省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)設(shè)計(jì)

劉文清+魏樂(lè)+羅飛

摘 要：為滿足氣象部門對(duì)氣象信息共享服務(wù)的需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)。首先介紹了平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案，包括平臺(tái)定位、設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則；隨后提出了基于SOA的氣象信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)平臺(tái)的三個(gè)層次進(jìn)行了說(shuō)明；接著在對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，給出平臺(tái)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)；最后對(duì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：氣象信息 共享平臺(tái) 體系結(jié)構(gòu) 服務(wù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0013-03

氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品是氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、決策服務(wù)、科學(xué)研究等工作的基礎(chǔ)和支撐[1]。隨著氣象綜合觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和氣象業(yè)務(wù)規(guī)范的逐步調(diào)整，氣象信息在內(nèi)涵與外延上發(fā)生了重大變化，種類和數(shù)據(jù)量都呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)[2]，這對(duì)傳統(tǒng)的氣象信息管理和應(yīng)用模式提出了挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，我國(guó)各省（市）都紛紛開展了氣象信息共享平臺(tái)的建設(shè)工作[3-6]，并取得了一些效果。

但面對(duì)不斷膨脹的數(shù)據(jù)量，以及新的氣象業(yè)務(wù)需求，現(xiàn)有的氣象信息共享系統(tǒng)面臨信息共享交互程度不高、信息交互不方便、信息缺乏有效規(guī)范的組織形式、共享數(shù)據(jù)類別不全、擴(kuò)展不方便等問(wèn)題，因此需要重新規(guī)劃以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)建設(shè)，以規(guī)范氣象信息從收集到服務(wù)的業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)全部氣象資料和產(chǎn)品的高效存儲(chǔ)管理及常用資料的質(zhì)量控制，完成常規(guī)、自動(dòng)站、雷達(dá)、衛(wèi)星等資料的有效應(yīng)用。主要包括：（1）建立起與新型業(yè)務(wù)技術(shù)體制相適應(yīng)的數(shù)據(jù)收集、處理業(yè)務(wù)流程和技術(shù)規(guī)范；確定數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系、數(shù)據(jù)管理和共享辦法。（2）建立高可靠的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，以適應(yīng)不斷增加的各類探測(cè)數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲(chǔ)和分發(fā)業(yè)務(wù)需求。（3）建設(shè)更快捷、更可靠的信息存儲(chǔ)檢索系統(tǒng)，以適應(yīng)氣象科學(xué)研究、業(yè)務(wù)運(yùn)行、部門和行業(yè)間對(duì)信息共享、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理能力的需求。

1 氣象信息共享平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案

氣象信息共享平臺(tái)的建設(shè)圍繞兩個(gè)目標(biāo)開展：一是建立數(shù)據(jù)接收的快速通道，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，為共享服務(wù)提供高效、規(guī)范的數(shù)據(jù)；二是統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理各項(xiàng)功能的操作，提供規(guī)范、友好的操作界面，建立一體化的解決方案。結(jié)合兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，共享平臺(tái)首先定位為氣象信息共享數(shù)據(jù)的源頭，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、管理氣象資料數(shù)據(jù)，最大限度的將省、市、縣相關(guān)部門氣象資料存儲(chǔ)在統(tǒng)一的平臺(tái)之上，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)；其次，平臺(tái)提供一個(gè)可擴(kuò)展的氣象信息存儲(chǔ)服務(wù)框架，滿足未來(lái)氣象業(yè)務(wù)和探測(cè)手段不斷發(fā)展、資料種類不斷增加的需要，并提供對(duì)已有功能模塊進(jìn)行擴(kuò)展、定制的支持。

為此，平臺(tái)遵循“可靠穩(wěn)定、構(gòu)件封裝，先進(jìn)成熟，開放擴(kuò)展，統(tǒng)一規(guī)范，便捷維護(hù)”的總體設(shè)計(jì)原則。整體采用框架設(shè)計(jì)，各子模塊之間功能獨(dú)立，可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行組合，各子模塊之間沒(méi)有直接耦合，而是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系由框架進(jìn)行組合；同時(shí)，框架程序利用構(gòu)件技術(shù)，采用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行設(shè)計(jì)。在框架的組織下，平臺(tái)的適應(yīng)性、靈活性增強(qiáng)，同時(shí)通過(guò)復(fù)用、可配置等技術(shù)降低了平臺(tái)的開發(fā)和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，且具有良好的可擴(kuò)展性。

2 氣象信息共享平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)由業(yè)務(wù)資源服務(wù)應(yīng)用的無(wú)縫化，氣象信息共享平臺(tái)采用如圖1所示的體系結(jié)構(gòu)，即從上到下分為應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是平臺(tái)各種數(shù)據(jù)的來(lái)源，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、行業(yè)共享庫(kù)、實(shí)時(shí)專用庫(kù)和目錄文件。在各類數(shù)據(jù)庫(kù)中既存在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也存在諸如文檔之類的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式均不相同，如按傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)，工作量大，難以維護(hù)。因此平臺(tái)構(gòu)建了數(shù)據(jù)訪問(wèn)邏輯構(gòu)件和業(yè)務(wù)實(shí)體構(gòu)件，為各種應(yīng)用提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，做到程序與數(shù)據(jù)源松耦合。

2.2 服務(wù)層

服務(wù)層包含了大量的服務(wù)，這些服務(wù)在流程引擎的驅(qū)動(dòng)下，與業(yè)務(wù)流程綁定，組合成為功能更為強(qiáng)大的組合服務(wù)，供不同的業(yè)務(wù)模型調(diào)用，從而滿足用戶的需求；該層服務(wù)采用SCA1.0標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件，裝配成服務(wù)的方式提供給其他構(gòu)件、服務(wù)或者其它系統(tǒng)。該層提取了氣象共享服務(wù)的共性需求，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)、策略服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)、流程服務(wù)和表示服務(wù)為氣象部門內(nèi)部各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)提供支撐。

可以看出，平臺(tái)通過(guò)把與氣象數(shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)相關(guān)的功能模塊，以標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)形式進(jìn)行封裝，形成一系列網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的服務(wù)，然后通過(guò)結(jié)合業(yè)務(wù)進(jìn)行流程編排，即可完成相關(guān)功能的定制。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要完成平臺(tái)搭建并為用戶提供操作界面，平臺(tái)運(yùn)行模式采用基于B/S的方式，根據(jù)業(yè)務(wù)要求，技術(shù)架構(gòu)的選擇需要具備較強(qiáng)的伸縮性、開放性和安全性。考慮到JAVA EE的特點(diǎn)，平臺(tái)應(yīng)用層開發(fā)運(yùn)行環(huán)境選擇基于JAVA EE的應(yīng)用服務(wù)器中間件平臺(tái)。

3 氣象信息共享平臺(tái)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)管理的氣象數(shù)據(jù)主要包括區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)、地面氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)、探空數(shù)據(jù)、加密觀測(cè)數(shù)據(jù)、農(nóng)氣數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)。其中：（1）區(qū)域自動(dòng)站采集的數(shù)據(jù)包括區(qū)站號(hào)、日期時(shí)間、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣溫、濕度和氣壓等，這些數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS傳輸?shù)轿挥谝苿?dòng)的服務(wù)器中，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，之后再定時(shí)導(dǎo)入到省局的數(shù)據(jù)庫(kù)中；（2）地面氣象觀測(cè)站所觀測(cè)的要素比區(qū)域自動(dòng)站多，共有53個(gè)要素，但包括所有區(qū)域自動(dòng)站的觀測(cè)要素；（3）探空數(shù)據(jù)由探空?qǐng)?bào)和高空?qǐng)?bào)組成，包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD；（4）加密觀測(cè)數(shù)據(jù)不是按時(shí)次每日記錄的數(shù)據(jù)，也沒(méi)有固定由哪些站點(diǎn)觀測(cè)，因此加密觀測(cè)數(shù)據(jù)一般由用戶不定時(shí)人工上傳，且用戶上傳的加密觀測(cè)數(shù)據(jù)為文本格式（非結(jié)構(gòu)化），因此上傳之后平臺(tái)需自動(dòng)將文件中的各數(shù)據(jù)項(xiàng)解析出來(lái)，存入數(shù)據(jù)表中；（5）農(nóng)氣數(shù)據(jù)包括農(nóng)氣咨詢中心內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的上報(bào)文件；（6）雷達(dá)入庫(kù)數(shù)據(jù)包括雷達(dá)速度強(qiáng)度圖（圖像文件）和雷達(dá)基數(shù)據(jù)；（7）平臺(tái)接收衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（圖像文件），并直接存儲(chǔ)至后臺(tái)核心存儲(chǔ)設(shè)備中；衛(wèi)星包括風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星云圖和風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，其中入庫(kù)數(shù)據(jù)為風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星云圖（圖像文件）和風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星觀測(cè)原始數(shù)據(jù)及圖像文件。endprint

為了實(shí)現(xiàn)上述氣象數(shù)據(jù)的管理，平臺(tái)主要設(shè)計(jì)以下數(shù)據(jù)表（限于篇幅，此處僅列出表名）：等值面配色信息表、等值面表、行政區(qū)劃表、農(nóng)氣AB報(bào)表（保存農(nóng)氣報(bào)的基本觀測(cè)數(shù)據(jù)信息）、農(nóng)氣AB報(bào)作物表（保存農(nóng)氣報(bào)的作物生長(zhǎng)信息）、農(nóng)氣AB報(bào)災(zāi)害表（保存農(nóng)氣報(bào)的災(zāi)害信息）、負(fù)氧離子觀測(cè)數(shù)據(jù)表、區(qū)域自動(dòng)站降水分鐘數(shù)據(jù)表、自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)表、自動(dòng)站侯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表、自動(dòng)站旬統(tǒng)計(jì)表、自動(dòng)站日要素統(tǒng)計(jì)表、自動(dòng)站日風(fēng)表、自動(dòng)站數(shù)據(jù)報(bào)監(jiān)控表、自動(dòng)站月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表、micaps結(jié)構(gòu)的探空?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)表、探空?qǐng)?bào)基本信息表、等值線圖片信息表、雷達(dá)回波圖信息表、衛(wèi)星云圖信息表、土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)表、土壤水分月統(tǒng)計(jì)表、臺(tái)站基本參數(shù)表、氣象臺(tái)站類型表、臺(tái)站類型表和能見(jiàn)度觀測(cè)數(shù)據(jù)表。

4 氣象信息共享平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

結(jié)合氣象信息共享的業(yè)務(wù)需求，平臺(tái)整體由氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)入庫(kù)管理、臺(tái)站管理和系統(tǒng)管理四大模塊構(gòu)成。其具體功能劃分如圖2所示。

4.1 氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊

該模塊是整個(gè)氣象信息共享平臺(tái)的核心部分，主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站數(shù)據(jù)、基本氣象要素、農(nóng)氣數(shù)據(jù)、雷達(dá)回波圖、衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)、土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、人工地面觀測(cè)數(shù)據(jù)和探空數(shù)據(jù)的查詢、分析和統(tǒng)計(jì)。其核心可歸納為數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、WebGIS展示和數(shù)據(jù)下載。

（1）數(shù)據(jù)查詢。

數(shù)據(jù)查詢?yōu)閿?shù)據(jù)應(yīng)用的主要方式，包括自動(dòng)站數(shù)據(jù)、區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)、土壤濕度觀測(cè)數(shù)據(jù)、能見(jiàn)度觀測(cè)數(shù)據(jù)和負(fù)氧離子觀測(cè)數(shù)據(jù)的查詢?？梢愿鶕?jù)選擇的站點(diǎn)、時(shí)次、時(shí)段、要素（可選多要素），以表格形式顯示查詢結(jié)果；同時(shí)實(shí)現(xiàn)表格行列可自定義、查詢結(jié)果可打印、查詢結(jié)果可生成TXT文件供用戶下載、查詢結(jié)果可導(dǎo)出為EXCEL文件等功能。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

可統(tǒng)計(jì)和查詢?nèi)我鈺r(shí)段內(nèi)某要素的平均值、該時(shí)段內(nèi)極大值和極小值；統(tǒng)計(jì)時(shí)支持站點(diǎn)可選、時(shí)次可選和要素可選，站點(diǎn)為單站、多站，時(shí)次為單一時(shí)次、連續(xù)時(shí)次；可統(tǒng)計(jì)和查詢?nèi)我鈺r(shí)段內(nèi)單站氣象要素值，提供曲線圖。

（3）WebGIS展示。

采用開源WebGIS平臺(tái)，在“自動(dòng)站圖集”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基本的地圖操作功能，包括地圖放大、縮小、察看全圖等；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站點(diǎn)空間定位及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢顯示（氣溫分布圖、降雨分布圖、風(fēng)力分布圖、綜合信息圖、氣象要素按數(shù)值大小繪制全省分布的色塊圖等）。

（4）數(shù)據(jù)下載。

選擇任意時(shí)次/連續(xù)時(shí)次、任意站點(diǎn)、任意觀測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)后，生成文本文件，供用戶下載。

4.2 數(shù)據(jù)入庫(kù)管理

包括入庫(kù)參數(shù)配置和日志管理兩個(gè)子模塊，實(shí)現(xiàn)本應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的表、字段對(duì)應(yīng)信息的配置，以及相關(guān)數(shù)據(jù)操作的日志管理功能。

4.3 臺(tái)站管理

實(shí)現(xiàn)臺(tái)站類型管理和臺(tái)站基本信息管理。

4.4 系統(tǒng)管理

實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)的用戶管理、用戶類型管理，組織結(jié)構(gòu)管理，權(quán)限管理和日志管理等工作；該模塊具有自主功能，能根據(jù)增加的欄目或功能將管理內(nèi)容自動(dòng)添加到管理系統(tǒng)中；能夠?qū)崿F(xiàn)所有欄目和功能的權(quán)限指定，具有自動(dòng)和自主增加權(quán)限功能；能夠?qū)γ款悮庀髷?shù)據(jù)的每個(gè)要素或字段指定瀏覽/下載/修改/添加/刪除等控制權(quán)限；能夠進(jìn)行用戶級(jí)別設(shè)置，可自定義不同級(jí)別，每個(gè)級(jí)別能劃分不同權(quán)限；能夠?qū)Σ煌脩舾鶕?jù)需要進(jìn)行不同級(jí)別指定，能對(duì)同一用戶同時(shí)指定不同級(jí)別，能對(duì)用戶單獨(dú)添加某種權(quán)限；能夠?qū)γ總€(gè)管理模塊根據(jù)不同內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)指定，如日志管理可劃分為系統(tǒng)日志、用戶日志、管理日志、數(shù)據(jù)日志和權(quán)限日志等。

5 結(jié)語(yǔ)

該文從提高氣象信息管理水平，為用戶提供高效共享服務(wù)的角度出發(fā)，結(jié)合我國(guó)省級(jí)氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)的實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)進(jìn)行了較為深入的研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于SOA的省級(jí)氣象信息共享平臺(tái)。該平臺(tái)完成了省級(jí)氣象資料和產(chǎn)品的高效管理，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)、自動(dòng)站、雷達(dá)、衛(wèi)星等資料的有效應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)合理、可擴(kuò)展性強(qiáng)、升級(jí)維護(hù)便捷等特點(diǎn)，可滿足不同業(yè)務(wù)部門的需求。

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