馬云飛 楊鶴 全秋浩 王麗偉

摘 要 本文分析了多源氣象數(shù)據(jù)動畫/視頻圖形化服務(wù)產(chǎn)品制作技術(shù)，利用GIS相關(guān)算法實現(xiàn)了對不同空間范圍多時段不同氣象要素進行空間插值，通過實驗，這種方法可以提高氣象數(shù)據(jù)插值的效率和美觀性。本文運用ArcGIS ModelBuilder模型構(gòu)建技術(shù)，以及基于ArcGIS Engine二次開發(fā)組件，開發(fā)的氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件，靜態(tài)圖形產(chǎn)品制作組件、動畫視頻產(chǎn)品制作組件，結(jié)合ArcGIS空間分析工具，構(gòu)建多源氣象數(shù)據(jù)圖形化服務(wù)產(chǎn)品制作模型，使氣象服務(wù)圖形產(chǎn)品制作效率更高，輸出的產(chǎn)品精度更高且這一過程為全自動化處理。

關(guān)鍵詞 ArcGIS Engine；反距離權(quán)重；氣象動畫視頻；服務(wù)產(chǎn)品

前言

隨著氣象圖形化產(chǎn)品制作加工在氣象日常工作逐漸顯現(xiàn)的重要性，氣象工作者對不同氣象觀測數(shù)據(jù)以及多種天氣現(xiàn)象和過程的可視化繪圖需要愈發(fā)廣泛[1]，且越來越多樣化、個性化，現(xiàn)如今，常規(guī)意義上的統(tǒng)計表和地圖不能滿足氣象工作者的需要，生動形象的可視化手段逐漸受到人們追捧[2]。以往的氣象數(shù)據(jù)地圖可視化，大都只能表達單一的氣象屬性，利用常規(guī)地圖符號表達某地區(qū)氣象要素指標某一時間點的屬性，而氣象要素在時態(tài)方面的演變規(guī)律卻不能非常形象直觀地表達出來。本文采用多源氣象要素動態(tài)可視化表達方法，構(gòu)建動態(tài)氣象數(shù)據(jù)動畫制作模型，以動畫的形式同時將氣象數(shù)據(jù)的時間、空間、屬性等特性動態(tài)連續(xù)的加以展示，意義如下：

使得氣象數(shù)據(jù)可視化方式多種多樣。氣象數(shù)據(jù)可視化表達方式一直以來較為單一，動畫視頻等可視化產(chǎn)品能夠更加生動形象的表達其的氣象信息。

提高用戶提取質(zhì)量和深度挖掘氣象數(shù)據(jù)中包含的信息。在這里氣象數(shù)據(jù)的挖掘是通過用動態(tài)展現(xiàn)描述現(xiàn)實世界中的各種天氣現(xiàn)象。這種顯示方式允許用戶從不同角度觀察和分析天氣現(xiàn)象，并進行提取為用戶提供更多有用和有趣的信息。

改善用戶的視覺體驗。動態(tài)圖片比靜態(tài)圖片更具吸引力，同時反映氣象數(shù)據(jù)時空信息，尤其是氣象數(shù)據(jù)的時間維度變化。

1 氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件

1.1 ArcGIS Engine概述

ArcGIS Engine是美國Esri公司推出的用于開發(fā)桌面版程序的GIS二次開發(fā)工具包[3]。ArcGIS Engine提供完整的數(shù)據(jù)處理、空間分析和地圖制圖等功能，能夠靈活的實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的不同規(guī)模的GIS應(yīng)用軟件開發(fā)，它可以被 C#、JAVA、C/C++等語言調(diào)用[4]。

1.2 組件工作流程

本文實現(xiàn)對多個空間范圍多種氣象要素進行插值且自動繪圖，利用省級數(shù)據(jù)傳輸接口程序，讀取MySQL或Oracle數(shù)據(jù)庫，自動配置氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件參數(shù)，同時結(jié)合讀取的多個站點數(shù)據(jù)，經(jīng)組件處理后，結(jié)合不同的氣象要素觀測數(shù)據(jù)生成多個文本文件，天氣數(shù)據(jù)傳輸界面程序開始調(diào)整。使用插值繪圖組件，組件啟動并讀取生成的文本文件，在組件映射控件上生成離散數(shù)據(jù)點，并執(zhí)行反距離權(quán)重插值以完成映射，具體流程如圖1所示。

2 動畫視頻產(chǎn)品制作組件

2.1 FFmpeg概述

本文動畫及視頻服務(wù)產(chǎn)品的制作利用到了FFmpeg開源程序中的視頻、圖片轉(zhuǎn)換功能。FFmpeg是一套用于錄制，轉(zhuǎn)換，數(shù)字音頻，視頻以及將其轉(zhuǎn)換為流的開源電腦程序。它為錄制，轉(zhuǎn)換和流式傳輸音頻和視頻提供了完整的解決方案。雖然FFmpeg是在Linux平臺研發(fā)的，但它也具備良好的跨平臺性和系統(tǒng)兼容性，包括Windows、Mac OS X等。

2.2 組件工作流程

該組件采用C/S桌面架構(gòu)進行開發(fā)，作為動畫視頻產(chǎn)品的輸出組件運行在后臺。經(jīng)過氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件處理后生成的圖片存放在文件服務(wù)器對應(yīng)的目錄。該目錄按照日期和不同氣象要素分門別類組織好。當動畫視頻產(chǎn)品制作組件接到用戶產(chǎn)品生成需求后，在文件服務(wù)器按需抓取靜態(tài)圖片文件，經(jīng)過組件程序處理后生成gif動畫，與此同時，對于有視頻轉(zhuǎn)換需求的用戶，組件程序會繼續(xù)向下執(zhí)行，將gif動畫轉(zhuǎn)換成特定格式的視頻文件。最終把產(chǎn)品文件傳到文件服務(wù)器供用戶調(diào)用。

3 基于ArcGIS ModelBuilder模型構(gòu)建技術(shù)

ArcGIS ModelBuilder（模型構(gòu)建器）是將一系列地理處理工具串聯(lián)在一起的工作流[5]。模型構(gòu)建器甚至還可用于將系統(tǒng)工具箱的工具與自定義程序進行有效集成。模型構(gòu)建器的優(yōu)勢在于它生成工作流的簡單易用性。模型構(gòu)建器支持用戶自定義工具，同時，也支持使用python和VBScript編寫工具配合其他模型使用。本文就采用這種方式將自研發(fā)組件和多種空間分析工具相結(jié)合的方式構(gòu)件自定義模型進而完成產(chǎn)品輸出流程。以本文多源氣象數(shù)據(jù)圖形化服務(wù)產(chǎn)品制作模型為例，模型構(gòu)建如圖2所示。

本文所用氣象數(shù)據(jù)分兩部分，一個是存放在數(shù)據(jù)庫當中，另一部分是netCDF數(shù)據(jù)，為了能夠在gis中讀取氣象專業(yè)數(shù)據(jù)，需要創(chuàng)建netCDF要素圖層將氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ArcGIS可識別的數(shù)據(jù)以便進行后續(xù)處理。氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件讀取數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)以及經(jīng)轉(zhuǎn)換的氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后統(tǒng)一輸出不同氣象要素的靜態(tài)圖形產(chǎn)品文件，并分門別類地存放到文件服務(wù)器的相應(yīng)目錄，動畫視頻產(chǎn)品制作組件讀取相應(yīng)目錄的靜態(tài)圖片文件后，制作生成動畫視頻產(chǎn)品包括gif圖片和avi格式視頻。

4 結(jié)論與討論

本文氣象插值出圖軟件所使用的反距離權(quán)重插值法，雖然解決了自動化并提高了制圖的效率，但是沒有與其他插值方法，諸如樣條曲線法、克里金等插值方法進行比較，目前暫時無法確定哪種插值方法能夠在不同氣象要素插值時提升插值效果。

動畫視頻產(chǎn)品制作組件生成的視頻實現(xiàn)了視頻自動化生成功能，能夠更好地在時空變化上體現(xiàn)某些天氣現(xiàn)象的演變，具有表達上生動形象的優(yōu)點，但是無法滿足部分用戶添加聲音的需求，圖像配合音頻可能在表達效果上會更好，今后還需要實現(xiàn)聲音同步添加的功能。

本文提出的通過氣象數(shù)據(jù)插值出圖組件、動畫視頻產(chǎn)品制作組件，并利用圖形可擴展可視化建模工具實現(xiàn)相關(guān)工作流程的技術(shù)，可以自動化實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)檢索分析處理和相關(guān)服務(wù)產(chǎn)品輸出。同時圖形服務(wù)產(chǎn)品發(fā)布在吉林省氣象圖形產(chǎn)品共享系統(tǒng)中，也證明該技術(shù)是可靠的，既減輕了預(yù)報員和決策氣象服務(wù)人員的主觀分析時間，又極大地提高了產(chǎn)品制作效率、精確度和美觀度，便于相關(guān)氣象工作者進行決策。

參考文獻

[1] 林忠輝，莫興國，李宏軒，等.中國陸地區(qū)域氣象要素的空間插值[J].地理學報，2002，57（1）：47-56.

[2] 高歌，龔樂冰，趙珊珊，等.日降水量空間插值方法研究[J]應(yīng)用氣象學報，2007，18（5）：732-736.

[3] 牟乃夏，王海銀，李丹，等ArcGIS Engine地理信息系統(tǒng)開發(fā)教程[M].北京：測繪出版社，2015：201.

[4] 黃勇奇，韋合勇，謝玉波.基于ArcGIS Engine的專題地圖制作的實現(xiàn)[J]安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（14）：44-45.

[5] 唐衛(wèi)，吳煥平，羅兵，等.基于GIS的氣象服務(wù)產(chǎn)品后臺制作系統(tǒng)[J]計算機工程，2009，35（17）：232-234.