榆林新一代氣象信息智能發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

韓姍姍 馬鋒 屈艷梅

摘要? ? 根據(jù)榆林市現(xiàn)有氣象信息發(fā)布業(yè)務(wù)工作的現(xiàn)狀，設(shè)計基于大數(shù)據(jù)的新一代氣象信息智能發(fā)布系統(tǒng)，系統(tǒng)基于格點定位、實況預(yù)報信息自動更新發(fā)布的全自動服務(wù)，實現(xiàn)智能化、一體化管理。通過系統(tǒng)建設(shè)，提高氣象預(yù)報預(yù)警信息發(fā)布效率，增加“直通式”氣象服務(wù)的手段。信息發(fā)布由原來的人工被動參與轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)主動調(diào)取，實現(xiàn)了基于位置的氣象信息服務(wù)，智能化、精細(xì)化水平大幅提高，減輕了業(yè)務(wù)人員工作量，節(jié)約了人力成本，提升了業(yè)務(wù)支撐，具有很好的推廣價值。

關(guān)鍵詞? ? 氣象信息;新一代;發(fā)布系統(tǒng);設(shè)計

中圖分類號? ? P409;TP311.52? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

近年來，氣象部門根據(jù)社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、防災(zāi)減災(zāi)等方面的需要，通過監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警和服務(wù)為地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生產(chǎn)生活提供了有力的保障。在氣候變化的大背景下，極端天氣頻發(fā)、多發(fā)，氣象信息的傳播對做好防災(zāi)減災(zāi)工作、推動經(jīng)濟(jì)建設(shè)和保障人民安康具有重要意義，也是提高公眾防御氣象災(zāi)害的重要手段。氣象部門利用電子顯示屏、“12121”電話、手機(jī)短信、微博、微信、氣象網(wǎng)站、天氣預(yù)報影視節(jié)目等渠道及時傳播各類氣象信息，天氣預(yù)報也漸漸成為人們每天關(guān)注的重要對象。每一種信息發(fā)布渠道都有相應(yīng)的發(fā)布規(guī)范、流程及其受眾群體。為了解決預(yù)報預(yù)警信息發(fā)布工作效率低、時效性不強(qiáng)等問題[1]，亟須建設(shè)一套高效、智能、精準(zhǔn)的氣象預(yù)報預(yù)警信息自動發(fā)布系統(tǒng)。根據(jù)榆林市氣象信息發(fā)布系統(tǒng)的發(fā)展歷程和現(xiàn)有氣象信息發(fā)布業(yè)務(wù)工作的現(xiàn)狀，設(shè)計新一代氣象信息發(fā)布系統(tǒng)，通過系統(tǒng)建設(shè)提高信息發(fā)布效率，增加“直通式”氣象服務(wù)的手段，實現(xiàn)監(jiān)測自動化、預(yù)報精細(xì)化、服務(wù)系列化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化[2]為核心的新一代氣象信息服務(wù)，推進(jìn)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧氣象服務(wù)，滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

1? ? 設(shè)計思路

榆林氣象信息發(fā)布系統(tǒng)在過去的十幾年里由最初的單基色LED顯示屏發(fā)展至全彩網(wǎng)絡(luò)播放機(jī)、液晶電視多媒體系統(tǒng)，信息量、時效性、美觀性實現(xiàn)了全面升級。但是，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展和社會需求的進(jìn)一步提升，依靠人工定時發(fā)布的氣象信息內(nèi)容已經(jīng)不能滿足用戶的需求，如何讓氣象信息發(fā)布系統(tǒng)更加智能、便捷、經(jīng)濟(jì)成為目前亟須解決的問題?？紤]到當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)時代的快速發(fā)展，電視機(jī)已從單一的顯示功能發(fā)展到全面智能化，不僅可以搭載開放式系統(tǒng)，而且具備了成熟的網(wǎng)絡(luò)功能，只需開發(fā)一套基于智能電視機(jī)的氣象信息發(fā)布APP系統(tǒng)就可以全面實現(xiàn)氣象信息的自動接收與顯示功能。通過系統(tǒng)研發(fā)，大大降低了發(fā)布系統(tǒng)的硬件成本，徹底解決了各類氣象信息延時誤差和業(yè)務(wù)人員工作量繁重等問題。

2? ? 系統(tǒng)特點

榆林新一代氣象信息發(fā)布系統(tǒng)基于格點定位、實況預(yù)報信息自動更新發(fā)布的全自動服務(wù)，實現(xiàn)市縣智能化、一體化的管理。發(fā)布系統(tǒng)具體有以下特點：一是全面實現(xiàn)信息發(fā)布自動化，由人工被動參與轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)主動調(diào)取數(shù)據(jù)產(chǎn)品為主，節(jié)約人力成本;二是可嵌入所有多媒體系統(tǒng)，整合現(xiàn)有的系統(tǒng)發(fā)布平臺，配置靈活簡便，穩(wěn)定性加強(qiáng)，后臺管理統(tǒng)一，錯誤率明顯降低;三是數(shù)據(jù)流非常小，系統(tǒng)只進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡單推送，無統(tǒng)計分析，帶寬占有率低，不會因占用帶寬而影響正常業(yè)務(wù);四是維護(hù)簡便，遠(yuǎn)程操作即可判斷出現(xiàn)的問題，進(jìn)行故障分析，可用性大幅提高。

3? ? 系統(tǒng)組成及功能

新一代氣象信息發(fā)布系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心、管理后臺和播放系統(tǒng)組成（圖1）。數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)采集處理全市各類氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)報數(shù)據(jù)、預(yù)警信息以及雷達(dá)、云圖產(chǎn)品。管理后臺對播放庫內(nèi)容、終端的用戶信息、地理信息以及所在地的播放內(nèi)容進(jìn)行權(quán)限控制，同時可設(shè)置終端的所在分組、播放布局、播放列表、播放計劃。播放系統(tǒng)分為Windows和Android 2個系統(tǒng)，Windows系統(tǒng)根據(jù)終端配置的播放條件、計劃自動生成播放內(nèi)容，在基于Windows的多媒體顯示終端進(jìn)行播放顯示，Android系統(tǒng)主要運(yùn)用于智能電視終端。

3.1? ? 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)產(chǎn)品、服務(wù)產(chǎn)品及其他數(shù)據(jù)組成。以榆林市氣象局?jǐn)?shù)據(jù)環(huán)境平臺為核心進(jìn)行實況產(chǎn)品、預(yù)報產(chǎn)品、預(yù)警信息、服務(wù)產(chǎn)品的采集加工處理，全面運(yùn)用秦智系統(tǒng)網(wǎng)格預(yù)報產(chǎn)品和NIFS系統(tǒng)的最新研究應(yīng)用成果，并且在日后使用過程中可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，隨時添加本地服務(wù)產(chǎn)品或添加外部程序的產(chǎn)品。

3.1.1? ? 實況產(chǎn)品。實況產(chǎn)品由天氣實況、雷電監(jiān)測、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)產(chǎn)品組成。天氣實況顯示系統(tǒng)終端所在地對應(yīng)站點的實時壓強(qiáng)、溫度、濕度、風(fēng)、雨量、能見度、天氣現(xiàn)象等監(jiān)測數(shù)據(jù)，顯示形式以數(shù)字和直觀的圖形表示，當(dāng)達(dá)報警閾值時，以聲音和閃爍顯示。雷電監(jiān)測顯示閃電定位儀和大氣電廠儀設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，在地圖中疊加顯示。衛(wèi)星云圖對FY4號衛(wèi)星云圖基數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼生成云圖產(chǎn)品。雷達(dá)產(chǎn)品是基于陜西榆林、陜西延安、內(nèi)蒙古東勝、寧夏吳忠、山西呂梁的雷達(dá)基數(shù)據(jù)生成的雷達(dá)拼圖，解碼顯示拼圖產(chǎn)品。

3.1.2? ? 預(yù)報產(chǎn)品。預(yù)報產(chǎn)品顯示短期、中期和智能網(wǎng)格預(yù)報產(chǎn)品。短期天氣預(yù)報每日7：00和16：00固定2次更新未來3 d預(yù)報，包括降水、最低氣溫、最高氣溫、風(fēng)力、風(fēng)向、天氣現(xiàn)象等要素，以數(shù)字加圖標(biāo)顯示。中期天氣預(yù)報每日9：00定時更新未來10 d天氣展望，以圖表、數(shù)值和文字顯示。智能網(wǎng)格預(yù)報是根據(jù)秦智網(wǎng)格預(yù)報數(shù)據(jù)生成全市降水預(yù)報色斑圖，從當(dāng)前時刻開始顯示以小時為間隔的未來24 h降水預(yù)測圖，逐小時進(jìn)行更新。

3.1.3? ? 預(yù)警信息。預(yù)警信息數(shù)據(jù)源采集于國家突發(fā)事件預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)指定目錄和路徑，定時搜索市縣氣象臺制作發(fā)布的預(yù)警信號。當(dāng)搜索到預(yù)警文件，直接將預(yù)警信息入庫。在有權(quán)限的系統(tǒng)終端界面上顯示新的預(yù)警信號，在GIS地圖中以預(yù)警信號對應(yīng)的圖標(biāo)顯示，同時配以文字說明。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到預(yù)警信號升級或變更后，將會重新采集新升級或變更后的預(yù)警信號并顯示在終端;監(jiān)控到預(yù)警解除信號后，終端同步解除。

3.1.4? ? 服務(wù)產(chǎn)品。系統(tǒng)對氣象臺、服務(wù)中心、農(nóng)業(yè)氣象中心發(fā)布的各類服務(wù)產(chǎn)品根據(jù)所在的位置自動抓取上傳到服務(wù)器，如重要天氣報告、農(nóng)用天氣預(yù)報、專業(yè)氣象服務(wù)等預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品，并根據(jù)每個產(chǎn)品對應(yīng)的存放路徑、訪問方式、訪問的用戶名和密碼設(shè)置采集頻率、是否需要審核等管理操作。

3.2? ? 管理后臺

管理后臺基于榆林市（縣、區(qū)）邊界地理信息經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，使用Leaflet技術(shù)進(jìn)行加載繪制，形成GIS地圖。后臺包括播放內(nèi)容庫、播放設(shè)置、播放器管理、系統(tǒng)管理等模塊，也是整個系統(tǒng)的核心部分。

3.2.1? ? 播放內(nèi)容庫。播放內(nèi)容庫包括自動調(diào)取產(chǎn)品、手動上傳素材和顯示功能設(shè)置3個部分。播放內(nèi)容庫數(shù)據(jù)統(tǒng)一來源于系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)分為自動調(diào)取和手動上傳2種，自動調(diào)取實況產(chǎn)品、預(yù)報產(chǎn)品、預(yù)警產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品。手動上傳素材可根據(jù)不同的服務(wù)終端發(fā)布不同的文字或圖片內(nèi)容。管理后臺可上傳需要全網(wǎng)播發(fā)和個別客戶需要的播放素材，能夠給所有或部分終端發(fā)送素材，可以進(jìn)行接收用戶勾選和地圖圈選站點進(jìn)行發(fā)布，如通過榆林氣象數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺查看天氣實況、雷達(dá)圖、預(yù)報數(shù)據(jù)后，可在地圖上圈選客戶端進(jìn)行發(fā)布?？蛻舳酥荒芙o自己的終端發(fā)送素材。

3.2.2? ? 播放設(shè)置。播放設(shè)置包括播放布局、播放列表和播放計劃。播放布局可對不同的用戶組和單獨(dú)用戶設(shè)置播放布局，如播放背景、布局、標(biāo)題等，并實現(xiàn)新增、修改、刪除等管理功能。播放列表能夠設(shè)置當(dāng)前播放列表對應(yīng)的播放布局、播放內(nèi)容及對應(yīng)的時間和順序。播放計劃是對各終端服務(wù)期限進(jìn)行配置，可以日、月或者年為用戶提供播放服務(wù)。

3.2.3? ? 播放器管理。播放器管理可對各終端的基本信息和接收內(nèi)容進(jìn)行增減、修改操作。同時，系統(tǒng)后臺單獨(dú)有一個配置模塊，可將終端站點編號和實況數(shù)據(jù)站點號、預(yù)報數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)以及服務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行對應(yīng)配置，終端就會根據(jù)站點的配置顯示對應(yīng)的服務(wù)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。播放器管理能夠查看每個播放器的在線、離線等狀態(tài)信息。系統(tǒng)在架構(gòu)設(shè)計上采取分級調(diào)取數(shù)據(jù)和分級管理的模式，在后臺實現(xiàn)靈活配置，將終端所在地以及調(diào)取站點的實況信息、網(wǎng)格預(yù)報數(shù)據(jù)、預(yù)警信息以及氣象服務(wù)產(chǎn)品對應(yīng)配置，根據(jù)配置信息自動推送各類氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，無需手動進(jìn)行選擇發(fā)布。

3.2.4? ? 系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理分為用戶管理、安全管理與閾值設(shè)置。用戶管理可設(shè)置每個終端用戶對應(yīng)的名稱、經(jīng)緯度、實況站點、設(shè)備ID等信息，其中經(jīng)緯度關(guān)聯(lián)顯示具體的智能網(wǎng)格預(yù)報數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)的實況站點顯示該站點對應(yīng)的實況監(jiān)測數(shù)據(jù)。設(shè)備ID確保1個用戶對應(yīng)1個設(shè)備，能夠設(shè)置每個用戶關(guān)聯(lián)的多個氣象站點數(shù)據(jù)。安全管理能實現(xiàn)用戶權(quán)限管理、功能分配管理、站點配置、預(yù)報預(yù)警數(shù)據(jù)源管理和現(xiàn)有硬件終端對接配置等管理功能。同時實現(xiàn)留痕記錄，通過建立終端賬號管理機(jī)制，系統(tǒng)自動記錄終端的調(diào)用數(shù)據(jù)情況，包括開始時間、結(jié)束時間、IP等信息，防止非法接入。閾值設(shè)置可根據(jù)不同行業(yè)需求設(shè)置不同的告警閾值。系統(tǒng)管理人員可對告警數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，如果有疑誤，可以直接取消。

4? ? 主要應(yīng)用技術(shù)

4.1? ? 開發(fā)平臺

榆林市氣象信息智能發(fā)布系統(tǒng)后臺采用B/S架構(gòu)，在Windows系統(tǒng)下運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫使用Oracle 11g數(shù)據(jù)庫軟件。服務(wù)器Server端根據(jù)業(yè)務(wù)需求以及用戶量進(jìn)行匹配，采用Web（網(wǎng)頁）服務(wù)組件IIS（Internet Information Services，互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)）發(fā)布信息。顯示終端系統(tǒng)采用基于HTML5的B/S架構(gòu)，直接嵌入到終端分配的地址中?；贏ndroid系統(tǒng)的智能電視系統(tǒng)采用Java語言開發(fā)，具有簡單性、面向?qū)ο?、分布式、健壯性、安全性、平臺獨(dú)立與可移植性、多線程、動態(tài)性等特點，可編寫桌面應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序等。

4.2? ? 應(yīng)用技術(shù)

4.2.1? ? 地圖技術(shù)。Leaflet是一個為建設(shè)交互性好適用于移動設(shè)備地圖的領(lǐng)先開源JavaScript庫。代碼大小僅為33 kB，它具有開發(fā)在線地圖的大部分功能。Leaflet設(shè)計堅持簡便、高性能和可用性好的原則，能夠在所有主流的桌面和移動平臺高效的運(yùn)作。支持插件擴(kuò)展，擁有漂亮、易用的API文檔和一個簡單的、可讀的源代碼。

4.2.2? ? 壓縮算法。由于系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)傳輸量較大，系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)傳輸做了大量的優(yōu)化。如針對數(shù)據(jù)量傳輸較大的文件，采用壓縮算法。衛(wèi)星云圖網(wǎng)絡(luò)傳輸采用圖片壓縮算法進(jìn)行處理后傳輸，由于每張衛(wèi)星云圖約1 000 kb，如果多張云圖通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，速度則會大幅下降，使用壓縮算法base64后傳輸速度明顯提升。雷達(dá)拼圖同樣升級采用壓縮算法，以保證傳輸速度和運(yùn)行穩(wěn)定性。

5? ? 結(jié)語

榆林新一代氣象信息發(fā)布系統(tǒng)解決了現(xiàn)有的多媒體終端產(chǎn)品平臺一體化的問題，系統(tǒng)以榆林市氣象數(shù)據(jù)分析處理環(huán)境為支撐，穩(wěn)定性大大加強(qiáng)。氣象信息發(fā)布由原來的人工被動參與，變?yōu)橄到y(tǒng)主動調(diào)取數(shù)據(jù)產(chǎn)品。Android終端發(fā)布系統(tǒng)在智能電視的應(yīng)用，實現(xiàn)了氣象實況、預(yù)報、預(yù)警等多源氣象信息的實時自動發(fā)布[3-4]。系統(tǒng)建設(shè)實現(xiàn)了基于位置的氣象信息服務(wù)，其智能化、精細(xì)化水平大幅提高。目前，已在地方部門、能源化工企業(yè)、交通運(yùn)輸部門投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，為政府、企業(yè)提供直通式、精準(zhǔn)化的氣象服務(wù)，收效良好。系統(tǒng)的建設(shè)對提升榆林智慧氣象工作具有積極意義。后期，將根據(jù)運(yùn)行情況和用戶反饋對系統(tǒng)功能及顯示界面進(jìn)一步優(yōu)化完善，全面提高系統(tǒng)的可用性。

6? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 王瑩，何珊，彭斯琪.一鍵式氣象預(yù)報預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].氣象研究與應(yīng)用，2018，39（4）：30.

[2] 馬鋒，韓姍姍，萬慧，等.榆林現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精細(xì)化服務(wù)平臺研究與設(shè)計[J].陜西氣象，2018（6）：48.

[3] 徐劍平，楊可棟，封雅瓊.基于Android系統(tǒng)的氣象信息發(fā)布終端設(shè)計與實現(xiàn)[J].氣象水文海洋儀器，2016（3）：88.

[4] 吳韶華.馬鞍山市水產(chǎn)氣象信息服務(wù)平臺建設(shè)構(gòu)想[J].農(nóng)技服務(wù)，2017，34（14）：62-63.