4.4 KiB
NavSea Weather Server V1 设计文档
Architecture: NavSea V11 Codex: codex6 Component: Weather Server Version: Draft v1
1 设计目标
NavSea Weather Server 负责：
1 下载气象 GRIB 数据 2 解析 GRIB 数据 3 生成天气网格数据 4 生成 Vector Tile (PBF) 5 通过 HTTP 提供 tile 服务
系统原则：
- 客户端不解析 GRIB
- 所有计算在服务器完成
- 客户端只加载 Vector Tile
- 数据结构稳定可扩展
- 支持未来 routing 算法
技术栈：
Python + Nginx
2 系统总体架构
系统分为两个主要组件：
Weather Processing System Tile HTTP Server
架构：
GRIB Source │ ▼ Downloader │ ▼ GRIB Parser │ ▼ Grid Builder │ ▼ Tile Generator │ ▼ Tile Storage │ ▼ Nginx HTTP Service │ ▼ NavSea Client
3 技术栈
Python版本：
Python 3.11+
Python库：
cfgrib xarray numpy mercantile mapbox-vector-tile shapely
Web服务器：
Nginx
任务调度：
cron
4 项目目录结构
weather_server/
config/
config.py
downloader/
gfs_downloader.py
grib/
grib_parser.py
grid/
grid_builder.py
tiles/
tile_generator.py
pipeline/
pipeline.py
utils/
geo_utils.py
data/
grib/
grid/
output/
weather_tiles/
5 数据目录
GRIB 下载目录：
data/grib/
示例：
gfs_20260312_00.grib
Grid 中间数据：
data/grid/
示例：
grid_20260312_00.json
Vector Tile 输出：
output/weather_tiles/
结构：
/weather_tiles/{time}/{z}/{x}/{y}.pbf
示例：
weather_tiles/20260312_12/4/10/7.pbf
6 GRIB 下载模块
模块：
downloader/gfs_downloader.py
职责：
从 NOAA GFS 下载 GRIB 文件。
下载参数：
分辨率：
0.25°
区域：
120E – 150E 20N – 50N
预测时间：
0h 3h 6h 9h 12h 24h 48h 72h
输出：
data/grib/
7 GRIB 解析模块
模块：
grib/grib_parser.py
职责：
解析 GRIB 数据。
读取字段：
UGRD VGRD HTSGW DIRPW PERPW APCP TMP PRMSL
输出：
grid 数据结构。
示例：
{ "lat": 34.5, "lon": 138.2, "wind_u": -3.2, "wind_v": 4.1, "wave_h": 2.4, "wave_dir": 210, "wave_period": 9, "rain": 0.2, "temp": 21, "pressure": 1012 }
8 Grid Builder
模块：
grid/grid_builder.py
职责：
构建统一天气网格。
网格间距：
0.25°
grid 示例：
120 × 120
输出：
data/grid/
格式：
JSON
示例：
grid_20260312_12.json
9 Tile Generator
模块：
tiles/tile_generator.py
职责：
生成 MapLibre Vector Tile。
Tile Layer：
weather ├ wind ├ wave ├ rain ├ sst └ pressure
10 Wind Layer
Geometry：
Point
属性：
speed dir
speed 由 U/V 分量计算：
speed = sqrt(u² + v²)
dir = atan2(u,v)
11 Wave Layer
Geometry：
Point
属性：
h dir p
h 浪高 dir 浪方向 p 浪周期
12 Rain Layer
Geometry：
Point
属性：
rain
单位：
mm
13 SST Layer
Geometry：
Point
属性：
temp
单位：
摄氏度
14 Pressure Layer
Geometry：
Point
属性：
pressure
单位：
hPa
15 Tile 坐标系统
使用：
WebMercator
tile库：
mercantile
Zoom级别：
2 4 6 8
16 Tile URL 结构
Nginx 提供：
/weather/{time}/{z}/{x}/{y}.pbf
示例：
/weather/20260312_12/4/10/7.pbf
17 Tile 生成流程
tile_generator 处理流程：
加载 grid ↓ 计算 tile bounds ↓ 筛选 grid 点 ↓ 生成 feature ↓ 编码 vector tile ↓ 写入 pbf
18 Pipeline
模块：
pipeline/pipeline.py
流程：
download_grib ↓ parse_grib ↓ build_grid ↓ generate_tiles
执行一次生成全部天气 tile。
19 定时任务
CRON：
每6小时执行：
pipeline.py
示例：
30 0 * * * python pipeline.py 30 6 * * * python pipeline.py 30 12 * * * python pipeline.py 30 18 * * * python pipeline.py
20 Nginx 配置
Nginx 直接提供 tile：
location /weather/ { root /weather_server/output/weather_tiles; }
21 数据量估算
日本区域：
grid ≈ 120 × 120
points ≈ 14400
tile后：
≈ 2MB / 时间
72小时：
≈ 70MB
22 系统扩展
未来可增加：
海流 Current 台风 Typhoon 等压线 等温线 风流动画 航线天气预测
23 下一开发阶段
下一阶段任务：
1 环境安装 2 GRIB 下载模块 3 GRIB 解析模块 4 Grid Builder 5 Tile Generator 6 Pipeline 7 Nginx 部署