CN110147415A - 一种地理信息系统gis的气象数据分布图展示方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法及系统，基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；将经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。上述方案可替代GIS的直接数据渲染方法，在保证展示质量的情况下，极大提升GIS的气象数据展示速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据的展示方法及系统，具体讲涉及一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法及系统。
背景技术
气象分布图指指在地理图纸上根据气象观测、预报等的数据画出的空间分布情况，如气象台的气温、风速、风向、降水量、湿度、暴雨、大风、高温等要素的实况观测图和预报图等(图1即为一张典型的中央气象台降水量分布图)。气象分布图主要有三个重要特征。第一是图中带有真实地理信息，即可以通过看图找到各地区的具体位置；第二是包含气象要素的分布颜色，不同的颜色代表不同的数量程度，由此可以区分不同地区的气象条件，例如图1中可以区分不同地区的降水情况；第三是图中具有不同颜色所代表数量级别的图例，通过图例可以知道某个颜色具体代表多少量级。气象分布图画的制作需要专业气象人员使用专业的气象制图软件，如NCL、GRADS等进行制作。
随着地理、电力、农业、航空、铁路、公路等专业或行业对气象数据日益增强的需求趋势，许多企业采用在地理信息系统(GIS)上展示气象数据。随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的GIS系统，使人们可以结合地理信息的数据用计算机处理诸如在地理系统上渲染气象数据，展示不同地区的天气状况。目前最为常用的GIS系统是Google Earth和ArcGIS等系统。在实际应用中，一个GIS系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形，几万条线，上万个点，需要计算和管理它们之间的各种复杂的空间关系。而气象数据本身的数据量就非常大，比如某个省份1个时刻、3km×3km分辨率的气象数据，大约包含2万余个格点，如果在GIS系统上进行多个时刻的渲染展示，计算量巨大，一般的计算机来说，存在非常缓慢、迟滞的操作观感，影响操作感受。
发明内容
为了弥补上述缺陷，本发明提供一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法及系统，可替代GIS的直接数据渲染方法，在保证展示质量的情况下，极大的提升了GIS的气象数据展示速度。
本发明是采用下述技术方案实现的：
一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法，所述方法包括：
基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
将所述经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
优选的，所述基于NCL绘制地理气象分布图包括：
将获取的气象数据文件处理为离散点数据，并将所述离散点数据根据气象数据覆盖的区域范围插值为格点数据；
读取所述格点数据的经纬度信息和气象要素值，并根据所述气象要素值，对所述气象数据进行气温等级划分；
根据所述格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制气象分布图，并生成以当前时间命名的地理气象分布图。
进一步地，所述根据格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制所述地理气象分布图包括：
将处于同一气温等级下的地理位置的格点用曲线连接起来，并将所述曲线的所在区域定义为与所述气温等级对应的绘制区域，并用相同的颜色表示所述地理气象分布图中的同一气温等级的绘制区域，将所述区域外的背景部分绘制为透明色。
优选的，所述设置的地理气象分布图的经纬度范围包括：纬度18°～53.8°，经度为73.3°～135.3°。
优选的，将所述经纬度范围与气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加地理气象分布图包括：
将所述地理气象分布图像接入地理信息系统的数据库中；
通过地理信息系统，对所述地理气象分布图的经纬度范围进行定位，并通过坐标转换在地理信息系统GIS地图中显示出气象分布图的定位信息，并与所述GIS地图叠加。
进一步地，所述坐标转换方法包括：
气象分布图的经纬度范围进行坐标校准；
将气象分布图的经纬度范围通过16进制转换坐标；
通过转换坐标系，将所述地理气象分布图定位投影到地理信息系统GIS地图中。
优选的，所述定义格点编号包括：
根据格点经纬度信息以四叉树结构对目标区域进行层次划分，形成区域块；
计算所述区域块的格点间的经纬度间隔；
根据所述格点间的经纬度间隔，确定格点编号；其中，所述格点编号包括格点的经度编号和纬度编号。
进一步地，通过下式确定区域块内的格点间的经度间隔Loni和纬度间隔Lati分别用下式表示：
Loni＝(Lon1－Lon0)/LonNum
Lati＝(Lat1－Lat0)/LatNum
式中，Lon0为纬度最小值，Lon1为经度最大值，Lat0为纬度最小值，Lat1为纬度最大值，Loni为格点经度间隔，，LonNum为经度方向格点数，LatNum为纬度方向格点数。
进一步地，按下式确定格点的经度LonNo编号和纬度LatNo编号：
LonNo＝[(lonX-Lon0)/Loni]
LatNo＝[(latX-Lat0)/Lati]
式中，lonX表示任意格点的经度位置；latX表示任意格点的纬度位置，符号[] 表示取整。
优选的，所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示地理气象分布图包括：
根据格点编号获取任意格点数据对应的区域块；
按照所述气象分布图的绘制时间，执行气象分布图的连续叠加，形成动态展示效果。
一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示系统，包括：
定义模块，用于基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
调整模块，用于将所述经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
展示模块，用于所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提供的技术方案，基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；将经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图.以图片叠加的方式替代GIS的直接数据渲染方法；由于图片叠加的速度远远超出了实时渲染的速度，故极大提升了GIS的气象数据展示速度。
本发明提供的技术方案，地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间实现了气象分布图的连续动态展示；解决了气象数据在GIS系统中实时渲染的操作迟滞问题，实现了基于气象数据绘制的气象分布图的连续动态展示，且具有优良的展示质量。
本发明提供的技术方案克服了现有技术对于气象数据本身的数据量非常大，比如某个省份1个时刻、3km×3km分辨率的气象数据，大约包含2万余个格点，如果在 GIS系统上进行多个时刻的渲染展示，计算量巨大，存在的非常缓慢、迟滞的操作观感，影响操作感受的缺陷。
附图说明
图1是本发明背景技术中提供的中央气象台降水量分布图；
图2是本发明实施例中提供的地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法流程图；
图3是本发明实施例中提供的NCL示例画图程序效果示意图；
图4是本发明实施例中提供的叠加效果示意图；
其中，左上画面为气象分布图，左下画面为地理信息系统GIS地图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明方法的实施方案详细描述。
如图2所示的一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法，包括：
S1基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
S2将经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
S3地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
步骤S1中的NCL(The NCAR Command Language)是一种专门为科学数据处理以及数据图形化设计的高级编程语言，尤其在气象数据处理及图形化得到广泛的应用。NCL 较其他绘图软件的优越性表现在，除了图形显示功能外，还有完整的数据处理模块，常用的数据处理方法如经验正交函数展开法(EOF)，滤波(Filters)，小波分析 (Wavelets)都可以用它进行处理，同时，由于支持C语言和Fortran语言外部调用，使得其程序简单易懂，且灵活多变；与多个气象数据模式有专门的数据接口，例如要完整地使用中尺度数值模式WRF的所有模块，就需要正确安装NCL；另外，NCL还有完整的地图投影系，丰富的色彩效果，使其图形的视觉效果更加直观，成为国际气象数据显示的新型平台。
NCL示例画图程序，载入画图工具的命令：
load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"
load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl"
load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/contributed.ncl"
load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/wrf/WRFUserARW.ncl"
load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/shea_util.ncl"
步骤S1中，基于NCL绘制气象分布图包括：
将获取的气象数据文件处理为离散点数据，并将所述离散点数据根据气象数据覆盖的区域范围插值为格点数据；
读取格点数据的经纬度信息和气象要素值，根据所述气象要素值，对所述气象数据进行气温等级划分；
根据格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制气象分布图，并生成以当前时间命名的气象分布图像文件。
为方便后续GIS平台读取图片所绘制的时刻，将气象分布图以时刻的方式进行命名，比如2018年2月2日12点的图片命名为2018020212.png。
其中，根据格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制气象分布图包括：使用曲线连接处于同一气温等级下的格点地理位置，定义为与所述气温等级对应的绘制区域；其中，所述气象分布图中的同一气温等级的绘制区域采用相同的颜色进行填充，不同的气温等级的绘制区域填充不同的颜色，将所述绘制区域外的背景部分设置为透明色。颜色的填充与设置可使用Linux下的Imagemagic软件的convert命令实现：
wks＝gsn_open_wks("png",plot_name)；设置图片格式为png格式， gsn_define_colormap(wks,"matlab_jet")；图片彩色系的设置或Windows下的 Photoshop实现；最后出图效果如图3所示。
res@mpAreaMaskingOn＝True；打开画图区域限制功能；
res@mpMaskAreaSpecifiers＝(/"China:States","Taiwan Province"/)；只限制画中国部分，其他的区域为白色。
map＝gsn_csm_contour_map(wks,varPlot,res)；画图命令
draw(map)；画图命令
frame(wks)；画图命令
system("convert"+plot_name+".png-bordercolor white-border 1x1-matte-fill none-fuzz 8％-draw'matte 0,0floodfill'-shave 1x1"+plot_name+".png")；将背景色变成透明。
步骤S1中，设置地理气象分布图投影的经纬度边界范围包括：设置底边界的纬度为18°，设置顶边界的纬度为53.8°，设置左边界的经度为73.3°，设置右边界的经度为135.3°。
res@mpLimitMode＝"LatLon"；设置边界的方式为latlon。
res@mpMinLatF＝18.0；设置底边界的纬度为18°
res@mpMaxLatF＝53.8；设置顶边界的纬度为53.8°
res@mpMinLonF＝73.3；设置左边界的经度为73.3°
res@mpMaxLonF＝135.3；设置右边界的经度为135.3°
步骤S2中，调整地理信息系统GIS地图的投影方式和经纬度范围与气象分布图一致，并在地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图包括：
将气象分布图像文件接入地理信息系统的数据库中；
通过地理信息系统，对气象分布图的经纬度范围进行定位，并通过坐标转换将气象分布图的定位信息显示到地理信息系统GIS地图中，与所述GIS地图进行叠加。
可通过如Google Earth的Add Image Overlay功能，或ArcGIS的空间分析下叠加分析功能等进行叠加和调整，叠加效果如图4所示。
其中，坐标转换方法包括：
气象分布图的经纬度范围进行坐标校准；
将气象分布图的经纬度范围通过16进制转换坐标；
通过转换坐标系，将气象分布图定位投影到地理信息系统GIS地图中。
步骤S3中，预先定义格点编号包括：
根据格点经纬度信息以四叉树结构对目标区域进行层次划分，形成若干区域块；
计算区域块内的格点经纬度间隔；
根据所述格点经纬度间隔，确定格点编号；其中，所述格点编号包括格点的经向编号和纬向编号。
通过下式确定区域块内的格点经纬度间隔：
Loni＝(Lon1－Lon0)/LonNum
Lati＝(Lat1－Lat0)/LatNum
式中，Lon0为经度最小值，Lon1为经度最大值，Lat0为纬度最小值，Lat1为纬度最大值，Loni为格点经度间隔，Lati为格点纬度间隔，LonNum为经度方向格点数， LatNum为纬度方向格点数。
通过下式确定格点的经向编号和纬向编号：
LonNo＝[(lonX-Lon0)/Loni]
LatNo＝[(latX-Lat0)/Lati]
式中，LonNo表示任意格点的经向编号，LatNo表示任意格点的纬向编号，lonX 表示任意格点的经度位置；latX表示任意格点的纬度位置，符号[]表示取整。
步骤S3，地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图包括：
根据格点编号获取任意格点数据对应的区域块；
按照气象分布图的绘制时间，执行气象分布图的连续叠加，形成动态展示效果。
由于地理信息系统GIS叠加一张图片的反应时间在毫秒级，所以会形成比较流畅的展示效果，效率远超过直接渲染气象数据。
基于同一发明构思，本发明还提供一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示系统，包括：
定义模块，用于基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
调整模块，用于将所述经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
展示模块，用于所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/ 或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示方法，其特征在于，所述方法包括：
基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
将所述经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于NCL绘制地理气象分布图包括：
将获取的气象数据文件处理为离散点数据，并将所述离散点数据根据气象数据覆盖的区域范围插值为格点数据；
读取所述格点数据的经纬度信息和气象要素值，并根据所述气象要素值，对所述气象数据进行气温等级划分；
根据所述格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制气象分布图，并生成以当前时间命名的地理气象分布图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据格点数据的经纬度信息和气温等级，绘制所述地理气象分布图包括：
将处于同一气温等级下的地理位置的格点用曲线连接起来，并将所述曲线的所在区域定义为与所述气温等级对应的绘制区域，并用相同的颜色表示所述地理气象分布图中的同一气温等级的绘制区域，将所述区域外的背景部分绘制为透明色。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置的地理气象分布图的经纬度范围包括：纬度18°～53.8°，经度为73.3°～135.3°。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述经纬度范围与气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加地理气象分布图包括：
将所述地理气象分布图像接入地理信息系统的数据库中；
通过地理信息系统，对所述地理气象分布图的经纬度范围进行定位，并通过坐标转换在地理信息系统GIS地图中显示出气象分布图的定位信息，并与所述GIS地图叠加。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述坐标转换方法包括：
气象分布图的经纬度范围进行坐标校准；
将气象分布图的经纬度范围通过16进制转换坐标；
通过转换坐标系，将所述地理气象分布图定位投影到地理信息系统GIS地图中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定义格点编号包括：
根据格点经纬度信息以四叉树结构对目标区域进行层次划分，形成区域块；
计算所述区域块的格点间的经纬度间隔；
根据所述格点间的经纬度间隔，确定格点编号；其中，所述格点编号包括格点的经度编号和纬度编号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过下式确定区域块内的格点间的经度间隔Loni和纬度间隔Lati分别用下式表示：
Loni＝(Lon1-Lon0)/LonNum
Lati＝(Lat1-Lat0)/LatNum
式中，Lon0为纬度最小值，Lon1为经度最大值，Lat0为纬度最小值，Lat1为纬度最大值，Loni为格点经度间隔，，LonNum为经度方向格点数，LatNum为纬度方向格点数。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，按下式确定格点的经度LonNo编号和纬度LatNo编号：
LonNo＝[(lonX-Lon0)/Loni]
LatNo＝[(latX-Lat0)/Lati]
式中，lonX表示任意格点的经度位置；latX表示任意格点的纬度位置，符号[]表示取整。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示地理气象分布图包括：
根据格点编号获取任意格点数据对应的区域块；
按照所述气象分布图的绘制时间，执行气象分布图的连续叠加，形成动态展示效果。
11.一种地理信息系统GIS的气象数据分布图展示系统，其特征在于，包括：
定义模块，用于基于NCL语言绘制地理气象分布图，设置所述地理气象分布图投影的经纬度边界范围；
调整模块，用于将所述经纬度范围与所述气象分布图调整一致，并在所述地理信息系统GIS地图上叠加气象分布图；
展示模块，用于所述地理信息系统根据预先定义的格点编号和气象分布图的绘制时间，连续动态展示气象分布图。
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