省市縣一體化短臨預警業(yè)務系統(tǒng)設計與實現(xiàn)*

趙 璐 趙 放 陳 列 孔照林 黃 娟 王語卉

(浙江省氣象臺，浙江 杭州 310017)

0 引 言

按照現(xiàn)代氣象預報業(yè)務發(fā)展的部署，合理布局各級預報業(yè)務，實現(xiàn)氣象預報業(yè)務體系集約化發(fā)展。初步建立了國家、省兩級業(yè)務指導和市、縣兩級綜合應用的集約化業(yè)務布局，基本建立了預報實時共享流程和省、市、縣3級短臨業(yè)務一體化流程。加強短時強降水、雷暴大風、冰雹等強對流天氣和臺風風雨、大霧等災害性天氣短時臨近精細預警預報業(yè)務能力，發(fā)展分類災害性天氣短時概率預報業(yè)務。氣象影響預報及風險預警業(yè)務向國家級和省級集約，強化省-市縣災害性天氣和氣象災害實時監(jiān)測和臨近預警上下協(xié)同的一體化業(yè)務，加快建設市縣級綜合氣象業(yè)務，構(gòu)建國家-省-市縣三級預報業(yè)務布局。逐步建成國家-省兩級天氣監(jiān)測分析、短臨預警、中短期預報、專業(yè)預報、氣候監(jiān)測預測、業(yè)務檢驗等應用系統(tǒng)及省市縣一體化預報預警系統(tǒng)。

目前全國氣象部門還未有省直接指導到縣(市)集約化扁平化系統(tǒng)或者業(yè)務經(jīng)驗可以借鑒，而“兩級集約、三級布局”的業(yè)務要求越來越迫切，為進一步推動省市縣3級天氣預報業(yè)務合理分工布局和集約化發(fā)展，最大限度避免重復勞動，根據(jù)《現(xiàn)代氣象預報業(yè)務發(fā)展規(guī)劃》和《省市縣三級天氣預報業(yè)務集約化布局指導意見》，結(jié)合已開展的天氣預報業(yè)務集約化試驗所積累的經(jīng)驗，針對省市縣3級開展的短臨監(jiān)測預警業(yè)務，浙江氣象部門于2013年初開始探索“省—縣”集約化、扁平化系統(tǒng)的建設，2014年底投入業(yè)務，經(jīng)過不斷建設和改進，到2015年底取得良好的成果，得到了國家級、省級氣象部門領(lǐng)導和專家的一致肯定。

2016年6月，中國氣象局制定業(yè)務要求，進一步規(guī)范基層臺站突發(fā)氣象災害臨近預警服務業(yè)務工作，要求各地區(qū)于2017年建設完成具有設置突發(fā)氣象災害閾值并自動報警等功能的省市縣一體化短臨預警業(yè)務系統(tǒng)。因此本系統(tǒng)的成功經(jīng)驗對全國推開此項業(yè)務以及業(yè)務系統(tǒng)的開發(fā)均有較高的推廣價值。

1 概 述

該系統(tǒng)的主要目標是取代原有的雷達聯(lián)防制度，建立上級指導、屬地負責的氣象災害預警指導機制，實現(xiàn)了“平臺一體化、業(yè)務集約化、崗位多責化”等綜合業(yè)務功能，供省、市、縣3級部門調(diào)用，實現(xiàn)省級監(jiān)測、短臨預警產(chǎn)品對縣市的直接指導，在短臨監(jiān)測預警業(yè)務上較好地做到集約化、扁平化。

通過該平臺實現(xiàn)了省級監(jiān)測、預報預警產(chǎn)品對縣市的直接指導，同時縣市的預報服務情況快速便捷的向上級匯報，實現(xiàn)了省氣象臺同時對多個縣市進行短臨雷達聯(lián)防，實現(xiàn)了全省24 h實時監(jiān)測和及時預警。以氣象業(yè)務上下游需求為紐帶，通過版塊間有機融合，實現(xiàn)了氣象業(yè)務的一體化“無縫銜接”，體現(xiàn)了氣象業(yè)務組織“一體化、集約化、精細化”。通過設置閾值實現(xiàn)了特殊數(shù)據(jù)的全省共享顯示，提醒預報員需特殊注意的信息，縮短了查看資料的時間，加快了短臨預報預警發(fā)布的速度。實現(xiàn)24 h監(jiān)控和多種報警方式，可以防止夜間突發(fā)災害性天氣的漏報，給預報員夜間值班增加了又一道保險。實現(xiàn)自動檢驗和實時評分，有助于總結(jié)經(jīng)驗，提高預警正確率。

2 系統(tǒng)架構(gòu)和流程設計

本系統(tǒng)既需要長時間的后臺自動運行，也需要供全省各級預報員使用，單一的架構(gòu)無法滿足需要，因此本系統(tǒng)采用B/S、C/S綜合架構(gòu)，對廣泛使用的人工交互功能采用B/S架構(gòu)實現(xiàn)，包括日常的業(yè)務功能操作和系統(tǒng)的配置處理功能。對后臺自動運行功能采用C/S架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)自動采集和處理，包括各區(qū)域狀態(tài)檢測入庫；信息提示發(fā)布接口，包括短信、電話語音等。對極少數(shù)情況下使用的基礎管理功能采用C/S架構(gòu)，主要是基礎數(shù)據(jù)預處理。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)在綜合處理雷達、自動站等多源探測資料和客觀、主觀預報數(shù)據(jù)的基礎上，和預先設定的閾值比對，判定所屬縣市當前或未來一段時間的工作狀態(tài)，工作響應狀態(tài)依據(jù)突發(fā)災害性天氣可能造成的影響嚴重程度和時間緊迫程度，分為預警、警戒和普通3個等級工作狀態(tài)，當某地到達預警或者警戒狀態(tài)時，市縣值班電腦、值班手機和其他相關(guān)人員的手機接收到報警提醒，省臺值班電話會收到語音提醒。

系統(tǒng)將影響區(qū)域依次分為關(guān)注區(qū)、警戒區(qū)和預警區(qū)，實行分級管理。關(guān)注區(qū)是指本行政區(qū)(含所轄海域)外延50 km區(qū)域，以上外延距離為最低距離，各級氣象臺根據(jù)業(yè)務實際情況延伸。警戒區(qū)是指本行政區(qū)(含所轄海域)外延30 km區(qū)域，以上外延距離為最低距離，各級氣象臺根據(jù)業(yè)務實際情況延伸。預警區(qū)通常指各級氣象臺的預報責任區(qū)，即氣象臺所在的行政區(qū)域及本級行政區(qū)所管轄的海域。關(guān)注區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)一般只進行關(guān)注提醒，不涉及到工作狀態(tài)提醒，而進入了警戒區(qū)，就會按照相應的工作狀態(tài)進行不同形式的提醒，進入了預警區(qū)則會發(fā)出各類預警提醒。

系統(tǒng)集成了短時強降水、雷電、雷雨大風、冰雹、濃霧和重霾6類災害性天氣。同時該系統(tǒng)還具備自動定位：根據(jù)IP自動定位所屬縣市的預警、警戒和關(guān)注區(qū)域，自動設定打開平臺電腦的操作權(quán)限，防止非預報人員誤操作和預報員重復操作；實時檢驗：統(tǒng)計檢驗指定時段內(nèi)的報警次數(shù)、服務次數(shù)、預報提前量、網(wǎng)站使用情況等等；產(chǎn)品快速規(guī)范制作、一鍵式發(fā)布、全流程監(jiān)控、留痕管理等功能。

具體的業(yè)務流程如圖2所示。

圖2 業(yè)務流程圖

3 系統(tǒng)界面和技術(shù)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)界面設計

本系統(tǒng)屬于規(guī)定流程運行為主、主觀操作為輔的業(yè)務軟件，大部分功能都有相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容、圖形顯示和相應操作。根據(jù)登錄IP地址自動識別區(qū)域，展示對應區(qū)域的內(nèi)容，提供對應區(qū)域的操作功能。系統(tǒng)登錄成功后，主頁面根據(jù)IP地址鎖定該電腦所屬的縣(市)，頁面地圖以該縣(市)關(guān)注區(qū)為中心展示，并判定該縣(市)當前和未來1 h的工作狀態(tài)，將超過閾值的氣象要素信息和近期的響應、服務動作顯示在地圖上，如圖3、4所示。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

通用數(shù)據(jù)集成預警判別技術(shù)：傳統(tǒng)實現(xiàn)方法是針對某類預警規(guī)則專門定制判別程序，獨立訪問原始數(shù)據(jù)，硬編碼相應規(guī)則，無論是擴充指標還是調(diào)整規(guī)則工作量都很大，本項目通過數(shù)據(jù)環(huán)境平臺軟件對原分散存儲的各類自動站、雷達等監(jiān)測資料和數(shù)值預報、雷達分析等預報資料進行統(tǒng)一管理接入，在此基礎上通過定制的配置化預警引擎，只要簡單的編制少量XML文本，即可實現(xiàn)一條規(guī)則；規(guī)則引擎支持單點數(shù)值規(guī)則(大于，小于，介于)、綜合統(tǒng)計規(guī)則(最大值、最小值、平均值；絕對數(shù)量、相對比例)等判別條件以及時間(月份)、空間(站點周邊多少距離內(nèi)的格點等)等約束條件，各單一規(guī)則通過邏輯組合規(guī)則(或、與)，可方便的形成復雜的判別條件，為實現(xiàn)預警的有效性建立了扎實的基礎。

圖3 省級主界面

圖4 市級主界面

綜合GIS層次化顯示技術(shù)：多區(qū)域管理GIS是必須應用的， 傳統(tǒng)的預警GIS直接顯示超標站點/范圍，有大的天氣過程時，顯示內(nèi)容過多，造成混亂；本項目采用分層交互展示技術(shù)、固定顯示區(qū)域級別、預警類別圖標、提醒及反饋情況，只有在鼠標移到相應類別圖標時，才顯示對應的超標具體信息，解決了混亂問題。

多網(wǎng)頁交互聯(lián)動技術(shù)：傳統(tǒng)的監(jiān)測預警軟件以C/S桌面系統(tǒng)為主，實現(xiàn)多節(jié)點交互方便，但是大范圍的發(fā)布更新相對困難，本項目涉及全省3級近百個氣象部門，采用B/S架構(gòu)十分必要，但傳統(tǒng)的B/S應用采用單純拉方式，服務器很難主動推送資料，只能采用定時輪詢機制，對服務器的負荷大；新的HTML5提供了相應支持，但對瀏覽器約束大，2013年時還很少支持；為此本項目采用基于Silverlight的多網(wǎng)頁交互聯(lián)動技術(shù)，建立省服務器統(tǒng)一控制下的省、市、縣3級聯(lián)動機制，預警的產(chǎn)生和反饋都通過消息機制針對性的發(fā)送，實現(xiàn)了高實時性與低負荷的統(tǒng)一；后期還將此技術(shù)應用于同一級氣象部門，實現(xiàn)了監(jiān)測平臺和現(xiàn)實平臺的地圖交互聯(lián)動。

層次化多渠道提醒反饋跟蹤技術(shù)：傳統(tǒng)的常規(guī)媒體自動化發(fā)送手段僅有短信，電話僅能自動撥號或播放固定語音，并且無法獲取用戶反饋；本項目引入了集成多渠道提醒平臺，除了集成短信外，還實現(xiàn)了4路電話合成自動呼叫反饋系統(tǒng)，一旦有需要可同時給多個地區(qū)播放根據(jù)情況合成的語音。由于電話網(wǎng)的全數(shù)字化和彩鈴技術(shù)的出現(xiàn)，常規(guī)的電話摘機檢測功能已經(jīng)失效，本項目改為通過播放語音提示對方按鍵來確認的確人工聽到提醒。

4 業(yè)務化情況與效果

受副熱帶高壓邊緣影響，高溫積聚能量釋放，2015年7月29日午后到夜里浙江省自南而北出現(xiàn)局地冰雹、雷雨大風、強雷電和短時強降水的強對流天氣，臨海、瑞安、衢州、仙居、東陽、義烏、永康、諸暨、遂昌等地先后出現(xiàn)冰雹，冰雹直徑一般在1～2 cm。

以29日永康站為例， 12:46系統(tǒng)預報未來1 h有強降水，并向永康預設IP地址值班電腦點對點進行聲音報警，同時向預設的永康站手機發(fā)送短信提醒；由于此前永康站預報員沒有做出響應， 12:56撥打值班電話再次進行報警； 12:57永康站預報員查看報警信息并于 13:05制作服務材料； 13:54永康站實況出現(xiàn)強降水； 15:50系統(tǒng)預報未來1 h有冰雹； 16:04永康站發(fā)布黃色預警信號； 16:47永康站實況出現(xiàn)冰雹； 18:20系統(tǒng)預報未來1 h有強雷電； 18:45實況出現(xiàn)強雷電； 18:59過程結(jié)束，永康站解除黃色預警信號，預警信息過程如圖5所示。

從這次服務過程來看，監(jiān)測、預報預警產(chǎn)品直接指導縣市、提高時效性，其中強降水和冰雹提前約1 h，雷電提前25 min；通過電腦聲音、短信、電話多種方式報警防止了遺漏；省縣動作一張圖，簡單明了，高效地實現(xiàn)了短臨雷達聯(lián)防。

圖5 預警信息過程圖

5 結(jié) 語

1) 首次建立了省—縣扁平化短臨業(yè)務平臺。省臺通過該平臺直接對縣級氣象臺提供實況監(jiān)測和預報預警信息，一旦達到閾值，省臺即刻向縣級臺站發(fā)出報警，并指導預警級別和提出工作狀態(tài)建議，并能監(jiān)控縣臺的反應動作，縣臺完成響應后向省級反饋。實現(xiàn)了省級監(jiān)測、預報預警產(chǎn)品對縣市的直接指導，同時縣市的預報服務情況快速便捷的向上級匯報，實現(xiàn)了省氣象臺同時可對多個縣市進行短臨雷達聯(lián)防，實現(xiàn)了全省24 h實時監(jiān)測和及時預警。

2)該平臺以氣象業(yè)務上下游需求為紐帶，通過版塊間有機融合，實現(xiàn)了氣象業(yè)務的一體化“無縫銜接”，體現(xiàn)了氣象業(yè)務組織“一體化、集約化、精細化”。通過設置閾值實現(xiàn)了特殊數(shù)據(jù)的全省共享顯示，提醒預報員需特殊注意的信息，縮短了查看資料的時間，加快了短臨預報預警發(fā)布的速度。

3)平臺24 h監(jiān)控和多種報警方式，可以防止夜間突發(fā)災害性天氣的漏報，給預報員夜間值班增加了一道保險。報警包含直接顯示報警信息、發(fā)出電腦報警聲音、自動發(fā)布短信和撥打電話，確保能通知到市縣值班預報人員。

4)各類操作自動入庫，自動評分。各類監(jiān)測、預報預警數(shù)據(jù)以及各類操作自動收集入庫，自動進行短臨預報服務評分，有助于總結(jié)經(jīng)驗，提高預警正確率，同時方便業(yè)務管理部門檢查縣臺響應省臺指導和預報預警發(fā)布情況。

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