。

4 系统实现

4.1 内核层网络驱动设计

NDIS内核数据包处理流程可以分为五部分：网络数据包拆包模块、网络数据包过滤模块、网络地址转换模块（NAT）、NDIS模块重新封装数据包、其他高级功能模块。NDIS网络导播功能实现流程如图3所示。

过滤规则是整个会商导播系统在NDIS驱动内核层最重要的数据结构。整个导播过程都在内核层维护着一张过滤规则表。当出现多个过滤规则时，通过内核层的指针将规则表连接起来，形成过滤规则链。数据包在规则表中记录下过滤规则之后，继续在内核中传输。当数据包按规则传输结束后会清楚过滤规则，只需要获得头指针的地址就可以通过遍历清除掉所有规则。过滤规则数据结构如下：

过滤规则制定之后，内核层要选择合适的网卡进行网络传输。网卡的选择要结合应用层的程序进行选择。首先获取到所有的网卡设备然后传输到应用层的ListBox，应用层用户选择合适的网卡，再将选用的网卡设备传输到内核层。内核根据应用层传递的信息，选择发送数据包所使用的网卡。

网络设备处理流程如下：

服务器网络设备描述信息的枚举，将设备索引号于网卡设备名称列于应用层软件。

用户选择合适的网卡设备。

网络设备索引号从应用层传输到内核层，将对应的网卡设备设置到相应的状态。

内核层发送报文时重新封装报文头，将网络设备索引号封装到其中，继续数据流程。

选择完网络设备之后，接下来是数据包的发送。

数据到达协议驱动时，调用NdisSend/NdisSendPackets请求NDIS发送数据包，紧接着NDIS会调用中间层驱动的MiniPortSend/MiniPortSendPacket，在这2个函数中可以对数据包做必要的分析处理，然后中间层驱动再次调用NdisSend/NdisSendPackets请求NDIS发送数据包。NDIS将调用下层的小端口驱动的MiniPortSend函数或者MiniPortSendPacket函数，它们通过NDIS的接口函数操作网络接口卡设备将数据包传输出去。NdisSend函数原型如下：

4.2 多机协调机制

因为不同的时间系统视频播放和导播方案可能会不同，对于内核空间来说，系统的导播方案是不断变换的。这样势必要将应用层制定的导播方案传递到内核层，因此内核空间与用户空间之间的通信就成为本系统必不可少的一个环节。

在Windows系统中多台主机共同维护一张多机协调规则表，每当增加一路视频导播时就在多机协调规则表中增加一路，多机协调规则表记录视频源的组播IP地址和对应的转发的组播IP地址。这个规则可以保证多个导播员更好地协调工作。

4.3 系统程序界面设计

气象会商导播系统的操作平台也就是软件的系统UI界面采用MFC进行开发，并且结合开源软件VLC提供的统一的设备开发接口API完成了开发。开发难度主要集中在对VLC接口的使用。因为VLC接口的开发经验并不多，消化接口文档在整个开发过程占据了大部分时间。VLC本身有多组播视频流进行解析的成熟接口也有对H.264进行解码的成熟接口。因为这些大大减少了导播软件的界面开发难度。

VLC在开源的视频播放器当中是使用最广泛的一款，以C++语言进行的开发，封装了多种音视频传输和编解码底层视频库，支持多种格式的视频编码和组播视频的编码和解码。并且支持多平台开发。VLC的API文档完备，接口友好，非常便于程序开发者使用。VLC的源码使用的模块机制，非常易于VLC的功能扩展和程序维护。VLC的这个特点正适合本系统应用的视频播放接口。

5 结语

本系统的设计在Windows平台下利用NDIS内核驱动框架实现了气象视频会商系统的导播软件的设计。目前支持H.264编码格式的视频流的视频播放。应用层采用MFC进行导播界面的开发，无论是对视频的播放还是在会商过程中的音视频导播都达到了很好的效果，兼顾了实时性和清晰度。

6 参考文献

[1] 韩春梅.基于MAX456的视频切换矩阵设计[J].电视技术，2004（3）：91-93.HAN Chun-mei .Design of a Video Switch Matrix Based on MAX456[J].TV Engineering，2004，（3）：91-93.（in Chinese）

[2] 胡安磊，周大水，李大兴.Linux中Netfilter / Iptables的应用研究[J].计算机应用与软件，2004，21（10）：56-66.HU An-lei，ZHOU Da-shui，LI Da-xing.Application Research of Netfilter/Iptables in Linux[J].Computer Applications and Software，2004，21（10）：56-66.（in Chinese）

第7篇：气象数据可视化范文

关键词：婴儿培养箱；内流场；数值模拟

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.198

0 引言

婴儿培养箱是一种婴幼儿保育设备，采用“空气对流热调节”的循环方式，维持婴儿舱内域流场参数的稳定性。在空气流动循环过程中，路程较长，过程复杂，空气流动状态比较抽象，很难把控空气流速和温度场的分布状态。本文以计算流体动力学知识为基础，利用CFD计算机流体仿真软件，对婴儿培养箱内空气流场进行的可视化模拟研究。

1 婴儿培养箱空气流动循环原理

目前，多数厂家生产的婴儿培养箱是由风扇驱动，采用“纵向空气对流热调节”方式，维持内部空气往复循环的过程。通过空气入口，补充在循环过程中损失的空气；利用电加热器，保证空气的适宜温度；通过风道结构的设计，控制空气流场的分布状态等。其空气循环通道结构主要包括风扇、加热器、腔体、隔板、婴儿舱、前内衬板、上内衬板、后内衬板、婴儿床等。如图1。

2 CFD建模与仿真

基于CFD的婴儿培养箱内空气流场可视化模拟研究，是通过建立婴儿培养箱内空气流场仿真模型，利用CFD计算机流体仿真软件进行仿真，并对仿真结果进行参数化和可视化处理，有效的观察和分析婴儿培养箱内空气流场循环过程[1]。

建立三维仿真模型，采用自适应网格的划分方法进行网格划分，采用瞬态模拟，设置流体计算域和风扇旋转计算域。计算域介质为理想空气，风扇旋转域的运动模式为旋转模式，旋转速度为100rad/s。空气进口温度设为环境温度25℃，出口温度设置为出口平均温度，加热器表面温度为45℃，壁面设置为绝热条件。

参照GB 11243-2008，在模型中设置五个监控点，分别命名为A、B、C、D、E，分别监控其速度、温度和压力的变化[2]。根据求解器收敛情况，判断程序求解运行过程是否正常，及确认求解结束。

3 仿真结果分析

利用CFD软件的后处理器对计算的数据结果进行参数化和可视化分析。建立模型中A、B、C、D、E五点的速度和温度进行分析，与样机实测数据相比较，验证仿真结果的合理性。如表1，2。

由表中数据可以看出，计算值与实测值的分布状态一致，并且五个监控点速度平均值均在0.1m/s以下，监控点温度平均值相互之间最大相差0.1℃，满足国标不大于0.8℃的要求。满足婴儿培养箱内空气流动状态分析使用参数要求，因此可以确认仿真结果是合理的。

4 总结

基于CFD的婴儿培养箱内流场可视化模拟仿真，分析婴儿培养箱内空气流动状态，得到婴儿培养箱内部空气流动特性。经过仿真结果后处理分析，能够进行全方位的视觉观察婴儿培养箱内部空气的整个循环过程和流动特性，并提供详细和完整的数据参数，实现了仿真模型的形象化，可视化，参数化，弥补理论分析的抽象化、简单化和实验分析的周期长，投入成本高等不足问题，为进一步开展的系统研究，结构优化设计等方面提供参考数据。

参考文献：

[1]高飞，李昕.ANSYS CFX 14.0超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社，2013：89-90.

第8篇：气象数据可视化范文

作为新一代的远程通信手段，视频会议系统在各级气象部门中日益普及，应用范围和深度也逐步提高。除了满足基本的远程会议之外，视频会议系统在远程可视天气会商中也得到了越来越多的应用。

本文介绍的某省气象视频会商系统，它就实现了各级气象部门之间的视频会议和气象会商功能。

可视化的信息交流

作为一个省级视讯网络，此系统主要需要实现从省气象局到各个地市及县气象局的可视通信。同时，基于这种可视通信，既要完成气象系统内部的普通远程视频会议，又要完成由值班台长、首席预报员、值班预报员共同参加的天气预报会商会议。后者要求这个视讯系统可以同时支持多方交互式视频会议和卫星云图、天气图的传输，实现远程多媒体气象会商，以便更加准确地各类天气预报信息。

在气象局的视频通信系统中，最为关键的是气象会商功能。这不仅需要基础的视频会议功能，而且需要很多相关的拓展功能才能良好实现。特别的几个要点如下：

1.辅助视频传输

在气象会商过程中，除了需要传输与会专家的视频图像，还需要对相关的图文进行讨论和交流，比如气象云图及各类数据图表的共享。特别是气象云图的多方共享，其要求比较高，需要在各个会场同时看到相同的气象云图动态资料。若采用T.120数据会议方式，其帧率往往不能达到全动态效果，所以需要系统能够支持动态双流模式，也就是把与会者图像和气象云图的实时图像同时传输到各个会场，且两路图像都是全动态的。

2.多方会商

由于气象预报需要多方专家对云图及相关数据进行讨论，这就需要系统在互动方面的性能比较好，多方数字混音和多画面处理技术将是关键。

3.多级级联

在气象会商系统中，需要省、市、县三级气象台分工合理，自下而上采集信息，自上而下逐级技术指导，上下结合，以数值天气预报为基础进行气象信息加工、分析预测。这就要求系统能够支持一个一致的多级级联网络。让省、市、县可以非常方便地进入到要求的会议状态。

4.向局域网的拓展

在一些专家无法亲自到达气象会商会场时，需要在网络中的电脑上通过软件方式了解会议的过程，并可直接加入会议，这就需要硬件视频会议系统具有向桌面扩展的能力，比如说把会议组播到桌面电脑，或者是桌面电脑直接通过软件方式进入气象会商系统。

5.录像及点播

对整个气象会商或者紧急天气事件商讨进行全程录像，将有助于会后的分析。另外，这些录像也可以作为典型的学习材料，一些需要学习气象会商过程的人员可以通过录像点播观看各类气象会商的过程，直观详细地了解天气预报及特殊情况下应急措施的制定过程。

其中从省气象中心到地市气象局的二级网络是已经建成的，从地市气象局到县气象局的三级网络是将要进行扩展的。整个系统基于H.323的标准体系结构，构建于现有的数据网络基础上。

在省气象中心部署一台KDV8000A多点控制单元，负责整个视讯网络的交换和管理；部署一台KDV8010A高清视频会议终端，作为本地会议室的接入。KDV8010A提供了双流功能，可同时接入会议摄像机和电脑VGA信号，可同时输出视频信号和VGA信号给电视机和投影仪，实现了与会者图像和辅助视频图像的同时传输。另外，中心还部署一台高性能电脑实现会议控制和网管、一台服务器实现数字录像及点播服务。以上的设备均通过以太网方式互联。

地市气象局既是省气象局的远端节点又是县气象局的中心点，部署一台KDV8000A多点控制单元实现向上与省气象局多点控制单元的级联和向下与县气象局视频会议终端的互联；部署一台KDV8010A高清晰视频会议终端及相关视频输入输出设备；部署一台高性能电脑实现会议控制和网管、一台服务器实现数字录像及点播服务。以上的设备均通过以太网方式互联。

每个县气象局各部署一台KDV8010A高清晰视频会议终端，通过以太网接入到上级地市气象局的KDV8000A多点控制单元。

看出来的效益

利用建成的气象视频会商系统，气象预报会商会议可以通过远程方式进行，各个气象局的专家可利用系统进行交互式讨论，共享气象云图、数据图表等信息。这大大提高了天气预报的准确性，也提高了整体的工作效率。另外，利用气象视频会商系统，可以增强对灾难性天气的分析和应对能力，快速制定灾难应急方针。

第9篇：气象数据可视化范文

1.总体思路

气象移动学习系统的主要对象是气象部门基层在岗职工，内容包括业务（包括气象类基础知识、预报预测、气候、大气探测、防雷减灾、人工影响天气、卫星遥感、农业气象等）、服务、管理、人才、文化等方面的知识，尤其是新知识、新方法和新技术的推广和应用。学习者可利用手持式移动设备随时开展学习从而解决工作中遇到的实际问题，逐步改变完全依赖固定场所上网学习的习惯。由于涉及专业较多，学习者年龄跨度较大，因此系统应针对性强，层次分明，考虑不同专业的需求以及不同年龄群体的学习习惯等，界面应多元化，符合在岗职工的学习习惯和需求，学习资源要适合不同群体的需求。移动学习资源设计方面应考虑：实用性学习资料的选择应该与气象事业的发展密切相关，紧密结合实际，按照天气预报、气象装备、大气探测、公共气象服务、为农气象服务、信息网络、防雷减灾和人工影响天气、机关管理等分类。学习内容的形式采用文本、图形、图像、音频、视频片断和动画任意形式或组合。

适应性、兴趣性由于移动设备屏幕大小比例不统一，移动学习内容要自适应地显示在不同大小的屏幕上，内容清晰、直观、兴趣性强。增加游戏化投资，学习者通过参与虚拟学习游戏，享受培训带来的乐趣，让学习者在“玩”中学到知识，提升学习者的兴趣。片断性、微型化由于移动学习者学习的时间和场所不固定，学习者经常处于复杂的学习环境，易受外界因素的影响，很难进行长时间的系统学习。因此学习资源的设计要短、小、精，按照专业知识点设计成片段式、微型化，一般微视频播放时长在10分钟之内，便于网络传输。操作简单、灵活由于移动学习可以满足学习者随时随地使用移动设备上网学习，为了方便在职人员在工作中碰到实际问题使用移动设备学习查询相关方面的知识，在交互设计方面尽量减少文字输入，按键设计简单统一，界面简单、操作方便、便于访问，以便增强学习者的学习兴趣和注意力。系统可有三种应用模式。

基于短信的移动学习学习者通过手机等学习终端，将短消息发送到互联网教学服务器，教学服务器分析后将结果返回从而完成一个学习过程。此方式适合通信数据少，简单文字性的教学活动，它具有方便、简单及经济等特点。基于连接浏览（B／S）的移动学习学习者利用学习终端经过电信的网关通过WAP协议访问教学服务器，完成浏览、查询和实时交互，它可以是文字、图片、视频等信息，类似于普通的互联网用户。基于无限局域网络的移动学习从3G技术不同标准之间的争论和产品进展来看，短期内在全球或全国要实现移动学习终端与移动互联网的连接、浏览与交互可能还无法实现，但无限局域网络（WLAN）技术相对比较成熟了，在局部范围内（如一个校园、一栋办公楼、一片学习区或一个教室）实现移动学习已完全可以满足随时、随地学习。

2.系统体系结构

移动学习系统架构国内外学者有不同的提法，侧重点有所不同。国内移动学习系统设计主要是从网络、平台、资源、活动、文化等方面着手；而国外学者基于移动学习系统开发三个主要领域：移动的可用性、无线技术、数字化学习系统。通过对比国内外关于移动学习系统架构的组成及分析研究，结合多年的网络开发实践，提出气象移动学习系统结构。系统分为3层：表示层位于系统最外层，是学习资源呈现、学习者进行交互操作的界面。气象职工通过各类移动设备上网浏览、查询实现与业务逻辑层的交互。逻辑层是整个系统的核心部分，它负责处理表示层的应用请求，对其进行业务处理的逻辑判断，并完成与数据库之间的交互，将处理结果返回给表示层。数据层提供底层一些数据信息和数据处理逻辑，实现物理数据存储和组织、数据库管理、数据备份及数据维护。提供移动学习的气象类学习资源和信息资源。

3.系统功能框架

根据气象部门基层职工教育培训的需求，结合陕西省气象职工培训的总体需求及未来发展方向等，设计了气象移动学习系统的功能框架。系统包括10个功能模块。课程学习课程学习是移动学习平台的主要功能，学习方式和学习资源一定要适合移动设备屏幕小、内容片断化，操作简单等特点。它可提供的功能有：学习资源的在线浏览、学习资源的本地运行、学习资源的下载。教师和管理员能够实现学习资源的管理，包括上传、修改、删除及访问权限设置等。学习管理气象职工可根据岗位的不同在线选择学习课程、查阅教学通知、考试成绩、作业提交情况等；培训教师可开设课程、查阅职工选课情况、修改申请课程信息、发送教学信息、管理职工成绩等；管理员负责各类课程的申请审批、职工选课情况、成绩备份、重要信息等。专项培训该模块负责在岗职工的专项培训学习。如预报员培训、人工影响天气作业人员培训、雷电防灾减灾、公共气象服务、为农服务两个体系、基层县气象局长、机关公务员培训等。

由管理员负责培训通知、教学要求、培训教材、微型课件（包括电子教案、音视频课件、电子书）、作业练习、考核试卷；气象职工按要求使用移动终端登录选择课程学习、参加考试；教师负责阅卷、成绩。在线测试教师（或管理员）可根据学员的学习进度、学习状况及教学要求，在线考试题目。因手机屏幕小，学习者时间零散，又是在移动中学习，故在线测试题主要以填空、选择、判断、简答题为主。可实现试题、学员网上答题提交试卷、统计显示成绩表格（或分布图形）。交流互动主要包括论坛交流、视频实时交流、答疑交流等。论坛交流可实现职工与职工、职工与教师、教师与教师之间的交流互动，类似于网上的BBS；视频实时交流是利用流媒体的音视频直播和点播功能实现职工与教师的互动；移动自动答疑功能通过答疑库实现自动回复问题，实现了实时性和智能化。学习游戏把游戏应用于在岗职工培训，是一种有益的尝试，让学习者体会在游戏中学习知识，在“玩”中随时随地享受游戏化学习带来的快乐和收益。

根据移动设备的功能与特点，开发智力、模拟及操作练习类游戏（如人影高炮火箭的模拟操作、气象科普类游戏）。信息收集反馈为了不断提高培训效果，及时总结经验改进教学方法，要及时收集气象职工的反馈信息，可设计问卷调查表，学员在线填写提交；设立建议箱，收集学员的建议及意见，通过对这些信息的整理分析，了解基层职工的培训需求，从而指导培训部门有针对性的制定培训方案。教学评估为了了解培训效果，可利用数理统计方法、计分评估法和著名的“柯氏四级培训评估模式”等评估方法进行教学的评价。用户管理系统有三类用户：气象职工、教师及管理员。该模块负责对三类用户的权限设置和管理、完成用户的注册及管理用户的信息资料等。系统帮助可在线介绍系统的功能及使用方法，给基层职工学习使用提供帮助。

二、结语