基于MICAPS的台风预报系统的构建方案研究

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2024年6月22日发(作者：)

ｌ１卷第５期　

２Ｏ１２年５月　

软件导刊　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｇｕｉｄｅ　

Ｖ０ｌ　１ｌＮＯ．５　

Ｍａｖ．２０１２　

基于Ｍ　Ｉ　ＣＡＰＳ的台风预报系统的构建方案研究　

齐保签　

（北京工业大学软件学院，北京３００１２４）　

摘　要：在．ＮＥＴ平台下，以Ｃ＃为编程语言，采用ＭＩＣＡＰＳ框架、ＣＯＭＧＩＳ技术，构建台风预报系统。　

关键词：ＣＯＭＧＩＳ；ＭＩＣＡＰＳ；台风预报系统；空间数据库；系统集成　

中图分类号：ＴＰ３ｉ９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７８００（２０１２）００５—００４５—０２　

一

样来调用ＧＩＳ组件，把ＧＩＳ组件和非ＧＩＳ组件结合起　

０　引言　

近十几年来，我国台风预报水平取得了明显进步，在　

来，联合开发出具有ＧＩＳ功能的应用程序或者项目。组件　

式ＧＩＳ的产生解决了以前ＧＩＳ体积庞大、系统闭塞、可重　

用性差、价格贵、开发困难等弊病，使ＧＩＳ得以快速的推　

广。　

国家防台减灾＿Ｉ二作中发挥了重要作用，但与美国等少数发　

达国家相比仍然存在一定的差距。如对于台风异常变化，　

包括路径异常、登陆台风的突然增强等预报误差还较大；　

台风的强度预报水平不高；缺乏台风暴雨预报的有效方法　

和手段；卫星和雷达资料在台风监测中的定量应用水平有　

待进一步提高；我国台风全球模式和区域模式在近几年虽　

取得了较大进步，但和国际先进水平相比还有不小差距。　

因此，从整体上提高我国台风监测水平、预报准确率和精　

细化水平，延长预报时效等，以便更好地满足日益增长的　

台风服务需求，最大限度地减轻台风灾害，为我国经济建　

设和国防建设服务，仍然是一项迫在眉睫的任务。　

气象信息综合分析与处理系统（ＭＩＣＡＰＳ）是由中国　

气象科学研究院和国家气象中心等单位联合开发的与气　

象卫星综合应用工程（９２１０工程）通讯和数据库系统相配　

套的人机交互系统。该系统为我国各级气象中心站提供　

了一个气象业务预报的平台，也为各级（包括国家级、省部　

级、地市级、县级等）各类政府部门（如农业、环保、交通、水　

利、海洋、土地资源管理等部门）提供了一个气象信息检索　

与查询的工具。ＭＩＣＡＰＳ系统采用的是一种系统核心加　

功能模块扩展的方式开发，系统的核心部分提供地图投　

影、地图管理、绘图区管理、图层绘制、系统基本函数、全局　

基于ＭＩＣＡＰＳ的台风预报系统的实施将有利于提高　

我国台风预报准确率，延长预报时效，提高台风客观分析　

技术及应用水平，提高台风业务平台工作效率，改进我国　

台风数值预报能力，为实时业务提供有效科技支撑，为各　

级政府制定防台减灾措施提供科学决策依据，为国民经济　

和社会持续发展以及国家安全和社会稳定提供保障。　

１　系统设计决策　

（１）台风业务需求。以ＭＩＣＡＰＳ３为技术框架，形成　

具有监测、分析、预报和产品制作功能的人机服务系统。　

在ＭＩＣＡＰＳ框架下开发台风实时监测数据显示、各预报　

方法对比分析、台风实时定位定强、台风产品制作和发送、　

台风主／客观预报实时检验和其它主客观台风产品显示功　

能。最大化利用框架已有功能和特性，基于地理信息显示　

收集到台风数据，业务流程自动化以简化预报员操作步　

骤，保持用户操作习惯，构建台风预报人员专业化的业务　

支撑平台，提高业务人员的工作效率。　

（２）台风信息数据库及数据存储管理。建设台风信息　

数据库，为台风主客观预报提供数据支撑。收集台风数据　

入库，进行存储管理和检索展示。提供高效的台风时间检　

索、强度检索、统计分析和空间检索。结合ＧＩＳ应用的技　

术，实现台风路径强度展示，与地理信息图层叠加，空间统　

变量定义和鼠标事件分发等要素，而对应于特有业务的资　

料显示和功能模块的扩展则通过扩展功能模块的方式实　

现。本文主要介绍针对台风所特有的预报业务所需模块　

的开发设计。　

计、空间检索等。台风预报系统数据库包括：西北太平洋　

台风历史资料数据库、全球台风资料数据库、台风短期气　

候因子库、台风灾害数据和临时产品文件库。　

（３）集成优化多种主客观预报方法。台风预报系统的　

台风路径强度客观预报、台风风雨分布预报、台风数值预　

建立在面向对象和组件式技术基础上的ＧＩＳ系统叫　

做组件式ＧＩＳ（ＣｏｍＧＩＳ）。组件式ＧＩＳ的基本原理是按照　

ＣＯＭ规范把ＧＩＳ系统分割成几个有独立功能的组件。开　

发者可以在自己的开发环境中像调用标准的ＣＯＭ组件　

作者简介：齐保签（１９８６一），男，天津人，北京工业大学软件学院硕士研究生，研究方向为软件工程与网络。　

软件导刊　２０１２钲　

报、台风短期气候预测中，存在着对多类台风预报和定位　

定强方法的应用。通过统一调度集成和算法工程化技术，　

将分离的主客观预报方法连接成为一个完整可靠经济和　

有效的整体，并使之能彼此协调工作，发挥整体效益，实现　

整体性能最优。　

２　系统构建方案　

２．１系统技术路线　

基于台风预报系统功能设计决策、非功能设计决策和　

技术架构设计，台风预报系统采用技术路线如下：业务平　

台采用ｃ／ｓ架构，客户端基于ＭＩＣＡＰＳ框架下二次开发，　

实现台风数据显示、台风数据检索和台风预报业务。基于　

数据集成环境约束，数据库采用ＯＲＡＣＩ　Ｅ１１Ｇ，考虑到环　

境的统一监测、调度和通用性，采用ＪＡＶＡ语言实现数据　

入库。基础平台项目组提供开发框架和接口。台风预报　

系统属于气象中心预警工程的一部分，使用预警工程的气　

象地理信息系统（ＭｅｔｅｏＧＩＳ）提供组件进行开发，实现空　

间数据库引擎功能和气象数据显示。由于ＮＣＩ　算法函数　

丰富，脚本调用高效，图像图形表现形式灵活，台风短期气　

候预测数据动态绘制采用ＮＣＩ　实现。基于台风短期气候　

预测算法可维护性和扩展性需求，算法采用Ｆｏｒｔｒａｎ进行　

开发。　

２．２系统构建框架　

通过对台风系统的功能设计决策分析，得出该系统的　

构建方案，如图１所示。　

、　务应用层：人机交换界面＼浏览器　

彳　

应用组件层：算法、应用　

彳　

基础框架层：Ｃ　、ＦＯＲＴＲＡＮ　

彳　

数据存储层：　问数据库、　

台风历史库、临时文件　

图１　台风预报系统框架　

（１）业务应用层。业务应用层是台风预报业务操作和　

数据系统的管理入口。主要为用户提供人机交互界面，统　

一

集成其他各个业务处理功能，以满足所有用户对系统的　

使用要求，实现前端系统的易操作、易维护、安全性，以及　

与后台系统的适度分离。　

（２）应用组件层。应用组件层是台风预报系统的集成　

架构，实现业务应用调度和集成。业务应用调度的集成是　

基于不同的调度触发策略（时间、事件、人工），内容包括数　

据获取、算法运行调度、脚本动态生成和后台自动数据处　

理任务，实现后台自动计算处理与人机交互的集成设计。　

台风路径／强度预报：通过集成台风路径和强度客观　

预报方法，实时给出台风强度和路径客观预报结果；通过　

概念模型和物理因子诊断分析完成台风登陆后路径预报　

算法的实现。　

全球台风监测分析：以世界气象组织（ＷＭＯ）全球气　

象数据交换系统（ＧＴＳ）、台风路径整编资料以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　

网络为基础收集处理全球台风数据，组建全球台风历史数　

据库和包括实时气象资料、全球数值预报、气象卫星资料　

的基础气象信息数据集。在此基础上，实现多种台风信息　

的可视化显示。　

台风灾害风险分析：在对台风历史资料和灾害信息综　

合分析的基础上，利用台风灾害影响评估方法，结合基础　

地理信息，提供台风灾害影响评估产品，提供决策支持。　

短期气候预测：建立台风短期气候预测因子库和概念　

模型，开发具有较强物理基础的台风短期气候预测模型。　

管理和发送台风短期气候预测产品。　

（３）技术框架层。技术框架层是技术总体架构的核　

心，包括：事务管理技术、应用框架技术、数据访问技术、　

ＭＩＣＡＰＳ框架技术、算法工程化技术、ＧＩＳ平台应用技术　

等。　

事务管理技术：事务管理技术主要是解决系统数据处　

理、产品制作、产品发送整个过程中保持一致性的问题。　

应用框架：基于需求中台风短期气候预测子系统内　

容，这部分功能采用Ｂ／Ｓ应用架构，实现用户用浏览器对　

因子库的查询、浏览及预测业务处理。　

气象绘图软件：实现数据处理和图像绘制，为数据入　

库、数据解码和数据显示提供后台计算支撑。　

数据访问技术：数据访问技术主要是解决系统中数据　

安全性访问的问题，为应用程序提供方便的数据访问和管　

理接口，满足应用程序与数据库系统之间交互的安全性和　

有效性需求。　

ＭＩＣＡＰＳ框架技术：ＭＩＣＡＰＳ是一个开放的系统，系　

统启动时搜索需要加载的模块。因此，可以动态配置系统　

模块，每个功能模块及其配置保存在一个目录或其子目录　

中，一个完整的功能模块包括类型测试动态、数据处理、配　

置文件和其它相关文件，也可以开发用于其它用途的功能　

模块，如仅需要弹出窗口、主程序交换数据等，这样的功能　

模块可以减少模块目录下的内容。　

算法工程化技术：算法工程化技术主要是将科学算法　

通过ＩＴ进行工程实现的技术。　

ＧＩＳ平台：在系统中利用ＧＩＳ的诸多功能，为台风预　

报业务提供地理信息底图、空间检索功能支撑和图层管理　

等功能。　

（４）数据存储层。数据存储层为台风预报系统中各种　

数据提供存储服务。它主要包含数据准备区、临时工作　

区、历史资料区、台风产品区、运行管理区等五个部分。数　

据存储层为各个存储区域提供数据库及文件库这两种数　

据存储方式。其中，数据准备区为系统从外部进行数据采　

集的区域，包括ＭＩＣＡＰＳ数据和ＭＩＣＡＰＳ未包含的数据。　

临时工作区存储系统在运行过程中需要暂存的临时工作　

数据；历史资料区包括台风历史资料库、灾害资料库、气候　

资料库；台风产品区存储系统产生各种台风产品，包括台　

风预报产品全球监测产品、灾害分析产品、短期气候预测　

第１１卷第５期　

２０１２年５月　

ｖ０ｌ　１ｌ　ＮＯ　５　

Ｍａｖ　２Ｏｌ２　

遥感技术在农田水利资源中的应用　

迟　燕　

（北京市水利自动化研究所，北京１０００３６）　

摘　要：遥感技术在农田水利中有着广泛的应用。遥感技术的应用将有利于农田防洪抗旱工作，有利于对农田利用　

情况进行科学分析，有利于对农业灌溉系统进行精算，有利于对农田水土流失进行监测、评价和治理，有利于对河道　

动态变化监测和评价。因此，从遥感技术的概念和原理出发，分析遥感技术在农田水利资源中的应用情况，从而提出　

其未来的发展趋势。　

关键词：遥感技术；农田水利；资源利用　

中图分类号：ＴＰ３１７．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７８００（２０１２）００５—００４７－０２　

小、形状及其跟环境的相关性的科学技术。遥感技术现广　

０　引言　

随着农田水利技术的发展，遥感技术在水利资源中的　

应用显得越来越广泛，尤其在农田水利建设中，遥感技术　

起着重要的监测和评估作用，能对农田洪涝干旱灾害进行　

泛应用于地球资源勘探、环境监测、气象、水文、海洋、地　

理、地质、林业、农业等各个领域。　

１．２遥感技术原理　

世界上不管是什么物体，都存在着光谱性，也就是说　

每个物体都有着一定程度的吸收、辐射、反射光谱的性质。　

由于各物体在同一光谱区内所出现的光谱特性有所不同，　

相同物体在不同发光谱区域内所出现的光谱特性也有区　

别。也即由于时间和地点的不同，太阳对地面的光照射角　

度存在着差异，各物体或者同一物体吸收和反射光谱也各　

科学有效的监测和评价，能对农田水土流失和水土腐蚀情　

况进行监控和分析，能对农田中灌溉情况进行分析和判　

断，将有利于我国现代化农业的发展。　

１遥感技术概述　

１．１遥感技术概念　

不相同。遥感技术就是依据此光学原理，对不同光谱特性　

下的物体进行判断和分析。其常使用的有红外光、红光、　

绿光三种光谱波段，其红外光波段主要将探测矿产、土地　

以及资源；红光主要用来探测水污染、植物的生长和变化　

情况；绿光主要用来探测土壤、岩石、地下水情况。同时，　

遥感技术主要是指从外层空间或者远距离高空的平　

台（即波探测仪器或者遥感器）上通过电子光学或者光学　

接收地球表面的反射或者电磁波信号，并利用数据磁带或　

还存在微波段，主要是对海底鱼群的游弋及气象云层进行　

探测。　

者图象胶片的形式进行记录再传输至地面，通过信息处　

理、野外验证、判读分析，从而为环境动态监测、资源勘测　

等部门规划决策提供服务。遥感技术是摄影、扫描、信息　

传输、响应的过程，主要研究的是地面某物状的位置、大　

产品、发送产品等。　

遥感技术主要涉及到的系统有：遥感平台（用来搭载　

遥感仪器的）、传感器（主要是用来收集、传输和记录遥感　

数据的装置，传感器是遥感技术中的核心部件）、遥感信息　

参考文献：　

［１］　中国气象局．ＭＩＣＡＰＳ系统二次开发参考手册，２００７（１２）．　

［２］　张斌，陈海燕．基于ＧＩＳ的台风灾害评估系统设计开发［Ｊ］．灾害　

学，２００８（６）．　

３　结束语　

本文首先对台风预报的发展进行了简要介绍，而后分　

析了该系统所应用的ＭＩＣＡＰＳ框架和ＣＯＭＧＩＳ技术。通　

过对系统的功能需求决策设计，得出了台风预报系统的构　

建方案。　

［３］计算机软件工程规范国家标准汇编２０００［Ｍ］．北京：中国标准出版　

社，２００８．　

［４］盛夏，李玮．利用组件式ＧＩＳ开发气象卫星云图处理系统［Ｊ］．气象　

水文装备，２００７（１）．　（责任编辑：孙娟）　

作者简介：迟燕（１９５２一），男，北京人，北京市水利自动化研究所高级工程师，研究方向为自动化控制。　

本文标签： 台风预报系统数据技术