湖北省灾害性天气预报预警业务支持系统设计与实现

湖北省灾害性天气预报预警业务支持系统设计与实现

作者：李力

来源：《软件导刊》2014年第10期

摘 要：采用C++builder开发一套灾害性天气预报预警系统。以区域自动站、雷达、卫星资料为基础，采用数据库编程等技术，对降水、气温、风速、变压、变温、回波强度等进行监控，通过弹出窗口文字、声音、短信等多种方式对灾害性天气发出警报，实现全省灾情上报共享及其区域自动站数据快速显示。

关键词：灾害性天气预报预警；C++builder； 数据库编程；数据显示技术 DOIDOI：10.11907/rjdk.143319 中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2014）010008402

作者简介作者简介：李力（1983-），男，湖北武汉人，硕士，湖北省气象信息与技术保障中心工程师，研究方向为气象通信网络管理。 0 引言

各类灾害性天气的发生具有突发性、复杂性和多样性[1]，湖北是受自然灾害影响较大的省份之一，气象灾害损失占所有自然灾害的比重较大。目前，湖北已建成2 300个自动气象观测站，并建设了6个新一代天气雷达。本文所介绍的湖北省灾害性天气预报预警业务支持系统能对实时雷达回波强度、实时卫星云图亮温进行扫描，根据事先设置的阈值，实时监控极大风速、最大风速、小时雨量、最小能见度、小时内最大10min雨量、10min温度变幅、10min气压变幅、雷达回波强度、卫星云图亮温等，进行逻辑判断，通过窗口文字弹出、声音、短信等进行提醒，预报值班员根据提醒，按照业务流程进行相应处理。 1 系统设计思路

系统要实现对区域自动站和雷达、卫星资料进行不间断实时监控的功能，需具有稳定、可靠的特点；要实现实时监控功能，需要定时扫描数据库，系统设计服务器端和客户端；要实现预警功能，系统必须在视、听方面具有多种提示功能；为便于在全省推广使用，系统需留有本地化接口，通过参数设置实现本地化应用。

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1.1 系统功能模块

根据功能需要，系统设计了数据处理模块，自动站网气象、卫星云图亮温及雷达回波强度监控模块，语音报警模块，短信模块，文字报警提示模块，气象志愿者灾害信息录入显示模块和常用业务链接模块。各模块功能相对独立，但又有联系，共同实现系统的总体功能如图1所示。

图1 系统结构 1.2 数据处理模块

目前，湖北省所有国家级自动气象站和区域自动气象站数据每10min上传一次，实时导入到数据库中。系统服务器端从数据库中实时获取自动气象数据，保存至FTP服务器的dataTabTimeData.TXT文件中；客户端从服务器端FTP调取该文件，保存至本地的

dataTabTimeData.TXT中，并对预先设置好的关心区域和关注区域台站进行阈值判断，生成自动站异常资料数据。

多普勒雷达可探测云和降水回波的位置和强度[2]，卫星亮温也间接反映了云层的厚度，它们在中小尺度天气系统和强对流天气的监测中发挥着重要的作用。系统每6min对雷达数据进行扫描，每半小时对红外云图进行扫描，生成雷达和卫星云图监控文件，并存储至服务器中供客户端调用。

服务器端每天20：00前自动生成台站信息文件stationinfo.txt，并保存至FTP服务器data目录下；客户端每天00：00从服务器调取该文件，更新本地台站信息。 1.3 自动站网气象要素、卫星云图亮温和雷达回波强度监控模块

自动站要素、卫星亮温和雷达回波监控模块可对自动站异常数据文件和雷达回波、卫星亮温异常数据文件进行实时监控，当关注点和关心点数据出现异常时，调用语音报警模块、短信模块和文字模块发出报警信息。

客户端可根据需要灵活增删阈值检验，并设置预警策略。可根据实际情况设置多个预警值、时效和语音预警提示内容。当达到预警阈值时，系统就会给出文字、声音、短信预警；每次超过预警时效，就按照第一个预警阈值重新进行判断，重新计算时效。 1.4 语音报警模块

系统自带语音预警词条，当异常数据监控模块监测到异常数据时，语音报警模块会根据该模块中设置的语音预警提示内容生成语音预警文本文件，并将文本文件转化为WAV文件，通过声卡播放声音内容。

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1.5 短信模块

当异常数据监控模块监测到异常数据时，短信模块会生成相应的提醒短信，格式为“台站：异常值（异常要素）”，并调用短信猫发布到预先设定的手机中。

为提高短信发送效率，增强短信模块运行的稳定性，系统采用C++builder6，通过一套AT指令，开发出短信猫（GSM MODEM）短信发布模块，通过线程后台接收处理，并实现长字符短信发送功能。目前开发的SMSAPP.dll版本提供了14个基本函数。 1.6 文字报警提示模块

系统检索出关注区域和关心区域气象要素异常数据后，生成简要的文字内容和详尽的文字内容，以窗口弹出的形式在计算机屏幕显示，同时提供详尽的文字内容可供值班员查阅。 1.7 气象志愿者灾害信息录入显示模块

通过气象志愿者灾害信息录入显示模块，值班人员可录入本地灾害性天气发生的时间、地点、类型和灾情描述。地点为最接近灾害发生点的区域自动站所在位置，以区域自动站站号形式上传。

客户端发送的灾情文件上传至服务器后，在服务器端自动汇总为全省气象灾害共享文件 （DisasterYYYYM MMDD.txt），供全省地、市、县级客户端调用。客户端自动下载该灾情文件，并显示在地图上。 1.8 常用业务链接模块

系统自动生成Micaps格式的实时气象要素（极大风速、最大风速、小时雨量、10min雨强、最小能见度、10min变温、10min变压等）文件，供预报员调用。为了方便预报员调取资料，系统提供常用业务链接功能，可以链自动站网查看实时气象要素，同时提供链接PUP、MYNOS、Micaps等预报业务平台接口。 2 关键技术及实现方法

系统设计中，采用C++Builder 2009进行编程，并采用数据库SQl查询、图形透明板显示、语音处理、短信发送AT指令及多进程技术。 2.1 雷达回波强度和卫星亮温识别技术

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CINRADSA/SB雷达基数据是雷达生成的原始数据，通过统一的数据存储方式存储为一个单独的文件，并保存反射率、径向速度等雷达基本观测数据[3]。系统通过读取雷达基本数据文件，找出强回波所对应的位置，并转换为行政地名，生成雷达回波数据监控文件。 红外云图中不同的颜色值对应不同的亮温，打开红外云图可获取任意位置的十六进制颜色码，通过分析颜色码可获取达到阈值的卫星亮温所在位置，并生成卫星数据监控文件。 2.2 数据库SQL查询技术

系统服务器端采用TADOQuery查询组件，通过SQL查询代码，得到最新的自动站和区域自动站气象数据，并对所需数据进行分析处理，存放到文本文件中。 2.3 语音处理技术

语音处理主要是将12121系统中的4 000多个语音文件集成到一个语音库中[4]，并实现语音合并、根据文字生成语音文件、播放指定语音文件等功能。语音库的具体实现方法为：①去掉12121系统中所有文件（WAV格式文件）的头部，将其语音数据按顺序存放在一个二进制文件中；②将12121系统中的语音所对应的文字按顺序存放至上述二进制文件的头部，作为语音索引依据；③建立一个动态链接库（DLL），封装所有语音库的操作。 3 结语

本系统综合运用了数据库SQL查询技术、图形透明板显示技术、语音处理技术、短信发送AT指令及多线程技术，实现了区域自动站、雷达、卫星资料的实时监控、预警功能，通过弹出窗口文字、声音、短信等多种方式进行提醒，帮助气象服务人员在灾害性天气出现前，快速调动气象监测数据，追踪、监控其发展趋势，并及时、准确地作出快速反应，从而为防灾减灾赢得宝贵时间，减少天气灾害带来的损失。 参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，1992. [2] 俞小鼎，姚秀平，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M]. 北京：气象出版社，2006.

[3] 孙莹，王艳兰，李向红. CINRAD SA/SB雷达基数据的初步应用[J]. 广西气象，2009（27）：2122.

[4] 杨辉，鲁建军.12121实时要素预报播放系统的设计及实现[J].湖北气象，2012（11）：3536.