高速交警專用氣象手機客戶端APP的設(shè)計與實現(xiàn)

陳浩 羅希昌 張亞 孫添

（安徽省公共氣象服務(wù)中心 安徽省合肥市 230011）

我國高速公路氣象信息系統(tǒng)起步較晚但是發(fā)展迅速，并且各省均取得較好的成果：2009年，河北根據(jù)境內(nèi)安裝的43 套氣象觀測站，開發(fā)了交通氣象監(jiān)測及信息服務(wù)系統(tǒng)，然而并未達到全省覆蓋[3]；楊忠恩等人建立了移動互聯(lián)網(wǎng)的交通氣象服務(wù)系統(tǒng)，但沒有考慮溫度對高速交通道路的影響且系統(tǒng)與用戶之間的交互性不強[4]。

本文基于移動端的高速氣象服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合了智能客戶端、地理信息系統(tǒng)（GIS）、計算機遠程通信等技術(shù)，將高速氣象的數(shù)據(jù)進行整合集成做成可視化的移動端系統(tǒng)。本系統(tǒng)有著多要素、精細化、格點數(shù)據(jù)的支撐，結(jié)合精細化、網(wǎng)格化的地理數(shù)據(jù)信息能夠提供定時、定量、定點精準服務(wù)。本系統(tǒng)采用Android 開發(fā)語言，具有很強的跨平臺性、操作方便，交警只需要一部手機（刪除），極大提高了交警部門對惡劣氣象信息及預(yù)警的快速接收和處置能力，實現(xiàn)了道路交通現(xiàn)場和指揮中心的有效互動。

1 總體設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)符合面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-Oriented Architecture）基于移動端的高速氣象服務(wù)系統(tǒng)采用C/S 的開發(fā)架構(gòu)SOA 理念，采用層次化的設(shè)計模式，保證了系統(tǒng)具有很強的可擴展性、可移植性、可維護性。系統(tǒng)的總體框架圖如圖1 所示，基于移動端的高速氣象服務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)總體框架包括戶層包括辦公PC、智能移動設(shè)備、指揮中心管理平臺。其中基礎(chǔ)支撐層提供基礎(chǔ)支撐，包括逐小時逐公里的精細化氣象預(yù)報、各類實況觀測資料、地理信息和其他基礎(chǔ)信息構(gòu)成的綜合數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)服務(wù)層根據(jù)預(yù)報結(jié)果和最新實況資料，結(jié)合數(shù)學模型和經(jīng)驗制作各類交通氣象服務(wù)產(chǎn)品和預(yù)警信息，并通過統(tǒng)一服務(wù)平臺向不同渠道發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)接入層是溝通終端和服務(wù)平臺的橋梁，為用戶提供安全的網(wǎng)絡(luò)連接和通信。終端用戶層可以是移動互聯(lián)網(wǎng)中的智能設(shè)備，如手機、平板等，可以是辦公PC 及各類信息發(fā)布設(shè)備，也可以是用戶自有的系統(tǒng)接口。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 調(diào)度指令交互傳遞技術(shù)

利用基于位置的服務(wù)(Location Based Services，LBS)技術(shù)和無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)高速交警調(diào)度指令上下交互。客戶端設(shè)計了現(xiàn)場視頻、圖片等信息的實時上傳，以及指揮中心的指令廣播和單點下發(fā)等功能，滿足了高速交警日常業(yè)務(wù)中采集第一手現(xiàn)場信息的需求。此外客戶端還設(shè)計了基于自動定位功能的服務(wù)應(yīng)用，如智能導(dǎo)航、電子簽到、在崗位置查看等，使其融入到高速交警的日常業(yè)務(wù)中去，增加用戶的使用頻率。

2.2 精準推送SDK實現(xiàn)消息通知（PUSH技術(shù)）

受限于Android 系統(tǒng)，APP 后臺存活時間一直受限制，用戶也不可能將應(yīng)用放在前臺運行，從節(jié)約用戶手機電量和網(wǎng)絡(luò)流量角度考慮，也不可能采用輪詢的方式保持APP 和服務(wù)端的連接，因此采用PUSH 技術(shù)最佳方案。為保證預(yù)警和指令信息能及時發(fā)送到客戶端，IOS 版本采用了官方APNs 推送服務(wù)，因為Android 官方的推送服務(wù)GCM 在國內(nèi)無法使用，因此Android 版本的APP 采用了第三方消息推送服務(wù)，客戶端只需要導(dǎo)入第三方提供的lib 庫，有第三方管理長連接，負責消息的接收/發(fā)送，同時對消息都有比較詳細的報表數(shù)據(jù)，可以用于做數(shù)據(jù)分析、挖掘，改善用戶體驗，有效解決了消息推送問題。

圖1：系統(tǒng)的總體框架圖

圖2：數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)圖

2.3 LBS基于位置的服務(wù)技術(shù)

基于位置的服務(wù)(Location Based Services，LBS)是將移動通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)合起來，采用多種定位技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)交叉融合的信息服務(wù)模式，可以向終端用戶提供位置信息，集成各種與位置相關(guān)的業(yè)務(wù)。高速氣象安全衛(wèi)士APP 通過實時獲取警員位置并同步到服務(wù)端，服務(wù)端根據(jù)位置信息自動推送周邊天氣實況和預(yù)警信息。指揮中心還可以根據(jù)位置信息準確掌握警力布置情況，實現(xiàn)電子簽到等功能。

2.4 數(shù)據(jù)管理

基于移動端的高速氣象服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、綜合氣象數(shù)據(jù)庫、交通氣象專題數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)庫，其中數(shù)據(jù)類型分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)三大類型?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)庫中的自動站氣象站各種氣象要素的實時和歷史數(shù)據(jù)、交通部門的站點數(shù)據(jù)等屬于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中的云圖、雷達以及模式預(yù)報的輸出的柵格數(shù)據(jù)及綜合氣象數(shù)據(jù)庫中的各種氣象要素的網(wǎng)格數(shù)據(jù)屬于半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)針對氣象數(shù)據(jù)類型的特點，從實際需求出發(fā)，設(shè)計出一套基于云分布式存儲技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲方法，結(jié)構(gòu)圖見圖2。

3 功能設(shè)計與實現(xiàn)

高速氣象安全衛(wèi)士APP 按功能類型的不同大致可分為5 大個功能模塊，總體功能如圖3 所示。分別是實況數(shù)據(jù)查看、預(yù)報信息接收、服務(wù)材料查看、拍照上傳、用戶設(shè)置。

3.1 實況數(shù)據(jù)查看

實況數(shù)據(jù)查看功能融合了MLS(移動位置服務(wù))[5]和GIS 系統(tǒng)技術(shù)。采用MLS(移動位置服務(wù))以電子地圖的形式實時顯示用戶的位置，保留了GIS 系統(tǒng)的基本地圖操作，如：拖移、放大、縮小、全圖、羅盤導(dǎo)航、圖層控制等[6]?；谝苿佣说母咚贇庀蠓?wù)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶所在位置或設(shè)置的關(guān)心路段和站點，實時顯示周邊范圍內(nèi)交通氣象站的觀測資料，點擊圖標可顯示該自動站當前觀測信息。

3.2 預(yù)報信息接收

預(yù)報信息接收功能顯示預(yù)報預(yù)警信息，分為短期天氣預(yù)報、大霧監(jiān)測預(yù)警、路面濕滑指數(shù)預(yù)報、橫風風險預(yù)警、爆胎指數(shù)預(yù)警。預(yù)報為全省概況每天更新三次；預(yù)警為0-6 小時短時預(yù)警和0-30 分鐘臨近預(yù)警，不定時發(fā)布。

3.3 服務(wù)材料查看

服務(wù)材料查看功能顯示“高速公路氣象服務(wù)日報、旬報、月報，預(yù)評估報告和交通氣象服務(wù)專報5 類服務(wù)材料。每類材料默認顯示最新的10 條，點擊查看時程序會檢查是否已下載或者緩存文件是否存在，有則顯示本地文件，沒有則從服務(wù)端下載。

3.4 信息上傳及指令功能

該功能實現(xiàn)了警員和指揮中心之間實時信息互動，用戶可以拍攝現(xiàn)場照片、視頻或選擇照片、視頻等實時上傳到指揮中心，上傳信息中自動添加了經(jīng)緯度信息。指揮中心能夠第一時間掌握現(xiàn)場情況，滿足了交警指揮中心采集現(xiàn)場信息的需求，從而可以更好地進行指揮調(diào)度。同時通過指令功能，指揮中心可以批量或單獨對APP下達指令信息，實現(xiàn)了日常業(yè)務(wù)管理信息的有效互動。

3.5 用戶自定義設(shè)置

用戶設(shè)置功能可以實現(xiàn)賬號信息可以對賬號進行修改注冊，維護個人信息。提醒設(shè)置可以設(shè)置聲音提醒的方式。針對于能見度、溫度、雨量、風速設(shè)置提醒閾值。路段設(shè)置可以設(shè)置需要提醒的路段，實現(xiàn)了“分區(qū)、分眾”的個性化交通氣象服務(wù)。檢查更新及數(shù)據(jù)維護可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，具有可維護性。

4 創(chuàng)新點

高速氣象安全衛(wèi)士APP 針對高速交通氣象管理部門量身定做，以智能移動終端為載體，將交通氣象服務(wù)延伸了每個管理人員手中，實現(xiàn)了“服務(wù)內(nèi)容按需定制、氣象信息精準推送、應(yīng)急指令交互傳遞”，在2015年度“工商銀行杯”安徽省信息十件大事評選中被評為信息化創(chuàng)新產(chǎn)品。

圖3：系統(tǒng)總體功能圖

5 結(jié)論與展望

基于移動端的高速氣象服務(wù)系統(tǒng)可以以自主配置的形式向高速交警提供高速公路沿線自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)報預(yù)警信息、氣象服務(wù)產(chǎn)品的個性化定制，減少了群發(fā)信息造成的干擾，同時客戶端根據(jù)消息啟動數(shù)據(jù)下載、告警等動作行為，降低了客戶端程序?qū)κ謾C資源和網(wǎng)絡(luò)流量的消耗，提升了用戶體驗，實現(xiàn)了精細化、人性化服務(wù)?？蛻舳四軐崿F(xiàn)現(xiàn)場視頻、圖片等信息的實時上傳，以及指揮中心的指令廣播和單點下發(fā)等功能，有效的提高了交警隊惡劣天氣的有效應(yīng)對和快速處置能力?；谝苿佣说母咚贇庀蠓?wù)系統(tǒng)定義了高效的數(shù)據(jù)存儲及傳輸規(guī)范和統(tǒng)一的調(diào)用接口，易于移植推廣，只需簡單的數(shù)據(jù)適配即可無縫應(yīng)用到其他省市和地區(qū)的交通氣象服務(wù)業(yè)務(wù)中，客戶端的架構(gòu)和設(shè)計理念也可應(yīng)用到其他專業(yè)氣象服務(wù)中，具有廣闊的應(yīng)用前景和較高的推廣價值。