基于Google地图的自动气象站监测模块的研制.pdf

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1、截至2010年8月，海南省气象局已在海南岛全岛布设了300多个个中尺度气象地面自动站，这些地面自动气象站大部分是四要素站（气温、风向、风速、降水），少量为五要素站（气温、风向、风速、降水、气压）。中尺度地面自动气象站的空间分布密度非常大，在软件开发时，使用单纯的栅格地图标注将会出现站点重叠现象，所以必须引入可以缩放且能分级显示的GIS系统。海南省气象局组织开发了一套基于web的中尺度自动站监测软件，其中一个模块采用了Google Map API和surfer automation技术，具有在Google地图上叠加等值线、多普勒回波图的功能，能够根据气温、降水、风等要素的变化和通讯状态显示不同的

2、站点动画图标，可检索单个站点的要素变化曲线或直方图，操作简便、界面生动直观。1Google Map API背景Google Earth是Google公司推出的一项卫星地图信息服务，为用户提供描绘全球的卫星地图和3维数据。卫星地图可以有级放大缩小，级别从0级至20级共21级，最大的20级主要在欧美地区，分辨率达1m左右，可清晰辨别到地面的行人；我国大多数大中城市和部份乡村地区的最大缩放级别可达18级，可看清地面的车辆，大部份农村地区的最大缩放级别只有14级，仅能看到地面呈线状的公路和河流。用户可以通过Google公司开发的GoogleEarth三维虚拟地球仪软件，浏览卫星地图，在地图基于 Goo

3、gle 地图的自动气象站监测模块的研制郑虹晖1，2，阳国贵2，刘光博2（1国防科技大学计算机学院，长沙410073；2海南省南海气象防灾减灾重点实验室）摘要：介绍基于Google Map API的海南省中尺度自动站监测模块的结构；分析引起自动气象站在地图上产生定位偏差的原因，提出在Google地图上进行等值线叠加、雷达图叠加、地标弹出窗、行车路线以及中国地图坐系订正的方法。关键词：自动气象站；Google Map AP；等值线；WGS84中图分类号：TP31文献标识码：ADevelopment of Automatic Weather Stations Monitoring ModuleBas

4、ed on Google Map APIZheng Honghui1，2，Yang Guogui2，Liu Guangbo2（1 Computer School of National University of Defense Technology，Hunan Changsha410073；2 South China Sea Key Research Laboratory of Meteorological DisasterPrevention Mitigation；Hainan Haikou）Abstract：Introducing the structure of a software

5、module based on Google Map API for Hainan MediumScale Automatic Weather Stations（AWS）Monitoring，the causes of AWS location biases on the map isanalyzed And the contour overlay，radar overlay，landmark popup windows，driving directions andthe revised method of coordinate system on Google maps were also

6、shown and explainedKeywords：Automatic Weather Station（AWS）；Google Map API；Contours；WGS84收稿日期：2010-09-27作者简介：郑虹晖（197），男，高级工程师，主要从事气象信息技术的应用研究。文章编号：1673-8411（2010）04-0057-04第31卷第4期气象研究与应用Vol.31 No.42010年12月JOURNAL OF METEOROLOGICAL RESEARCH AND APPLICATIONDec.201031卷气象研究与应用上增加地标、文字注解、图片、甚至3D模型，也可以通过调用

7、Google MapAPI代码的方法在网页中嵌入Google地图。Google MapAPI是基于java script、面向对象的接口类库，只有注册用户才能装载，它不但与GoogleEarth软件共享相同的卫星地图服务，而且还能显示行政区图、地形图。Google Map API功能强大，支持缩放、定位、测距、鹰目、绘线、图层叠加、自定义图层、行车线路、地理编码等基本的GIS功能和特有的交通流量和街景（street view）功能，而且还支持mushups（一种把各种公开资源整合在一起的技术），为Google Map API的发展注入了新的活力。值得一提的是，最近Google公司与国内的地图公

8、司合作，推出了针对中国地区的地图服务器和API，国界线也以“中国标准国界线画法”为准，弥补了原来的不足。原来的中国政区地图分辨率低，基本上只显示到地级市一级，现在的分辨率农村可显示到乡镇甚至村庄一级，城市可到街道一级。API除了仍旧不支持街景功能外，其余象地理编码、行车路线甚至交通流量等原来不支持的功能现在都具备了。根据Google Map的开发条款，基于Google Map的网页每天访问在5万次以下，API和地图都是可以免费使用的，因此吸引了不少开发者，各种与Google Map相关的应用也运应而生。目前，采用Google Map API开发的气象webgis网站很多，其中最 著 名 的 是

9、wwwtheweatherchasercom和weather-bonkcom网站，国内四川省广安市气象局也进行了这方面的初探，并取得了不错的效果。鉴于Google Map API具有功能强且可免费使用等优点，因此被选用为海南省中尺度气象地面自动站监测模块的webgis平台。2海南省中尺度气象地面自动站监测模块的构成该模块分为后台程序和前台网页两部份，后台程序负责生成包含自动站数据的xml文件、透明的等值线图和雷达图像，前台网页显示自动站数据、要素变化曲线，叠加等值线和雷达图等。（1）后台程序的实现后台程序语言选用了vbnet，充分考虑到其对xml的读写、解析具有良好支持，图形处理能力强，且对s

10、urfer脚本也有较好的兼容。后台程序启动后，进入等待状态。Timer组件每10分钟触发一个线程，读取自动气象站中心数据库，接着创建4个子线程，利用所获取的数据绘制透明等值线图、透明雷达图、要素24小时变化曲线图，最后形成png格式的图形文件和xml文件。2 1 1透明等值线图的生成共生成温度、降水、气压、风速4张等值图，需调用Surfer 80控件，很多文献都有Surfer脚本的语法说明，这里就不赘述了。为了方便进行透明处理，输出的等值图片设定为gif格式，尺寸为1024768，白底、单色等值线、不填色，不加外框和色标，仅有海南岛的轮廓线和市县分界线。2 1 2透明雷达图的生成透明雷达图的源

11、图为海口多普勒雷达图像处理软件生成的230公里1小时降水图，透明处理程序与等值图的相似。2 1 3绘制要素24小时变化曲线每个自动气象站4张图，包括气温曲线、降水直方图、气压曲线和风速曲线，调用SystemDrawing名字空间的类库进行绘制。纵坐标为要素值，横坐标为时间，除了降水直方图的时间间隔为了小时外，其余3种的时间间隔的均为10分钟。2 1 4生成xml文件程序只生成一个dataxml文件，包含自动气象站的站号、经纬度和要素值等信息，客户端通过异步读取这个文件获得数据，用于定位地标或显示相关信息。Xml文件的生成调用了net的SystemXmlXmlTextWriter类。（2）客户端

12、网页的实现2 2 1Google Maps API关键语法要点本文只介绍模块中用到的关键语法，GoogleMaps API的使用说明详见官方参考文档。Google地图网页代码的前面必须有这行语句：srchttp：ditugooglecommaps fileapiamp；v2amp；key表示API从ditugooglecom服务器获取（以下简称“ditu API”），不同于源于mapsgooglecom的API（以下简称“原API”），它对中国地图具有良好的支持：初始化GMap2对象，crosshair表示使用十字光标而非默认的掌型光标：ditu API支 持5种 地 图 类 型 对 象，分

13、别 为GNORMALMAP（地 图）、GSATELLITEMAP（卫星地图）、GHYBRIDMAP（混合地图）、GPHYSI-58CALMAP（地形）和GSATELLITE3DMAP（地球）。地球类型是网页插件版本的Google Earth，可以选择俯视角度和转动3维虚拟地球。初始化GMap2对象时，ditu API默认只支持地图和卫星地图两种类型，可利用mapaddMapType方法添加其它地图类型或mapremoveMapType方法删除已有的地图类型。2 2 2xml数据的读取与解析后台程序生成的dataxml文件，可通过Gdown-loadUrl异步读入，GXmlparse进行解析，最

14、后返回DOM格式的markers数组对象。这样，dataxml中的任何数据就可以通过markers的getAttribute方法获取，只不过得到的数据都是字符串，还要根据实际进一步转换为所需的数据类型。2 2 3地标管理地标（Marker）指在地图上根据位置标注的图标。近300个自动气象站地标需要用到Gmarker-Manager类进行管理，优点是标注地标的速度较快，且可指定从地图的哪一级分辨率开始标注，避免了地标出现拥挤现象。表1地标的图标显示优先级表1中，图标从左到右对应的显示优先级为从高到低，图标在实际显示时是动画的。每个new GInfoWindowTab是一个标签项，第一个参数是标签

15、名，第二个参数是任意的htm代码，支持CSS层叠样式表，显示的是自动气象站的数据和后台程序生成的图片。由于htm代码较长，这里略去。2 2 4中国地图坐标订正海南省中尺度自动气象站的坐标都是通过GPS设备采集的，属于1984年世界大地坐标系（WorldGeodetic System 1984，即WGS84）。根据GoogleMap参考文档，只有GSATELLITE3DMAP（地球）一种地图采用了世界坐标系，而GNORMALMAP（地图）、GSATELLITEMAP（卫星地图）、GHY-BRIDMAP（混合地图）、GPHYSICALMAP（地形）均采用了地方坐标系，但究竟是北京54坐标系还是西安

16、80坐标系，目前尚不得而知。地球类地图和自动气象站采用相同的WGS84坐标系，所以自动气象站有其上的标注十分准确，其他几种地图在分辨率较大时标注误差会很大，最大可达数百米。解决的方法之一，首先捕捉地图类型切换事件，当切换到中国地图时，把自动气象站的经纬度转换成北京54坐标系或西安80坐标系，重新生成地标。这种方法的缺点是计算复杂，当两类地图切换时，晃动明显，且地标要重新生成，显示速度变慢，等值线边界吻合也不好。Google Map的投影类型除了地球类型外，其余的均为墨卡托（Mercator）投影。这种投影的特点是在卡笛尔坐标系中，单位经度的坐标长度不变，单位纬度的坐标长度随纬度的增加而增加。另

17、一方面，海南岛地处低纬地区，南北跨度不大，单位纬度的坐标变化较小。因此，根据Google Map的投影特点和海南岛的地理位置的特殊性，我们采用平均误差订正法对中国地图的坐标系进行了修正，方法简单，操作性强。平均误差订正法步骤如下：首先选取海南岛东、南、西、北、中部分辨率达到18级的5个点，它们在卫星地图与地球地图上都有明显的地面标志。分别读取两类地图的5个点的经度和纬度，用卫星地图上读取的经纬度减去地球地图上相应点的经纬度，得到的差再求算术平均便得到 了 经 纬 度 的 订 正 偏 差 值0001889737和0004844069。经对海南岛上多点特征位置进行抽样检查，订正后地图的坐标与卫星地

18、图的坐标最大相差不到20m。2 2 5等值线和雷达图形叠加temb函数利用复选框来叠加或删除图层，实例化GGroundOverlay类生成新图层，其构造函数第一个参数为所要叠加的图片的地址，第二个参数为GLatLngBounds类型，表示图片的西南角和东北角的纬度和经度，获取方法如下：启动Google Earth软件，把地图调整成正面，选添加影像贴图，填入图片的链接地址（如本例为http：17222658googlemaptpng），手动调整图片的边界轮廓线，直至与卫星地图的完全重合为止。右击左边地标框中该项的名称，复制并粘贴到任意文本编辑器，这时在LatLonBox标签下的值便是图?!?#?

19、#?$?#?%&?(?郑虹晖，阳国贵，刘光博：基于Google地图的自动气象站监测模块的研制4期5931卷气象研究与应用参考文献：1 李天富南海热带气旋、冷空气活动与海南岛特大暴雨J新世纪气象科技创新与大气科学发展热带气旋和季风，2003，（12）：1982012 涂小萍，姚日升海南岛秋季非热带气旋暴雨特性分析及预报 J广西气象，1999，20（3）：20223 周砚耕，杨馥祯“200010”海南岛大暴雨成因分析J广西气象，2002，23（1）：15164 张春花海南岛中低纬冷暖系统相互作用下的非台暴雨分析 J广西气象，2003，24（4）：19215 余晖，吴国雄湿斜压性与热带气旋强度突变

20、J气象学报，2001，59（4）：4414506 俞小鼎，姚秀萍，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，20067 胡志群，夏文梅，汤达章，等多普勒雷达速度图像识别 及 散 度 提 取 方 法 研 究 J高 原 气 象，2007，26（4）：8218298 梁丰，陶诗言，张小玲华北地区一次黄河气旋发生发展 时 所 引 起 的 暴 雨 诊 断 分 析 J应 用 气 象 学 报，2006，17（3）：2572659 郑峰，寿绍文一次东风波中尺度暴雨的矢量与预测能力对比 J干旱气象，2005，23（1）：45片边界的经纬度。由于等值线和雷达图均为栅格图像，当地图放大到一定级别时

21、，将会出现锯齿或马赛克现象。2 2 6行车路线地图上任意两点之间的行车线路由GDirections类来实现。首先定义路线文字说明区directionsPanel，实例化GDirections，使map对象和directionsPanel关联；在地图上监听鼠标的点击事件，当出现两次以上点击时，loadFromWaypoints方法画出最新两点的行车路线，并显示文字说明。值得注意的是，GDirections使用的是本地坐标系，所画线路也是基于本地坐标的，订正后的地图（GGPSMAP）上的道路未能与行车路线重合，所以保留原来的地图类型（GNOR-MALMAP）仍然很有必要。此外，GDirection

22、s也可按起止地名查询行车路线，但地名在地理编码中必须有效。3小结（1）Google Map API作为中小尺度自动气象站监测模块的Webgis平台，完全可以满足需求，利用其图片叠加、自制图层、地标管理和行车路线等相关类，结合具体业务应用，可以开发出具有等值线叠加、雷达图叠加、地标弹出窗、任意两点自动气象站之间的行车路线等功能的查询显示网页。（2）由于除地球类地图外的google地图坐标系不是大地坐标系，要对地图进行坐标订正才能使用自动气象站的GPS坐标。而在查询两个自动气象站之间的行车路线时，则要切换回未经坐标订正的地图。（3）Google Map API在气象方面的应用（如人工增雨指挥作业、

23、热带气旋路径显示等）还有待进一步挖掘。参考文献：1Google公司 Google Map API官方参考文档http：codegooglecomapismapsdocumentationrefer-encehtml2 熊文兵用Surfer70绘制气象等值线图 J广西气象，2003，24（3）：43453 赵炎，陈向东基于net平台的surfer绘制等值线实现J气象研究与应用，2009，30（S1）：1931944 崔金红，王旭 Google地图算法研究及实现 J计算机科学，2007，34（11）：1931955 柴华奇，袁宁，赵学军.基于WGS84的GIS数字地图快速处理算法 J西北大学学 报（自 然科学 版），2008，38（2）：1851916 廖超明，姜卫平，覃允森一种有效的WGS84坐标系与地方坐标转换方法 J测绘通报，2008，（4）：18217 李翊，何逢斌，包胡萍等区域自动气象站资料Web实时发布初探 J四川气象 2006，（3）：18!（上接第56页）60