氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

史建國　張艷剛

摘要：本系統(tǒng)根據(jù)我省氣象災(zāi)害狀況和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)，可以便捷、快速的為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)提供各種氣象實(shí)況、預(yù)報(bào)與預(yù)警信息等，更好的滿足決策氣象服務(wù)的需求。本系統(tǒng)采用WebGIS等各類展現(xiàn)技術(shù)，以直觀、形象的方式集中顯示氣象信息和預(yù)警信息等。本文主要從平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)等方面介紹氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：氣象災(zāi)害 災(zāi)害防御 顯示系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0108-02

河北地形地貌多樣，氣候條件復(fù)雜，氣象災(zāi)害較為嚴(yán)重。特別是隨著全球氣候變暖，近年來暴雨、暴雪、冰凍、霧霾等極端天氣事件明顯增多，由此引發(fā)的山洪、滑坡、泥石流、城市內(nèi)澇以及森林草原火災(zāi)等次生、衍生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，氣象防災(zāi)減災(zāi)工作面臨著巨大壓力[1]。

氣象防災(zāi)減災(zāi)，關(guān)鍵是把預(yù)報(bào)變成預(yù)警、把信息變成信號(hào)，做到謀事在先、防患未然。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]。目前，我國各?。ㄊ校┒技娂婇_展了氣象信息共享平臺(tái)的建設(shè)工作[3-5]，并取得了一定效果。面對(duì)如此龐大繁雜的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，為了向領(lǐng)導(dǎo)部門及時(shí)提供有效的集約的氣象災(zāi)害預(yù)警信息，協(xié)助領(lǐng)導(dǎo)部門做好災(zāi)害防御的預(yù)案，提高我省氣象移動(dòng)辦公能力和應(yīng)急服務(wù)水平，減輕我省人民生命財(cái)產(chǎn)的損，我們開發(fā)了以預(yù)警信息為核心的氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)處理和用戶服務(wù)兩個(gè)對(duì)象。面向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在后臺(tái)多任務(wù)方式運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)解析、產(chǎn)品生成與產(chǎn)品入庫等數(shù)據(jù)處理功能。面向用戶服務(wù)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要承擔(dān)對(duì)外服務(wù)的功能，通過WebGIS等各類展現(xiàn)技術(shù)，將氣象信息和預(yù)警等信息提供給用戶，同時(shí)接受來自用戶的請(qǐng)求并通過Web響應(yīng)。

本系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的方式，其中C/S架構(gòu)主要用于后臺(tái)數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用體系，B/S架構(gòu)體系主要用于面向用戶的服務(wù)體系。一些復(fù)雜的圖形顯示由后臺(tái)程序生成靜態(tài)圖片來完成，以提高頁面的訪問速度。簡(jiǎn)單的圖形、表格顯示由Web中的控件完成，部分極值統(tǒng)計(jì)功能由后臺(tái)程序和數(shù)據(jù)庫完成，Web頁面不作處理，整個(gè)顯示子系統(tǒng)采用胖服務(wù)器-瘦客戶端的方式?？梢噪S時(shí)隨地在電腦或各種移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件，易于使用。

總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)分為5大模塊，分別為天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警信息、降水實(shí)況、溫度風(fēng)能見度實(shí)況和探測(cè)信息。

2.1 天氣預(yù)報(bào)

該模塊包括短期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)、城市預(yù)報(bào)和交通預(yù)報(bào)。

短期預(yù)報(bào)為省氣象臺(tái)發(fā)布的我省未來3天的天氣預(yù)報(bào)，以及未來24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)降水預(yù)報(bào)圖分別預(yù)報(bào)未來24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)的降水區(qū)域和降水量級(jí)，圖形化呈現(xiàn)降水預(yù)報(bào)。

中期預(yù)報(bào)是省氣象臺(tái)發(fā)布的我省未來10天的天氣預(yù)報(bào)。

城市預(yù)報(bào)為我國主要城市未來3天的天氣現(xiàn)象、氣溫、風(fēng)向和風(fēng)力的預(yù)報(bào)，包括白天和夜間天氣情況。而且，城市預(yù)報(bào)分為“全部”、“京津冀”、“其它省會(huì)”、“特區(qū)和單列市”4類。

交通預(yù)報(bào)為我省境內(nèi)的省道和經(jīng)過我省的國道路段的預(yù)報(bào)，包括交通大霧預(yù)報(bào)、道路結(jié)冰預(yù)報(bào)和交通沿線預(yù)報(bào)3部分，分別預(yù)報(bào)未來一天的道路大霧情況、道路結(jié)冰情況、道路沿線天氣情況。交通預(yù)報(bào)將大霧級(jí)別分為3級(jí)，將結(jié)冰級(jí)別分為4級(jí)。交通預(yù)報(bào)使用WebGIS技術(shù)使預(yù)報(bào)更加形象，可通過放大縮小功能更加具體的定位相應(yīng)路段。而且，交通沿線預(yù)報(bào)將不同天氣現(xiàn)象用相應(yīng)圖標(biāo)標(biāo)記出來，點(diǎn)擊圖標(biāo)，可顯示未來48小時(shí)預(yù)報(bào)。

2.2 預(yù)警信息

該模塊為我省的省氣象臺(tái)及各地市氣象臺(tái)發(fā)布的大霧、霾、大風(fēng)等預(yù)警信息，并以不同圖標(biāo)做出提醒。預(yù)警信息是本系統(tǒng)的核心部分，時(shí)效要求很高。由于目前，省內(nèi)發(fā)布預(yù)警信息都發(fā)到國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，所以我們利用后臺(tái)程序與國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)有效對(duì)接，從而使預(yù)警信息統(tǒng)一、及時(shí)。

2.3 降水實(shí)況

該模塊為我省過去一段時(shí)間的降水量分布實(shí)況，包括統(tǒng)計(jì)各個(gè)量級(jí)分別的站數(shù)，以及全省降水區(qū)域和降水量，點(diǎn)擊地市可以顯示相應(yīng)地市各雨量觀測(cè)站的詳細(xì)降水情況，每小時(shí)發(fā)布一次。降水實(shí)況包括1小時(shí)降水量、12小時(shí)降水量和24小時(shí)降水量，分別為過去1小時(shí)、12小時(shí)、24小時(shí)內(nèi)的降水累計(jì)量，圖形化顯示降水實(shí)況，通過不同顏色顯示降水區(qū)域和降水量。

2.4 溫度、風(fēng)、能見度實(shí)況

該模塊包括溫度、風(fēng)、能見度3部分，分別為我省氣溫實(shí)況、極大風(fēng)速實(shí)況、能見度實(shí)況，包括統(tǒng)計(jì)各個(gè)量級(jí)分別的站數(shù)，各區(qū)域通過不同顏色標(biāo)識(shí)相應(yīng)的級(jí)別，點(diǎn)擊地市可以顯示相應(yīng)地市各觀測(cè)站的詳細(xì)情況，每小時(shí)發(fā)布一次。

2.5 探測(cè)信息

該模塊包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)及霧霾、環(huán)境氣象、雷達(dá)回波強(qiáng)度和衛(wèi)星云圖。

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)熱點(diǎn)及霧霾為監(jiān)測(cè)的我省熱點(diǎn)、霧霾等的衛(wèi)星遙感圖像和詳細(xì)信息。

環(huán)境氣象為我省的當(dāng)前空氣質(zhì)量情況，包括實(shí)況監(jiān)測(cè)分析、環(huán)境氣象日?qǐng)?bào)、環(huán)境氣象周報(bào)、環(huán)境氣象評(píng)估。實(shí)況監(jiān)測(cè)分析主要為當(dāng)前時(shí)刻AQI實(shí)況及分布圖、城市信息和河北省空氣質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)。其中，當(dāng)前時(shí)刻AQI實(shí)況及分布圖為全省各城市空氣污染等級(jí)、AQI指數(shù)、首要污染物和全省的AQI實(shí)況分布圖；城市信息為全省各城市的過去24小時(shí)AQI指數(shù)變化情況；河北省空氣質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)為全省各城市的空氣質(zhì)量、出現(xiàn)站數(shù)、AQI均值、AQI極值、首要污染物和相應(yīng)的觀測(cè)站信息。環(huán)境氣象日?qǐng)?bào)為空氣質(zhì)量的實(shí)況分析和未來三天空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。環(huán)境氣象周報(bào)為空氣質(zhì)量的上周空氣質(zhì)量回顧和本周空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。環(huán)境氣象評(píng)估為對(duì)上月環(huán)境氣象的評(píng)估，包括空氣質(zhì)量概況、氣象條件分析等。

雷達(dá)回波強(qiáng)度為河北雷達(dá)拼圖產(chǎn)品，每6分鐘生成一張拼圖。拼圖具有放縮、拖動(dòng)等功能，還可以通過播放功能對(duì)拼圖進(jìn)行連續(xù)播放，或定位第一幀、最后一幀、前一幀和后一幀等。

衛(wèi)星云圖為全國的衛(wèi)星云圖，每30分鐘生成一張圖，也可以通過播放功能對(duì)拼圖進(jìn)行連續(xù)播放，或定位第一幀、最后一幀、前一幀和后一幀等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)搭建

本系統(tǒng)采用完全免費(fèi)的Linux+Apache+Mysql+Php（LAMP）搭建Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫等，LAMP具有Web資源豐富、輕量、快速開發(fā)、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，因此無論是性能、質(zhì)量還是價(jià)格都是本系統(tǒng)的首先平臺(tái)[6]。

3.2 數(shù)據(jù)收集與處理

數(shù)據(jù)處理采用目錄監(jiān)控和定時(shí)作業(yè)相結(jié)合的方式，以滿足不同資料的時(shí)效要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Mysql數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式，便于使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)采用Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，而對(duì)于文件較大且不適合于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)將采用文件庫進(jìn)行管理。并且，本系統(tǒng)與“國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)”等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了有效的對(duì)接，使數(shù)據(jù)更加便捷、統(tǒng)一。

本系統(tǒng)采用了開源WebGIS平臺(tái)，可以訪問到WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)和進(jìn)行相關(guān)的空間分析和數(shù)據(jù)管理，避免了只能在本地電腦上瀏覽自己的空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行專題圖的制作的局限。實(shí)現(xiàn)基本的地圖操作功能，包括地圖放縮、拖動(dòng)等，實(shí)現(xiàn)空間定位及實(shí)時(shí)查看信息。例如，本系統(tǒng)的交通預(yù)報(bào)、雷達(dá)拼圖等廣泛采用了該技術(shù)。

3.3 Web頁面開發(fā)

系統(tǒng)采用了MVC開發(fā)模式，視圖層和業(yè)務(wù)層分離，從而使更改視圖層代碼而不用重新編譯模型和控制器代碼，同樣，一個(gè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程或者業(yè)務(wù)規(guī)則的改變只需要改動(dòng)MVC的模型層即可。由于模型與控制器和視圖相分離，所以很容易改變應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)規(guī)則。本系統(tǒng)采用PHP開發(fā)語言，頁面效果采用了CSS+DIV來實(shí)現(xiàn)，DIV 用于搭建網(wǎng)站結(jié)構(gòu)，CSS用于創(chuàng)建網(wǎng)站表現(xiàn)，CSS將表現(xiàn)與內(nèi)容分離，便于網(wǎng)站維護(hù)，簡(jiǎn)化HTML頁面代碼。

可以通過3G無線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)線路供用戶訪問。3G無線網(wǎng)絡(luò)可以使得智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)客戶端隨時(shí)隨地訪問該系統(tǒng)，方便快捷。

3.4 實(shí)現(xiàn)效果

氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)在界面設(shè)計(jì)中充分考慮了美觀大方、操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)效果如圖2。

4 總結(jié)及展望

通過氣象災(zāi)害防御綜合信息顯示系統(tǒng)能隨時(shí)隨地在平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備上了解氣象實(shí)況和預(yù)警信息等，減少環(huán)境限制，使用方便，操作簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)的建立提高了河北省氣象移動(dòng)辦公能力和應(yīng)急服務(wù)水平，可為領(lǐng)導(dǎo)部門做好災(zāi)害防御提供幫助。由于目前有些產(chǎn)品出自不同部門，需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品管理，而且，需要進(jìn)一步將數(shù)據(jù)產(chǎn)品做細(xì)做精。另外，隨著新的氣象產(chǎn)品的出現(xiàn)，該系統(tǒng)也將進(jìn)一步完善功能。

參考文獻(xiàn)

[1]河北省氣象局.把好氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線——河北省氣象災(zāi)害防御體系建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].中國應(yīng)急管理，2013（8）：27-31.

[2]馬渝勇，徐曉莉，宋智等.省級(jí)氣象信息共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（4）：505-512.

[3]王素香.對(duì)山東省氣象信息共享平臺(tái)建設(shè)的思考[J].山東氣象，2009，29（3）：52-53.

[4]吳昊旻，姜燕敏.麗水市氣象信息共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].氣象科技，2010，38（3）：357-362.

[5]吳彥平，等.河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（3）：112-114.

[6]董保華，等.省級(jí)氣象信息業(yè)務(wù)運(yùn)行監(jiān)控電子值班日志系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2014（11）：112-113.