上海市氣象局氣象服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

董 超

(上海市氣象局信息中心，上海 200030)

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上海市氣象局氣象服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

董 超

(上海市氣象局信息中心，上海 200030)

針對上海市氣象局及下屬區(qū)縣單位氣象服務(wù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一，部分區(qū)縣局服務(wù)資源不足的現(xiàn)狀，對各類數(shù)據(jù)的運用進行嚴(yán)格的控制監(jiān)管，開發(fā)完成了上海市氣象局氣象服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用，具有提供5日天氣預(yù)報、多普勒雷達圖、災(zāi)害預(yù)警、天氣實況、氣象報告、衛(wèi)星云圖等功能，用于規(guī)范數(shù)據(jù)來源，通過各業(yè)務(wù)單位共享的可靠的多種氣象數(shù)據(jù)，形成市局統(tǒng)一管理監(jiān)控下屬區(qū)縣單位，提供準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)服務(wù)。

數(shù)據(jù)應(yīng)用；氣象服務(wù)；質(zhì)量控制

隨著信息時代的到來，信息傳播的途徑廣泛而又迅速。又快又好地發(fā)展公共氣象服務(wù)，是我國氣象事業(yè)的戰(zhàn)略決策。多年來上海市氣象局努力實現(xiàn)氣象信息現(xiàn)代化，并取得了一定的成就。但在信息化建設(shè)過程中，由于各單位立足點不同、服務(wù)對象不同、目標(biāo)不同，形成了各自為政的局面混亂。公共氣象服務(wù)首要的目標(biāo)是保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時效性、權(quán)威性。上海市氣象局氣象服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)可以更好地保證及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)整合上海市市局以及各區(qū)縣局氣象服務(wù)數(shù)據(jù)，規(guī)范完善數(shù)據(jù)源，通過網(wǎng)絡(luò)為載體，以天氣預(yù)報、重大災(zāi)害天氣預(yù)警等公共氣象服務(wù)為內(nèi)容，為廣大群眾提供服務(wù)[1]。同時系統(tǒng)豐富了內(nèi)部人員多渠道獲取信息的途徑，獲取的信息途徑均來自自動設(shè)備，不存在人工觀測，與國家局所提出的氣象現(xiàn)代化目標(biāo)相一致。筆者從系統(tǒng)環(huán)境、數(shù)據(jù)應(yīng)用和功能方面對該系統(tǒng)進行了簡要分析。

1 系統(tǒng)環(huán)境簡介

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架Fig.1 System architecture diagram

1.1 系統(tǒng)環(huán)境配置 系統(tǒng)安裝了Windows2008 R2操作系統(tǒng)，配置了SqlServer2008數(shù)據(jù)庫，支持HTTP和FTP發(fā)布服務(wù)的IIS7.0 Web服務(wù)器，F(xiàn)ileZilla Server軟件用于服務(wù)器開設(shè)FTP傳輸以及后臺數(shù)據(jù)入庫軟件、文檔轉(zhuǎn)換軟件、PDF轉(zhuǎn)換插件。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端通過普通PC機網(wǎng)頁瀏覽。系統(tǒng)前臺界面部分采用jQuery EasyUI技術(shù)，jQuery EasyUI提供了大多數(shù)用戶界面控件的使用。后臺采用C#/Asp.net語言MVC4框架開發(fā)。整體系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)架圖如圖1所示。1.2 系統(tǒng)層次劃分 系統(tǒng)分為表示層、功能控制層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。頁面屬于表示層。功能控制層包括數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)，其中，數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)交換接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)發(fā)布傳輸、數(shù)據(jù)搜索引擎、數(shù)據(jù)內(nèi)部訪問接口，應(yīng)用服務(wù)包括用戶管理權(quán)限、文本編輯控件、文件瀏覽引擎、流程管理引擎?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層包括氣象信息數(shù)據(jù)庫、文字信息數(shù)據(jù)庫以及資源信息庫。

2 氣象服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)傳輸 對氣象服務(wù)過程中使用的綜合基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)、天氣形勢分析數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)均由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一提供，數(shù)據(jù)接口以實際上線業(yè)務(wù)模塊為準(zhǔn)，接口采用WebService方式提供，以json格式作為主要數(shù)據(jù)輸出格式，數(shù)據(jù)調(diào)用方式依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)接口的調(diào)用規(guī)則與使用規(guī)范。對系統(tǒng)加工處理的入庫數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的來源分手動錄入、遠程接入和監(jiān)控入庫3種方式。手動錄入的方式是提供數(shù)據(jù)錄入頁面，手動制作。監(jiān)控入庫的方式是要求把文件傳入到監(jiān)控的FTP目錄，通過配置表達式來匹配文件名規(guī)則。遠程接入的方式是直接接入在其他服務(wù)器存儲的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集通過與信息中心一體化數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)、系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)庫之間建立穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)訪問接口，通過接口可以高效地訪問系統(tǒng)所需的各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)訪問接口可以滿足系統(tǒng)、智能終端的數(shù)據(jù)訪問需求。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型及存儲方式，對部分數(shù)據(jù)可以考慮建立中間數(shù)據(jù)庫，定時同步信息中心數(shù)據(jù)庫，減少同步信息中心數(shù)據(jù)庫訪問壓力；對于文件類型的數(shù)據(jù)，可同步文件到文件服務(wù)器。對于所有同步及入庫的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)類型表，主要包括數(shù)據(jù)時間策略配置、入庫規(guī)則。入庫的同時記錄日志，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的到達率，提供漏傳產(chǎn)品和遲到產(chǎn)品查詢并提醒。根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型，定時清除歷史數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)交換功能 數(shù)據(jù)交換區(qū)將成為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存放中心和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換平臺。通過數(shù)據(jù)交換區(qū)，將系統(tǒng)的基本需求、共享提供的安全機制、數(shù)據(jù)存儲層與應(yīng)用層的有效隔離有機地結(jié)合在一起，使氣象應(yīng)用與其底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲方式無關(guān)。各應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交換區(qū)相連，通過數(shù)據(jù)交換區(qū)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和路由，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫交換和共享訪問。數(shù)據(jù)交換區(qū)保證平臺無關(guān)性，使采用不同平臺技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)均可以實現(xiàn)無縫的數(shù)據(jù)交換。另外，通過數(shù)據(jù)交換區(qū)的數(shù)據(jù)服務(wù)管理功能，即可進行相應(yīng)的設(shè)置調(diào)整。而新的應(yīng)用系統(tǒng)需按照數(shù)據(jù)交換區(qū)的接口標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換接口。數(shù)據(jù)請求方將數(shù)據(jù)請求提交到數(shù)據(jù)交換區(qū)，如該數(shù)據(jù)是存儲在數(shù)據(jù)交換區(qū)的本地數(shù)據(jù)庫中，則數(shù)據(jù)交換區(qū)從本地數(shù)據(jù)庫中獲取請求的數(shù)據(jù)，并按照規(guī)定的格式發(fā)送給請求方；如該數(shù)據(jù)是由其他應(yīng)用系統(tǒng)(下稱“數(shù)據(jù)提供方”)提供，則數(shù)據(jù)交換區(qū)將把數(shù)據(jù)請求轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)提供方，數(shù)據(jù)提供方按照規(guī)定的格式向數(shù)據(jù)交換區(qū)發(fā)送請求的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換區(qū)再把該數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)請求方。數(shù)據(jù)請求方和數(shù)據(jù)提供方(統(tǒng)稱“數(shù)據(jù)交換節(jié)點”)均應(yīng)在數(shù)據(jù)交換區(qū)進行，由數(shù)據(jù)交換區(qū)進行統(tǒng)一管理。在數(shù)據(jù)交換發(fā)生時，數(shù)據(jù)交換區(qū)根據(jù)信息進行數(shù)據(jù)的路由，主動調(diào)用數(shù)據(jù)交換節(jié)點的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)來向數(shù)據(jù)交換節(jié)點傳送數(shù)據(jù)或從數(shù)據(jù)交換節(jié)點獲取數(shù)據(jù)。

2.4 質(zhì)量控制 質(zhì)量的控制有前端控制、服務(wù)端顯示控制或過程結(jié)合質(zhì)量控制3種方式，系統(tǒng)中增加“信息質(zhì)控”運維功能，就是對所關(guān)注的氣象服務(wù)信息獲取時間、信息準(zhǔn)確性、信息一致性、站點預(yù)報等信息進行質(zhì)量控制。對站點監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換入庫，可以基于MICAPS對預(yù)報和實況信息對比，對所獲的信息手工可修改。通過多種數(shù)據(jù)源不同渠道采集到的數(shù)據(jù)，限定了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，同時，由于之前缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，不同行業(yè)部門對氣象服務(wù)數(shù)據(jù)有不同的標(biāo)記形式與理解，從而形成了語義層次的差異。如何對采集到的原始數(shù)據(jù)進行加工處理，滿足不同層次的應(yīng)用需求、傳輸需求與交換需求，是信息平臺的工作重點。采集到的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，必須對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，剔除掉不符合標(biāo)準(zhǔn)的無效數(shù)據(jù)。對有意義的數(shù)據(jù)，因為只是表達方式的差異，可以按照標(biāo)準(zhǔn)進行自動糾正與轉(zhuǎn)換。對于原來存在于多個系統(tǒng)的重復(fù)記錄，整合后要對重復(fù)記錄進行合并處理，保證記錄唯一性。

為了滿足信息交換的需求，即系統(tǒng)需要與其他平臺或外部機構(gòu)進行數(shù)據(jù)交換，將來更可能在全省應(yīng)急指揮等層面進行信息交換與整合，需要將平臺內(nèi)部交換的數(shù)據(jù)按照不同需求發(fā)布成不同的格式，因此采用可擴展標(biāo)記語言(XML)及擴展樣式表轉(zhuǎn)換語言(XSLT)用于標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，2種語言非常適合這方面的工作，通過配置不同的數(shù)據(jù)模板，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的可交換數(shù)據(jù)格式。另一方面，統(tǒng)計分析也是氣象服務(wù)及監(jiān)控反饋管理的重要內(nèi)容之一。考慮到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量級及性能的要求，需要對數(shù)據(jù)預(yù)先進行加工處理，按類別、時間、事件等要素進行統(tǒng)計分析，為進一步生成報表預(yù)先準(zhǔn)備好所需的數(shù)據(jù)，尤其是聚合類統(tǒng)計信息。

3 氣象服務(wù)系統(tǒng)功能

3.1 5日天氣預(yù)報 將當(dāng)日及未來5 d的天氣現(xiàn)象、溫度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素，由每日2次發(fā)布的城鎮(zhèn)預(yù)報以ftp方式同步上傳到服務(wù)器，根據(jù)不同時次的時段數(shù)據(jù)變更微調(diào)同步到系統(tǒng)，區(qū)縣局可以根據(jù)實際情況，在整點前重新微調(diào)上傳數(shù)據(jù)，后臺系統(tǒng)將根據(jù)上傳數(shù)據(jù)每2 min做一次同步處理,保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于現(xiàn)在存有大量其他預(yù)報部門天氣軟件、數(shù)據(jù)來源混亂、數(shù)據(jù)偏差大、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題，5日天氣預(yù)報可以準(zhǔn)確了解當(dāng)日及未來天氣狀況。

3.2 多普勒雷達圖 常規(guī)天氣雷達的信號測量僅限于氣象目標(biāo)的強度，而多普勒天氣雷達除具備常規(guī)天氣雷達的全部功能外，還能同時提供大氣風(fēng)場的信號對氣象回波進行多普勒速度的分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況，系統(tǒng)中雷達回波動態(tài)圖可以及時準(zhǔn)確地預(yù)測短期內(nèi)降雨情況、分布狀態(tài)，提高了雨情的時效性、直觀性。如上海南匯雷達站多普勒雷達圖(圖2)，其右上角數(shù)據(jù)為回波圖數(shù)據(jù)信息：PPI平面位置顯示，Elevation表示仰角為0.50°，range表示范圍是230 km，resolution表示探測分辨率為1 km，RDA和Site表示雷達站號是Z9210，lat表示緯度，lon表示經(jīng)度，hgt表示雷達站海拔高度44 m，task表示采用VCP21的掃描模式,date和time表示2016年7月19日15：51：58，reflectivity表示反射率，顏色分布由弱到強，隨著反射率強度提升，降雨可能性增大。多普勒雷達設(shè)備通過多年的使用，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性已經(jīng)達到很高程度。

3.3 災(zāi)害預(yù)警 系統(tǒng)實時讀取上海氣象局中心臺災(zāi)害預(yù)警，保證預(yù)警的時效性，作為對外使用的信息發(fā)布平臺，及時準(zhǔn)確地發(fā)布信息是災(zāi)害預(yù)警的首要目標(biāo)[2]。通過實時同步數(shù)據(jù)，在一些不具有氣象短信預(yù)警服務(wù)的用戶，可以通過網(wǎng)絡(luò)查看預(yù)警信息，使得應(yīng)用面更廣，獲取信息途徑更多。預(yù)警分為黃、藍、橙、紅四級預(yù)警，預(yù)警級別由低到高。

3.4 天氣實況 天氣實況獲取上海10個一般站以及1個基本站自動站數(shù)據(jù)，由服務(wù)器每小時整點同步上傳1次，以曲線圖形式顯示當(dāng)日的氣象變化數(shù)據(jù)情況[3]。天氣實況顯示的為溫度和降水變化曲線，在右上角選項中可切換不同站點查看本站相應(yīng)的曲線圖(圖3)。以徐家匯站為例，點擊曲線上的點，具有顯示溫度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、相對濕度、降水量等數(shù)據(jù)(圖3)。

3.5 氣象報告 氣象報告提供華東及沿海地區(qū)天氣預(yù)警報告、海面降雨、風(fēng)向風(fēng)速報告。其中主要天氣預(yù)警包括大風(fēng)預(yù)警、高溫預(yù)警、降雨預(yù)警等預(yù)警信息。氣象報告同時提供上海市市區(qū)氣象數(shù)據(jù)的詳細報告。

圖2 上海南匯雷達站雷達回波Fig. 2 Radar echo map in Shanghai Nanhui Radar Station

圖3 天氣實況Fig.3 Weather map

3.6 衛(wèi)星云圖 系統(tǒng)中使用的是FY2E衛(wèi)星云圖為預(yù)報提供云參數(shù)、大氣流場和各種大氣物理過程等重要的氣象信息，監(jiān)控常規(guī)天氣圖上無法觀測到的中小尺度災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[3]。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 net 系統(tǒng)采用.net架構(gòu)，使用中間件技術(shù)實現(xiàn)，支持多種流行服務(wù)器軟硬件平臺、構(gòu)件化和面向?qū)ο蟆Ｆ渲?，XML國際標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)交換接口規(guī)范，具備良好的開放性，具備縱向和橫向的功能擴展及應(yīng)用系統(tǒng)集成。

4.2 B/S 系統(tǒng)采用全B/S結(jié)構(gòu)在安裝服務(wù)器相關(guān)系統(tǒng)配置環(huán)境、軟件，完成服務(wù)器安裝后，通過網(wǎng)絡(luò)連接，在其網(wǎng)絡(luò)下的計算機均可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)[4]。B/S結(jié)構(gòu)優(yōu)點：系統(tǒng)管理簡單，大大減少客戶機維護工作量；具有靈活的軟、硬件系統(tǒng)構(gòu)成；提高程序的可維護性和可擴展性；增加系統(tǒng)的安全性。

4.3 Web Service Web Service是由企業(yè)發(fā)布的完成其特定需求的在線應(yīng)用服務(wù)，其他公司或應(yīng)用軟件能夠通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問并使用這項在線服務(wù)。Web Service主要有跨防火墻通信、應(yīng)用程序集成、B2B集成、軟件和數(shù)據(jù)重用等優(yōu)點，主要目標(biāo)是跨平臺的可互操作性，使得異構(gòu)的應(yīng)用程序能夠彼此通信并共享信息，其主要標(biāo)準(zhǔn)本身是建立在進一步的標(biāo)準(zhǔn)http和xml的基礎(chǔ)之上，它邏輯性地為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)與服務(wù)[5]。各應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和規(guī)定的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式(http、xml、soap)來訪問Web Service，通過Web Service內(nèi)部執(zhí)行得到所需結(jié)果。Web Service可以執(zhí)行從簡單的請求到復(fù)雜處理的任何功能，它定義了應(yīng)用程序如何在Web上實現(xiàn)互操作性，具有平臺無關(guān)性、編程語言無關(guān)性。在系統(tǒng)中對異構(gòu)環(huán)境及跨網(wǎng)絡(luò)其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的通信與協(xié)作采用Web Service實現(xiàn)。

5 小結(jié)

該系統(tǒng)結(jié)合上海氣象局公共服務(wù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一以及部分區(qū)縣服務(wù)資源不足的現(xiàn)狀，整合市局及區(qū)縣局氣象服務(wù)數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、質(zhì)量控制等方面的應(yīng)用，對區(qū)縣統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控，設(shè)置權(quán)限主次應(yīng)用于同一平臺。在開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，有效地結(jié)合各個業(yè)務(wù)單位系統(tǒng)平臺，提供5日天氣預(yù)報、多普勒雷達圖、災(zāi)害預(yù)警、天氣實況、氣象報告、衛(wèi)星云圖等多種氣象服務(wù)，提高氣象服務(wù)人員的工作效率，提高氣象服務(wù)工作的質(zhì)量。

[1] 駱月珍，吳利紅.關(guān)于公共氣象服務(wù)的幾點思考[J].浙江氣象,2008(1):27-31.

[2] 王赟,段燕楠，姚愚，等.基于Web Service的氣象預(yù)警短信發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].氣象科技,2012(3)：384-387.

[3] 陳渭民.衛(wèi)星氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社,2005.

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[5] 楊偉明. 基于web的氣象信息共享平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué),2014.

Data Application of Meteorological Service System of Shanghai Meteorological Bureau

DONG Chao

(Information Center of Shanghai Meteorological Bureau, Shanghai 200030)

Current status of Shanghai Meteorological Bureau and units of its subordinate counties has the characteristics of not unified meteorological service content and data source, and shortage of service resources. Based on these, strict control and supervision of data were carried out. Meteorological service system of Shanghai Meteorological Bureau was developed, which included the data transmission, data collection, data exchange and quality control. It had the functions of five day weather forecast, Doppler radar map, disaster warning, weather reports, satellite cloud picture and so on. This system was used to regulate the data source. Through the various and reliable meteorological data shared by business units, we formed the units of its subordinate counties under the management of city public security organs. And the accurate meteorological data service was provided.

Data application; Meteorological service; Quality control

董超(1986- )，男，上海人，助理工程師，從事氣象服務(wù)工作。

2016-08-10

S 16

A

0517-6611(2016)28-0191-03