茶叶生产气象服务系统的设计与实现

吴 彬 ，李艳芳，金志凤，刘双喜，丁 丽 ，钱 晖

(1.湖州市气象局，浙江湖州 3 13000;2.浙江省气候中心，浙江杭州 3 10017;3.德清县气象局，浙江德清 3 13200)

茶叶是我国传统农产品，也是最具有经济价值的特色农作物之一［1］。茶叶在生产、加工、制作等一系列环节和过程中，与气象条件都有着直接的或间接的密不可分的关系［2］。温度、湿度、日照以及风、雨等气象要素对茶树生长发育影响显著。随着全球气候变暖，极端天气气候事件日益增多，自然灾害对茶叶生产造成的损失往往十分巨大。因此，进一步做好春茶生产气象服务，让茶农尽量避免由于气象因素引起的损失，显得尤为重要。

传统的茶叶气象服务方式主要有如下特点:(1)要求农业气象服务人员具备较好的茶叶与气象知识;(2)如果需要了解当前茶芽长势，必须实地走访茶园;(3)茶园气象监测、预报等数据以及服务产品的制作、发布和管理等功能还没有统一到同一平台上，很大程度上增加了气象服务业务人员的工作量和工作压力。目前国内外专门针对茶叶生产的气象服务系统还不多见，并且大多数尚未业务化应用。鉴于上述情况，特开发一套茶叶生产气象服务系统，该系统集气象灾害监测和识别、影响天气分型、开采期预报、数据管理、产品制作和短信一键式发布等功能于一体，能够有效减少气象服务业务中的人力成本投入，可为提升茶叶生产气象保障服务水平、灾害预警能力以及提高工作效率和服务效果提供强有力的技术支撑。

1 系统设计

系统基于.Net框架，在微软集成开发环境Visual Studio 2013下，按照C#语言标准编写，为了使处理算法和程序具有可移植性，编程实现了模块化结构设计［3］，图1为系统开发流程构图。

该系统主要包括以下8个模块，气象灾害监测模块、影响天气分型模块、开采期预报模块、数据管理模块、图形化产品模块、产品制作模块、一键式短信预警模块和气象工具模块。图2为系统界面图。

2 系统主要功能

2.1气象灾害监测模块

图1 系统开发的流程

图2 茶叶生产气象服务的系统界面

2.2 数据管理模块

系统的数据存放于服务器端的SQL Server 2008数据库中，利用SqlClient连接方式，实现数据库的访问功能。数据库主要包括历史农业统计数据、历史气象数据、实时茶园小气候监测数据、茶园数字图像数据、茶叶气象指标体系及数值预报数据。可实现对历史茶叶生长数据、历史气象数据、实时茶园小气候监测数据的查询与检索、导入和导出，以及茶园图像的调用、浏览、显示功能;此外，还具有茶叶气象指标的查询、调用、设置和追加等功能。

图3 数据采集与传输装置 (左)和气象灾害识别算法的流程 (右)

2.3 图形产品模块

2.3.1 模块界面和功能

根据农业气象服务人员的业务需求，该模块利用Surfer，Meteoinfo等［6-7］插件进行了二次开发，界面如图4所示，主要实现了实况等值线、实况曲线、精细化预报、预报等值线、采摘气象适宜度、霜冻灾害等级评估等图形产品的一键式制作和人机交互式操作等功能。

2.3.2 茶叶霜冻灾害等级评估模型构建

模型首先利用茶叶霜冻气象指标和灾害等级，并结合自动气象站实时监测数据计算冻害等级(图5);其次，通过数据采集与传输装置采集的图像和气象要素信息，利用支持向量机 (SVM)方法反演天气现象和气象灾害;最后，利用反演的天气现象和气象灾害对冻害等级进行验证和修正，并输出评估结果［8］。

图4 图形化产品界面 (a)、实况色块 (b)、实况曲线 (c)和霜冻灾害等级评估 (d)示意图

图5 茶叶霜冻灾害等级评估模型

2.4 产品制作模块

利用微软提供的一款开源ActiveX控件dsoframer进行二次开发，该控件可在线编辑、调用Word，Excel，PowerPoint等。通过该模块，可实现茶叶气象服务产品的制作、发布和管理等功能，提高了业务人员工作效率和服务效果，模块界面如图6所示。

2.5 预警短信一键式发布模块

该模块集预警短信制作、茶叶群组选择和发布于一体，大大缩短了预报预警的传播时间，提高了预警服务效率。该模块有效解决了以往气象短信发布方式操作烦琐、复杂和滞后等问题，可为茶农争取有效的灾害防范时间，从而采取有效措施最大限度地减轻灾害损失，切实提升气象灾害防御能力 (图7)。

2.6 气象工具模块

图6 产品制作界面

图7 预警短信发布模块

该部分提供了多个农业气象软件，如气候查询、气候分析、单站气象数据查询、农业界限温度和积温计算、雷达监测等模块，便于数据的统计、分析和监测预警。

3 小结与讨论

利用C#编程语言，结合 Surfer，Meteoinfo和dsoframer插件，开发了一套茶叶生产气象服务系统，实现了气象灾害监测和识别、影响天气分型、开采期预报、数据管理、产品制作和短信一键式发布的业务流程化。且通过在湖州开展的实践表明，该系统业务应用后，不但提高了当地春茶生产气象服务及灾害预警的业务能力、效率，为茶农做好春茶生产管理工作提供了及时、有效、可靠的气象服务，而且也可为政府决策提供有力的参考依据，从而降低农业气象灾害对春茶生产带来的危害，切实能为湖州春茶的增产、增收保驾护航。

［1］ 金志凤，胡波，严甲真，等.浙江省茶叶农业气象灾害风险评价 ［J］.生态学杂志，2014，33(3):771-777.

［2］ 李倬，贺龄萱.茶与气象［M］.北京:气象出版社，2005:3-4.

［3］ 吴彬，李艳芳，张喜亮，等.湖州气象图形可视化软件的设计与实现［J］.气象水文海洋仪器，2013，30(1):69-72.

［4］ 李骞，范茵，张璟，等.基于室外图像的天气现象识别方法［J］.计算机应用，2011，31(6):1624-1627.

［5］ 王小川，史峰，郁磊，等.MATLAB神经网络43个案例分析［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2013:102-113.

［6］ 林伙海，吴陈锋.基于surfer 8.0实现雨量图形可视化［J］.福建气象，2006(3):48-52.

［7］ Wang Y Q.MeteoInfo:GIS software for meteorological data visualization and analysis ［J］.Meteorological Applications，2014，21(2):360-368.

［8］ 叶建刚，金志凤，杨再强.4月7日霜冻对绍兴茶叶影响的评估 ［J］.浙江农业科学，2013(9):1085-1088.