基于气象信息共享系统的雷达资料网络数据库

第３０卷第ｌ期　气　象　科　技　３０．Ｎｏ　１　２Ｉ１０２年２月　ＭＥＴＥＯＲＯ１　ｏＧＩＣＡＬ　ＳＣ【ＥＮＣＥ　Ａ＿ＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｆ出．．２００２　基于气象信息共享系统的雷达资料网络数据库　高梅张文华接连淑　阮征　（中国气象科学研究院，北京１０００８１）　摘要文章介绍利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术　综合了网络数据库、元数据、ＷｅｂＧＩＳ、图形图像处理等多种技术，在气象信息共　享网络环境下建立雷达资料网络数据库，实现了多普勒天气雷达资料的实时传输、处理和人库，具有网上实时洲　览、查询、下载等多种功能。　关蕾词ｌｎｔｅｍｅｔ网络技术数据库气象信息雷达资料　引言　于ＷｅｂＧＩＳ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　近年来，随着环境恶化，气候异常的加剧，灾害　能。但是，以往所建立的气象数据库都是基于历史　性天气出现的频数、强度和预测难度大大增加了。　气象信息，信息更新慢、时间序列长，主要适合于科　为了加强对灾害性天气和气候变化的监测，提供时　研使用。　空分辨率更高的观凋资料，西方发达国家投入巨资　为了更好地配合气象业务系统对灾害性天气的　布设新一代天气雷达观测网，如美国于１９９６年建成　变化进行实时监测，为各级政府提供决策信息服务，　全国多普勒天气雷达观测网。我国已确定了雷达探　同时面向社会和各级用户提供多方位、多层次的气　测系统的发展计划，批准了１０亿元以上的气象雷达　象信息，我们在原有的气象信息共享系统的基础上，　设备经费，中国气象局制定了“我国新一代天气雷达　设计并建立了雷达资料数据库系统。它可以收集、　发展规划”，新型的下一代多普勒天气雷达已陆续在　处理、管理、提供雷达观测系统得到的各类实时产品　全国布网，预计全国新一代天气雷达的布网站数将　资料，提供能够定量描述天气变化的精确图像，并可　达到１００个以上，雷达作为２１世纪大气探测的主要　提供基于Ｉｎｔｅｍｅｔ网络的实时信息浏览、查询等功　工具在气象科研和业务中将得到更加广泛的应用。　能。该系统扩大了雷达资料的服务范围和服务群　中国气象科学研究院从１９９７年开始进行气象　体，既为灾害性天气的监测和防灾、减灾提供了及时　信息共享系统的研究和建设，参加了科技部“九五”　有效的监测手段；也为更有效地应用雷达资料进行　科技攻关项目“中国可持续发展信息共享示范”的研　气象科学研究提供了方便。　究，初步建立了气象信息共享系统。我们本着边研　究、边建设、边发挥效益的原则，从１９９８年开始在　１气象信息共享系统　ｌｎｔｅｍｅｔ网上发布气象共享信息，先后建立了中国　气象信息共享系统－Ｉ＿就是利用先进的Ｗｅｂ技　灾害性天气数据库、地球环境与气候变化数据库、大　术和ＧＩＳ技术、通过高速网络相连、建立一个由一　气环境数据库、高原气象数据库等属性数据库和相　系列基础气象数据库组成的、面向全球和全社会不　应的元数据库，对所有资料均进行了质量控制，数据　同层次用户的、能够快速提供各类气象信息服务的　具有可靠性和权威性。此外还根据气象资料的特　信息共享系统。整个系统的建设包括用户层、服务　点，建立了气象要素月平均值空阃数据库，提供了基　层、数据层、网络层、管理层、技术支持层６个层次，　中国气象科学研究院　应用研究和成果转化基金　项目资助　收稿日期：２００１年７月２２　Ｈ；定稿日期：２００１年１２月１７日　作者简介：高梅，女，１９６２年出生，中国气象科学研究院资料ｌ处理网络部主任，高级工程师，主要从事气象资ｆ４￣＿Ｍ珞共享工作　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ期　高梅等：基于气象信息共享系统的雷达资料网络数据库　它们既相对独立，又相互关联，形成了一个有机的整　体。　不需要安装任何其他软件，即可实现对网络数据库　的访问。它包括内容丰富、生动活泼的网页设计，方　气象信息共享系统设计框图见图１。　用户层提供基于浏览器的用户界面，使用户端　便、灵活的交互式用户信息查询界面，简单、明了的　用户帮助，快捷、有效的网页导航等。　一＿Ｊｌ基　Ｊ　—于Ｗｅｂ的用户界面　ｌ　用户屠　ｂ－　ｌ　Ｉ　臆务屠　空闻数据分析　技术支持层　罔碧数据库技术　信息共享管理法规　一　Ｉ　｛信息查询、数据下载　Ｉ　ｌ１　ｅｂＧＩｓ技术　元数据技术　敷据格式质重标准Ｉ　赧据屡　Ｉ　＿＿１　气象数据库系统　卜＿　基础地理信息平台　Ｉ　罔终图形图像技术　其他技束　－－ｑ　ｌ　１　系统运行环境　Ｉｎ￣ｍｅｔ／Ｉｎｍｍｅｔ　月络层　ｌ　Ｉ　卜　图Ｉ　气象信息共享系统框图　服务层提供了用户满足各种需求的信息查询服　务和请求响应。如：对数据库的访问、数据下载、动　态图像生成、图像动画、运行模型等　数据层主要承担数据的管理、维护、更新等任　务，运行数据库管理系统，地理信息系统等。于多种软硬件组合　本文主要介绍基于微机平台构建的雷达资料网　络数据库系统。由于微机软硬件技术的飞速发展，　使得建立基于微机平台的数据库系统成为可能。从　微机曲性能价格比及中国雷达台站的实际情况出　网络层是整个系统的基础，它提供了信息共享　的基础平台，包括局域网络环境、与广域网络环境的　连接、信息共享所需的各种服务器等，是建立在Ｉｎ一　ｔｅｍｅｔ网上的虚拟网络系统。　发，在微机平台上开发雷达资料数据库系统也是一　种实际需要。　雷达资料数据库的设计坚持下列原则：　（１）基于网络的数据库。本文所设计的数据库　管理层提供了各种数据标准、管理策略等。　技术支持层为建立信息共享系统提供所需的技　据技术、图形图像显示技术以及其他技术支持。　２雷达资料数据库系统　２．１系统设计原则　系统是基于网络应用的数据库系统，它与以前的单　机数据管理系统的最大区别就是具有良好的网络共　结构扩展为Ｂｒｏｓｗｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ（浏览器／周ｌ务器）体系　结构　使用户端不需要安装任何软件，即可通过网络　术支持。如：ＷｅｂＧＩＳ技术、网绛数据库技术、元数　享性，它将原来的Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｔ￣ｒ（客户／服务器）体系　实现对数据库的访问，大大地方便了用户的使用，实　现了基于网络的信息共享。　雷达资料数据库的设计充分考虑了雷达资料的　＜２）采用开放式网络环境、标准化协议以及通用　系统开发工具。使系统具有良好的可移植性，易于　特点，如：数据量大，产品种类多，属性复杂；实时性　要求高；具有广泛的用户群体等以及用户的需求；系　统的软硬件配置；系统的可靠性、可用性、可维护性　和可移植性等因素。使系统具有良好的可伸缩性，　既可以架构在微机平台上，也可以架构在小型机或　工作站平台上。后台数据库系统，既可以采用　Ｓｙｂａｓｅ、Ｏｒａｃｌｅ等大型数据库管理系统，也可以采用　ＳＯＬ　Ｓｅｒｖｅｒ等小型数据库系统，系统结构模式适合　实现和其他系统的互操作，有利于系统未来的发展。　（３）合理地选择系统软硬件平台。选择基于　Ｉｎｔｅｌ芯片韵微机硬件环境和基于微软Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ　操作系统的软件环境，数据库管理系统选择基于微　机平台的ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ，使其更符合我国国情，易于和　现有的业务系统衔接并易于在我国的雷达台站或气　象台站推广使用。　维普资讯 http://www.cqvip.com

气　象　科　技　３０卷　２．２系统结构　ｗｅｂ服务器在网上实时发布。在雷达数据库系统　雷达资料数据库系统是基于气象信息共享系统　建立的　系统结构框图见图２。它是由局域网络、　Ｉｎｔｅｍｅｔ网络组成的网络系统，配以高性能服务器、　的共享网络环境中网络系统采用百兆的快速以太　网，系统的核心是数据库服务器、网络服务器和应用　服务器。网络应用服务器用作数据处理和响应用户　的应用请求。数据库服务器用于管理、维护和更新　气象数据。网络服务器专用作网络管理和Ｉｎ—　ｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用服务。此外，如果需要通过Ｉｎ—　大容量数据存储设备，以实现雷达信息的收集、处　理、存储、检索、交换和发布服务。它将多普勒天气　雷达系统观测的数据和图像产品通过网络实时地传　输到网络应用服务器上，再经过图像压缩、数据格式　标准化等处理，存人雷达资料数据库中，并通过　ｔｅｒｎｅｔ进行信息发布或传递，则还需要申请专线或　通过其他途径与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络进行连接。　图２实时雷达资料数据库系统结构圈　２．３系统胄勺基本硬件、软件及开发环境　系统的硬件配置和软件配置必须相互协调，这样　才能充分发挥计算机系统的整体效率。为了使硬件　配置全面支持Ｗｌｎｄ￣ｓ　ＮＴ操作环境，基本硬件配置　（动态网页技术）结合ＡＤＯ（ＡｃｔｉｖｅＸＤａｔａＯｂｊｅｃｔｓ）实　现＿２Ｊ，在ＨＩＴｖｌＬ中嵌入Ｊａｖａ　Ｓｃ￣ｐｔ（脚本）语言和ＶＢ　脚本语言，通过调用ＡＳＰ后台的ＯＯＭ组件，实现网　络数据库的应用；雷达图像的动态查询动画是采用　Ｊａ、硼程Ｌ３　实现的。　２．４系统功能　应包括：采用Ｐｅｎｔｉｕｒｎ　Ｉｌｌ以上高性能或多ＣＰＵ处理　器，内存２５６ＭＢ或以上，硬盘２０ＧＢ以上，网卡采用　１Ｏ／１００白适应以太网卡，光盘刻录机用于资料存储，　外接８ｒｍｎ磁带机做系统和数据备份（可选）。如果连　接Ｉｎｔｅｍｅｔ，需要有专线接人或其他连接方式。由于　微机作为数据库服务器存在着其固有的问题：（ａ）总　线（Ｉ／Ｏ）瓶颈；（ｂ）内存瓶颈；（ｃ）外存瓶颈。在数据库　系统的设计过程中始终需要考虑这个问题。　基于上述硬件的基本配置，软件运行环境选用　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ　４．０操作系统。数据库管理　系统选用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　７．０。　系统的软件开发采用Ｃ语言和Ｊａｖａ语言相结合　模式。雷达图像的处理、显示，数据库的建库、查询、　插入、修改等用Ｃ语言实现；网络应用接口采用ＡＳＰ　雷达数据库系统提供的主要功能有：最新雷达　图像显示、历史雷达图像查询、雷达图像动画等。　（１）最新雷达图像显示、实时显示多普勒天气雷　达观测的各类图像产品。根据观测系统的观测时　间，调整系统的接收、处理时间，及时提供最新的雷　达图像。　（２）历史雷达图像查询。可查询数据库里保存　的各类历史雷达产品的数据和图像。查询方式：按　时间段查询；按雷达图像产品的类别查询；综合条件　查询。查询结果可以即时显示，也可以下载。　（３）雷达图像动画。可以选择不同类型的雷达　图像产品做一天各个时次的图像动画　可以连续动　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｉ期　高梅等：基于气象信息共享系统的雷达资料网络数据库　３５　画，也可以单步动画。　２．５实对接收系统、数据库结构和用户界面　采用交互式用户查询界面，制作一套ＳｑＬ查询　整个系统从数据传输、图像格式转换、标准化处　理到入库等全部过程由计算机后台定时程序控制，　自动进行任务调度。网络应用服务器根据事先拟定　好的时间表，通过定时搜索雷达资料接收机上最新　的观测资料，对取得的各类雷达图像产品进行图像　压缩处理，再按照标准的数据格式进行整理，然后写　入雷达资料数据库。　命令的动态生成规则，以Ｆｏｒｍ表单为载体，使用户　通过简单的输入、选择即可完成对数据库的查询。　界面友好，使用简单，不需要用户了解ＳｑＬ语言　查询条件可包括单一条件查询和复合条件查询（与、　或等逻辑操作）。　３运行情况　雷达资料数据唪系统于２００１年汛期在中国气　象科学研究院的网站上开始运行，经过一个多月的　实际运行，系统情况良好，能及时地将气科院雷达观　测系统观测到的数据资料及时准确地收集、处理、存　系统定时工作的时问可以根据雷达观测系统工　作的时间间隔进行调整，只需更改定时工作节目表　即可控制该系统工作的启动时间　在雷达资料数据库中建立两张表，一张是图像　表，一张是数据表。雷达数据将以两种形式分别写　入雷达数据库中的两张表，并进行关联。用户查询　人数据库，并可提供实时的网络共享，达到了系统的　设计要求。目前可以提供网上用户共享的雷达图像　产品有：ＰＰＩ强度图像、ＰＰＩ速度图像、ＲＨＩ强度图　像、ＲＨＩ速度图像和雨强图像。这些图像产品都可　以按时间和产品类型分别进行查询、显示、动画。气　科院雷达资料网络数据库系统查询页面见图３。　资料时，通过雷达图像查询即可得到所需要的图像　产品和与之相关联的数据产品，在浏览器上可以浏　览图像，也可以下载数据，进行再分析。　－　隧　选　墨新誉选阳：雷选瞄墨示时涠段２ｏｏ１年８胄１８日　发布日期　２００１一Ｔ—Ｉｌ　２口０１呵一１Ｉ　叠进匿叠龇№　曝　瞬—　ｉ　Ｉ睦圈Ｉ　Ｉｌ　（＜＜上—页　下—页＞＞＞　娄型　ＰＰＩ强震朗撮　ＰＰＩ强度田像　雷达圉壹谗络曩墨示　０　口　发布时闾　１７：３０：Ｏ０　１７：Ｏｎ：ｎｏ　择　ｔ　ｒ＝　文件名　ＺＤ￣Ｏ０１０７１Ｉ１７３　ｇｌｆ　ＺＩＥ］＇２００１０７１１１７３　ｇｉ￡　选撵起始日期：ｌ２００１翻年【７墓ａ月Ｉ１１豳日　．Ｉ－口　．　＝　自　ｌ　ｌｌ　选择田像娄黧：强　～　＿　＿　一　・－　一　雷达圈秘翻盎择　叠选圈动■结果里示　选捶日期　２００１　年ｌ　Ｔ翊月Ｉ１１习日　选择类型　ｌ雷达眦ＰＰ［Ｉ遘强速度度母圈像像　｝　　嚣达Ｒ舡强度田像　ｊ　一　誓■墼　＿ｌ　叫　鞠麓　■嘲　雷达甫强田像　图３雷达资料网络数据库系统查询页面　维普资讯 http://www.cqvip.com

气　象　科　技　３０卷　该系统在中国气象局Ｉｎｔｒａｎｅｔ网的中国气象科　以动画显示多幅图像。　学研究院内网网站上运行后，访问该网站的人数大　（３）用户界面友好：用户只需要浏览器即可查　增，平均每天达数百人次（内网网站仅限于中国气象　询、浏览、下载所要的数据，不需要安装任何其他软　局院内用户访问）。相信随着我们工作的不断改进，　件。操作简单、明了，查询速度快。考虑到雷达数据　宣传面的不断扩大，会有更多的人来访问我们的网　与其他气象观测数据的不同特点，采用图像检索作　站　为雷达数据库的一种检索手段，为更有效地利用大　４结论　量的雷达资料提供方便。　（４）采用开放式网络环境和标准化协议，以及通　（１）雷达资料网络数据库系统利用先进的信息　用系统开发工具，使系统具有可移植性，从而易于实　共享技术，与目前流行的Ｉｎｔｅｍｅｔ网络相结合，采用　现和其他系统的互操作，有利于系统未来的发展　数据库管理系统对资料进行建库和管理，形成　具有通用性和推广价值　Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ（浏览器／甘臣务器）的体系结构，服务　灵活方便，数据管理规范，易于查询和使用，为面向　参考文献　全球的气象信息服务奠定了基础　１高梅，仪请菊，接连淑，等气象信息共享研究资源科学，２００１，　（２）建立的雷达资料数据库系统具有实时性，它　２３（１）：８１—８４　与雷达观测系统连接，可将观测数据实时入库，并提　２周世雄ＮＴ网络数据库速成北京：中国铁道出版社，１９９８　３曹建ＨＴＭＬ　ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ与Ｊａｖａ北京：电子工业出版杜，２００ｏ　供基于网络的实时查询。可对多种雷达产品数据进　４　ＪｏｓｅｐｈＬｗｅ　ｒ　ｈ照斌等译Ｊａｖａ　２编程详解北京：电子工业　行分类查询和综合查询。可以显示单幅图像，也可　出版杜，１９９９　（上接５９页）　里关本底监测站在台站基础设施建设、环境保护、观　及更广泛地应用Ｉｎｔｅｍｅｔ网，获取并分发高质量的　测运行管理以及台站建设和人才培养等方面完全达　数据；　标　肯尼亚的肯尼亚峰站和巴西的阿伦贝皮站尚未　（２）通过现有的台站及扩大监测网，有选择地　完全正常运行。　扩充监测能力，并在有目标的生物群落及台站覆盖　找国除了瓦里关为ＧＡＷ全球站外，还有７个　稀少或无覆盖区域增设监测台站；　区域ＧＡＷ站，它们是中国大陆的临安站、上甸子　（３）通过现场培训、科学讨论及国际培训班，提　站、龙风站、北京站（原香河站）、昆明站、南极中山　高台站监测人员、技术人员及发展中国家技术人员　站、香港的鹤咀山站和京士柏站及台湾的成功站。　的水平；　其中北京站、京士柏站、昆明站和南极中山站只负责　（４）将ＧＡＷ的工作扩展至城市环境、生物圈　监测　。　破坏、气溶胶、持续的有机樗染物／重金属等领域；　ｓ未来的发展　（５）将ＧＡＷ数据库用户扩展至科学社团；　（６）通过综合地基、飞机、卫星和其他遥感观测　ＷＭＯ的大气成分监测情况进展良好，目前需　等监测手段，将ＧＡＷ扩展为三维全球观测网。　要将全球站扩展至每个主要的地球生物群落。此　外，要求各国政府对ＧＡＷ站的管理工作以及　参考文献　ＷＭＯ的校准和资料中心给予支持，以便继续促进　１国家悔洋局极地考察办公室和中国地名委员会办公室南极洲　和协调ＧＡＷ的业务工作和基本的培训需求＿２－。　地名辞典北京：海洋出版社．１９９８　为加强ＧＡＷ，需要进一步做的工作包括：　２　ＷＭＯ　ＷＭＯ　ｍａｄ　ａｔｒｏｔ：￣ｐｈｅｎｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ＷＭＯ　（１）通过确认和执行一致的质量控制程序，以　Ｂ　ｆ，２０００，Ｊｔｄｙ：２３２　２３８　Ｉｊ｜『驻