气象数据自动处理工具的设计与实现

 2022-01-17 11:01

论文总字数:36797字

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 课题研究目的 2

1.3 课题研究内容 2

2 系统需求分析及相关开发工具介绍 2

2.1 系统功能需求分析 2

2.2 系统性能分析 2

2.3 系统可行性分析 3

2.4 相关开发工具介绍 3

2.4.1 WPF概述 3

2.4.2 C#语言概述 3

3 系统理论简介 4

3.1 公式解析 4

3.2 数据源选取 8

3.3 数据库设计 10

4 系统详细设计 17

4.1 系统数据处理流程设计 17

4.2 公式详细设计 18

4.3 数据库连接设计 19

4.4 系统界面详细设计 19

4.4.1 主界面详细设计 20

4.4.2 手动输入界面详细设计 21

4.4.3 导入数据界面详细设计 32

5 系统实现 33

5.1 主界面实现 33

5.2 手动输入界面实现 34

5.3 导入文件界面实现 39

参考文献 44

致谢 45

气象数据自动处理工具的设计与实现

胡叶

,China

Abstract: This paper mainly study the the acquisition, analysis and screening of data, based on the.Net platform using C# programming language to design and implement an intelligent tool for the disposal of formula.This tool takes the data of a meteorological observation station in Nanjing as an example,using WPF to design the interface,realizing the complex calculation of meteorological formulas,thus it can process data efficiently and intelligently.The source of data is diverse.Featuring on meteorology,the tool can be both effective for batch processing and single processing.When using batch processing,the data are from excel tables and text files.When using single processing,users can type the data manually. After calculation, the data is stored in the database.Its operation is simple and calculation is accurate.It brings enormous convenience for the users.

Keywords: WPF;C#;disposal of formula.;Meteorology

1 绪论 本章介绍的是本系统开发的研究背景、研究目的以及研究内容。

1.1 课题研究背景

气象学源于大气科学,而大气科学又是地球科学的分支,所以归根究底,气象学的研究最后还是归结于地球科学,落脚于地球上的各种活动,服务于人们的日常生活。

随着历史洪流不断滚滚前进,气象学这门学科发展了许多分支,它已经涉及了我们生活的方方面面,尤其在气候预测,灾害预警方面,有着决定性的作用,是国际范围都关注的焦点,在社会、经济和生态环境建设中起着重要的保障作用[1]。沈文海在文献[2]中提到:“长期稳定、统一规范的软件研发平台,非但是规范气象应用系统的尺度,更是已被显化了气象知识和智慧的图书馆和实验室。”

气象观测数据是认识和预测天气变化、探索气候演变规律、进行科学研究和提供气象服务的基础[3]。气象和气候数据对于预报人员和研究人员的工作是非常重要的[4],没有了观测站的数据,所有公式都是一纸空文,毫无研究意义。而公式又是数据实现其意义的载体。在公式研究方面,和清华(2010)年等都根据我国各地近54个气象站的日照总辐射有关观测资料,总结太阳总辐射经验公式,探讨其理论依据,从而对太阳辐射公式经验系数a和b进行观察和研究,得出结论,虽然影响a和b的因子很多,但是可以大体概括为两大因子:大气光学质量与气团性质。两个因子随年份、纬度、海拔高度以及气候区变化而变化所以,根据公式,得出了天文辐射比例系数[5],如表1-1所示。

表1-1 a、b取值范围表

起始值

a

b

a b

范围

均值

方差

范围

均值

方差

范围

均值

方差

天文辐射

0.015~0.644

0.202

0.007

0.023~0.829

0.513

0.013

0.52~0.897

0.715

0.003

而信息化时代的来临,使得计算机已经深入我们生活的方方面面,其中也包括气象学领域。计算机已经被广泛应用于气象学中,进行一些必要的数据处理,将复杂的公式与大量的数据都交给计算机来实现是当前的趋势所在。苏洁在文献[6]中提到:可以“利用气象和水利部门的资料,实现暴雨强度公式软件和气象局降雨电子数据的无缝连接。”马林(2015年)等以VC 6.0软件为背景,以windows7为操作系统利用测站数据,开发了一个计算机软件用于处理气象数据,正如他在文献[7]中所说:计算机“具有使用方便运行稳定模型先进数据计算精度高实时性和兼容性好等特点”。同时陈鹏飞等基于matlab软件,实现了预报公式的优化,最终发现用计算机处理数据具有编程工作量少,计算误差小的多[8]。O. Kemppinen(2012年)等运用计算机开发了一个深入研究气象数据的软件,缩短了气象数据处理周期,使数据处理速度提高了10倍[9]。James Cogan[10](2004年)等开发了一个陆军气象信息软件用于处理大数据,证明了诸如Net CDF,GRIB和HDF-EOS等格式的数据可以通过计算机被高效处理;J Geng[11](2013年)采用C#语言开发了一个软件,自动获取测站和Micaps数据进行计算,并将计算结果保存在数据库中。这些大量的研究都表明了深入研究计算机在气象方面的应用有着重要的意义。

所以计算机也以其方便快捷高效的性能,也在气象学中扎稳脚跟,受到广大气象研究者的追捧。气象学中大量复杂的数据,在使用计算机后,得以高效准确的分析,真正实现了气象信息化。

1.2 课题研究目的 

随着计算机的日益普及和深入生活,气象与计算机的结合已经成为了不可逆转的趋势。气象学中监测数据往往受很多因素的影响从而变得复杂而又难以处理,准确率也有所减低,难以用来直接进行科学性研究。通常观测站测到的数据只是几个基本物理量,如气压、温度、风速和降水等等,这些称之为基本量。而气象学中的计算公式却是非常繁多,公式中的因子基本都是中间量,所以就需要人工解析公式,公式中的每个因子进行追本溯源,使得气象观测站的几个基本的物理量支撑起强大的气象预报系统。并且大量的公式在计算起来复杂而容易出错,耗时耗力,对于科学研究非常不方便。因此本课题运用计算机开发一个智能的工具,提前对各公式进行了解析,对数据进行筛选,提高了计算的效率,免去许多人工解析和计算公式的烦恼。

1.3 课题研究内容

本文研究的主要内容是开发一个气象数据智能处理工具,根据选择的公式对数据进行计算并保存。具体是基于.NET平台以C#语言为开发语言,采用WPF实现界面编程,对公式进行编辑输入;对数据的处理方式分为批处理和单个处理,批处理是从EXCEL表格和TEXT文本中导入数据;单个处理则由用户手动输入,公式的调研和解析。

2 系统需求分析及相关开发工具介绍

本章为系统需求分析、系统性能分析、系统可行性分析和相关开发工具介绍。

2.1 系统功能需求分析

系统是一个进行智能处理气象数据和公式的软件,要求系统根据公式对数据进行自动计算。数据来源可以是手动输入或者导入文件。本文经过大量调研和文献阅读,要求系统具有以下功能:

  1. 用户定位广泛,既包括专业气象人员,也包括业余气象人员。
  2. 可以手动输入数据。
  3. 可以一键导入EXCEL表格和TEXT文件数据。
  4. 输出数据可以作为简单的气象预报,方便人们的生活。
  5. 界面友好,简单易懂,非专业人士也可以使用。
  6. 支持任意站点使用。

2.2 系统性能分析

系统操作简单,用户定位既包括专业气象人员和也包括非专业气象人员,运行效率高,用数据库存储数据存储量大、安全性高,便于查找历史数据。

2.3 系统可行性分析 (1)技术可行性 WPF中可以添加引用,通过接口连接到EXCEL表格,从而获取数据。通过IO流,从TEXT文档获取数据;C#中的Math库包含许多函数,可以通过调用来这些函数来编辑公式;C#语言运行于.NETFramework上,可以通过ADO.NET访问数据库接口,从而实现数据的存储、获取和显示。

(2)经济可行性

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