陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

何 林，鄧鳳東，李亞麗，郭江峰

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

何 林1，鄧鳳東1，李亞麗1，郭江峰2

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

依托以全國綜合氣象信息共享平臺(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡稱CIMISS)為核心的省級集約化數(shù)據(jù)環(huán)境，研發(fā)B/S架構(gòu)的陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，實現(xiàn)了CIMISS所接入的各類資料及本地特色數(shù)據(jù)的查詢下載、統(tǒng)計分析、可視化展示、離線定制等功能。該系統(tǒng)的建成對于提高陜西省氣象部門省級數(shù)據(jù)環(huán)境的共享服務(wù)能力，解決基層用戶“看不到數(shù)據(jù)”的問題具有重要意義。

CIMISS；數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)服務(wù)

隨著氣象觀測體系的日漸成熟和氣象信息化水平的不斷提高，氣象資料的種類更加豐富、頻次更加密集，數(shù)據(jù)量越來越大。而全國綜合氣象信息共享平臺(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡稱CIMISS)的業(yè)務(wù)化運行，為氣象部門建立規(guī)范的國省兩級氣象數(shù)據(jù)環(huán)境，將各類數(shù)據(jù)納入集約化管理，為氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與研究奠定了基礎(chǔ)。雖然CIMISS提供了權(quán)威、豐富的數(shù)據(jù)源，而且為專業(yè)的開發(fā)人員提供了調(diào)用數(shù)據(jù)的標準化接口，但由于資料門類繁多、本地特色數(shù)據(jù)不足、接口調(diào)用的專業(yè)性要求較高，導(dǎo)致基層業(yè)務(wù)用戶仍然面臨“看不到數(shù)據(jù)”的困擾。因此，研發(fā)面向一線業(yè)務(wù)人員的統(tǒng)一氣象數(shù)據(jù)共享和展示門戶——陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)迫在眉睫。

1 系統(tǒng)定位

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)面向省、市、縣三級用戶，以省級集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境及其訪問接口為依托，通過整合現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)查詢業(yè)務(wù)系統(tǒng)的常用功能及用戶習(xí)慣，建成一個集全面、多樣的氣象數(shù)據(jù)分析檢索，保存下載，可視化展示，個性化定制等為一體的數(shù)據(jù)共享平臺。系統(tǒng)集成了CIMISS所提供的地面、高空、農(nóng)氣、輻射、雷達、衛(wèi)星等十四大類數(shù)據(jù)，并補充CIMISS中缺少的陜西省自有特色數(shù)據(jù)及專題數(shù)據(jù)集，提供完整、及時、穩(wěn)定、準確的對內(nèi)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)。同時，定期發(fā)布數(shù)據(jù)清單及管理辦法，建立完善、權(quán)威的陜西省氣象部門內(nèi)一站式數(shù)據(jù)共享中心[1-2]。

2 設(shè)計原則

2.1 以用戶為中心

需求牽引，充分考慮業(yè)務(wù)人員的操作習(xí)慣，突出高效、實用、易用的理念。進行針對性的功能設(shè)計。同時做到界面友好，操作響應(yīng)快速。

2.2 集約整合

分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的功能，以及當前數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)中存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，整合各類數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布設(shè)各項系統(tǒng)功能。

2.3 開放性和標準性相結(jié)合

軟件開發(fā)過程遵循軟件工程行業(yè)標準。在調(diào)取數(shù)據(jù)時采用氣象部門內(nèi)的開放性接口，氣象數(shù)據(jù)特征值標識、統(tǒng)計分析規(guī)則等嚴格按照中國氣象局、陜西省氣象局發(fā)布和制定的相關(guān)數(shù)據(jù)標準、技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

2.4 可擴展和易維護

考慮到未來業(yè)務(wù)的發(fā)展和變化，采用較為靈活的分模塊設(shè)計[3]。降低模塊間的耦合性，根據(jù)資料和元數(shù)據(jù)的變化及時研發(fā)或屏蔽相應(yīng)功能模塊。保證系統(tǒng)的可用性，出現(xiàn)故障時易于排查，維護管理操作簡便。

3 總體架構(gòu)

系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，采用C#語言實現(xiàn)，總體分為五層，如圖1所示?；A(chǔ)設(shè)施層為整個系統(tǒng)提供運行所需的網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬服務(wù)器、操作系統(tǒng)軟件等基礎(chǔ)支撐。數(shù)據(jù)中心為CIMISS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、本地數(shù)據(jù)庫、緩存數(shù)據(jù)庫提供的多源基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并提供統(tǒng)一存儲、管理、服務(wù)和交換。數(shù)據(jù)服務(wù)層以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，通過對CIMISS數(shù)據(jù)服務(wù)接口的二次封裝實現(xiàn)對MySQL、Oracle等主流數(shù)據(jù)庫平臺的兼容，為業(yè)務(wù)應(yīng)用(Application Programming Interface，簡稱“API”)層提供各類應(yīng)用程序編程接口。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是各類氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用的邏輯實現(xiàn)。用戶界面(User Interface，簡稱“UI”)層表示系統(tǒng)以web網(wǎng)站的形式與用戶進行交互[4]。

圖1 陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 功能設(shè)計

如圖2所示，陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)分為首頁、天氣實況、歷史數(shù)據(jù)、站點數(shù)據(jù)、省際數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析、專題數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、用戶指南和用戶登錄等功能模塊。

4.1 首頁

提供最新實況快報(10 min滾動監(jiān)測)，分類資料查詢導(dǎo)航，溫度、降水等最受關(guān)注氣象要素的最新實況的色斑圖、等值線圖展示，最新重要報和預(yù)警信號提示，更新監(jiān)測及語音提醒設(shè)置，以及常用網(wǎng)站鏈接。

圖2 陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)功能模塊

4.2 天氣實況

提供近3 d地面、高空、衛(wèi)星、雷達、農(nóng)氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關(guān)注要素數(shù)據(jù)查詢。支持按地市級、臺站級查詢，渲染圖展示，按要素值排序，數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel，圖片下載，表格在線打印等功能。此外，展示了省內(nèi)7個多普勒雷達圖以及FY系列衛(wèi)星云圖等最新圖片。

4.3 歷史數(shù)據(jù)

超過3 d的數(shù)據(jù)定義為歷史數(shù)據(jù)。提供地面、高空、農(nóng)氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關(guān)注要素的分要素、分站點查詢，支持查詢結(jié)果導(dǎo)出Excel功能。提供雷達、衛(wèi)星等非結(jié)構(gòu)化資料的原始產(chǎn)品文件下載。其中，地面資料支持小時、日、旬、月、年不同時間維度的歷史數(shù)據(jù)查詢，空間范圍為全省，時間范圍為1951至今(國家級自動站)、建站至今(國家級考核區(qū)域站)。歷史數(shù)據(jù)量較多時，將影響頁面加載速度，為保證用戶體驗，建議下載Excel查看，過長時間序列歷史數(shù)據(jù)查詢建議轉(zhuǎn)到離線數(shù)據(jù)模塊進行線上申請。

4.4 站點數(shù)據(jù)

針對最常用的地面資料，可根據(jù)站點類別(國家級自動站、區(qū)域站)和時間、空間范圍，按同一站多個要素，或者多站同一要素進行數(shù)據(jù)查詢，并繪制曲線圖對要素值的走勢進行對比。綜合查詢功能提供選取任意站點組合的常用要素(氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水等)日值查詢和下載。分區(qū)查詢提供按選定的省、市、縣三級所轄范圍內(nèi)的國家站和區(qū)域站任意時段內(nèi)的單要素或全要素的數(shù)據(jù)查詢。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過質(zhì)量控制，對于不同的質(zhì)控結(jié)果(不觀測、缺測、可疑、錯誤等)按字體、顏色等分類標識。

4.5 省際數(shù)據(jù)

提供中國氣象局規(guī)定的陜西與周邊9省、市交換共享數(shù)據(jù)的展示，包括近3 d地面、雷達資料實況數(shù)據(jù)的查詢及部分歷史數(shù)據(jù)的常用要素綜合查詢，其中共享的國家級自動站為443站，共享的雷達為44部。

4.6 統(tǒng)計分析

針對地面資料，提供距平分析、常規(guī)統(tǒng)計、歷史排位功能。所有統(tǒng)計項的時段、規(guī)則、算法皆遵循中國氣象局《地面氣象資料實時統(tǒng)計處理業(yè)務(wù)規(guī)定》的要求[5]。

4.7 離線數(shù)據(jù)

將傳統(tǒng)線下的對內(nèi)資料服務(wù)工作流程化，采用網(wǎng)上辦公的形式進行數(shù)據(jù)申請、審核、上傳、下載、短信提醒、管理等。減免了冗余繁瑣的步驟，業(yè)務(wù)流程更加清晰，服務(wù)更加便捷。由于涉及數(shù)據(jù)申請，該模塊需注冊用戶登入系統(tǒng)后才可使用。

4.8 專題數(shù)據(jù)

提供省內(nèi)特色數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)集的展示。如地面三十年整編數(shù)據(jù)集、閃電定位數(shù)據(jù)、環(huán)保部共享空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、農(nóng)田小氣候站、大氣負離子站和公路交通站數(shù)據(jù)等。專題模塊可按需擴展，以表格、色斑圖、地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，簡稱“GIS”)疊加等多種方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)[6]。

4.9 用戶指南

用于發(fā)布面向全省氣象部門的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享手冊和開放清單，同時提供本系統(tǒng)的介紹、版本說明、用戶注冊方式、用戶反饋、聯(lián)系方式等信息。

4.10 用戶登錄

對注冊用戶的操作記錄進行管理。采用單點登錄(Single Sign On，簡稱“SSO”)方式，由登錄信息輸入插件、統(tǒng)一身份驗證模塊以及統(tǒng)一授權(quán)管理模塊構(gòu)成。

5 主要實現(xiàn)技術(shù)

5.1 CIMISS數(shù)據(jù)服務(wù)接口

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(Meteorological Unified Service Interface Community，簡稱“MUSIC”)，基于國家級-省級統(tǒng)一的CIMISS數(shù)據(jù)環(huán)境，面向氣象業(yè)務(wù)和科研，提供了統(tǒng)一、標準、豐富、具有多種調(diào)用形式的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程接口，為各級應(yīng)用系統(tǒng)提供直接支撐的數(shù)據(jù)接入服務(wù)[7]。目前MUSIC提供了多協(xié)議、跨平臺、多語言的服務(wù)方式，國省兩級元數(shù)據(jù)同步和應(yīng)急備份流程，有效保證了對CIMISS及兼容CIMISS標準的各類氣象數(shù)據(jù)的讀取和寫入。系統(tǒng)采用MUSIC的C#客戶端和REST(Representational State Transfer，表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移)服務(wù)調(diào)用數(shù)據(jù)，屏蔽了底層業(yè)務(wù)庫變更帶來的影響，使功能模塊的移植更加方便，標準化程度更高。

5.2 AngularJS框架

AngularJS是Google推出的一款Web應(yīng)用開發(fā)框架，是以Java腳本編寫的一個類庫。它提供了一系列兼容性良好并且可擴展的服務(wù)，包括自動化雙向數(shù)據(jù)綁定、語義化標簽、MVC設(shè)計模式和模塊化加載等[8]。系統(tǒng)采用AngularJS實現(xiàn)前臺頁面，可以使數(shù)據(jù)查詢結(jié)果的展示更加靈活，多個頁面使用同一個模板加載數(shù)據(jù)，化繁為簡，實現(xiàn)代碼重用。

5.3 WebService技術(shù)

WebService是一種跨編程語言和跨操作系統(tǒng)平臺的遠程調(diào)用技術(shù)，通過采用HTTP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)并使用標準的XML格式對數(shù)據(jù)結(jié)果進行封裝，并向外界暴露出一個能夠通過網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)用的應(yīng)用程序接口[9]。系統(tǒng)采用WebService提供組件式的數(shù)據(jù)服務(wù)，屏蔽了數(shù)據(jù)中心跨平臺帶來的不一致性。通過標準協(xié)議訪問數(shù)據(jù)，也有利于系統(tǒng)的維護完善和功能擴展。

5.4 緩存技術(shù)

氣象數(shù)據(jù)的訪問有明顯的時間、空間規(guī)律，例如：整點過后省內(nèi)及周邊區(qū)域的地面實況觀測數(shù)據(jù)是訪問熱點，有天氣過程的區(qū)域數(shù)據(jù)是訪問熱點。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)采用緩存技術(shù)，基于訪問時間和頻率兼顧的策略，將熱點數(shù)據(jù)通過MUSIC接口的一次性調(diào)取，并加載進入緩存，當用戶請求數(shù)據(jù)時優(yōu)先與速度更快的緩存交互，命中緩存后極大地提升了響應(yīng)時效和用戶體驗。

6 結(jié)語

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)自2016年投入業(yè)務(wù)運行以來，逐漸成為基層用戶訪問全省氣象數(shù)據(jù)資源的重要門戶。該系統(tǒng)的建成對以CIMISS為核心的省級集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境發(fā)揮服務(wù)效益起到了示范作用，可為其他省級氣象部門開展CIMISS本地化應(yīng)用、建設(shè)氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)提供思路和借鑒。

[1] 郭亞曦.我國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)建設(shè)與服務(wù)[J].中國科技資源導(dǎo)刊,2008,40(2):14-16.

[2] 李新慶,單新蘭,岳勇.寧夏氣象數(shù)據(jù)共享查詢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報,2015,32(3):55-57.

[3] 胡皓,薛春芳,潘留杰,等.陜西現(xiàn)代氣象一體化格點預(yù)報平臺簡介[J].陜西氣象,2017(2):22-24.

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[5] 中國氣象局.地面氣象資料實時統(tǒng)計處理業(yè)務(wù)規(guī)定[Z].2017:6-10.

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[8] 董英茹.簡談AngularJS在下一代Web開發(fā)中的應(yīng)用[J].軟件工程師，2015,5(18),30-31.

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P409

A

何林,鄧鳳東,李亞麗,等.陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng) [J].陜西氣象，2017(6)：32-35.

1006-4354(2017)06-0032-04

2017-09-07

何林(1987—)，男，漢族，陜西武功人，碩士，工程師，主要從事氣象信息軟件研發(fā)、集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境建設(shè)。

陜西省氣象局研究型業(yè)務(wù)重點科研項目(2015Z-6)；陜西省氣象局青年科研基金(2016Y-11)；中國氣象局氣象預(yù)報業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展專項(YBGJXM(2017)03-13)