基于手機(jī)客戶端的移動(dòng)氣象信息發(fā)布APP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏志業(yè)++劉志紅++嚴(yán)甫++印玉明++周耀鑫

摘要：首先對(duì)比分析了氣象信息傳播的三種媒介，總結(jié)了氣象APP客戶端的特點(diǎn)；再重點(diǎn)分析了所采用J2EE技術(shù)架構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)的一個(gè)移動(dòng)氣象信息發(fā)布APP系統(tǒng)，介紹了該APP系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)，最后結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求與技術(shù)發(fā)展，對(duì)后續(xù)移動(dòng)氣象服務(wù)產(chǎn)品APP的研發(fā)功能進(jìn)行了分析與總結(jié)。通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)安全性好，具有較好的用戶體驗(yàn)和兼容性，為氣象部門開(kāi)發(fā)手機(jī)客戶端系統(tǒng)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：J2EE；APP；移動(dòng)客戶端；氣象信息服務(wù)

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）03-0222-03

Design and Implementation of Meteorological Information Release APP for Mobile Client

XIA Zhi-ye， LIU Zhi-hong， YAN Fu， YIN Yu-ming， ZHOU Yao-xin

（College of Resources and Environment， Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225， China）

Abstract： Three kinds of media of meteorological information release are compared， including microblog， wechat and APP， firstly. And secondly， we introduce a APP system of meteorological information release based on J2EE technology about its function and characteristics. In the end， we analyze the performance and features of future meteorological service APP， combining the realistic demand and technology development. The result through testing is that， this APP for meteorological information release designed has good security， user experience and compatibility， which provides a reference for the meteorological agency to develop the mobile client system.

Key words： J2EE； APP； mobile client system； meteorological information service

1 背景

隨著信息技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，以及智能機(jī)的普及，當(dāng)前各種手機(jī)、平板等終端設(shè)備的APP客戶端（應(yīng)用軟件）普遍使用，如用來(lái)發(fā)布?xì)庀蠓?wù)產(chǎn)品的氣象智能終端服務(wù)系統(tǒng)APP就是一種表現(xiàn)形式。同時(shí)，由于國(guó)家“智慧氣象”、“互聯(lián)網(wǎng)+氣象”等策略的實(shí)施，以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、精細(xì)預(yù)報(bào)等技術(shù)的興起，這都將推動(dòng)手機(jī)客戶端移動(dòng)氣象信息服務(wù)的技術(shù)和內(nèi)容兩方面均縱深化發(fā)展。

國(guó)外對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與氣象結(jié)合方面的研究較早，應(yīng)用也較多，如早起基于Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)的空間天氣軟件用來(lái)展示空間天氣數(shù)據(jù)[1]；iPhone平臺(tái)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)氣象數(shù)據(jù)的瀏覽功能[2]。國(guó)內(nèi)這方面的研究與開(kāi)發(fā)也是近幾年才開(kāi)始的，建設(shè)移動(dòng)氣象信息服務(wù)系統(tǒng)也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)氣象部門迫切需要的?？偨Y(jié)起來(lái)，國(guó)內(nèi)研究主要集中在如下幾個(gè)方面：

一是終端網(wǎng)絡(luò)瀏覽，如早期基于WAP技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)瀏覽器獲取氣象信息的功能[3]。

二是基于不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能終端APP，如通過(guò)JAVA技術(shù)建立移動(dòng)氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)系統(tǒng)[4-5]，或利用J2EE開(kāi)發(fā)手機(jī)氣象服務(wù)終端[6-7]，都得到了廣泛應(yīng)用。

三是由于氣象信息傳播的特殊性，即內(nèi)容及表現(xiàn)形式的多樣性、時(shí)空分辨率高、數(shù)據(jù)量大、快速可視化需求等特點(diǎn)，加之智能終端的越發(fā)先進(jìn)，這就需要?dú)庀笮畔⒃诓煌K端載體上，達(dá)到內(nèi)容和不同處理技術(shù)的深度融合[8-9]，共同推進(jìn)智能氣象發(fā)展。

因此，本文首先對(duì)比分析了氣象信息傳播的三種媒介，總結(jié)了氣象APP客戶端的特點(diǎn)；再重點(diǎn)分析了本文所采用J2EE技術(shù)架構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)的一個(gè)移動(dòng)氣象信息發(fā)布APP系統(tǒng)，介紹了該APP系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)；最后結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求與技術(shù)發(fā)展，對(duì)后續(xù)移動(dòng)氣象服務(wù)產(chǎn)品APP的研發(fā)功能進(jìn)行了分析與總結(jié)。

2 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能終端氣象信息發(fā)布形式

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是將互聯(lián)網(wǎng)和以無(wú)線通信合二為一的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是當(dāng)前微博、微信、客戶端等新事物在智能終端中進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等信息交流的基本網(wǎng)絡(luò)。上述三種信息傳播媒介的特點(diǎn)總結(jié)如下表1所示，可得，雖然微博、微信有各自的優(yōu)點(diǎn)，但針對(duì)氣象信息，其發(fā)布的內(nèi)容通常是溫濕壓水汽風(fēng)等基本氣象要素、氣象云圖、雷達(dá)圖、專業(yè)氣象等內(nèi)容，對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)、空分辯率有較高要求，且氣象信息一般是大容量數(shù)據(jù)，或靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖，這是微博、微信所不完備的。而憑借研發(fā)的手機(jī)端應(yīng)用軟件和相關(guān)配套處理軟件，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)氣象信息在手機(jī)端的清晰直觀顯示、氣象專業(yè)圖片的靜態(tài)和動(dòng)畫顯示等，還能利用手機(jī)端軟件具有的信息存儲(chǔ)功能彌補(bǔ)目前移動(dòng)通信速率低的不足，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖片等信息的快速顯示。

特別是在氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)方面，APP的良好互動(dòng)與位置服務(wù)功能是微博、微信無(wú)法比擬的，能滿足防災(zāi)減災(zāi)決策人員和社會(huì)公眾在任何地方、任何時(shí)候獲得任何氣象防災(zāi)減災(zāi)信息和服務(wù)，具有重要應(yīng)用價(jià)值。

3 氣象信息發(fā)布APP客戶端體系架構(gòu)

本文基于J2EE開(kāi)發(fā)的氣象信息發(fā)布APP客戶端支持智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端。該體系由三部分組成，即表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)層，具體如下圖1所示。

表示層主要涵蓋用戶登錄、基本要素監(jiān)測(cè)、雨量實(shí)況、災(zāi)害預(yù)警、天氣趨勢(shì)、旅游氣象、交通氣象、生活氣象與實(shí)景視頻等功能模塊，同時(shí)還有后臺(tái)預(yù)報(bào)制作、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)與人機(jī)互動(dòng)等服務(wù)功能。用戶下載后可通過(guò)點(diǎn)擊不同模塊來(lái)獲取特定的氣象服務(wù)信息。

邏輯層主要包括WEB服務(wù)器、GIS應(yīng)用服務(wù)功能、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、移動(dòng)定位等部分。WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)處理用戶端發(fā)出的HTTP請(qǐng)求，并向用戶提出回應(yīng)；由于氣象服務(wù)中普遍存在暴雨、滑坡、泥石流等氣象災(zāi)害的預(yù)警及氣象應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，因此需要引入GIS應(yīng)用服務(wù)器。GIS應(yīng)用服務(wù)器功能是處理WEB服務(wù)器發(fā)出的請(qǐng)求，再通過(guò)后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)獲取空間和屬性數(shù)據(jù)，并對(duì)不同類型的空間和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理與分析，將處理結(jié)果返回給WEB服務(wù)器做出響應(yīng)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)的功能主要是擴(kuò)充移動(dòng)設(shè)備的處理能力，把移動(dòng)終端不能處理的功能放在無(wú)線網(wǎng)關(guān)上。

移動(dòng)定位網(wǎng)關(guān)是提供位置信息，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲得的位置信息發(fā)送給WEB/GIS應(yīng)用服務(wù)器，為后續(xù)GIS位置服務(wù)提供可能，該特點(diǎn)功能在氣象災(zāi)害應(yīng)急模塊中有重要應(yīng)用。

數(shù)據(jù)層功能是存儲(chǔ)和管理基本氣象要素?cái)?shù)據(jù)、災(zāi)害預(yù)警、衛(wèi)星雷達(dá)圖像和云圖資料、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。是WEB/GIS應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行各種響應(yīng)的數(shù)據(jù)源。本系統(tǒng)服務(wù)器端采用Microsoft SQL Server進(jìn)行數(shù)據(jù)資源管理，客戶端采用Sqlite管理本地?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)，Google離線柵格瓦片地圖基于目錄管理。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是APP客戶端的表述層與服務(wù)器之間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái)，因此氣象服務(wù)APP就需要依靠基本的移動(dòng)接入載體，如CDMA、TDMA等標(biāo)準(zhǔn)制式的數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)，或無(wú)線局域網(wǎng)、WIFI等。同時(shí)還需要移動(dòng)訪問(wèn)技術(shù)，如常用的短信服務(wù)。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，WAP無(wú)線應(yīng)用協(xié)議成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，如HTTP、TCP/IP、XML等。這些技術(shù)都支持4G網(wǎng)絡(luò)，且支持Android、IOS等智能終端操作系統(tǒng)。

除上述基本層面的技術(shù)之外，由于氣象APP的特殊性，即氣象服務(wù)產(chǎn)品的時(shí)空分辨率高、數(shù)據(jù)量大、快速可視化需求等特點(diǎn)，使得氣象APP的設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是需要注意的。

4.1 數(shù)據(jù)緩存技術(shù)

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)APP普遍存在這樣的現(xiàn)象，即同一數(shù)據(jù)時(shí)段內(nèi)可能有N個(gè)客戶端請(qǐng)求，此時(shí)服務(wù)器只需讀一次數(shù)據(jù)庫(kù)并處理一次數(shù)據(jù)，而不是N次；或同一客戶端可能發(fā)出N次請(qǐng)求，控制端也只需向服務(wù)器發(fā)出一次請(qǐng)求。如此安排是為了有效降低服務(wù)器端的讀庫(kù)頻次，減少客戶端無(wú)效輸入，進(jìn)而提高響應(yīng)速度。

這就需要數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，而本系統(tǒng)針對(duì)具有固定更新頻率的氣象服務(wù)產(chǎn)品，因此采取HashMap存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)緩存[10]。

4.2 氣象產(chǎn)品快速可視化

如以成都地區(qū)為例，分辨率為1KM的格點(diǎn)氣象服務(wù)產(chǎn)品就有近30000個(gè)格點(diǎn)，客戶端若在柵格瓦片地圖上一次性掃描30000個(gè)格點(diǎn)，則響應(yīng)時(shí)間是3秒，速度較慢。因此本系統(tǒng)采用客戶端柵格瓦片地圖的放大級(jí)別，即9-14級(jí)，僅對(duì)終端屏幕區(qū)逐次按照3、2、1KM分辨率渲染格點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)格點(diǎn)氣象服務(wù)產(chǎn)品的GIS快速可視化。

4.3 GIS與移動(dòng)定位技術(shù)

隨著GIS的快速發(fā)展，氣象與GIS結(jié)合更加緊密，且氣象數(shù)據(jù)同時(shí)具有時(shí)間和空間的屬性。再者，GIS的位置服務(wù)功能在氣象防災(zāi)減災(zāi)及災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等方面有廣泛應(yīng)用價(jià)值，因此必須深度開(kāi)發(fā)GIS在移動(dòng)氣象APP中的應(yīng)用，使氣象服務(wù)產(chǎn)品能更形象直觀。

本系統(tǒng)采用Google Maps，其是Android平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)GIS服務(wù)接口，該接口功能使氣象服務(wù)產(chǎn)品的GIS服務(wù)更加便捷。本系統(tǒng)是通過(guò)在Google Maps上疊加圖標(biāo)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)氣象服務(wù)產(chǎn)品在位置屬性上的瀏覽。如此，APP客戶端可隨時(shí)隨地接收當(dāng)前位置屬性的天氣信息服務(wù)。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備基本要素監(jiān)測(cè)、雨量實(shí)況、災(zāi)害預(yù)警、天氣趨勢(shì)、旅游氣象、交通氣象、生活氣象與實(shí)景視頻等功能模塊，同時(shí)還有后臺(tái)預(yù)報(bào)制作、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)與人機(jī)互動(dòng)等服務(wù)功能。本系統(tǒng)已在智能手機(jī)上初步模擬運(yùn)行，主要截圖如下圖2-5所示。

總的來(lái)說(shuō)，該APP系統(tǒng)從基本氣象要素如溫濕壓水汽風(fēng)等1KM天氣實(shí)況、區(qū)域天氣預(yù)報(bào)、1KM格點(diǎn)天氣預(yù)報(bào)及專業(yè)氣象預(yù)報(bào)等方面展示了精細(xì)化、格點(diǎn)化、快速可視化的氣象產(chǎn)品服務(wù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文采用J2EE技術(shù)架構(gòu)的方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有基本要素監(jiān)測(cè)、雨量實(shí)況、災(zāi)害預(yù)警、天氣趨勢(shì)、旅游氣象、交通氣象、生活氣象與實(shí)景視頻等展示功能模塊的氣象產(chǎn)品發(fā)布APP，同時(shí)還具備后臺(tái)預(yù)報(bào)制作、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控及統(tǒng)計(jì)與人機(jī)互動(dòng)等服務(wù)功能。通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)安全性好，具有較好的用戶體驗(yàn)和兼容性，為氣象部門開(kāi)發(fā)手機(jī)客戶端系統(tǒng)提供了參考依據(jù)。

但在國(guó)家智慧氣象的背景下，總觀移動(dòng)氣象服務(wù)APP，有以下幾個(gè)方面是還深入研發(fā)的，如

1）客戶端兼容性與穩(wěn)定性問(wèn)題。目前的Android平臺(tái)無(wú)疑是最大最廣泛使用的氣象服務(wù)產(chǎn)品的載體操作系統(tǒng)，其終端碎片化和分辨率多樣化的難題還沒(méi)有很好解決，因?yàn)槟壳按蠖嗍且罁?jù)屏幕比例而不是實(shí)際像素來(lái)設(shè)計(jì)的；以及不同智能設(shè)備的移動(dòng)定位等性能的差異是APP研發(fā)過(guò)程需要優(yōu)化的。

2）移動(dòng)設(shè)備一般內(nèi)存資源有限，如8M、10M，因此，如何建立有限內(nèi)存的釋放機(jī)制也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] Crowley G， Haacke B， Reynolds A. Realtime space weather forecasts via Android phone app[C]. American Geophysical Union Fall Meeting， 2012.

[2] Herrera L， Mink B， Sukittanon S. Integrated personal mobile devices to wireless weather sensing network[C]. IEEE Southwest conference， 2010.

[3] 郭有明. 無(wú)線應(yīng)用協(xié)議WAP在氣象防災(zāi)減災(zāi)信息傳播中的應(yīng)用[J]. 氣象與減災(zāi)研究， 2006， 29（4）： 44-46.

[4] 胡爭(zhēng)光， 鄭衛(wèi)江， 高嵩， 等. 氣象 GIS 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)， 2014（3）： 365-374.

[5] 金勇根， 黃芬根， 雷桂蓮， 等. 手機(jī)移動(dòng)氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)， 2006， 15（5）： 126-131.

[6] 蔡明， 陳永運(yùn). J2EE架構(gòu)的研究與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件， 2004， 21（1）： 42-43.

[7] 錢崢， 趙科科， 許皓皓. 基于Android的移動(dòng)氣象信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 氣象科技， 2014， 42（1）： 99-103.

[8] 崔楊， 羅兵， 胡爭(zhēng)光. 基于地理信息服務(wù)的海量氣象信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布[J]. 氣象科技， 2013， 41（3）： 476-479.

[9] 鄒建明， 李迅， 丁德平， 等. “北京氣象”手機(jī)客戶端氣象信息GIS快速可視化技術(shù)[J]. 氣象科技， 2015， 43（4）： 634-639.

[10] 母紅芬， 李征， 霍衛(wèi)平， 等. HashMap優(yōu)化及其在列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索， 2016， 10（9）： 1250-1261.