基于Java的氣象管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭俊峰 李垚周

摘要：在信息量劇增的時代，我們需要從數(shù)據(jù)中獲取信息來分析和預(yù)測天氣情況，因此設(shè)計(jì)基于Java的氣象管理系統(tǒng)，采用B/S模式，并運(yùn)用Java語言完成編寫，系統(tǒng)主要包含三個模塊，分別為天氣預(yù)報(bào)模塊、自然災(zāi)害預(yù)警模塊、全局觀測模塊等。該系統(tǒng)為城市提供氣象信息支持，在預(yù)防城市發(fā)生自然災(zāi)害中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：氣象系統(tǒng);天氣預(yù)報(bào);自然災(zāi)害

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0066-03

在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的推動下，信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，而數(shù)據(jù)的合理利用能為城市、政府、企業(yè)提供強(qiáng)有力的幫助。在互聯(lián)網(wǎng)時代，各行各業(yè)都在蓬勃發(fā)展，對于城市而言，隨著5G時代的來臨，氣象數(shù)據(jù)越來越豐富，氣象服務(wù)的內(nèi)容越來越廣泛，數(shù)據(jù)傳播的方式通過采集、過濾、傳遞、存儲等過程進(jìn)行展示。但隨著氣象類型的增多，信息數(shù)據(jù)的格式發(fā)生變換，傳統(tǒng)的氣象系統(tǒng)無法真正利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、清洗，使某些城市天氣出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況，針對這些問題，如何能將當(dāng)前所有氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)確收集起來，并合理利用成為當(dāng)前各城市在預(yù)防工作中需要面對的問題。

如今已進(jìn)入5G互聯(lián)網(wǎng)時代，天氣預(yù)測雖然在十年前就已經(jīng)被使用，但現(xiàn)如今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，通過氣象系統(tǒng)+5G互聯(lián)的模式使天氣數(shù)據(jù)能得到更加合理的利用，這樣可以使用戶得到更加精準(zhǔn)的氣象信息和內(nèi)容，進(jìn)而改善城市天氣不精準(zhǔn)問題，使智能氣象服務(wù)更智能化。

因此本文設(shè)計(jì)基于javaWeb的氣象管理系統(tǒng)，通過天氣預(yù)報(bào)模塊將提取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分析出精準(zhǔn)的氣象情況，供用戶進(jìn)行查看，同時包含自然災(zāi)害預(yù)警模塊、全局觀測模塊、其他用戶和權(quán)限模塊以及日志管理模塊等。

1系統(tǒng)開發(fā)

1.1Java技術(shù)概述

Java是由詹姆斯·高斯林所創(chuàng)建，到目前為止，已經(jīng)成為世界上排名前三的計(jì)算機(jī)編程語言，在國內(nèi)，被知名的互聯(lián)網(wǎng)公司阿里巴巴、京東等大型公司作為底層代碼所使用，并且在Hadoop生態(tài)圈，Java也被大數(shù)據(jù)領(lǐng)域如Kafka、Flume等作為底層語言。

Java作為一種面向?qū)ο笳Z言，具有三大特性，即封裝、繼承、多態(tài)。這三種特性保證了代碼之間的高內(nèi)聚低耦合，對比面向過程語言更加簡潔易懂。同時，Java之所以被廣泛使用是因?yàn)槠鋬?nèi)部獨(dú)有的Java虛擬機(jī)JVM，它保證了Java代碼可以在任何平臺上使用，具有跨平臺的作用，并且Java擁有垃圾回收機(jī)制，它發(fā)生在JVM的堆內(nèi)存中，垃圾回收機(jī)制擁有多種算法，可以保證創(chuàng)建的對象被合理清理。不需要向C++那樣，進(jìn)行手動清理，釋放內(nèi)存。

1.2MVC技術(shù)概述

MVC模式（Model-View-Controller）又被稱作三層架構(gòu)模式，它是軟件工程中的體系架構(gòu)模型，它將系統(tǒng)分為三個部分，即視圖層、模型層和控制器。

MVC將整個系統(tǒng)的代碼按照邏輯進(jìn)行劃分，它將業(yè)務(wù)邏輯、基本數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序接口可視化分開的方式組織集成代碼，并將大量的業(yè)務(wù)邏輯合并到一個特定的部分。在不需要重寫業(yè)務(wù)邏輯代碼的情況下，減少編碼時間和工作負(fù)載，同時調(diào)整接口和用戶交互的改進(jìn)和規(guī)范。

在視圖層，將數(shù)據(jù)由控制器傳到視圖層，即用戶所看到的WEB前端頁面，通過視圖將HTML，CSS樣式進(jìn)行渲染，模型層包含邏輯Service層和數(shù)據(jù)訪問Dao層，主要負(fù)責(zé)將前端傳過來的代碼進(jìn)行邏輯處理，并在數(shù)據(jù)庫中查到對應(yīng)的數(shù)據(jù)，最終返回給前端。MVC模式在氣象管理系統(tǒng)的模型圖如圖1所示。

2需求分析

2.1系統(tǒng)分析

為了更好地服務(wù)于城市和用戶，提高城區(qū)氣象服務(wù)水平，依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)模式，提出應(yīng)用于城市與用戶的氣象管理系統(tǒng)建設(shè)。該氣象管理系統(tǒng)分為三個重要模塊，分別為天氣預(yù)報(bào)模塊、自然災(zāi)害預(yù)警模塊、全局觀測模塊等，利用這些模塊提高城區(qū)氣象信息的準(zhǔn)確性。

2.2天氣預(yù)報(bào)管理需求

天氣預(yù)報(bào)模塊主要進(jìn)行天氣預(yù)測、預(yù)測預(yù)警、雨量檢測、交通氣象、雷雪天氣、實(shí)時監(jiān)控的維護(hù)，可以查看到各城市的天氣資訊、風(fēng)速、風(fēng)向等情況。

預(yù)測預(yù)警主要對各城市的天氣進(jìn)行1小時、4小時、7小時、12小時、一天、兩天、一周等天氣進(jìn)行實(shí)時修正，系統(tǒng)中會具體顯示出檔期天氣的符號、風(fēng)速、風(fēng)力、溫度、濕度、空氣質(zhì)量等，還可以查看未來一周的天氣情況，并顯示最高氣溫和最低氣溫。

2.3自然災(zāi)害模塊需求

突發(fā)自然災(zāi)害，相對于城區(qū)而言是突然爆發(fā)強(qiáng)降雨、雷電、山體滑坡、洪流等自然災(zāi)害，該模塊針對突發(fā)情況需對該城市進(jìn)行不定時快速更新訊息，顯示自然災(zāi)害預(yù)警圖標(biāo)、級別、內(nèi)容以及大致的持續(xù)時間等。并且可以查看發(fā)布信息的具體時間、日期、狀態(tài)等。

2.4全局觀測模塊需求

全局觀測模塊由衛(wèi)星云圖、雷達(dá)監(jiān)測資料、氣象信息實(shí)況資料，降雨資料等數(shù)據(jù)構(gòu)成，用于全局觀測衛(wèi)星云圖的天氣情況、并且對給定城市的天氣進(jìn)行實(shí)時雷達(dá)拍攝，每5分鐘形成一張圖片。并可以對形成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣象管理系統(tǒng)主要服務(wù)于城區(qū)和用戶，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，將從系統(tǒng)架構(gòu)、重要功能模塊、數(shù)據(jù)庫三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

氣象管理系統(tǒng)采用SpringMVC框架、Spring框架、Mybatis框架對系統(tǒng)后端進(jìn)行集成，前端采用LayUI框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)持久層使用Mysql數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)緩存層使用Redis框架，同時使用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)進(jìn)行前后端頁面交互，將Tomcat設(shè)為本系統(tǒng)的輕量級服務(wù)器，考慮到系統(tǒng)訪問壓力過大時，出現(xiàn)訪問速度過慢等現(xiàn)象，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時采用Nginx進(jìn)行負(fù)載均衡，減輕單個服務(wù)器的訪問壓力。最后在層級上采用MVC三層架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2功能模塊設(shè)計(jì)

氣象管理系統(tǒng)在模塊設(shè)計(jì)上包含三個重要功能模塊和一個系統(tǒng)管理模塊，分別為天氣預(yù)報(bào)管理模塊、自然災(zāi)害管理模塊、全局探測管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。

天氣預(yù)報(bào)模塊在設(shè)計(jì)中根據(jù)三層架構(gòu)模式設(shè)計(jì)了Dao層、Service層、Controller層，Dao層負(fù)責(zé)和Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，Service負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯代碼的編寫、Controller層負(fù)責(zé)將查詢的結(jié)果返回給視圖層進(jìn)行解析。該模塊包含預(yù)報(bào)預(yù)警控制類ForAndEarlyWarningControUer，天氣預(yù)測控制類WeatherWarning-Controller，雨量監(jiān)測控制類RainNumberControUer，雷雪天氣控制類ThunderAndSnowController，交通氣象控制類TrafficMeteo-rologyController，實(shí)時監(jiān)控控制類ReaIMonitoringController，如表1所示。

自然災(zāi)害模塊包含山體滑坡、洪流、雷電等監(jiān)測子模塊，其中山體滑坡控制類為LandSlideController，涉及的方法有山體滑坡監(jiān)測LandSlideMoniter（）、山體滑坡類型LandSlideType（）、山體滑坡級別LandSlideGrade（），洪流控制類為TorrentController，方法包含洪流類型TorrentType（）、洪流等級TorrentCrade（）、雷電控制類為ThunderController，方法包含雷電類型ThunderType（）、雷電等級ThunderGrade（），其中包含的屬性有名稱、城市、年份、日期、級別、內(nèi)容、持續(xù)時間、圖標(biāo)。映射表如表2所示。

全局探測管理模塊包含衛(wèi)星云圖控制器SatelliteCloud-ChartController、雷達(dá)監(jiān)測控制器RadarMonitoringController，氣象信息控制器MeteorInformationController，以及導(dǎo)人導(dǎo)出方法，其中氣象信息拍攝的圖片全部存儲，根據(jù)上次發(fā)生的自然災(zāi)害情況，可以將信息數(shù)據(jù)全部導(dǎo)出來進(jìn)行分析，也可以將圖片進(jìn)行導(dǎo)入，進(jìn)行探測分析。映射表如表3所示。

系統(tǒng)管理模塊包含登錄功能、注冊功能、修改密碼功能，登錄功能包含用戶名、密碼、驗(yàn)證碼，驗(yàn)證碼根據(jù)阿拉伯?dāng)?shù)字隨機(jī)生成4位，當(dāng)其中一項(xiàng)輸入不合理時，系統(tǒng)會提示輸入錯誤及其原因等。注冊功能會根據(jù)所在省份和城市按地區(qū)注冊，注冊信息可以通過手機(jī)號直接注冊，系統(tǒng)注冊成功后初始密碼為123456，可以通過修改密碼功能進(jìn)行修改。系統(tǒng)用戶分為超級管理員、管理員和用戶三級，每一級的權(quán)限都不相同，超級管理員具備最高權(quán)限，其他兩級具備對應(yīng)功能的權(quán)限。

3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

氣象管理系統(tǒng)通過對前期調(diào)研和需求分析之后，對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，主要涉及的表包含用戶表user、角色表role、日志表log、省市縣表city、天氣預(yù)報(bào)表weather-Forecast、自然災(zāi)害表naturalDisaster、全局探測表globalDetection、氣象數(shù)據(jù)分析表dataAnalysis等，數(shù)據(jù)表及其字段名如表4所示。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1開發(fā)環(huán)境

氣象管理系統(tǒng)所采用的開發(fā)環(huán)境如表5所示。

4.2系統(tǒng)部署

基于Java的氣象管理系統(tǒng)通過開源的服務(wù)器Tomcat進(jìn)行線上部署，部署成功后，可以根據(jù)不同用戶進(jìn)行訪問，如需要實(shí)現(xiàn)各國各地進(jìn)行訪問，則需將該系統(tǒng)部署到共有網(wǎng)絡(luò)中，可以購買阿里云或者騰訊云等服務(wù)器。

5結(jié)論

本文運(yùn)用Java語言進(jìn)行編寫，采用瀏覽器/服務(wù)器模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于Java的氣象管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含三個重要功能模塊分別為天氣預(yù)報(bào)模塊、自然災(zāi)害模塊、全局觀測模塊、通過這些模塊用戶可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時查看所在城市當(dāng)前及未來的天氣情況，并能通過自然災(zāi)害模塊的分析查看是否發(fā)生山體滑坡、洪流等自然災(zāi)害。該系統(tǒng)可通過IP地址直接訪問，便于系統(tǒng)維護(hù)，極大地提高了系統(tǒng)的安全性。

本系統(tǒng)下一步在針對自然災(zāi)害模塊和全局觀測模塊添加echar圖形分析和模塊化的日志管理等功能，使之系統(tǒng)功能更加完善。