科技发展
您当前的位置 > 首页 > 科技发展
名称 海南省海洋观测数据实况速报系统的设计与应用
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2020-00074
主题分类 科技发展 文号
发布日期 2020-12-09 主题词

海南省海洋观测数据实况速报系统的设计与应用

发布日期:2020-12-09 09:56 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

海南省海洋观测数据实况速报系统的设计与应用

海洋观测是海洋科学发展的基础和重要支撑,也是海洋经济开发、海洋环境预报、海洋防灾减灾、环境保护和权益维护的基础,人类对海洋的科学认知借助于各种观测和探测手段。目前,海南省建成了以海洋验潮站、X-波段雷达、K-波段雷达、卫星传输网络系统等岸基观测为主,浮标、简易验潮井、应急机动观测等为辅的海南省海洋观测网体系,海洋观测体系日趋完善。

海洋预报和海洋防灾减灾对海洋观测数据的需求日益迫切,但各海洋观测系统拥有其独立的数据管理制度、数据格式等,数据使用的统一性和协调性较差,大量宝贵数据资源得不到充分利用,造成数据丰富而应用贫乏。构建能够集成各类海洋数据库、可视化展示和分析模型的综合应用平台,解决多源异构数据的集成,实现海洋观测数据的智能化管理和数据的高效利用,为海洋预报和防灾减灾应急管理提供指导和决策依据显得尤其重要。

基于现代计算机技术的发展,本文设计开发出海南省海洋观测数据实况速报系统。系统的设计与应用建设遵循利旧、分阶段、可配置、可扩展、跨平台和安全可靠的原则,采用面向服务的4层结构设计,对海洋观测数据(气压、湿度、降雨、盐度、风速、潮位、波浪)进行报文采集、传输、解析、入库等操作,使海洋观测数据以直观的图文方式展示,并将相关产品快速推送至决策部门,为海洋预报、防灾减灾和应急管理提供数据支撑和决策依据。

1海南省海洋观测数据实况速报系统总体设计

1.1总体结构设计

海南省海洋观测数据实况速报系统的系统架构。

海南省海洋观测数据实况速报系统采用4层架构体系,具体为数据处理层、基础数据层、业务应用层、服务表现层。

(1)数据处理层实现对不同服务器上的海洋观测数据进行数据采集、传输、解析以及入库等操作。

(2)基础数据层实现对多种数据源进行解析入库处理并建设相应的数据库。

(3)业务应用层实现对观测数据管理、系统管理、参数设置以及文件导出等系统功能进行管理。

(4)服务表现层实现对不同系统用户进行相应的角色和权限设置。

为加强系统的正常安全运行和数据的统一标准规范,系统架构设计还包括安全保障和标准规范模块的建设。

1.2数据库设计

系统数据库设计主要包括波浪、潮位、气象以及电子潮汐表数据库等。波浪观测数据库主要包括波高、浪圈、浪向等观测数据;潮汐观测数据库主要包括实测潮位数据;气象观测数据库主要包括风速、风向、温度等观测数据:电子潮汐表数据库主要包括对每年更新的电子潮汐表建库。

1.3系统功能设计

系统功能设计主要包括观测数据管理、系统管理、参数设置、文件导出以及信息推送等。系统功能设计。

(1)观测数据管理功能,主要对潮汐、气温、气压、湿度、水温、潮位、波浪等观测数据和潮位预警曲线、波浪曲线进行管理。

(2)系统管理功能,主要对系统用户和权限设置进行管理,实现对系统用户合理设置权限。

(3)参数设置功能,主要对系统文件生成时间与位置进行管理。

(4)文件导出功能,主要对12h和24h的潮汐及波浪数据等进行查询,可选择性生成并导出相应文件。

(5)信息推送功能,主要对不同决策部门推送相应海洋观测数据信息。

2关键技术

2.1可视化编辑器

可视化编辑器(VE)是MediaWiki扩展程序,一种向维基百科提供“可视化”或“所见即所得式”在线多信息文本编辑器。可视化编辑器的整体架构和主要流程。

2.1.1模板编辑器主流程说明

加载模板(后端)——翻译成控制标签输出到前端(后端)——加载碎片配置文件、数据源配置文件(后端include方式)——编辑器初始化(前端)——拖拽组件——编辑组件外观属性——编辑组件数据属性——编辑组件样式——预览模板——保存模板。

2.1.2碎片编辑主流程说明

拖拽碎片——从碎片配置文件中加载默认外观DOM.显示到编辑区——编辑碎片外观——从碎片配置文件中加载外观表单——填写表单——翻译成碎片参数通过Ajax从后端渲染方法中获取通过参数渲染后的DOM-编辑数据源——从数据源配置文件中加载指定数据源的表单——填写表单——翻译成数据源参数串保存入碎片区域——预览模板——通过前端翻译方法把模板翻译成标准freerker代码,提交给后端模板生成方法生成模板。

碎片编辑主流程的关键在于各个碎片的配置文件,配置文件为纯HTML文件。

2.2多数据源适配技术

多数据适配技术主要实现对不同格式、属性的数据源进行数据匹配和数据映射处理,为海南省海洋观测数据实况速报系统开发提供统一标准规范的数据接口。多数据源适配技术整体架构。

2.3开发技术框架

海南省海洋观测数据实况速报系统采用前后端完全分离的MVC(模型视图控制器)开发模式。前端开发采用HTML5技术,根据不同显示设备的分辨率,实现对响应式和页面自适应显示;后端开发采用Java开发语言的Springboo+MyBatis全新开源轻量级框架,实现系统的快速开发,缩短搭建开发框架过程。MyBatis是一款优秀的持久层框架,它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。海南省海洋观测数据实况速报系统数据存储采用关系型数据库MySQL。

3海南省海洋观测数据实况速报系统应用

3.1数据采集与管理

海南省海洋观测数据实况速报系统主要实现对海洋观测数据的采集、传输、解析、入库、以及展示推送为一体的设计思路。数据采集与管理的建设思路。

将不同感知设备采集的大量海洋观测数据上传到海南省海洋观测数据实况速报系统平台,建设相应的数据库处理有关数据,实现对海洋观测数据的采集、文件传输、报文解析、数据入库、展示推送等,达到对海洋观测数据采集与统一管理的目的。

3.2主要功能应用

海南省海洋观测数据实况速报系统的主要功能应用。

海南省海洋观测数据实况速报系统的主要功能应用包括:观测数据管理、系统管理、参数设置、文件导出和信息推送5大功能应用。

3.2.1观测数据管理

根据不同的业务需要提供数据查询服务,实现对潮汐表、气温、气压、湿度、水温、潮位、波浪、潮位预警曲线、波浪曲线等数据进行查询操作,并将观测数据以直观图文方式展示,为预报员制作预报产品提供精细化、标准化和结构化的数据支撑,并将海洋观测数据和产品快速推送至相关决策部门。

3.2.2潮位预警曲线管理功能

可根据自定义时间段,对不同潮位监测站点进行潮位数据查询,具体类型分为天文潮、实测潮位、实际增水3条不同的预警曲线。潮位预警曲线。

3.2.3波浪曲线管理功能

可根据自定义时间段,对不同波浪监测站点波高数据进行查询,各观测站点浪高以依据有效波高和最大高进行划分。

3.2.4系统管理

根据用户的权限层次和范围,对不同系统的用户和角色权限进行合理分配,例如不同部门的用户设置不同权限,方便、快捷地定义人员的角色及权限,使相关人员只能执行相应的操作,保证系统管理的规范和数据的安全。

3.2.5参数设置

根据相关业务需求,实现对系统文件的生成时间等进行自定义设置。

3.2.6文件导出

实现对12h和24h内的潮汐数据及波浪数据进行查询,可选择性生成并导出相应的直观的图表文件。

3.2.7信息推送

针对不同业务需求,主要以数据接口或者文件传输方式,将海洋观测数据和海洋预报分析产品快速推送至不同决策部门,为海洋预报、防灾减灾和应急管理提供数据支撑。

3.3应用场景及案例

海南省海洋观测数据实况速报系统投入运行以来,可稳定可靠地为海洋预报产品制作、海洋防灾减灾等提供信息参考和数据决策支撑。

3.3.1海洋预报产品制作

海南省海洋观测数据实况速报系统整合了海南省现有的海洋观测设备数据,实现了海南省海洋观测数据的智能化管理,为海洋预报产品制作提供数据参考。此外,海南省海洋观测数据实况速报系统可以整理形成周、月、年度的分析数据,为海洋会商、数据分析等提供强有力的支撑。

3.3.2海洋防灾减灾

海南省海洋观测数据实况速报系统在2019年“韦帕”“杨柳”“剑鱼”等台风影响期间,提供准确、稳定、持续的海洋观测实况数据,为海浪、风暴潮警报(速报)制作等提供了数据支撑。另外,根据相关设置,海南省海洋观测数据实况速报系统每隔3h自动导出各沿海验潮站点风暴增水数据并生成相关报告发送至应急管理部门,第一时间为应急管理部门决策提供支撑。

4讨论

海洋观测是关注海洋、认识海洋和经略海洋的基本途径,海洋科学的创新发展在很大程度上依赖于海洋观测能力的提升。随着海洋立体观测网的不断建设,各种传感器获取的海洋观测数据数量呈现出级数增长的态势,对海量原始数据的直接观察和分析,不利于对数据资源的有效利用,易造成有用信息的丢失。整合海洋观测数据,实现海洋观测数据的智能化管理,建立一个具有高效管理、快速分析和显示制图的海洋观测数据平台,解决海洋数据的多源异构问题,对大量复杂的海洋数据进行有效管理,为海洋环境预报、海洋防灾减灾等提供优质的信息服务和决策支持,意义重大。

海南省海洋观测数据实况速报系统采用可视化编辑器、多数据源适配技术以及开发技术框架,基于B/S和SOA架构进行设计,实现对不同系统间海洋观测数据产品格式与传输交换进行统一标准、统一信息服务接口并通过图形化手段,清晰有效地表示海洋数据的数据含义,易于维护、扩展性强。在2019年海南省海洋防灾减灾中,海南省海洋观测数据实况速报系统已实现快速向海洋观测和应急管理部门及时推送相应的海洋实时观测数据,为海洋预报、防灾减灾和应急管理等提供了数据支撑和科学依据。

海南省海洋观测数据实况速报系统具有良好的跨平台设计,与其他海洋数据管理系统相比,海南省海洋观测数据实况速报系统具有更好的可移植性、扩展性,以及高度的开放性,保证将来能够在其他标准平台之上的扩展、移植和整合。另外,海南省海洋观测数据实况速报系统还提供基于XML、WebSeⅣice的数据交换接口,预留多种扩展,支持与第三方软件的应用集成。

摘自《海洋信息》2020年第3期

 

 

扫一扫在手机打开当前页

海南省海洋观测数据实况速报系统的设计与应用

科技外事处 2020-12-09

海南省海洋观测数据实况速报系统的设计与应用

海洋观测是海洋科学发展的基础和重要支撑,也是海洋经济开发、海洋环境预报、海洋防灾减灾、环境保护和权益维护的基础,人类对海洋的科学认知借助于各种观测和探测手段。目前,海南省建成了以海洋验潮站、X-波段雷达、K-波段雷达、卫星传输网络系统等岸基观测为主,浮标、简易验潮井、应急机动观测等为辅的海南省海洋观测网体系,海洋观测体系日趋完善。

海洋预报和海洋防灾减灾对海洋观测数据的需求日益迫切,但各海洋观测系统拥有其独立的数据管理制度、数据格式等,数据使用的统一性和协调性较差,大量宝贵数据资源得不到充分利用,造成数据丰富而应用贫乏。构建能够集成各类海洋数据库、可视化展示和分析模型的综合应用平台,解决多源异构数据的集成,实现海洋观测数据的智能化管理和数据的高效利用,为海洋预报和防灾减灾应急管理提供指导和决策依据显得尤其重要。

基于现代计算机技术的发展,本文设计开发出海南省海洋观测数据实况速报系统。系统的设计与应用建设遵循利旧、分阶段、可配置、可扩展、跨平台和安全可靠的原则,采用面向服务的4层结构设计,对海洋观测数据(气压、湿度、降雨、盐度、风速、潮位、波浪)进行报文采集、传输、解析、入库等操作,使海洋观测数据以直观的图文方式展示,并将相关产品快速推送至决策部门,为海洋预报、防灾减灾和应急管理提供数据支撑和决策依据。

1海南省海洋观测数据实况速报系统总体设计

1.1总体结构设计

海南省海洋观测数据实况速报系统的系统架构。

海南省海洋观测数据实况速报系统采用4层架构体系,具体为数据处理层、基础数据层、业务应用层、服务表现层。

(1)数据处理层实现对不同服务器上的海洋观测数据进行数据采集、传输、解析以及入库等操作。

(2)基础数据层实现对多种数据源进行解析入库处理并建设相应的数据库。

(3)业务应用层实现对观测数据管理、系统管理、参数设置以及文件导出等系统功能进行管理。

(4)服务表现层实现对不同系统用户进行相应的角色和权限设置。

为加强系统的正常安全运行和数据的统一标准规范,系统架构设计还包括安全保障和标准规范模块的建设。

1.2数据库设计

系统数据库设计主要包括波浪、潮位、气象以及电子潮汐表数据库等。波浪观测数据库主要包括波高、浪圈、浪向等观测数据;潮汐观测数据库主要包括实测潮位数据;气象观测数据库主要包括风速、风向、温度等观测数据:电子潮汐表数据库主要包括对每年更新的电子潮汐表建库。

1.3系统功能设计

系统功能设计主要包括观测数据管理、系统管理、参数设置、文件导出以及信息推送等。系统功能设计。

(1)观测数据管理功能,主要对潮汐、气温、气压、湿度、水温、潮位、波浪等观测数据和潮位预警曲线、波浪曲线进行管理。

(2)系统管理功能,主要对系统用户和权限设置进行管理,实现对系统用户合理设置权限。

(3)参数设置功能,主要对系统文件生成时间与位置进行管理。

(4)文件导出功能,主要对12h和24h的潮汐及波浪数据等进行查询,可选择性生成并导出相应文件。

(5)信息推送功能,主要对不同决策部门推送相应海洋观测数据信息。

2关键技术

2.1可视化编辑器

可视化编辑器(VE)是MediaWiki扩展程序,一种向维基百科提供“可视化”或“所见即所得式”在线多信息文本编辑器。可视化编辑器的整体架构和主要流程。

2.1.1模板编辑器主流程说明

加载模板(后端)——翻译成控制标签输出到前端(后端)——加载碎片配置文件、数据源配置文件(后端include方式)——编辑器初始化(前端)——拖拽组件——编辑组件外观属性——编辑组件数据属性——编辑组件样式——预览模板——保存模板。

2.1.2碎片编辑主流程说明

拖拽碎片——从碎片配置文件中加载默认外观DOM.显示到编辑区——编辑碎片外观——从碎片配置文件中加载外观表单——填写表单——翻译成碎片参数通过Ajax从后端渲染方法中获取通过参数渲染后的DOM-编辑数据源——从数据源配置文件中加载指定数据源的表单——填写表单——翻译成数据源参数串保存入碎片区域——预览模板——通过前端翻译方法把模板翻译成标准freerker代码,提交给后端模板生成方法生成模板。

碎片编辑主流程的关键在于各个碎片的配置文件,配置文件为纯HTML文件。

2.2多数据源适配技术

多数据适配技术主要实现对不同格式、属性的数据源进行数据匹配和数据映射处理,为海南省海洋观测数据实况速报系统开发提供统一标准规范的数据接口。多数据源适配技术整体架构。

2.3开发技术框架

海南省海洋观测数据实况速报系统采用前后端完全分离的MVC(模型视图控制器)开发模式。前端开发采用HTML5技术,根据不同显示设备的分辨率,实现对响应式和页面自适应显示;后端开发采用Java开发语言的Springboo+MyBatis全新开源轻量级框架,实现系统的快速开发,缩短搭建开发框架过程。MyBatis是一款优秀的持久层框架,它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。海南省海洋观测数据实况速报系统数据存储采用关系型数据库MySQL。

3海南省海洋观测数据实况速报系统应用

3.1数据采集与管理

海南省海洋观测数据实况速报系统主要实现对海洋观测数据的采集、传输、解析、入库、以及展示推送为一体的设计思路。数据采集与管理的建设思路。

将不同感知设备采集的大量海洋观测数据上传到海南省海洋观测数据实况速报系统平台,建设相应的数据库处理有关数据,实现对海洋观测数据的采集、文件传输、报文解析、数据入库、展示推送等,达到对海洋观测数据采集与统一管理的目的。

3.2主要功能应用

海南省海洋观测数据实况速报系统的主要功能应用。

海南省海洋观测数据实况速报系统的主要功能应用包括:观测数据管理、系统管理、参数设置、文件导出和信息推送5大功能应用。

3.2.1观测数据管理

根据不同的业务需要提供数据查询服务,实现对潮汐表、气温、气压、湿度、水温、潮位、波浪、潮位预警曲线、波浪曲线等数据进行查询操作,并将观测数据以直观图文方式展示,为预报员制作预报产品提供精细化、标准化和结构化的数据支撑,并将海洋观测数据和产品快速推送至相关决策部门。

3.2.2潮位预警曲线管理功能

可根据自定义时间段,对不同潮位监测站点进行潮位数据查询,具体类型分为天文潮、实测潮位、实际增水3条不同的预警曲线。潮位预警曲线。

3.2.3波浪曲线管理功能

可根据自定义时间段,对不同波浪监测站点波高数据进行查询,各观测站点浪高以依据有效波高和最大高进行划分。

3.2.4系统管理

根据用户的权限层次和范围,对不同系统的用户和角色权限进行合理分配,例如不同部门的用户设置不同权限,方便、快捷地定义人员的角色及权限,使相关人员只能执行相应的操作,保证系统管理的规范和数据的安全。

3.2.5参数设置

根据相关业务需求,实现对系统文件的生成时间等进行自定义设置。

3.2.6文件导出

实现对12h和24h内的潮汐数据及波浪数据进行查询,可选择性生成并导出相应的直观的图表文件。

3.2.7信息推送

针对不同业务需求,主要以数据接口或者文件传输方式,将海洋观测数据和海洋预报分析产品快速推送至不同决策部门,为海洋预报、防灾减灾和应急管理提供数据支撑。

3.3应用场景及案例

海南省海洋观测数据实况速报系统投入运行以来,可稳定可靠地为海洋预报产品制作、海洋防灾减灾等提供信息参考和数据决策支撑。

3.3.1海洋预报产品制作

海南省海洋观测数据实况速报系统整合了海南省现有的海洋观测设备数据,实现了海南省海洋观测数据的智能化管理,为海洋预报产品制作提供数据参考。此外,海南省海洋观测数据实况速报系统可以整理形成周、月、年度的分析数据,为海洋会商、数据分析等提供强有力的支撑。

3.3.2海洋防灾减灾

海南省海洋观测数据实况速报系统在2019年“韦帕”“杨柳”“剑鱼”等台风影响期间,提供准确、稳定、持续的海洋观测实况数据,为海浪、风暴潮警报(速报)制作等提供了数据支撑。另外,根据相关设置,海南省海洋观测数据实况速报系统每隔3h自动导出各沿海验潮站点风暴增水数据并生成相关报告发送至应急管理部门,第一时间为应急管理部门决策提供支撑。

4讨论

海洋观测是关注海洋、认识海洋和经略海洋的基本途径,海洋科学的创新发展在很大程度上依赖于海洋观测能力的提升。随着海洋立体观测网的不断建设,各种传感器获取的海洋观测数据数量呈现出级数增长的态势,对海量原始数据的直接观察和分析,不利于对数据资源的有效利用,易造成有用信息的丢失。整合海洋观测数据,实现海洋观测数据的智能化管理,建立一个具有高效管理、快速分析和显示制图的海洋观测数据平台,解决海洋数据的多源异构问题,对大量复杂的海洋数据进行有效管理,为海洋环境预报、海洋防灾减灾等提供优质的信息服务和决策支持,意义重大。

海南省海洋观测数据实况速报系统采用可视化编辑器、多数据源适配技术以及开发技术框架,基于B/S和SOA架构进行设计,实现对不同系统间海洋观测数据产品格式与传输交换进行统一标准、统一信息服务接口并通过图形化手段,清晰有效地表示海洋数据的数据含义,易于维护、扩展性强。在2019年海南省海洋防灾减灾中,海南省海洋观测数据实况速报系统已实现快速向海洋观测和应急管理部门及时推送相应的海洋实时观测数据,为海洋预报、防灾减灾和应急管理等提供了数据支撑和科学依据。

海南省海洋观测数据实况速报系统具有良好的跨平台设计,与其他海洋数据管理系统相比,海南省海洋观测数据实况速报系统具有更好的可移植性、扩展性,以及高度的开放性,保证将来能够在其他标准平台之上的扩展、移植和整合。另外,海南省海洋观测数据实况速报系统还提供基于XML、WebSeⅣice的数据交换接口,预留多种扩展,支持与第三方软件的应用集成。

摘自《海洋信息》2020年第3期