基于阿里云的氣象資料查詢服務(wù)系統(tǒng)研究

丁雨鑫 王偉 方楠 史珩瑜

摘? 要： 針對浙江氣象證明業(yè)務(wù)中缺乏客觀、統(tǒng)一的資料查詢工具問題，搭建基于阿里云的氣象資料查詢服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣象要素查詢、氣象證明生成等功能，為氣象證明業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支持服務(wù)，提高氣象為民服務(wù)效率和質(zhì)量。該系統(tǒng)充分利用阿里云的高可靠性、高擴(kuò)展性等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的彈性動態(tài)調(diào)整，解決了系統(tǒng)在災(zāi)害性天氣期間的突發(fā)訪問量問題。

關(guān)鍵詞： 氣象證明; 阿里云; 氣象資料查詢; 數(shù)據(jù)支持

Abstract： In view of the lack of objective and unified data query tools in Zhejiang meteorological certification business， a meteorological data query service system based on Alibaba cloud is built to realize the functions of meteorological element query and meteorological certificate generation， providing data support services for meteorological certification business and improving the efficiency and quality of meteorological services for the people. The system makes full use of Alibaba cloud's features of high reliability， high scalability and the others to realize the flexible dynamic adjustment of system resources， which solves the problem of burst access during the disastrous weather.

0 引言

自2016年底，浙江首次提出“最多跑一次”改革，到2019年，全面推動“最多跑一次”改革向公共服務(wù)等領(lǐng)域延伸擴(kuò)面，浙江氣象部門積極響應(yīng)，在氣象服務(wù)領(lǐng)域不斷深入地挖掘用戶需求，致力于解決為企業(yè)和群眾辦事“最后一公里”問題[1]。

氣象證明，是在公眾財(cái)產(chǎn)因氣象災(zāi)害受損，進(jìn)入保險(xiǎn)理賠程序，需要向保險(xiǎn)公司提供的證明氣象災(zāi)害發(fā)生的材料[2]。在浙江省氣象證明業(yè)務(wù)中，公眾可以通過“浙江省政務(wù)服務(wù)網(wǎng)”完成氣象證明的網(wǎng)上申請，流程簡單，申請方便。但是對于氣象業(yè)務(wù)人員和保險(xiǎn)公司而言，仍缺乏一個(gè)查詢工具進(jìn)行數(shù)據(jù)支持服務(wù)。

對氣象業(yè)務(wù)人員而言，接收到氣象證明申請后，需借助其他手段選擇與事發(fā)地鄰近的氣象站點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢事發(fā)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的氣象要素值，需人工選擇事發(fā)地鄰近站點(diǎn)，存在一定主觀性和隨機(jī)性，且查詢便捷度不高。對保險(xiǎn)公司而言，除紙質(zhì)的氣象證明以外，沒有獲取氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的渠道，無法進(jìn)行核實(shí)驗(yàn)證，盡管部分省份支持媒體報(bào)道作為氣象災(zāi)害發(fā)生證明，但仍難以反映局地性的氣象災(zāi)害發(fā)生情況。

基于以上現(xiàn)狀，通過整合氣象數(shù)據(jù)資源，擬基于阿里云搭建氣象資料查詢平臺，為氣象證明業(yè)務(wù)解決“最后一公里”問題。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣象資料便捷查詢、氣象證明自動生成等功能，并充分利用阿里云的彈性擴(kuò)容服務(wù)，解決系統(tǒng)突發(fā)訪問量問題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

1 云計(jì)算和阿里云

1.1 云計(jì)算

云計(jì)算是分布式計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模資源管理等技術(shù)的融合與發(fā)展，其核心思想是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源池向用戶按需服務(wù)。云計(jì)算的特點(diǎn)可歸納為：彈性服務(wù)、資源池化、按需服務(wù)、服務(wù)可計(jì)費(fèi)和泛在接入。這5個(gè)特性使得用戶只需要連上互聯(lián)網(wǎng)就可以源源不斷地使用計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)即計(jì)算機(jī)”的構(gòu)想[3]。

根據(jù)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施擁有、管理、使用和部署場所等不同，可以將云計(jì)算部署模式劃分為私有云、公有云和混合云。私有云是由企業(yè)和組織單獨(dú)擁有和使用的;公有云是由若干用戶或企業(yè)共享的;混合云則是公有云和私有云的混合形式[4]。

1.2 阿里云

阿里云是阿里巴巴集團(tuán)打造的一款公共、開放的云計(jì)算服務(wù)平臺，其計(jì)算存儲地域包含青島、北京、杭州等地，擁有全國最大內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN），遍布全國700多個(gè)節(jié)點(diǎn)，提供多線的BGP骨干網(wǎng)接入和CN2高速網(wǎng)絡(luò)[5]。

基于阿里云自身的系統(tǒng)，對外提供了包括彈性計(jì)算服務(wù)（ECS）、負(fù)載均衡服務(wù)（SLB）、對象存儲服務(wù)（OSS）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)（RDS）、開放結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)（OTS）、大數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)（ODPS）等多種服務(wù)。這些服務(wù)具有可靠性強(qiáng)、可用性高、規(guī)?？缮炜s等特點(diǎn)，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

氣象資料查詢系統(tǒng)是以阿里云服務(wù)為載體，依托氣象數(shù)據(jù)資源，面向氣象和保險(xiǎn)業(yè)務(wù)人員提供數(shù)據(jù)支持服務(wù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足以下方面的要求。

⑴ 應(yīng)用云化環(huán)境。系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)采集、處理、存儲等過程均采用阿里云的各項(xiàng)服務(wù)，充分利用阿里云彈性擴(kuò)容服務(wù)、負(fù)載均衡等功能，徹底解決系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)高突發(fā)訪問量的響應(yīng)瓶頸。

⑵ 數(shù)據(jù)安全訪問。系統(tǒng)涉及的氣象數(shù)據(jù)資料主要存在于氣象內(nèi)網(wǎng)中，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)不能對外公開。數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加工后，通過物理手段、軟件封裝、用戶權(quán)限管理等方式被安全傳輸和訪問。

⑶ 訪問操作方便快捷。系統(tǒng)部署在互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用終端主要是PC瀏覽器，系統(tǒng)需自動判別應(yīng)用終端的瀏覽器版本，并推送與之適應(yīng)的系統(tǒng)界面及其功能。界面操作方便快捷，保證用戶友好性。

⑷ 行業(yè)專業(yè)有保障。系統(tǒng)以服務(wù)保險(xiǎn)行業(yè)和氣象行業(yè)為基礎(chǔ)，整合準(zhǔn)確、可靠的氣象數(shù)據(jù)源，根據(jù)行業(yè)需求，制定查詢規(guī)則，保證權(quán)威性，滿足保險(xiǎn)行業(yè)多險(xiǎn)種的不同查詢要求，滿足氣象行業(yè)核實(shí)氣象信息快捷方便的需求。

浙江省氣象資料查詢服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)以彈性計(jì)算服務(wù)器（ECS）為載體，為系統(tǒng)提供彈性運(yùn)行環(huán)境，解決以往系統(tǒng)開發(fā)和部署時(shí)構(gòu)建和管理硬件資源的困擾。多臺ECS服務(wù)器構(gòu)建成分布式應(yīng)用集群，通過Web方式為系統(tǒng)提供服務(wù)。開放存儲服務(wù)（OSS）和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)（RDS）為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，其中，OSS支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的海量文件存儲，RDS支持系統(tǒng)所需的MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，并提供彈性伸縮等服務(wù)[6]。

系統(tǒng)面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，利用鏈路負(fù)載均衡（SLB）和API網(wǎng)關(guān)，設(shè)置虛擬IP，把位于同一數(shù)據(jù)中心的多臺云服務(wù)器虛擬成一個(gè)高性能、高可用的應(yīng)用服務(wù)池，再根據(jù)應(yīng)用特性，把來自用戶的網(wǎng)絡(luò)請求分發(fā)到云服務(wù)池中。

系統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)通過VPN專線進(jìn)行訪問，并加固VPN網(wǎng)關(guān)。訪問時(shí)通過專有網(wǎng)絡(luò)VPC，隔離了虛擬網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，會加上封裝，帶有專有VPC的唯一ID標(biāo)識，然后進(jìn)行傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院退矫苄訹7]。

2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

氣象資料查詢系統(tǒng)由用戶管理模塊、氣象數(shù)據(jù)模塊、氣象查詢模塊、氣象證明模塊四部分組成。其中，氣象數(shù)據(jù)模塊實(shí)現(xiàn)了事發(fā)地鄰近觀測資料選擇和多數(shù)據(jù)源的跨表聯(lián)合查詢。氣象查詢模塊實(shí)現(xiàn)web端界面搭建、事發(fā)地定位等功能，。氣象證明模塊提供了氣象證明的生成、查看、刪除功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

氣象資料查詢系統(tǒng)由用戶管理模塊、氣象數(shù)據(jù)模塊、氣象查詢模塊、氣象證明模塊四部分組成，系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

3.1 用戶管理模塊

為保證系統(tǒng)安全，用戶管理模塊加強(qiáng)了對用戶賬號管理和權(quán)限管理。用戶申請開通賬號需審核身份證明材料。用戶權(quán)限管理模塊，實(shí)行分類管理，不同單位間若無業(yè)務(wù)往來，則不能查看對方的查詢記錄。保險(xiǎn)用戶登錄系統(tǒng)后，生成的查詢記錄會提交到查詢地所屬的氣象部門，若為復(fù)雜記錄查詢，則需要該地的氣象業(yè)務(wù)人員進(jìn)行分析，核實(shí)天氣現(xiàn)象后，填入查詢結(jié)果。

3.2 氣象數(shù)據(jù)模塊

氣象數(shù)據(jù)模塊所涉及的數(shù)據(jù)庫主要存在于氣象部門內(nèi)網(wǎng)中，且數(shù)據(jù)源涉及SQL Server和MySQL兩類數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)采用MyBatis與spring的集成，實(shí)現(xiàn)對多數(shù)據(jù)源、跨表聯(lián)合查詢，使用簡單的XML和注解來配置和映射基本數(shù)據(jù)類型、Map接口和POJO到數(shù)據(jù)庫記錄，在保證數(shù)據(jù)存儲準(zhǔn)確的同時(shí)提高了效率。通過物理專線進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫訪問，保證數(shù)據(jù)的安全。

3.3 氣象查詢模塊

3.3.1 查詢方式選擇模塊

根據(jù)目前實(shí)際業(yè)務(wù)辦理情況，將系統(tǒng)功能可分為簡單的實(shí)況數(shù)據(jù)查詢和較為復(fù)雜的氣象條件分析。具體功能定位介紹如下。

⑴ 簡單的實(shí)況數(shù)據(jù)查詢。實(shí)現(xiàn)氣象用戶和保險(xiǎn)用戶查詢氣象資料、打印存檔等功能。查詢規(guī)則為以事發(fā)地為中心搜索鄰近站點(diǎn)，以最大化滿足賠付條件為原則，篩選氣象要素值/累計(jì)值，從而確定最終的查詢結(jié)果。

⑵ 較為復(fù)雜的氣象條件分析。該功能是由保險(xiǎn)用戶提交復(fù)雜條件申請后，由氣象用戶進(jìn)行綜合氣象分析，給出結(jié)論。

3.3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)前端采用HTML 5的技術(shù)框架，并使用LeafLet輕量級地圖類庫實(shí)現(xiàn)地理信息的顯示和分析。用戶選擇事發(fā)地可以用三種模式，直接在地圖上點(diǎn)擊進(jìn)行地址選擇，輸入站號或者經(jīng)緯度進(jìn)行檢索，點(diǎn)擊確定按鈕后，都會在地圖上顯示具體位置。系統(tǒng)后臺接收到用戶所需查詢的信息后，如果是站號檢索，則直接查詢該站的信息，如果是經(jīng)緯度，則尋找距離該經(jīng)緯度最近站點(diǎn)的信息。

若是簡單查詢，可立即查看查詢結(jié)果，查詢時(shí)間基本在0.1-2s以內(nèi)。若是復(fù)雜天氣查詢，則需要?dú)庀髽I(yè)務(wù)人員填入復(fù)雜天氣分析結(jié)果。

3.4 氣象證明模塊

在查詢結(jié)果界面，點(diǎn)擊生成證明，可生產(chǎn)PDF格式的氣象證明查詢單。系統(tǒng)后臺采用Aspose.Words的Mail merge功能，該功能允許一個(gè)文檔模板從一個(gè)數(shù)據(jù)源中提取關(guān)鍵字段，替換模板中的內(nèi)容，生成多個(gè)文檔。通過制定統(tǒng)一模板的氣象證明查詢單，保證系統(tǒng)生成的查詢結(jié)果具有規(guī)范性、權(quán)威性。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

系統(tǒng)主界面如圖4所示，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，應(yīng)用效果十分明顯。在臺風(fēng)“利奇馬”期間，訪問量達(dá)常規(guī)訪問量的近100倍，在接近訪問帶寬的極限值時(shí)，及時(shí)地應(yīng)用云服務(wù)的彈性擴(kuò)容進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，輕松的應(yīng)對突發(fā)訪問量的沖擊。系統(tǒng)于2019年5月1號上線，面向全省推廣，截止2019年11月25日，擁有361位用戶，其中省市縣氣象部門用戶82位，保險(xiǎn)公司用戶279位，累積辦件量8794件。

5 結(jié)束語

本文通過浙江省氣象資料查詢服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)踐，介紹了系統(tǒng)基于阿里云平臺的整體架構(gòu)、功能需求和實(shí)現(xiàn)原理，解決了氣象資料查詢工具缺失的問題、氣象內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的安全訪問問題、系統(tǒng)在突發(fā)訪問量劇增時(shí)的性能瓶頸等問題。目前系統(tǒng)已投入實(shí)際業(yè)務(wù)使用，收到了良好的社會效益，提升了氣象為民服務(wù)質(zhì)量。

下一步的工作，將在提高系統(tǒng)服務(wù)精準(zhǔn)度方面繼續(xù)開展研究。包括完善氣象數(shù)據(jù)源，覆蓋更多的氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品，提高系統(tǒng)查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性;用智能分析代替復(fù)雜天氣查詢中的人工分析環(huán)節(jié)，提升系統(tǒng)服務(wù)信息化、智能化和客觀性。

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