上海氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊禮敏 胡平 王亞?wèn)|

（上海市氣象信息與技術(shù)支持中心，上海 200030）

0 引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和在氣象部門的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多以IT技術(shù)和氣象信息為支撐的業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)，保障各業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行成為信息中心的主要工作內(nèi)容[1]。氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可靠性有賴于綜合全面的監(jiān)控和高效運(yùn)維，為適應(yīng)這一需求，本文建立氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集監(jiān)控、展示于一體的綜合系統(tǒng)，在充分利用原有資源的基礎(chǔ)上，收集多源數(shù)據(jù)，融合異構(gòu)信息，將大數(shù)據(jù)分析的方法應(yīng)用到故障檢測(cè)中，以動(dòng)態(tài)、直觀的方式對(duì)處理后的信息進(jìn)行集中顯示，輔助工作人員更加高效的完成運(yùn)維工作[2]。

1 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀與需求分析

一體化氣象信息與大數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)涵蓋了資源、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)3個(gè)主要方面工作，主要承擔(dān)氣象數(shù)據(jù)的搜集、處理、入庫(kù)到數(shù)據(jù)的共享情況，以及氣象數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、高性能計(jì)算機(jī)、氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、氣象數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品加工制作、網(wǎng)絡(luò)與安全的支撐。2012年，上海市氣象局建成了基于云架構(gòu)的數(shù)字化視音頻管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能和展現(xiàn)效果得到大幅提升，展示內(nèi)容主要有氣象信息實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)視系統(tǒng)、全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)（MCP）和各類網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)、大氣探測(cè)網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、觀測(cè)信息、預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品等，基本可以滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。但隨著氣象事業(yè)的飛速發(fā)展，已經(jīng)不能滿足更加全面和精細(xì)化的監(jiān)控需求，主要的不足之處有：

1）體系結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)基本都是孤立的系統(tǒng)，資料傳輸監(jiān)控、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行監(jiān)控等系統(tǒng)都是自立門戶，自成一體的封閉系統(tǒng)，業(yè)務(wù)監(jiān)控一直以來(lái)主要依靠專業(yè)技術(shù)人員通過(guò)讀取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算設(shè)備、專業(yè)氣象設(shè)備上的系統(tǒng)日志來(lái)判斷系統(tǒng)故障點(diǎn)，這樣不僅時(shí)效性不強(qiáng)，而且對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)造成了比較大的困難；數(shù)據(jù)格式各異，互操作困難，值班員工作量大，使用不便，隨著設(shè)備數(shù)量和種類的不斷增加，運(yùn)維的壓力也越來(lái)越突出，如何能迅速提高運(yùn)維效率，解決設(shè)備報(bào)警的集中監(jiān)控就成為亟須解決的問(wèn)題。

2）視覺體驗(yàn)：現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)交互界面有待優(yōu)化，操控不夠簡(jiǎn)潔，報(bào)警不夠智能；反映時(shí)間較長(zhǎng)，體驗(yàn)流暢性不足；信息獨(dú)立、分散，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、展示度不夠。目前急需能夠直觀表現(xiàn)各種設(shè)備故障點(diǎn)并且具有故障預(yù)警功能的大屏顯示系統(tǒng)來(lái)減輕運(yùn)維壓力，提高運(yùn)維管理水平。

3）系統(tǒng)功能：氣象資料監(jiān)控不夠及時(shí)，時(shí)效性有待提高；統(tǒng)計(jì)分析能力不足；對(duì)氣象資料傳輸?shù)谋O(jiān)視，只是監(jiān)控傳輸?shù)慕Y(jié)果，即數(shù)據(jù)到了還是沒有到，沒有監(jiān)視傳輸?shù)恼麄€(gè)流程節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)缺少整體性、功能缺乏可控性。

4）技術(shù)體系：現(xiàn)在的監(jiān)視系統(tǒng)多數(shù)都是基于傳統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)格式各異，要想整合和擴(kuò)展非常不方便。

隨著硬件設(shè)備數(shù)量的不斷增加和業(yè)務(wù)流程復(fù)雜性的不斷增大，日常運(yùn)維工作也發(fā)生了重大改變，系統(tǒng)運(yùn)維的壓力變得越來(lái)越突出。為更好地完成運(yùn)維工作，工作人員需清楚地了解關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)與相關(guān)軟、硬件資源的對(duì)應(yīng)關(guān)系，變被動(dòng)運(yùn)維為主動(dòng)運(yùn)維，并且從只關(guān)注一點(diǎn)的運(yùn)維模式轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注整個(gè)業(yè)務(wù)流程。目前，運(yùn)維管理的業(yè)務(wù)需求可總結(jié)為以下幾個(gè)方面：1）硬件設(shè)施（包括信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、氣象探測(cè)設(shè)備以及高性能計(jì)算機(jī)等）的位置信息、配置信息、狀態(tài)信息需要集約化管理，支撐運(yùn)維管理的高效；2）隨著監(jiān)控管理的發(fā)展，目前已部署各監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)維管理平臺(tái)等監(jiān)控信息需要進(jìn)行有效整合，改變?cè)诜稚⒌牟僮鹘缑嫔线M(jìn)行查看和分析不利于日常運(yùn)維工作的開展和故障排查的局面；3）需要充分發(fā)揮超寬拼接大屏和音、視頻云平臺(tái)的顯示能力，實(shí)現(xiàn)在展示效果上形成統(tǒng)一的整體。具體的業(yè)務(wù)需求分析如圖1。

圖1 業(yè)務(wù)需求分析圖 Fig. 1 Diagram of the operational demands analysis

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能

業(yè)務(wù)和應(yīng)用監(jiān)控提供一體化的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)及關(guān)鍵性能指標(biāo)的業(yè)務(wù)監(jiān)視，包括骨干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖等動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的展示，以動(dòng)畫形式顯示實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，以及局域網(wǎng)接入層、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)的連通性、總流量等。借鑒國(guó)外探測(cè)裝備質(zhì)量管理先進(jìn)思路，地面自動(dòng)氣象站網(wǎng)監(jiān)控不僅體現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)接收到報(bào)率情況統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對(duì)設(shè)備傳感器狀態(tài)、數(shù)據(jù)通信鏈路、觀測(cè)要素質(zhì)量和計(jì)量檢定日程做全流程監(jiān)控管理；天氣雷達(dá)和風(fēng)廓線雷達(dá)展現(xiàn)硬件系統(tǒng)重要部件的各項(xiàng)體征指標(biāo)實(shí)時(shí)狀態(tài)；對(duì)高性能計(jì)算的主要設(shè)備可用率、使用率和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的展現(xiàn)；虛擬服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的空間使用率、訪問(wèn)性能等；可視會(huì)商系統(tǒng)連通狀態(tài)，以及下沉到預(yù)報(bào)平臺(tái)、公共服務(wù)平臺(tái)和數(shù)值預(yù)報(bào)工作區(qū)各桌面計(jì)算機(jī)的連接情況；通過(guò)安全監(jiān)控，集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、相關(guān)應(yīng)用服務(wù)器等事件報(bào)警信息，并進(jìn)行一定的關(guān)聯(lián)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)正在發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的安全威脅事件，從而及早采取主動(dòng)措施進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)和資源監(jiān)控實(shí)時(shí)展示數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、應(yīng)用總體情況。場(chǎng)景包括：面向用戶需求，以事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)服務(wù)的應(yīng)用效果的展示，包括資料類型、訪問(wèn)頻率、用戶信息、應(yīng)用系統(tǒng)等要素的展示；對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)應(yīng)用排行數(shù)據(jù)應(yīng)用情況如地理位置、用戶單位、下載時(shí)效等各個(gè)應(yīng)用屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)排行；以報(bào)表、動(dòng)態(tài)圖形等形式展示各類數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)流程狀態(tài)圖、資料上下行流轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)情況，顯示實(shí)時(shí)的資料傳輸狀態(tài)，描述任何一類資料的到達(dá)情況，顯示未到達(dá)資料當(dāng)前所在的節(jié)點(diǎn)，從采集到該節(jié)點(diǎn)，任何一個(gè)傳輸過(guò)程所經(jīng)過(guò)的處理狀態(tài)，并運(yùn)用ETL（抽取-轉(zhuǎn)換-裝載）、數(shù)據(jù)挖掘及相關(guān)算法抽取出監(jiān)視數(shù)據(jù)的深層信息，從而找到業(yè)負(fù)責(zé)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)交給監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)匯集和融合模塊，通過(guò)異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理和存儲(chǔ)[5]。數(shù)據(jù)綜合存儲(chǔ)管理模塊作為一個(gè)核心數(shù)據(jù)管理部件，主要功能是對(duì)原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、智能分析模塊分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)管理，提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，并響應(yīng)可視化前段處理框架的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。由于顯務(wù)存在的不足與改進(jìn)方向。全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS）數(shù)據(jù)接口服務(wù)監(jiān)控顯示氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（MUSIC）使用情況，現(xiàn)在有多少接口被調(diào)用、哪個(gè)接口調(diào)用次數(shù)最多、各服務(wù)接口的相應(yīng)速度等。

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控針對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行環(huán)境，實(shí)時(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套資源的整體狀態(tài)、能源消耗、溫度、濕度、漏水、腐蝕性情況以及機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備包括不間斷電源（UPS）、精密空調(diào)、監(jiān)控?cái)z像頭、消防、門禁以及消防和新風(fēng)系統(tǒng)的情況，以動(dòng)畫的形式全方位展示數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，存在的報(bào)警信息、處理情況等。

為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)時(shí)著重實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)匯集。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的匯集，包括對(duì)已有的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)接口或其他介入方式進(jìn)行抓取，還沒有使用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集和管理的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，重點(diǎn)解決不同設(shè)備的接入和不同結(jié)構(gòu)協(xié)議數(shù)據(jù)的解析。

2）異構(gòu)數(shù)據(jù)融合。采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)不同類別的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)模型，形成關(guān)系映射。

3）智能數(shù)據(jù)分析。使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)部分監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，逐漸建立關(guān)鍵系統(tǒng)的故障模型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，如建立機(jī)房溫度場(chǎng)變化模型、關(guān)鍵系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量模型等，并通過(guò)事件關(guān)聯(lián)性分析對(duì)不同類別的故障做出綜合判斷，對(duì)未來(lái)智能故障分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估形成支撐。

4）全流程可視化。建立風(fēng)格統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)、直觀的可視化展示前端頁(yè)面。實(shí)現(xiàn)全流程可視化，對(duì)業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程進(jìn)行詳細(xì)梳理，將流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和分析結(jié)果進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，將單一的單點(diǎn)顯示變?yōu)榫C合性的流程顯示，將局部監(jiān)控變?yōu)槿直O(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

在充分分析業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)情況綜合考慮業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)性、展現(xiàn)的邏輯，依據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、注重平臺(tái)性、充分集成的設(shè)計(jì)原則[3-4]，對(duì)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 信息流程與系統(tǒng)框架 Fig. 2 Information flow and system framework

系統(tǒng)總體框架底部為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)匯集區(qū)，該部分示內(nèi)容較多，通過(guò)一屏展示顯得過(guò)于擁擠，視覺效果受到影響，在綜合考慮視覺控制和業(yè)務(wù)展現(xiàn)需求的情況下，對(duì)展現(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行分屏設(shè)計(jì)，類別相似的監(jiān)控對(duì)象歸結(jié)在同一分屏中，將整體展示分3個(gè)分屏，通過(guò)三大分屏的翻動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控內(nèi)容的完整展示。三大分屏分別是：數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)分屏、探測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏。

2.3 集成設(shè)計(jì)

在集成架構(gòu)上，氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)使用React/JQuery/ECharts等通用框架/組件，基于HTML5/CSS3/Javascript的B/S多層架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)，使用D3等SVG庫(kù)進(jìn)行虛擬化場(chǎng)景的定制2D/3D展現(xiàn)。前端框架通過(guò)WebSocket連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)推送和展現(xiàn)。在集成設(shè)計(jì)上重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：1）鑒于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)源的復(fù)雜性和多樣性，數(shù)據(jù)底層支撐由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle、MySQL、SQL Server），文本數(shù)據(jù)庫(kù)、離散文件等組成；2）各種監(jiān)控狀態(tài)展現(xiàn)需要自動(dòng)實(shí)時(shí)響應(yīng)，無(wú)需其他操作；3）隨著設(shè)備的增多，需充分考慮未來(lái)易擴(kuò)展的特性，因此系統(tǒng)框架需擁有插件式管理功能。根據(jù)上述分析，本項(xiàng)目總體集成設(shè)計(jì)在技術(shù)上構(gòu)建彈性的應(yīng)用集成環(huán)境、開放的應(yīng)用支撐環(huán)境、制定統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)規(guī)范，由此，首先闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路，明確如何進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，參照本項(xiàng)目建設(shè)的業(yè)務(wù)目標(biāo)和技術(shù)目標(biāo)，按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一應(yīng)用集成、統(tǒng)一服務(wù)管理、監(jiān)控信息資源整合、實(shí)時(shí)監(jiān)控展現(xiàn)”的設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)[6-7]。

2.4 分屏設(shè)計(jì)

探測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏展現(xiàn)綜合監(jiān)測(cè)與展現(xiàn)氣象局氣象網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，主要分為兩部分內(nèi)容，一部分主要展現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的情況，詳細(xì)內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：1）上海市氣象局內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)的情況；2）與國(guó)家局、其他省局以及上海同城部門的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接情況；3）上海市氣象局氣象探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)情況；4）安全審計(jì)事件監(jiān)控，入侵防擴(kuò)事件監(jiān)測(cè)情況；5）氣象專業(yè)設(shè)備如：氣象雷達(dá)、氣象自動(dòng)站（國(guó)家、上海）、風(fēng)廓線等氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況。展現(xiàn)的屏幕能夠直觀表達(dá)各種網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，以及專業(yè)氣象裝備產(chǎn)生數(shù)據(jù)的運(yùn)行情況監(jiān)控。

數(shù)據(jù)管理與服務(wù)分屏展現(xiàn)氣象局氣象信息數(shù)據(jù)的服務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)情況，在展現(xiàn)邏輯方面以氣象數(shù)據(jù)的獲取、加工、入庫(kù)和共享為主，同時(shí)展現(xiàn)支撐氣象數(shù)據(jù)處理的高性能計(jì)算機(jī)運(yùn)行的情況。具體的展現(xiàn)方面，由于數(shù)據(jù)的獲取類別多，內(nèi)容復(fù)雜，時(shí)間維度不同，展現(xiàn)的方式方面需要更多地考慮組合形態(tài)，同時(shí)在顏色的區(qū)分方面需要考慮數(shù)據(jù)內(nèi)容與顏色直觀展示的分配情況。詳細(xì)內(nèi)容包括：1）氣象資料收集與上行傳輸監(jiān)控，原始數(shù)據(jù)的獲取到報(bào)率情況（CIMISSCTS）；2）下發(fā)氣象資料接受監(jiān)控（CMACAST）的氣象原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)下發(fā)入庫(kù)情況；3）一體化氣象信息流拓?fù)鋱D；4）氣象原始數(shù)據(jù)處理有關(guān)的高性能計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況，包括高性能計(jì)算機(jī)的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)情況、高性能計(jì)算機(jī)的進(jìn)程情況以及高性能計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源使用情況進(jìn)行綜合展現(xiàn)；5）氣象歷史檔案的基本情況；6）數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)與FTP推送情況；7）接口服務(wù)訪問(wèn)、活動(dòng)告警分析、氣象資料匯總輪播情況；能夠?qū)⑸鲜龈鞣N狀況的情況通過(guò)簡(jiǎn)單明了、視覺傳遞清晰的展現(xiàn)方式綜合表達(dá)出數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的進(jìn)程和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)及告警狀態(tài)。

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏實(shí)時(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套資源的整體狀態(tài)，以及機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。具體包括：1）機(jī)房電源使用效率（PUE）監(jiān)控，包括整個(gè)機(jī)房能源消耗總量，月用電量等重要指標(biāo)的監(jiān)控；2）精密空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，主要指標(biāo)有供風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、供水溫度、回水溫度等；3）機(jī)房不間斷電源（UPS）及電源分配單元（PDU）等機(jī)房供電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)控；4）機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，該部分重點(diǎn)在于機(jī)房整體環(huán)境的實(shí)時(shí)感知，數(shù)據(jù)來(lái)自部署在機(jī)房各個(gè)角落傳感器的數(shù)據(jù)采集，包括：機(jī)房溫度、濕度監(jiān)控，極早期預(yù)警，漏水檢測(cè)，腐蝕性檢測(cè)等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)可有效縮短系統(tǒng)的實(shí)施周期，減少系統(tǒng)上線后管理維護(hù)的難度，在應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)中，PC端全部采用瀏覽器方式。此種方式無(wú)需安裝任何軟件，極大地縮短了系統(tǒng)的部署周期，降低了系統(tǒng)實(shí)施難度，同時(shí)，上線后系統(tǒng)的維護(hù)集中在服務(wù)器端進(jìn)行，可以大大減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量，將系統(tǒng)管理員充分解脫出來(lái)，專注于系統(tǒng)的整體考慮以及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃；用戶使用簡(jiǎn)單、培訓(xùn)容易；界面更加美觀大方；系統(tǒng)擴(kuò)展容易；由于客戶端只需要瀏覽器，無(wú)需安裝任何軟件，能方便地支持日常維護(hù)。

多層次體系結(jié)構(gòu)模式是客戶機(jī)/服務(wù)器模式之上的擴(kuò)展，是目前最為流行的體系結(jié)構(gòu)，較好地解決了原有兩層客戶機(jī)/服務(wù)器模式存在的問(wèn)題，并帶來(lái)了以下好處：1）在多層次體系結(jié)構(gòu)下，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)所有邏輯的處理，客戶端只是完成信息的顯示和數(shù)據(jù)的反饋提交，客戶端只是看到經(jīng)過(guò)中間層處理過(guò)后的數(shù)據(jù)，降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸量。2）由于業(yè)務(wù)邏輯主要在中間層上運(yùn)行，從而充分利用了服務(wù)器的處理能力，同時(shí)通過(guò)多進(jìn)程/多線程、無(wú)狀態(tài)組件、組件緩沖池、數(shù)據(jù)庫(kù)連接緩沖池等技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的并發(fā)性能，在大并發(fā)用戶量的情況下，仍然能夠確保系統(tǒng)的處理性能。3）通過(guò)結(jié)合使用負(fù)載均衡、組件負(fù)載均衡、數(shù)據(jù)庫(kù)/群件的集群技術(shù)，可以通過(guò)橫向擴(kuò)充服務(wù)器，使得系統(tǒng)能夠處理更多并發(fā)請(qǐng)求，滿足最大型系統(tǒng)的苛刻運(yùn)行需求。4）多層次體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)持久化、業(yè)務(wù)邏輯處理和界面渲染解耦，可以充分保證應(yīng)用系統(tǒng)日后不斷發(fā)展的要求[5]。

3.2 展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)

3.2.1 探測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控分屏

探測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)分屏集中展示氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的情況，其中氣象裝備監(jiān)控全圖是對(duì)上海全境范圍內(nèi)所有的氣象探測(cè)設(shè)備進(jìn)行整體的監(jiān)測(cè)，包括2部氣象雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)以及全市自動(dòng)氣象站。在探測(cè)網(wǎng)絡(luò)全圖上，發(fā)生故障或者正在維修的裝備通過(guò)專用標(biāo)識(shí)進(jìn)行提示，配合其他的監(jiān)測(cè)畫面可以快速定位具體的設(shè)備并進(jìn)行后續(xù)的維護(hù)或者維修。同時(shí)，在全圖上以區(qū)（縣）和中心城區(qū)進(jìn)行劃分，對(duì)自動(dòng)氣象站的到報(bào)率進(jìn)行分鐘級(jí)別的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)氣象站運(yùn)行異常的情況。

以氣象雷達(dá)為例，它是用于警戒和預(yù)報(bào)中、小尺度天氣系統(tǒng)（如臺(tái)風(fēng)和暴雨云系）的主要探測(cè)工具之一。常規(guī)雷達(dá)裝置大體上由定向天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線控制器、計(jì)算機(jī)處理裝備、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠纸M成。除了在全圖上監(jiān)測(cè)雷達(dá)的基本運(yùn)行狀態(tài)外，還需要對(duì)雷達(dá)具體的體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括雷達(dá)的供電情況、機(jī)械傳動(dòng)的情況、信號(hào)發(fā)射情況以及信號(hào)處理情況。整體設(shè)計(jì)上采用虛實(shí)相結(jié)合的方式，虛擬雷達(dá)的具體體征，結(jié)合視頻監(jiān)控，監(jiān)測(cè)雷達(dá)的機(jī)械傳動(dòng)情況（圖3）。風(fēng)廓線雷達(dá)顯示部分則重點(diǎn)將各發(fā)射機(jī)的電壓情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)將發(fā)射功率等重要指標(biāo)通過(guò)曲線的方式實(shí)時(shí)繪制，從而監(jiān)控其硬件運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量情況。

圖3 雷達(dá)運(yùn)行監(jiān)控圖 Fig. 3 Operational monitoring figure of radar

自動(dòng)氣象站通過(guò)無(wú)線通信方式與氣象局中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊信將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫盘?hào)接收處理服務(wù)器進(jìn)行解碼入庫(kù)。對(duì)于自動(dòng)氣象站的監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)全市所有自動(dòng)氣象站的運(yùn)行情況的同時(shí)，還需要對(duì)國(guó)家級(jí)氣象站進(jìn)行特別監(jiān)測(cè)，包括設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)、數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及計(jì)量檢定的時(shí)限，設(shè)備圖標(biāo)設(shè)計(jì)成四方塊格局，包含以上四個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，便于設(shè)備狀態(tài)的整體展示。

上海市氣象局主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ê诵慕粨Q層、匯聚層，以及各樓層交換機(jī)的接入層、光纖鏈路和其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)全局的網(wǎng)絡(luò)互通（圖4）。整體監(jiān)測(cè)內(nèi)容是主干網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)反映網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的整體情況，具體的某個(gè)接入子網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，對(duì)應(yīng)的網(wǎng)域會(huì)變成紅色提醒，與之連接的網(wǎng)絡(luò)也同時(shí)變成紅色，配合其他網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)頁(yè)面，讓具體的網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠快速定位故障源。在主干網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)于氣象局外連的光纖網(wǎng)絡(luò)，需要重點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，避免由于網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而引起的服務(wù)中斷。對(duì)于具體提供對(duì)外服務(wù)的席位，為了保障氣象業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需要對(duì)服務(wù)處理席位的電腦進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上海市氣象局對(duì)外服務(wù)的區(qū)域重要分為3個(gè)部分，分別為公共服務(wù)區(qū)域、天氣預(yù)報(bào)區(qū)域和數(shù)值預(yù)報(bào)工作區(qū)，設(shè)計(jì)席位電腦逾60臺(tái)。

網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)分為兩個(gè)部分，對(duì)外主要監(jiān)測(cè)入侵事件，具體內(nèi)容為外部連接的異常事件進(jìn)行記錄，記錄的內(nèi)容包括異常事件的類型、入侵的IP、入侵的目的IP，并統(tǒng)計(jì)異常情況的類型和異常接入IP的排名，幫助具體的安全管理人員快速定位安全隱患并采取對(duì)應(yīng)的策略。對(duì)內(nèi)主要監(jiān)測(cè)安全審計(jì)事件的情況，記錄內(nèi)部IP的業(yè)務(wù)情況，察覺異常行為事件，避免內(nèi)部安全事件發(fā)生。

圖4 光纖網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控圖 Fig. 4 Monitoring figure of optical network and operational network

3.2.2 數(shù)據(jù)管理與服務(wù)狀態(tài)監(jiān)控分屏

在CIMISS系統(tǒng)監(jiān)控信息處理方面，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理（SOD）具體核心業(yè)務(wù)是監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)處理后入庫(kù)的情況，由于需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)量巨大，本次項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中主要需要考慮其中12個(gè)具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目情況，將監(jiān)測(cè)入庫(kù)的數(shù)據(jù)按時(shí)次分為3類，24 h、60 min以及1 min數(shù)據(jù)，在可視化設(shè)計(jì)上，需要充分考慮3種資料在同一監(jiān)測(cè)頁(yè)面內(nèi)集中展現(xiàn)的情況。除了對(duì)核心數(shù)據(jù)按時(shí)次監(jiān)測(cè)外，需要對(duì)整體的氣象資料進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于監(jiān)測(cè)的類別眾多，展現(xiàn)的形式采用輪播的方式，對(duì)200多種具體資料的監(jiān)控包括最新時(shí)次數(shù)據(jù)到報(bào)情況、數(shù)據(jù)收集與分發(fā)（CTS）時(shí)次匯總的情況、CTS分發(fā)的情況以及SOD產(chǎn)品入庫(kù)的情況。對(duì)異常的情況進(jìn)行預(yù)警的監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)對(duì)月、周、日預(yù)警的情況進(jìn)行匯總，從而從統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)異常事件經(jīng)常發(fā)生的環(huán)節(jié)，尋找異常事件背后的問(wèn)題。

一體化氣象信息流的監(jiān)測(cè)核心，是對(duì)氣象信息從基礎(chǔ)支撐的信息獲取、加工、入庫(kù)、傳輸以及對(duì)外預(yù)報(bào)和服務(wù)的進(jìn)行全流程監(jiān)控。在這個(gè)過(guò)程中，涉及到跨部門的多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題都有可能與數(shù)據(jù)的情況有關(guān)，通過(guò)一張拓?fù)鋱D進(jìn)行整體的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并及時(shí)處理。

在數(shù)值預(yù)報(bào)云方面，上海市氣象局經(jīng)過(guò)處理產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)目前供浙江、廈門、安徽、江蘇、云南、海南、山東、福建、江西、青島、廣東、寧夏、寧波等包括除國(guó)家局之外的多個(gè)省（市）使用，本次建設(shè)需要對(duì)這些數(shù)據(jù)的下載情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些處理后的數(shù)據(jù)，從上海上傳到位于杭州的阿里云，并通過(guò)阿里云提供下載，需要監(jiān)測(cè)下載的實(shí)際速率情況和總下載的情況，在全國(guó)地圖上進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制，同時(shí)為今后?。▍^(qū)、市）的擴(kuò)展提供基礎(chǔ)。

對(duì)于高性能計(jì)算機(jī)，在展現(xiàn)方面考慮各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要用簡(jiǎn)潔清晰的展現(xiàn)方式表達(dá)出高性能計(jì)算機(jī)運(yùn)行的情況。在活動(dòng)告警和系統(tǒng)資源告警方面，需要考慮日常工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)能夠簡(jiǎn)單快速的發(fā)現(xiàn)告警的內(nèi)容與涉及的設(shè)備。對(duì)上海市氣象局的高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算（HPC）集群子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，是通過(guò)對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的A、B、C、D供4個(gè)機(jī)架伺服器（RACK）的計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，并且需要對(duì)控制系統(tǒng)網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）、主備兩個(gè)光纖交換機(jī)以及存儲(chǔ)的使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用餅圖將所有需要監(jiān)測(cè)的內(nèi)容在一幅畫面上進(jìn)行顯示，目標(biāo)是能夠?qū)Ω咝阅苡?jì)算機(jī)整體狀態(tài)一覽無(wú)遺。同時(shí)，高性能計(jì)算機(jī)正在運(yùn)行任務(wù)的情況在頁(yè)面中進(jìn)行顯示，直觀反映高性能計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況。在對(duì)高性能計(jì)算機(jī)整體監(jiān)測(cè)的同時(shí)，對(duì)于高性能計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)整體運(yùn)行狀況和并行文件系統(tǒng)（GPFS）的存儲(chǔ)使用狀況需要進(jìn)行額外的監(jiān)測(cè)，避免計(jì)算的過(guò)載或者存儲(chǔ)的不足對(duì)高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)生影響。

3.2.3 數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏

數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控分屏用于展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，其中包括基礎(chǔ)配套資源的能源消耗、環(huán)境數(shù)據(jù)以及機(jī)房其他設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。為能夠以更加直觀的方式進(jìn)行顯示，在展示設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)房環(huán)境方面是以機(jī)房平面布局為背景，將環(huán)境傳感設(shè)備的布設(shè)位置進(jìn)行詳細(xì)繪制，并針對(duì)不同傳感器分配不同的顏色及圖標(biāo)，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

在機(jī)房安全和行為監(jiān)控方面，展示設(shè)計(jì)的核心理念是能夠?qū)⒄麄€(gè)機(jī)房的實(shí)時(shí)情景置于監(jiān)控人面前，這些情景數(shù)據(jù)主要包括攝像頭運(yùn)行情況及實(shí)景數(shù)據(jù)、機(jī)房門禁狀態(tài)及各門禁開啟人員信息的監(jiān)控、排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及消防火警狀態(tài)等。

4 結(jié)語(yǔ)

氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)更加適應(yīng)氣象現(xiàn)代化發(fā)展，是集約化思想的集中體現(xiàn)。氣象信息全流程可視化監(jiān)控系統(tǒng)的建成為形成快速處理故障、事后分析流程奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)整體業(yè)務(wù)運(yùn)行穩(wěn)定，提高信息系統(tǒng)運(yùn)維自動(dòng)化能力。以動(dòng)態(tài)、直觀、多樣的形式對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行集中顯示，從而改變了傳統(tǒng)資料監(jiān)控、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等系統(tǒng)框架孤立、顯示方式單一、監(jiān)控內(nèi)容簡(jiǎn)單、監(jiān)控顯示不及時(shí)、統(tǒng)計(jì)分析能力不足的狀況。系統(tǒng)采用多層次、模塊化的設(shè)計(jì)可以靈活的進(jìn)行功能配置，可以讓各級(jí)用戶在統(tǒng)一集中的業(yè)務(wù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化系統(tǒng)上對(duì)全流程中的各級(jí)業(yè)務(wù)進(jìn)行高效監(jiān)控。對(duì)于管理人員，能夠更好地把握整體流程，使得宏觀監(jiān)控更加容易，能夠更輕松地進(jìn)行嚴(yán)重問(wèn)題分析評(píng)估，提高管理效率；對(duì)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)維護(hù)人員，方便其掌握業(yè)務(wù)系統(tǒng)各模塊間的依賴性和部署關(guān)系，能合理進(jìn)行事件業(yè)務(wù)影響分析，使得業(yè)務(wù)運(yùn)維更加容易；對(duì)于基礎(chǔ)系統(tǒng)維護(hù)人員，能從傳統(tǒng)單一平臺(tái)的維護(hù)模式轉(zhuǎn)變到全局業(yè)務(wù)視角，從系統(tǒng)維護(hù)的層面為其建立一套覆蓋關(guān)鍵業(yè)務(wù)的可視化系統(tǒng)，從而可以及時(shí)掌握系統(tǒng)資源的可以性和健康狀態(tài)，提高運(yùn)維效率。