基于Silverlight的大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)研究

楊明，陳晴，劉永生，曾悠，韓頌雨，肖云

（浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，杭州 310017）

0 引言

大風(fēng)是我國沿海的重大災(zāi)害性天氣之一，它給海上航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)、近海養(yǎng)殖等帶來了嚴(yán)重影響和危害，甚至對人民群眾的生命帶來了威脅[1]。由于我國東南沿海毗鄰太平洋，海區(qū)遼闊跨越東亞季風(fēng)區(qū)，而海洋氣象監(jiān)測相對稀少[2]，沿海自北向南分布的島嶼上建了許多海洋氣象站和海洋浮標(biāo)站，這些氣象站的大風(fēng)資料的監(jiān)測，對防臺、抗災(zāi)等方面的作用非常重大。

這些氣象站的大風(fēng)資料的監(jiān)測顯示，大多數(shù)是在沒有地理信息的單機(jī)桌面平臺上使用，存在操作不便、移值難、維護(hù)難等問題，而采用傳統(tǒng)的B/S架構(gòu)的Web系統(tǒng)，存在響應(yīng)速度慢，交互性差等缺點(diǎn)。這些必影響決策服務(wù)和資料時空分析的準(zhǔn)確性。在Silverlight上實(shí)現(xiàn)大風(fēng)資料的監(jiān)測，具有分布性、共享性強(qiáng)、維護(hù)簡單方便、業(yè)務(wù)擴(kuò)展簡單特點(diǎn)，通過Web瀏覽器可以隨時隨地對大風(fēng)進(jìn)行監(jiān)測、查詢?yōu)g覽等操作，可以通過地理信息數(shù)據(jù)的支撐，直觀地監(jiān)測大風(fēng)信息，能更好地為各級政府及氣象部門組織防災(zāi)減災(zāi)，防臺抗臺等決策提供重要的依據(jù)，是氣象部門加強(qiáng)為防災(zāi)抗災(zāi)服務(wù)的重要手段。

本文旨在建立一個基于Silverlight的大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，為防臺抗臺及各防災(zāi)減災(zāi)成員單位及相關(guān)防汛人員提供決策依據(jù)和專業(yè)服務(wù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 整體框架結(jié)構(gòu)

為了保證大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的低耦合性、高擴(kuò)展性，系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)采用層次化的設(shè)計，整體框架結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)支撐層、業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用服務(wù)層和大風(fēng)監(jiān)測表示層組成，整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)支撐層：用于存儲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。其中，地理信息相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲于空間數(shù)據(jù)庫，大風(fēng)數(shù)據(jù)存儲于大風(fēng)數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用服務(wù)層通過數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調(diào)用。

應(yīng)用服務(wù)層：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)平臺的主要功能，主要功能分為三類，分別是地理信息服務(wù)功能，系統(tǒng)集成接口，應(yīng)用領(lǐng)域的管理信息系統(tǒng)服務(wù)。地理信息服務(wù)功能主要包括地圖瀏覽服務(wù)、空間數(shù)據(jù)查詢服務(wù)、圖層編輯服務(wù)、與地理信息想關(guān)的數(shù)據(jù)處理算法庫、空間數(shù)據(jù)維護(hù)服務(wù)等；系統(tǒng)集成接口根據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的需求，構(gòu)建不同的系統(tǒng)集成接口組件，主要提供對業(yè)務(wù)邏輯層的集成、數(shù)據(jù)集成等功能；應(yīng)用領(lǐng)域的管理系統(tǒng)服務(wù)是將現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域的功能封裝為服務(wù)，并通過服務(wù)層被應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

圖1 整體框架結(jié)構(gòu)

業(yè)務(wù)邏輯層：是平臺對表現(xiàn)層的支撐，平臺的所有功能都以業(yè)務(wù)邏輯的形式進(jìn)行封閉和發(fā)布。實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)層請求，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計，完成對系統(tǒng)功能的請求，不同的服務(wù)之間也可以實(shí)現(xiàn)相互調(diào)用，共同完成業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)邏輯層還包括了與地理信息相關(guān)的服務(wù)，也包括了與管理相關(guān)的服務(wù)。

表現(xiàn)層：是架構(gòu)平臺與用戶的接口層，實(shí)現(xiàn)的主要功能包括接收用戶的輸入信息，并將請求發(fā)送給服務(wù)端，服務(wù)器端接收請求并進(jìn)行處理后，表現(xiàn)層將返回的信息以文字、圖片、表格等多種方式展現(xiàn)給用戶，完成系統(tǒng)功能。

1.2 系統(tǒng)功能

為了滿足大風(fēng)監(jiān)測的需求，對系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行了設(shè)計，系統(tǒng)功能主要包括五大類：實(shí)況展示、查詢統(tǒng)計、觀測站信息可視化、曲線圖表和基礎(chǔ)地理信息服務(wù)等5個功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）大風(fēng)實(shí)況：主要通過讀取大風(fēng)數(shù)據(jù)庫，在地理信息上顯示各站點(diǎn)的實(shí)時大風(fēng)數(shù)據(jù)庫信息及等級信息。

（2）查詢統(tǒng)計：通過不同的大風(fēng)統(tǒng)計類別，在地理信息上顯示各站點(diǎn)的實(shí)時大風(fēng)數(shù)據(jù)庫信息及等級信息。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

（3）觀測站可視化：主要通過讀取大風(fēng)數(shù)據(jù)庫中的觀測站表，在地理信息上顯示各站點(diǎn)的站名、經(jīng)緯度信息。

（4）曲線圖表功能：主要通過讀取大風(fēng)數(shù)據(jù)庫中的近24小時數(shù)據(jù)，以曲線圖的方式顯示各站點(diǎn)的近24小時大風(fēng)的數(shù)據(jù)變化。

（5）地理信息操作：主要通過讀取地理信息數(shù)據(jù)庫中地理信息，以切片的方式顯示地圖。地理信息的操作功能包括了放大、縮小、漫游、地圖的選擇、測距、清屏、圖層選擇。

2 基于Silverlight的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

Silverlight是由微軟公司開發(fā)的跨平臺、跨瀏覽器的RIA（Rich Internet Applications，富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序）實(shí)現(xiàn)技術(shù)[3-4]，是基于.NET的交互式Web應(yīng)用程序。它具有以下幾個方面特性：

（1）基于瀏覽器插件，支持RIA，具有跨瀏覽器、跨平臺特性。Silverlight可以在通用的瀏覽器上創(chuàng)建和運(yùn)行RIA，其方式類似于Flash動畫。另外，不僅可以運(yùn)行Web平臺，也可以應(yīng)用到Windows桌面版和移動設(shè)備上（如Windows Phone7），開發(fā)和設(shè)計不需要考慮用戶所使用的瀏覽器或平臺。

（2）客戶端數(shù)據(jù)處理與緩存功能。Silverlight在客戶端具有一定的計算能力，同時緩存大量的數(shù)據(jù)，減松服務(wù)端與客戶端交互的壓力。

（3）提供豐富的交互式的用戶體驗(yàn)。Silverlight包含WPF技術(shù)的一個子集，不僅擴(kuò)展了瀏覽器中用于創(chuàng)建UI的元素，還使Silverlight應(yīng)用程序在瀏覽器中展示效果遠(yuǎn)超單獨(dú)使用HTML提供的效果。Silverlight允許創(chuàng)建動畫、媒體、沉浸式圖形和其他豐富的客戶端功能效果?？蓴U(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語言（XAML）是Sil?verlight對UI界面設(shè)計使用的語言，XAML提供用于創(chuàng)建元素的聲明性標(biāo)記語法。

（4）Silverlight提供對JavaScript等通用腳本語言的擴(kuò)展，并可以控制瀏覽器的UI，包括使用WPF元素；Silverlight可以集成在ASP.NET頁面中，還可以與Ja?vaScript和ASP.NET AJAX代碼無縫集成，增加頁面體驗(yàn)效果并增強(qiáng)頁面功能。

（5）Silverlight擁有TCP上的HTTP網(wǎng)絡(luò)支持。應(yīng)用程序可以連接SOAP、WCP、ASP.NET AJAX等服務(wù)，接收XML、RSS、JSON等格式的數(shù)據(jù)。

利用這些特性，構(gòu)建了基于B/S結(jié)構(gòu)的大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，即可以有效地解決桌面版大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的操作不便、移值難、維護(hù)難問題，也可以提高傳統(tǒng)的B/S的計算能力和響應(yīng)速度，提升用戶體驗(yàn)。

整個系統(tǒng)的核心模塊主要由數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)和Sil?verlight層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

2.1 大風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要采用Web Service實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)的部署、注冊和發(fā)布。它負(fù)責(zé)接收業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)和計算的請求，訪問數(shù)據(jù)庫里的大風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，通過數(shù)據(jù)接口，返回給業(yè)務(wù)邏輯層。.NET平臺為Web Service提供了集成開發(fā)環(huán)境，本文采用.NET平臺開發(fā)，并部署在IIS應(yīng)用服務(wù)器。它分為兩個步驟：

（1）創(chuàng)建創(chuàng)建Web Service的Web數(shù)據(jù)服務(wù)

Web Service向外部程序提供了可調(diào)用的Web服務(wù)接口及其描述，創(chuàng)建Web Service的Web數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用程序的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作接口，使其滿足數(shù)據(jù)服務(wù)的需求。利用.NET平臺開發(fā)，創(chuàng)建asmx文件，打開asmx.cs文件創(chuàng)建數(shù)據(jù)操作接口。偽代碼示例如下：

創(chuàng)建某時次所有站點(diǎn)的大風(fēng)數(shù)據(jù)接口[WebMethod]

public List＜Wind＞ GetWindItems（string datetime）{

//根據(jù)時次，讀取所有站點(diǎn)的大風(fēng)數(shù)據(jù)庫；

//數(shù)據(jù)格式化并封裝；

//返回大風(fēng)對象；}

創(chuàng)建某大風(fēng)站點(diǎn)的大風(fēng)時序數(shù)據(jù)接口[WebMethod]

public WindSeries GetWindSeries（string stationed,string date?time,int hours=24）{

//根據(jù)時次和時序，讀取某個站點(diǎn)的大風(fēng)數(shù)據(jù)庫；

//數(shù)據(jù)格式化并封裝；

//返回大風(fēng)對象；

}

（2）部署發(fā)布Web Service的Web數(shù)據(jù)服務(wù)

Web數(shù)據(jù)服務(wù)部署到應(yīng)用服務(wù)器，通過IIS發(fā)布提供對外服務(wù)，采用URL或Silverlight引用Service程序訪問發(fā)布的服務(wù)接口，獲取數(shù)據(jù)。本文在應(yīng)用中過程，Web Service的Web數(shù)據(jù)服務(wù)和大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)Silver?light端部署在相同的域中，以解決由Silverlight安全性帶來的跨域問題。

2.2 大風(fēng)監(jiān)測Silverlight層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

大風(fēng)監(jiān)測Silverlight端由整體結(jié)構(gòu)的表示層和業(yè)務(wù)邏輯層組成。

（1）表示層主要采用XAML定義了系統(tǒng)的界面布局和控件，包括在地圖的調(diào)用、大風(fēng)實(shí)時在線顯示、大風(fēng)站點(diǎn)顯示、站點(diǎn)時序圖表等，并將這些布局和控件，顯示在Web瀏覽器上。同時，還定義了控件與用戶實(shí)時交互的事件，將用戶的操作，通過事件，提交給業(yè)務(wù)邏輯層處理，最后業(yè)務(wù)邏輯層將結(jié)果反饋給表示層。

如地圖的調(diào)用采用ArcGIS API for Silverlight控件開發(fā)，代碼如下：

＜esri:Map x:Name="windmap"＞

＜esri:Map.Layers＞＜!—添加圖層--＞

＜esri:ArcGISDynamicMapServiceLayer ID="BaseMap"/＞

＜esri:GraphicsLayer ID="windLayer"/＞

＜/esri:Map.Layers＞

＜/esri:Map＞

（2）業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的核心，這部分的代碼主要采用C#語言實(shí)現(xiàn)。從功能上來看，業(yè)務(wù)邏輯層主要響應(yīng)表示層的交互事件，如大風(fēng)信息、地圖操作和站點(diǎn)時序等。業(yè)務(wù)邏輯在獲取到表示層的請求事件后，根據(jù)相關(guān)的參數(shù)和業(yè)務(wù)設(shè)計，通過業(yè)務(wù)邏輯封裝，采用WebService異步調(diào)用方式，向數(shù)據(jù)服務(wù)層請求大風(fēng)數(shù)據(jù)，站點(diǎn)單擊大風(fēng)時序示例偽代碼如下：

//站點(diǎn)單擊事件

private void StationOnClick（object sender,RoutedEventArgs routedEventArgs）{

//獲取站號；

//通過windSeriesData函數(shù)，請求該站大風(fēng)時序數(shù)據(jù)

}

//采用WebService異步調(diào)用方式，請求大風(fēng)數(shù)據(jù)

private void windSeriesData（string stationid,string datetime,int hours=24）

{

WindServiceSoapClient client=new WindService SoapCli?ent（）;

client.GetWindSeriesCompleted+=new EventHandler＜Ge?tWindSeriesCompletedEventArgs＞（client_GetWi-ndSeriesCom?pleted）;

client.GetWindSeriesAsync（stationid,datetime,hours）;client=null;

}

//獲取數(shù)據(jù)結(jié)果

void client_GetWindSeriesCompleted（object sender,GetWind?SeriesCompletedEventArgs e）

{//在圖表控件上，顯示圖表}

（3）Silverlight應(yīng)用程序部署在服務(wù)端，在瀏覽器客戶端，會自動下載xap包，它是Silverlight應(yīng)用程序編譯好的文件，表示層的界面元素和業(yè)務(wù)邏輯時實(shí)現(xiàn)的事件和功能，通過客戶端瀏覽器內(nèi)嵌的silverlight來執(zhí)行。

3 應(yīng)用實(shí)例效果

利用本文介紹的基于Silverlight技術(shù)及方案，實(shí)現(xiàn)了大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在業(yè)務(wù)中得到實(shí)際的應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取大風(fēng)數(shù)據(jù)及站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并能在地圖上正確展示。同時，站點(diǎn)時序曲線，也能正確的在圖表控件上顯示。整個系統(tǒng)運(yùn)行流暢、穩(wěn)定、方便直觀，實(shí)現(xiàn)了的業(yè)務(wù)需求目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了桌面版和傳統(tǒng)Web的難以實(shí)現(xiàn)的一些界面操作和功能，使得系統(tǒng)響應(yīng)更快，更加生動，操作方便和用戶友好的體驗(yàn)效果。系統(tǒng)還具有良好的異構(gòu)性，提供了跨平臺、跨系統(tǒng)、高可用的大風(fēng)監(jiān)測服務(wù)，具有較好的效果。應(yīng)用效果如圖3所示。

圖3 單站近24小時時序效果圖

4 結(jié)語

本文設(shè)計實(shí)現(xiàn)了基于Silverlight的大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了大風(fēng)實(shí)時監(jiān)測可視化，還提供了高可用的大風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和豐富的功能。Silverlight技術(shù)的運(yùn)用使得大風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)更快、表現(xiàn)元素更加生動，操作和用戶體驗(yàn)更加友好。但是隨著大氣監(jiān)測業(yè)務(wù)不斷更新和功能需求增加，該系統(tǒng)仍有不完善之處，待未來不斷完善和提高，以滿足大風(fēng)監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用的更高需求。

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