沈陽市防災(zāi)減災(zāi)決策氣象服務(wù)系統(tǒng).doc

N o. 3 1999 JOU RN A L O F CH EN GDU IN ST ITU T E O F M E T EO ROL O GY Sep. 1999 文章編號: 100125418 ( 1999) 0320246206沈陽市防災(zāi)減災(zāi)決策氣象服務(wù)系統(tǒng)王建華, 李福軍, 關(guān)世珠(沈陽市氣象局, 遼寧 沈陽 110001)摘要: 系統(tǒng)以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)為依托, 采用多種信息處理技術(shù), 開發(fā)了防汛、防火、災(zāi)害性監(jiān)測等針對性較強(qiáng)的軟件, 并將氣象信息以圖形、圖象和文本等多種形式, 提供給 各級領(lǐng)導(dǎo)和市政府有關(guān)部門, 在沈陽市的防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮了重要作用。 本文就系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)思路, 實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法及實(shí)際應(yīng)用情況作了簡要介紹。關(guān)鍵詞: 決策服務(wù); 網(wǎng)絡(luò); 系統(tǒng)中圖分類號: P 409文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B引言1眾所周知, 我國是世界上自然災(zāi)害出現(xiàn)最頻繁的國家之一, 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 自然災(zāi)害造成的損失也越來越大, 而氣象災(zāi)害作為洪澇、干旱等自然災(zāi)害的原發(fā)性災(zāi)害, 每年造成的 損失占自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失總數(shù)的 27% 以上。據(jù) 1990 1996 年的統(tǒng)計(jì)資料表明, 7 年間, 我國死于氣象災(zāi)害的人數(shù)約 16851 人, 直接經(jīng)濟(jì)損失近 9000 億元。 1998 年全國共有 29 個(gè)省 (區(qū)、市) 遭受了不同程度的洪澇災(zāi)害, 死亡 3000 多人, 直接經(jīng)濟(jì)損失 2400 多億元。沈陽市地處歐亞大陸東岸的中緯度地帶, 受季風(fēng)氣候影響, 各季氣候差異明顯, 溫度、降水 年際間變化較大, 災(zāi)害性天氣頻繁。近幾年不斷出現(xiàn)洪澇、干旱、風(fēng)雹、低溫及霜凍等災(zāi)害, 并出現(xiàn)許多歷史極值。 1994 年由于高溫、洪澇等災(zāi)害造成全市糧食減產(chǎn) 100 萬噸, 受災(zāi)人口 93. 8萬人, 水毀水利工程項(xiàng)目 1792 個(gè), 經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元。 1997 年沈陽地區(qū)出現(xiàn)歷史罕見的春 夏連旱, 造成全市 80 萬畝大田作物出不了苗, 玉米減產(chǎn) 39% , 全市糧豆總產(chǎn)量為 252. 5 萬噸, 比 1996 年減少 23. 4% , 直接經(jīng)濟(jì)損失 20 多億元。由此可見, 暴雨、洪澇、干旱等氣象災(zāi)害在不 同程度上嚴(yán)重影響了我市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 如何提高對氣象災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)測能力, 以現(xiàn)代氣2系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)市級氣象決策服務(wù)的直接對象是市委、市政府領(lǐng)導(dǎo)及其重要職能部門。 本系統(tǒng)從1994 年著手建設(shè), 到 1998 年取得階段性成果, 這期間大體分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段 (19941995 年) 主要完成了省- 市- 縣三級氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè), 形成了以沈陽市氣象臺為中心, 上 至沈陽區(qū)域氣象中心, 下至縣級氣象站的三級氣象信息雙向高速通信網(wǎng)。由此奠定了用現(xiàn)代氣 象科技手段服務(wù)于社會的基礎(chǔ)。 第二階段 ( 1996 1998 年) 著重于決策服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)和建 設(shè)。 主要完成了與市委、市政府、市防汛抗旱指揮部、市護(hù)林防火指揮部、市計(jì)委等部門的網(wǎng)絡(luò) 連接及有關(guān)程序的研制開發(fā)。系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)跨越多種硬件、軟件和協(xié)議平臺的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò), 主要由 4 個(gè)網(wǎng)組成: D EC n e t 網(wǎng)、N o ve11 網(wǎng)、分組交換網(wǎng)和公用電話網(wǎng) (見圖 1)。圖 1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由圖 1 可知, 氣象信息的傳輸大體經(jīng)過這樣幾個(gè)環(huán)節(jié): 從沈陽區(qū)域氣象中心的 D EC n e t 網(wǎng)上獲得的圖形圖象產(chǎn)品和市氣象臺的天氣預(yù)報(bào)信息, 經(jīng)過市氣象臺的 N o ve11 網(wǎng)、市電信局的 公用分組交換網(wǎng)和公用電話網(wǎng)傳送到各級領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)和部門。市局的 N o ve11 網(wǎng)服務(wù)器由一臺奔騰 586 微機(jī)承擔(dān), 該機(jī)主頻 200M H z、內(nèi)存 16M B、硬盤 為 2. 1GB , 本網(wǎng)共有 11 個(gè)工作站。分組交換網(wǎng)現(xiàn)有 10 個(gè)終端, 每個(gè)終端通過調(diào)制解調(diào)器連到成 都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào)第 14 卷248線路上。根據(jù)氣象信息的傳輸特點(diǎn), 我們采取了同步傳輸方式, 因?yàn)橥綌?shù)據(jù)通信中, 可由主機(jī)通過鏈路層協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和糾正, 以保證數(shù)據(jù)的完整性。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和信息處理子系統(tǒng)兩部分組成。 每部分又分別由各功能模塊構(gòu)成 (見圖 2) , 在程序運(yùn)行中以多層下拉菜單形式出現(xiàn), 也可由專用熱鍵啟動某個(gè)功能模 塊。該系統(tǒng)軟件采用多種程序設(shè)計(jì)語言編寫, 有 C 語言、匯編語言、編譯 BA S IC 語言等, 并使用W in dow s 系統(tǒng)和 P ho tosty le r 等較為先進(jìn)的繪圖軟件。圖 2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)框圖3. 1數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)3. 1. 1信息傳輸在遠(yuǎn)程信息傳輸方面, 我們采用 X. 25 分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)。該網(wǎng)采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 (STDM ) 技術(shù), 首先將來自終端的報(bào)文進(jìn)行分組, 并視電路的空閑情況以分組為單位在網(wǎng)內(nèi)調(diào)整傳輸, 最終傳遞到對方終端。 它具有有效利用通信資源, 通信傳輸效率高、延時(shí)小、誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)。目前, 在世界范圍內(nèi), X. 25 分組交換網(wǎng)已成為數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的主導(dǎo), 是開展過境數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主一批文件, 進(jìn)行傳輸。為避免調(diào)用過時(shí)文件, 我們在程序設(shè)計(jì)時(shí), 拷貝文件前增設(shè)了遠(yuǎn)端文件自動查詢功能。系統(tǒng)的“發(fā)送”模塊, 可發(fā)送各種文件信息, 如各類定點(diǎn)觀測的氣象資料及其它中文信息。 可編發(fā)的氣象電報(bào)有: SM 基本繪圖報(bào); S I 輔助繪圖報(bào); SX 小圖報(bào); SN 臺風(fēng)指令報(bào); A L 土壤 溫濕報(bào); SL 雨量報(bào); A B 旬月報(bào); W S 重要天氣報(bào); CU 高空月報(bào); C S 地面月報(bào)等。3. 1. 2輔助通信作為一個(gè)綜合通信軟件, 應(yīng)具備多種信息傳輸?shù)姆绞健?為使用方便, 本系統(tǒng)設(shè)置了一些輔 助通信功能。(1)(2) (3)實(shí)時(shí)會話當(dāng)呼叫成功后, 通信雙方可通過本機(jī)鍵盤進(jìn)行會話, 即敲即發(fā)。文件查詢此功能可查看本地或異地磁盤中的文件名、文件長度及文本文件內(nèi)容。 定時(shí)任務(wù)設(shè)置這是對相對固定的通信業(yè)務(wù)而言, 可事先設(shè)定某一時(shí)刻將對方的某個(gè)或一批文件取過來, 此功能可實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)的全自動通信。3. 1. 3通信管理為便于了解系統(tǒng)的工作狀態(tài), 系統(tǒng)設(shè)置了 3 個(gè)管理功能。(1) 日志管理 可將當(dāng)日的收發(fā)文件情況作以自動記錄, 需要時(shí)可顯示或打印。該日志文 件隨系統(tǒng)日期自動更新, 逐月清除。日志文件提供的信息有傳輸?shù)奈募㈤L度、文件起始接收 (發(fā)送) 時(shí)間、文件結(jié)束接收 (發(fā)送) 時(shí)間、接收發(fā)送屬性、實(shí)際接收 (發(fā)送) 長度和對方端口號等。(2) 呼叫管理 此功能可將固定通信用戶的終端號碼輸入到機(jī)器中, 每次呼叫時(shí), 只需選 擇確認(rèn), 不必手工敲入, 此號碼可進(jìn)行刪改。(3) 通道信息管理 此功能相當(dāng)于通道狀態(tài)及運(yùn)行情況監(jiān)察。能在動態(tài)或靜態(tài)情況下, 查 看任一信道的工作情況, 顯示的信息有: 通道號、對方端口號、文件名、文件長度、傳輸長度和通 信狀態(tài) (傳輸或結(jié)束) 等。3. 2信息處理子系統(tǒng)信息處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供本網(wǎng)絡(luò)所能傳輸?shù)娜啃畔⒃? 并針對不同用戶的要求, 對信息進(jìn)行相應(yīng)加工處理, 滿足不同層次用戶的需求。 現(xiàn)分 5 個(gè)部分?jǐn)⑹鋈缦?3. 2. 1降水實(shí)況資料處理模塊主要用于防汛決策服務(wù)。沈陽地處北溫帶, 在亞洲季風(fēng)氣候區(qū)的邊緣, 受遼河、渾河等 大型河流的影響, 每當(dāng)夏季來臨, 防汛便轉(zhuǎn)入各項(xiàng)工作的重點(diǎn)。 特別是 1994、1995 年連續(xù)發(fā)生 嚴(yán)重汛情, 給沈陽市造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。為做好遼、渾河上游地區(qū)天氣預(yù)報(bào), 給市領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門當(dāng)好參謀, 我們重點(diǎn)搜集處理了包括遼、渾河流域的沈陽周邊地區(qū)及省內(nèi)、外相關(guān)站點(diǎn)的 氣象資料, 開發(fā)相應(yīng)程序。模塊可提供每日 4 次的降水實(shí)況資料, 每次處理結(jié)果有兩種形式輸出: 表格形式簡捷明 了, 從左到右依次給出站號、站名、日降水量、到目前為止的累加值等; 圖象方式輸出則是在W in dow s95 支持下, 利用 PH o to sty le r 軟件包開發(fā)的。在為此而設(shè)計(jì)的底圖上, 含有遼寧省及 鄰省的部分地區(qū) 70 個(gè)站點(diǎn)的名稱、地理位置、河流分布等。 當(dāng)定時(shí)氣象觀測資料處理完畢, 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)自動填充到該圖相應(yīng)站點(diǎn)上, 看上去直觀、形象, 給人以身臨其境的感覺。該程序?yàn)榧俺?都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào)第 14 卷2503. 2. 2氣象衛(wèi)星云圖處理系統(tǒng)接收日本 GM S25 同步氣象衛(wèi)星發(fā)送的展寬數(shù)字云圖 (S2V ISSR )。 大家知道, 氣象衛(wèi) 星是將空間技術(shù)及遙感技術(shù)相結(jié)合而用來監(jiān)測天氣現(xiàn)象的。氣象衛(wèi)星上載有紅外、可見光波段的掃描輻射儀, 它在高空對地球及地球上空的大氣進(jìn)行掃描, 將掃描獲得的數(shù)據(jù)資料傳送到地 面, 然后由地面接收機(jī)接收下來, 再通過各種專用接口, 將其送到各種計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行處理。系統(tǒng)采用的地面接收設(shè)備是南京大橋廠生產(chǎn)的W T 25 型衛(wèi)星云圖接收機(jī)。將該設(shè)備的數(shù) 據(jù)分機(jī)輸出的 660kH z 展寬數(shù)字云圖 ( 高分辨率) 信號直接經(jīng)過進(jìn)機(jī)接口板, 輸入到 A ST 586 微機(jī)中。 氣象衛(wèi)星的圖象按每個(gè)象素 8 個(gè) B it, 即 28 取值, 圖象在屏幕上顯示的象素灰度范圍為 0 255 灰階。 采用增強(qiáng)處理技術(shù), 使圖象具有對各種云型的增強(qiáng)顯示效果。 由于氣象衛(wèi)星具有時(shí)效快、監(jiān)視范圍廣、分辨率高的特點(diǎn), 對臺風(fēng)、暴雨等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)分析有很大幫助。 在屏幕上顯示臺風(fēng)眼的經(jīng)緯度, 再結(jié)合相應(yīng)氣象的資料和分析方法, 就能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺風(fēng)未來的發(fā)展方向及登陸地點(diǎn), 以減少臺風(fēng)帶來的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失。在圖象處理方面提供不同著色的海陸分布圖 海洋、湖泊配藍(lán)色, 陸地配綠色, 云系配 白色; 提供 IR 和 V IS 增強(qiáng)曲線各 10 余條; 圖象放大和漫游; 分裂屏顯示功能, 一屏可顯示 4 幅不同時(shí)次的圖象; 在 IR 在 V IS 圖象上繪出云頂溫度等值線; 動畫顯示功能可由使用者編輯 任意張圖象文件進(jìn)行云圖動畫; 可測定圖象上任一點(diǎn)的地理坐標(biāo)位置; 根據(jù)所接收的原始圖象 可處理成全分辨率云圖、可見光云圖、紅外云圖并可進(jìn)行蘭勃特和麥卡托投影變換等。 該云圖 接收系統(tǒng)可定時(shí)自動接收、實(shí)時(shí)監(jiān)視進(jìn)機(jī)數(shù)據(jù)及原始圖象, 資料處理過程無需人工干預(yù)。3. 2. 3氣象傳真圖解碼顯示 氣象傳真圖有國家氣象中心和日本氣象廳發(fā)的各時(shí)次數(shù)值預(yù)報(bào)圖、實(shí)況分析圖等。沈陽市氣象局每日接收幾十張傳真圖供各終端用戶調(diào)用。工作時(shí), 各終端可直接提取 N o ve11 服務(wù)器 中的 T 6 編碼傳真資料文件, 在終端上經(jīng)過解碼處理將其還原成二進(jìn)制文件, 可顯示或打印輸出。3. 2. 4天氣預(yù)報(bào)編輯顯示天氣預(yù)報(bào)是關(guān)系國計(jì)民生的重要科技信息, 隨著時(shí)代的發(fā)展, 其內(nèi)在的科技含量也愈加豐 富, 可以說沒有氣象現(xiàn)代化的發(fā)展, 就沒有今天的天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高, 許多重大社會活動的天氣保障工作也就無從談起。天氣預(yù)報(bào)分為短期天氣預(yù)報(bào)、中期天氣預(yù)報(bào)和短期氣候預(yù)測。 短期天氣預(yù)報(bào)是 24 48 小 時(shí)的預(yù)報(bào), 每日發(fā)布 3 次; 中期天氣預(yù)報(bào)為 3 10 天的天氣趨勢預(yù)報(bào), 為汛期或?yàn)橹卮蠡顒幼?天氣保障時(shí), 發(fā)滾動 5 天天氣趨勢預(yù)報(bào); 短期氣候預(yù)測為月、季、年的預(yù)測。 如遇暴雨、大風(fēng)、暴風(fēng)雪時(shí), 系統(tǒng)發(fā)出重要天氣警報(bào)。1B 處理、投影變換、圖象處理、應(yīng)用處理 6 大塊。 將經(jīng)過精定位投影后的 5 個(gè)通道彩色合成圖象進(jìn)行截取, 保留沈陽地區(qū) 8 個(gè)縣區(qū)及界標(biāo)在內(nèi)的 41. 19 43.05N , 122.41 123.81E 范圍的圖象。 在W in dow s 界面下用 P ho to sty le r 軟件對截取后的圖象進(jìn)行三維立體造字, 標(biāo)注火點(diǎn)和范圍。 最后將處理后的圖象用 a r j 軟件進(jìn)行壓縮并拷到 N o ve11 網(wǎng)服務(wù)器中。4結(jié)語氣象決策服務(wù)是一個(gè)永恒的主題, 隨著社會的發(fā)展, 人們對氣象信息的需求與日俱增, 氣象信息的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大, 信息傳輸?shù)姆绞胶褪侄我矊⑾蚋邔哟伟l(fā)展。氣象服務(wù)的準(zhǔn)確性 和及時(shí)性越高, 對防災(zāi)減災(zāi)的意義也就越大。參考文獻(xiàn):沈陽年鑒R . 北京: 中國統(tǒng)計(jì)出版社, 1995, 163.沈陽區(qū)域氣象中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)技術(shù)手冊R . 北京: 氣象出版社, 1993.12M e teoro log ica l con sulta t ion sy stem ofan t i- d isa ster po l icy dec is ion in shen yan gW A N G J ian 2h u a,L I F u 2ju n ,GU A N Sh i2zh u(Sh enyang B u reau o f M e teo ro lo gy, Sh enyang 110001, C h ina)A bstra c t: B a sed o n th e advan ced comm u n ica t io n n e tw o rk , th e so f tw a re fo r an t i2d isa ste rsu rve illan ce in deve lop ed u sin g va r io u s in fo rm a t io n s t rea tm en t tech n iqu e s. T h e go ve rnm en t dep a r tm en t s a re p ro v ided w ith th e m e teo ro lo g ica l in fo rm a t io n in th e sh ap e o f f igu re s,