河南省氣象觀測站網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳穎 范保松 王君

摘 ?要：河南省氣象觀測站點(diǎn)數(shù)量、類型多，由于缺乏統(tǒng)一的管理平臺(tái)，增加了氣象工作人員工作的復(fù)雜度。河南省氣象觀測站網(wǎng)管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用網(wǎng)頁方式呈現(xiàn)，主要為省、市、縣業(yè)務(wù)管理人員提供一個(gè)統(tǒng)一、便捷的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站、區(qū)域氣象站、自動(dòng)土壤水分站、雷達(dá)站等站點(diǎn)信息的統(tǒng)一管理及入庫、查詢、修改。站網(wǎng)管理還設(shè)置了分級(jí)用戶和權(quán)限的管理，根據(jù)不同用戶需要，系統(tǒng)設(shè)置有超級(jí)管理員、站網(wǎng)管理員和一般用戶，超級(jí)管理員可對(duì)各個(gè)用戶分配角色及權(quán)限管理，一般情況下市縣用戶僅對(duì)本地的站點(diǎn)進(jìn)行管理。通過站網(wǎng)管理平臺(tái)對(duì)全省各類站點(diǎn)信息進(jìn)行科學(xué)管理，可以有效地避免信息傳輸慢速、低效、大量消耗人力物力等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)站網(wǎng)的數(shù)字化、信息可視化、查詢直觀化、更新迅速化和信息可擴(kuò)充化。為省市縣管理人員提供了全面的站網(wǎng)管理信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：觀測站點(diǎn)信息 ?實(shí)時(shí)查詢 ?分級(jí)管理

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（b）-0020-07

Abstract： There are many kinds of meteorological observation stations in Henan Province. Due to the lack of a unified management platform， the complexity of the work of meteorological staff has increased. The management system of Henan Meteorological observation stations adopts B/S structure and presents by web page. It mainly provides a unified and convenient business management platform for business managers of provinces， cities and counties. The platform can realize the unified management and storage ，query， modification of automatic weather stations， regional weather stations， automatic soil moisture stations， radar stations and other stations. The management platform also sets the management of hierarchical users and rights. According to the needs of different users， the system has super administrators， station administrators and general users. Super administrators can assign roles and authority management to each user. In general， city and county users only manage local sites. The scientific management of all kinds of sites information in the province through the station management platform can effectively avoid the shortcomings of slow information transmission， inefficiency， large consumption of manpower and material resources， and realize the digitization of the station， information visualization， query visualization， rapid update and information expansion. Provides a comprehensive information service for the administrators of provinces， cities and counties.

Key Words：Observation station information; Real-time query; Hierarchical management

隨著氣象現(xiàn)代化的快速發(fā)展，各類氣象站點(diǎn)不斷增加，河南省氣象站點(diǎn)數(shù)量、類型多。目前，全省共有119個(gè)國家級(jí)地面自動(dòng)氣象站，2431個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站，251個(gè)自動(dòng)土壤水分站，23個(gè)農(nóng)田小氣候自動(dòng)觀測站;7部新一代天氣雷達(dá)、19個(gè)閃電定位儀，這些自動(dòng)化觀測設(shè)備不間斷地向河南省氣象局探測數(shù)據(jù)中心傳遞實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)，由于缺乏對(duì)這些站網(wǎng)信息的統(tǒng)一管理平臺(tái)，增加了氣象管理人員的工作量。寧夏李新慶根據(jù)本省特點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了寧夏氣象觀測站網(wǎng)信息管理系統(tǒng)[1];廣東省呂雪琴針對(duì)廣東省區(qū)域自動(dòng)站開發(fā)了區(qū)域自動(dòng)氣象站站網(wǎng)管理系統(tǒng)[2];陜西省對(duì)目前省級(jí)氣象業(yè)務(wù)中出現(xiàn)的站網(wǎng)信息管理問題進(jìn)行了總結(jié)[3];不同業(yè)務(wù)單位也根據(jù)信息化管理需求進(jìn)行需求分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[4-12];河南省也有針對(duì)該省的技術(shù)裝備站、土壤水分站、氣象信息網(wǎng)站后臺(tái)、氣象觀測數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺(tái)、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺(tái)等的管理系統(tǒng)[13-17];結(jié)合河南省氣象信息站網(wǎng)的實(shí)際情況，為了提高河南省氣象站網(wǎng)信息化程度以及全面加強(qiáng)河南省站網(wǎng)信息管理服務(wù)能力，切實(shí)將站網(wǎng)管理資源綜合信息集中在統(tǒng)一的信息平臺(tái)上，站網(wǎng)管理系統(tǒng)是河南省氣象觀測數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的一個(gè)重要基礎(chǔ)性應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)字化、信息可視化、查詢直觀化、更新迅速化和信息可擴(kuò)充化功能。河南省氣象站網(wǎng)管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用網(wǎng)頁方式呈現(xiàn)，主要為省、市、縣業(yè)務(wù)管理人員提供一個(gè)統(tǒng)一、便捷的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站、區(qū)域氣象站、自動(dòng)土壤水分站、雷達(dá)站等站點(diǎn)信息的統(tǒng)一管理及入庫、查詢、修改。 站網(wǎng)管理還提供了用戶和權(quán)限的管理，根據(jù)不同的需要，系統(tǒng)有超級(jí)管理員、站網(wǎng)管理員和一般用戶，超級(jí)管理員可對(duì)各個(gè)用戶分配角色及權(quán)限管理，一般情況下市縣用戶僅為本地的站點(diǎn)進(jìn)行管理。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

站網(wǎng)管理系統(tǒng)是“河南省綜合氣象觀測數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)”的一部分，用于指導(dǎo)開發(fā)用戶合理調(diào)用河南省站網(wǎng)信息數(shù)據(jù)等。通過設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，對(duì)所列出的數(shù)據(jù)產(chǎn)品種類，分別建立不同數(shù)據(jù)集，集中部署數(shù)據(jù)資源，規(guī)范管理數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享觀測數(shù)據(jù)的調(diào)取管理、快速顯示，從而供不同的用戶合理調(diào)用站網(wǎng)信息數(shù)據(jù)。

（1）以實(shí)用性和可擴(kuò)展性為原則，選擇成熟的、集成用戶原有投資的軟件，開發(fā)面向公共基礎(chǔ)的服務(wù)。

（2）應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)內(nèi)部服務(wù)組件之間嚴(yán)格按照系統(tǒng)定義的服務(wù)接口設(shè)計(jì)，便于相互之間的調(diào)用。

（3）提供統(tǒng)一的應(yīng)用集成框架。其中包含共用的服務(wù)組件、工具和系統(tǒng)字典以及共享數(shù)據(jù)庫的訪問控制等功能，封裝成可以配置在應(yīng)用集成框架中執(zhí)行的“構(gòu)件段”，形成具有簡易集成、靈活擴(kuò)展的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）基于面向服務(wù)的架構(gòu)，平臺(tái)內(nèi)部軟件層次化、構(gòu)件化。

以既滿足現(xiàn)有一期要求，又能在一期基礎(chǔ)上方便擴(kuò)展和接入三方系統(tǒng)為宗旨，采用面向服務(wù)架構(gòu)，解決新老應(yīng)用系統(tǒng)在平臺(tái)上開發(fā)、運(yùn)行的數(shù)據(jù)獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)汝P(guān)鍵問題。為跨地域、跨部門、跨平臺(tái)的不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通提供服務(wù)支撐，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性良好的“松耦合”的應(yīng)用和數(shù)據(jù)集成。

（5）遵循J2EE的顯示邏輯和業(yè)務(wù)邏輯區(qū)分的體系，合理運(yùn)用消息機(jī)制關(guān)聯(lián)系統(tǒng)事件。

基于標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)架構(gòu)，在支持二次開發(fā)的友好性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等條件下，該系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：站網(wǎng)設(shè)備的一站式管理及GIS（Geographic Information System，GIS）結(jié)合展示維護(hù);共享觀測數(shù)據(jù)的調(diào)取管理，高效產(chǎn)品輸出，快速顯示數(shù)據(jù);嚴(yán)格的權(quán)限控制系統(tǒng)，角色定義靈活;平臺(tái)主體部分采用B/S架構(gòu)，安裝部署簡單，支持跨平臺(tái)良好的擴(kuò)展性。

1.2 技術(shù)框架

系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）設(shè)計(jì)思想，SOA是一個(gè)具有粗粒度、松耦合、獨(dú)立于平臺(tái)與編程語言、基于標(biāo)準(zhǔn)的軟件體系結(jié)構(gòu)模型。在SOA模型中，所有業(yè)務(wù)邏輯均以服務(wù)形式進(jìn)行封裝，它們可以被共享、重用和配置。任何一種應(yīng)用均由若干種服務(wù)組成，這些服務(wù)通過服務(wù)總線進(jìn)行通信、交互以及編排管理。每個(gè)服務(wù)通過標(biāo)準(zhǔn)的接口可以被其他的服務(wù)所調(diào)用[18]。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)由服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)代理組成，它們以一種標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行服務(wù)交互，從而來完成業(yè)務(wù)功能，其交互關(guān)系如圖1所示。

SOA并不是一種現(xiàn)成的技術(shù)，而是一種將軟件組織在一起的抽象概念，是一種架構(gòu)和組織IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)功能的方法，是一種在計(jì)算環(huán)境中設(shè)計(jì)、開發(fā)、部署和管理離散邏輯單元（服務(wù)）的模型[19]。它依賴于用XML和 Web Services實(shí)現(xiàn)，并以軟件的形式存在。此外，它還需要安全性、策略管理、可靠消息傳遞等的支持，從而有效地工作。

Web是實(shí)現(xiàn)SOA的具體方式之一，如Web Services。Web Services是獨(dú)立于編程語言的，但Java是主要的開發(fā)語言之一?？梢允褂枚x良好的Java接口以及各種協(xié)議豐富的Java實(shí)現(xiàn)，為開發(fā)每個(gè)服務(wù)的功能、管理數(shù)據(jù)對(duì)象和與其他在邏輯上封裝在服務(wù)內(nèi)的對(duì)象進(jìn)行交互提供工具。

Web Services是獨(dú)立的、模塊化的應(yīng)用，它描述了操作集合的接口，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的XML消息機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行存取，能夠通過互聯(lián)網(wǎng)來描述、發(fā)布、定位以及調(diào)用。

J2EE平臺(tái)提供了完整的Web Services支持。因此，SOA是處于戰(zhàn)略的角色，Web Services處于戰(zhàn)術(shù)角色，而J2EE提供了實(shí)現(xiàn)的舞臺(tái)。

1.3 運(yùn)行環(huán)境的配置及安裝部署

（1）計(jì)算機(jī)硬件：CPU為2.8GHz以上主頻;內(nèi)存要求：8GB;硬盤空間：500GB。

（2）軟件：操作系統(tǒng)為Window7、Window10;運(yùn)行軟件要求：運(yùn)行軟件：JDK 1.7或以上版本;sqlserver2008;Tomcat7.0及以上版本。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信：在局域網(wǎng)內(nèi)。

（4）瀏覽器：瀏覽器：Chrome、360瀏覽器;分辨率測試，選擇兩種主流的分辨率（1024×768、1440×900、1920×1080）。

（5）其他：SVN版本管理工具，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具PowerDesigner。

2 ?平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

該數(shù)據(jù)接口主要包括觀測數(shù)據(jù)、站網(wǎng)信息數(shù)據(jù)兩方面接口內(nèi)容。對(duì)所列出的數(shù)據(jù)產(chǎn)品種類，分別建立不同數(shù)據(jù)集，集中部署數(shù)據(jù)資源，規(guī)范管理數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享觀測數(shù)據(jù)的調(diào)取管理、快速顯示。

考慮到氣象數(shù)據(jù)第三方訪問的安全性，防止服務(wù)器以及數(shù)據(jù)被惡意訪問和攻擊，所有的接口采用jwt方式進(jìn)行安全驗(yàn)證，jwt采用無狀態(tài)方式請(qǐng)求Web服務(wù)器。第三方用戶在請(qǐng)求接口之前需要向服務(wù)器申請(qǐng)一個(gè)token，服務(wù)驗(yàn)證用戶的申請(qǐng)并授權(quán)token，token的使用有一個(gè)有效期以及讀寫訪問的權(quán)限，用戶請(qǐng)求接口是需要在http請(qǐng)求參數(shù)提交token參數(shù)。授權(quán)流程見圖2。

2.1 站網(wǎng)管理

站點(diǎn)管理：站點(diǎn)基本信息添加、刪除、修改、站點(diǎn)實(shí)景照片導(dǎo)入;支持站點(diǎn)信息批量導(dǎo)入。

故障站點(diǎn)屏蔽：將出故障站點(diǎn)在前臺(tái)不進(jìn)行顯示，也可以根據(jù)需要取消屏蔽。

具體功能模塊如下。

（1）用戶登錄。

用戶輸入賬戶和密碼，以及驗(yàn)證碼進(jìn)行登錄，如果登錄不成功則會(huì)顯示相應(yīng)的錯(cuò)誤提示，用戶登錄界面見圖3。

（2）GIS服務(wù)及站點(diǎn)管理。

GIS服務(wù)及站點(diǎn)管理模塊主要用戶查詢和管理測站信息，配置GIS地圖的方式展示和操作。列表和GIS以左右的方式排列，頭部為條件查詢欄，圖4為站網(wǎng)管理界面。主要包括以下功能。

①站點(diǎn)管理。

測站列表默認(rèn)分頁展示測站列表信息，右側(cè)GIS地圖加載數(shù)據(jù)與列表一致，測站所有的操作權(quán)限都可以根據(jù)登錄用戶來控制。

一是測站分權(quán)限展示。測站列表根據(jù)所登錄用戶提供數(shù)據(jù)展示，例如，河南省級(jí)用戶可以查詢?nèi)〉臏y站數(shù)據(jù)，鄭州市用戶登錄只能查看鄭州市所屬測站。

二是測站查詢篩選。條件查詢欄提供豐富的條件查詢，用戶可以根據(jù)行政區(qū)劃、測站類型、測站屏蔽狀態(tài)以及模糊關(guān)鍵字搜索想要查詢的測站。

三是添加、修改、刪除測站。添加測站提供編輯界面人工輸入測站基本信息，測站經(jīng)緯度信息可以人工填寫，或者在GIS地圖上拖動(dòng)位置確定;修改測站可以選定測站然后進(jìn)行修改操作;點(diǎn)擊刪除按鈕，刪除測站。

四是測站導(dǎo)出。用戶根據(jù)查詢條件導(dǎo)出測站信息到excel表格。

五是測站屏蔽。測站列表一鍵屏蔽故障測站。

六是測站圖片預(yù)覽、上傳。測站可以進(jìn)行圖片預(yù)覽和上傳操作。

②GIS服務(wù)。

GIS服務(wù)提供和列表一致的數(shù)據(jù)展示測站信息，圖層根據(jù)GIS縮放級(jí)別顯示和隱藏站點(diǎn)圖標(biāo)、站點(diǎn)名稱;GIS站點(diǎn)點(diǎn)擊可以查看測站詳情信息包括站點(diǎn)的探測設(shè)備廠家名稱、站點(diǎn)編號(hào)、名稱、經(jīng)緯度;還可以直接在GIS地圖上拖動(dòng)修改測站位置，如果拖動(dòng)位置有誤還支持回滾操作。

2.2 系統(tǒng)管理

2.2.1 用戶管理

用戶管理可以進(jìn)行用戶的查詢、添加、刪除和修改，用戶管理根據(jù)不同的權(quán)限建立不同級(jí)別的用戶進(jìn)行管理測站。

（1）查詢用戶。

管理員用戶根據(jù)行政區(qū)劃、角色類別以及模糊關(guān)鍵字查詢，對(duì)全省的用戶進(jìn)行查詢，并設(shè)置每個(gè)用戶的操作權(quán)限;管理員還可以對(duì)用戶進(jìn)行密碼重置，用戶管理界面見圖5。

（2）添加、修改用戶。

用戶進(jìn)入管理系統(tǒng)界面，點(diǎn)擊頁面右上角“添加”按鈕可增加用戶管理，按照用戶管理界面對(duì)用戶信息進(jìn)行完善;添加用戶時(shí)對(duì)輸入的手機(jī)號(hào)具有唯一識(shí)別性，如果系統(tǒng)中已經(jīng)存在該手機(jī)號(hào)則添加失敗。

當(dāng)用戶信息發(fā)生變更時(shí)，如用戶所屬區(qū)域，或者用戶權(quán)限發(fā)生變化時(shí)，在用戶管理界面點(diǎn)擊編輯按鈕，可對(duì)用戶信息進(jìn)行修改。

2.2.2 角色管理

角色管理可以進(jìn)行角色的查詢、添加、刪除和修改。左側(cè)展示角色列表，右側(cè)展示角色所擁有的權(quán)限。添加角色、填寫角色名稱以及勾選權(quán)限樹，保存成功即可，角色管理界面見圖6。

2.2.3 日志管理

日志功能記錄的用戶操作的所有日志，比如用戶登錄IP、登錄時(shí)間;測站增加，修改以及修改字段，修改結(jié)果等等。日志管理可以進(jìn)行日志的查詢和導(dǎo)出。查詢?nèi)罩究梢愿鶕?jù)起止時(shí)間以及模糊關(guān)鍵字搜索日志操作。

3 ?系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)核心表結(jié)構(gòu)

全省的站點(diǎn)信息進(jìn)行不同的分類建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，不同的表之間的信息通過主外鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表結(jié)構(gòu)如圖，為不同權(quán)限的用戶提供不同級(jí)別的查詢;同時(shí)關(guān)聯(lián)多個(gè)表結(jié)構(gòu)為其提供各種數(shù)據(jù)支持。用戶可以根據(jù)需要選擇相應(yīng)區(qū)域的站點(diǎn)進(jìn)行管理，也可以對(duì)不同類型的站點(diǎn)進(jìn)行分類查詢和管理，或者直接通過站點(diǎn)號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的操作，核心表結(jié)構(gòu)見圖7。

3.2 系統(tǒng)主要接口

站網(wǎng)管理的各個(gè)功能通過定義規(guī)范統(tǒng)一的接口，完成查詢結(jié)果的調(diào)用。其主要接口定義見表1。

3.3 獲取站點(diǎn)信息

站點(diǎn)信息管理系統(tǒng)可以給不同的用戶設(shè)置權(quán)限，讓不同級(jí)別的用戶獲取所需要的站點(diǎn)信息。獲取站點(diǎn)信息關(guān)鍵代碼如下。

/**

* 1.6站網(wǎng)管理 讀取站點(diǎn)信息

*

* @param request

* @param resp

* @return

*/

@RequestMapping（value = "pStationGetStations.hd"）

@ResponseBody

public InterResp pStationGetStations（HttpServletRequest request， HttpServletResponse resp） {

InterResp ir = new InterResp（ConstQxInter.RespErrorCodeEx）;

try {

Map queryMap = new HashMap（）;

String option = request.getParameter（"option"）;

String stationCategory = request.getParameter（"stationCategory"）;

if （CommUtils.notNull（option）） {

queryMap.put（"option"， option）;

}

if （CommUtils.notNull（stationCategory）） {

queryMap.put（"stationCategory"， stationCategory）;

}

List list = pStationService.pStationGetStations（queryMap）;

ConstQxInter.setRespList（ir， list）;

resp.setHeader（"Access-Control-Allow-Origin"， "*"）;//支持非安全的跨域

log.info（"===pStationGetStations list==="）;

} catch （Exception ex） {

log.error（ex）;

}

return ir;

}

/**

* 1.5某一時(shí)次，某市縣 自動(dòng)站、區(qū)域站 所有要素?cái)?shù)據(jù)讀取

* @param request

* @param resp

* @return

*/

@RequestMapping（value = "getAllElementValueOnStationFlag.hd"）

@ResponseBody

public InterResp getAllElementValueOnStationFlag（HttpServletRequest request， HttpServletResponse resp） {

InterResp ir = new InterResp（ConstQxInter.RespErrorCodeEx）;

try {

Map queryMap = new HashMap（）;

String option = request.getParameter（"option"）;

String stationFlag = request.getParameter（"stationFlag"）;

String dataTime = request.getParameter（"dataTime"）;

if （CommUtils.notNull（option）） {

queryMap.put（"option"， option）;

}

if （CommUtils.notNull（stationFlag）） {

queryMap.put（"stationFlag"， stationFlag）;

}

if （CommUtils.notNull（dataTime）） {

queryMap.put（"dataTime"， dataTime）;

}

List list = allElementValueService.getAllElementValueOnStationFlag（queryMap）;

ConstQxInter.setRespList（ir， list）;

resp.setHeader（"Access-Control-Allow-Origin"， "*"）;//支持非安全的跨域

log.info（"===getAllElementValueOnStationFlag list==="）;

} catch （Exception ex） {

log.error（ex）;

}

return ir;

}

4 ?結(jié)語

站網(wǎng)管理系統(tǒng)基于河南省氣象觀測數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，自2017年汛期投入業(yè)務(wù)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了全省2431個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站，251個(gè)自動(dòng)土壤水分站，23個(gè)農(nóng)田小氣候自動(dòng)觀測站;7部新一代天氣雷達(dá)、19個(gè)閃電定位儀便捷的管理;有效地解決了全省站網(wǎng)信息更新周期長、大量消耗人力物力等缺點(diǎn)，為全省氣象事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供支持和幫助，從而提供全面的站網(wǎng)管理信息服務(wù)，提高工作效率。

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