基于CIMISS的太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉燕 趙武

摘 要：太行山是我國(guó)重要的山脈和地理分界線(xiàn)，地形復(fù)雜，具有獨(dú)特的山區(qū)氣候特征，導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣等氣象災(zāi)害多發(fā)，制約了該區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。太行山氣象防災(zāi)減災(zāi)協(xié)作區(qū)跨河南、河北、山西、山東四個(gè)省，包括12個(gè)地市。由于協(xié)作區(qū)位于四省交界地帶，各地市所在省份開(kāi)發(fā)的決策服務(wù)系統(tǒng)一般針對(duì)本省，因此至今沒(méi)有針對(duì)本協(xié)作區(qū)天氣特點(diǎn)的專(zhuān)門(mén)氣象信息共享系統(tǒng)。安陽(yáng)、邢臺(tái)等多個(gè)地市氣象局基于CIMISS聯(lián)合開(kāi)發(fā)了太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)，為太行山協(xié)作區(qū)各地市的預(yù)報(bào)預(yù)警及決策服務(wù)工作提供了參考，對(duì)協(xié)作區(qū)成員單位的防災(zāi)減災(zāi)能力提升具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：CIMISS;信息共享;WebGIS;太行山;聯(lián)防

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0022-03

Abstract： Taihang Mountain is an important mountain range and geographical boundary in China， with complex terrain and unique mountain climate characteristics， which leads to frequent meteorological disasters such as severe convective weather and restricts the economic and social development of the region. Taihang Mountain meteorological disaster prevention and mitigation cooperation zone covers four provinces including Henan， Hebei， Shanxi and Shandong， including 12 cities. Because the cooperation area is located in the junction of four provinces， the decision-making service system developed by the provinces where the cities are located is generally aimed at the own province， so far there is no special meteorological information sharing system for the weather characteristics of the cooperation area. Based on CIMISS， Anyang and Xingtai meteorological bureaus jointly developed the Taihang mountain area meteorological information sharing platform， which provides a reference for the prediction， early warning and decision-making services of all cities in Taihang Mountain cooperation area， and is of great significance to the improvement of disaster prevention and mitigation capacity of member units in the cooperation area.

Keywords： CIMISS;information sharing;WebGIS;Taihang Mountain;joint defense

太行山是我國(guó)重要的山脈和地理分界線(xiàn)，地形復(fù)雜，擁有獨(dú)特的山區(qū)氣候特征，強(qiáng)對(duì)流天氣等氣象災(zāi)害多發(fā)，制約了該區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。太行山氣象防災(zāi)減災(zāi)協(xié)作區(qū)跨河南、河北、山西、山東四個(gè)省，涉及12個(gè)地市。由于協(xié)作區(qū)位于四省交界地帶，各地市所在省份開(kāi)發(fā)的決策服務(wù)系統(tǒng)一般只適用于本省，至今沒(méi)有針對(duì)本協(xié)作區(qū)天氣特點(diǎn)的專(zhuān)門(mén)氣象信息共享系統(tǒng)。隨著氣象觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步、氣象數(shù)據(jù)種類(lèi)的增多以及公眾對(duì)氣象服務(wù)需求的提升，相對(duì)分散和獨(dú)立的數(shù)據(jù)應(yīng)用已經(jīng)制約了太行山氣象防災(zāi)減災(zāi)協(xié)作區(qū)氣象服務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展。

中國(guó)氣象局CIMISS的推廣和應(yīng)用以及省際氣象數(shù)據(jù)的共享為跨省協(xié)作區(qū)氣象信息共享平臺(tái)建設(shè)提供了數(shù)據(jù)支撐[1]。目前，河南省氣象臺(tái)已經(jīng)依托CIMISS系統(tǒng)建立了黃河流域氣象信息共享系統(tǒng)，湖北省氣象部門(mén)基于CIMISS開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)江流域氣象水文共享系統(tǒng)。安陽(yáng)、邢臺(tái)等多個(gè)地市氣象局基于CIMISS聯(lián)合開(kāi)發(fā)了太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)，為太行山協(xié)作區(qū)各地市的預(yù)報(bào)預(yù)警及決策服務(wù)工作提供了參考，對(duì)協(xié)作區(qū)成員單位的防災(zāi)減災(zāi)能力提升具有重要的意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用WebGIS技術(shù)，采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S架構(gòu)），依托現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)，以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、統(tǒng)一的CIMISS數(shù)據(jù)環(huán)境為支撐[2]，建立Web方式訪(fǎng)問(wèn)的太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)。

1.1 設(shè)計(jì)原則

太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要遵循以下原則[3]：一是便于共享，依托氣象部門(mén)新一通信網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)代化的通信技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)協(xié)作區(qū)各市、縣氣象局之間網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通以及氣象數(shù)據(jù)的共享;二是充分利用現(xiàn)有資源，依托CIMISS系統(tǒng)，引進(jìn)多省氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合FTP調(diào)取等方式建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng);三是保證可維護(hù)性，系統(tǒng)按模塊設(shè)計(jì)，共分站網(wǎng)分布、實(shí)況監(jiān)測(cè)、氣象服務(wù)、統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、系統(tǒng)管理5個(gè)模塊，便于系統(tǒng)管理和維護(hù);四是凸顯實(shí)用性，系統(tǒng)信息共享服務(wù)采用B/S框架，結(jié)合用戶(hù)習(xí)慣，界面友好、簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單、靈活。

1.2 總體框架

太行山區(qū)域氣象信息共享平臺(tái)采用組件化、分層次的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)上采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)，平臺(tái)的支撐環(huán)境由基礎(chǔ)硬件層、基礎(chǔ)軟件層組成，并且由基于以業(yè)務(wù)、技術(shù)、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系和運(yùn)維管理體系作為架構(gòu)上的保障和支撐。系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)包括太行山氣象協(xié)作區(qū)站網(wǎng)信息、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品、智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)、環(huán)保數(shù)據(jù)等，包括用戶(hù)信息數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等支撐數(shù)據(jù)，還包括平臺(tái)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的日志文件、配置文件等。

平臺(tái)的硬件環(huán)境如下：服務(wù)器端部署在安陽(yáng)市氣象局機(jī)房，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器1臺(tái)，Web服務(wù)器1臺(tái)。外地市通過(guò)氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)該系統(tǒng)。平臺(tái)的軟件環(huán)境如下：服務(wù)器端操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為SQL Server，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java和C#，采用模塊化進(jìn)行程序設(shè)計(jì)?？蛻?hù)端要求如下：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)版本高于Windows XP SP2，采用Net Framework 4.0 sp1插件，瀏覽器建議采用谷歌瀏覽器或360極速瀏覽器。

2 系統(tǒng)功能

2.1 站網(wǎng)分布模塊

站網(wǎng)分布模塊實(shí)現(xiàn)了太行山協(xié)作區(qū)各地市國(guó)家氣象觀測(cè)站、省級(jí)常規(guī)氣象觀測(cè)站、雷達(dá)站、環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)站在GIS上的疊加顯示，點(diǎn)擊自動(dòng)站某站點(diǎn)可查看站點(diǎn)詳細(xì)的實(shí)況數(shù)據(jù)（以折線(xiàn)圖和列表的方式展現(xiàn)）。

2.2 實(shí)況監(jiān)測(cè)模塊

實(shí)況監(jiān)測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：太行山協(xié)作區(qū)成員（安陽(yáng)、鶴壁、濮陽(yáng)、新鄉(xiāng)等）的自動(dòng)氣象站資料（溫度、風(fēng)場(chǎng)、實(shí)時(shí)雨量、歷史雨量、相對(duì)濕度等）在GIS上的顯示（等值線(xiàn)圖、等值面圖）、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、下載、排序功能，其中，風(fēng)的顯示可通過(guò)控制粒子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)自動(dòng)化，雨量色斑圖可點(diǎn)播放按鈕以動(dòng)畫(huà)形式反映雨區(qū)移動(dòng);當(dāng)實(shí)況雨量、溫度、風(fēng)場(chǎng)達(dá)到設(shè)置的閾值，以短信和語(yǔ)音形式報(bào)警;將濮陽(yáng)、長(zhǎng)治、邯鄲新一代天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)通過(guò)算法生成太行山協(xié)作區(qū)天氣雷達(dá)拼圖，并疊加到GIS上，點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)按鈕可播放動(dòng)畫(huà)，為協(xié)作區(qū)成員單位天氣過(guò)程演變判斷提供依據(jù)和參考;將環(huán)保數(shù)據(jù)六參數(shù)（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3）按參數(shù)類(lèi)型查詢(xún)以及統(tǒng)計(jì)分析并在GIS上以數(shù)值圖、等值面圖等方式展示。

2.3 氣象服務(wù)

氣象服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)了如下功能：將協(xié)作區(qū)的天氣預(yù)報(bào)以氣象圖標(biāo)的方式疊加到GIS地圖上，點(diǎn)擊某市或縣圖標(biāo)可獲取該地7 d天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)并以列表展示;獲取協(xié)作區(qū)地市及縣局所發(fā)最新預(yù)警信號(hào)，以標(biāo)準(zhǔn)預(yù)警圖標(biāo)的方式疊加到地圖上，點(diǎn)擊圖標(biāo)顯示該條預(yù)警的詳細(xì)信息，同時(shí)，以短信形式將預(yù)警信號(hào)傳遞給協(xié)作區(qū)成員單位的相關(guān)人員[4];提供了協(xié)作區(qū)精細(xì)化5 km×5 km空間分辨率的0～10內(nèi)的智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)（溫度、降水、風(fēng)速）產(chǎn)品，為協(xié)作區(qū)氣象預(yù)報(bào)及決策服務(wù)提供了更高準(zhǔn)確率、更高分辨率、更高更新頻率的服務(wù)產(chǎn)品。

2.4 統(tǒng)計(jì)查詢(xún)

統(tǒng)計(jì)查詢(xún)模塊主要實(shí)現(xiàn)了如下功能：一是歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)，根據(jù)地區(qū)、站點(diǎn)類(lèi)型、日期范圍、要素類(lèi)型、站點(diǎn)名稱(chēng)，查詢(xún)對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)并以折線(xiàn)圖（包含最低最高明顯標(biāo)識(shí)）和表格列表的方式展示;二是站點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)地區(qū)、排名順序、日期范圍、站點(diǎn)，查詢(xún)出該站點(diǎn)所有氣象要素;三是環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)地區(qū)統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3），將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以列表、折線(xiàn)圖等方式展示;四是預(yù)警信號(hào)統(tǒng)計(jì)，將某段時(shí)間內(nèi)發(fā)布的預(yù)警信號(hào)根據(jù)預(yù)警信息發(fā)布地區(qū)、顏色、類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以柱狀圖等多種方式展示。

2.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)的管理及重要參數(shù)的設(shè)置，包括管理員管理、角色管理、參數(shù)管理、短信用戶(hù)管理、語(yǔ)音短信報(bào)警管理、報(bào)警閾值設(shè)置。

3 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)共享、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

全國(guó)氣象部門(mén)新一代通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了太行山協(xié)作區(qū)各省之間的氣象信息傳輸及共享，依托該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了太行山協(xié)作區(qū)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、預(yù)警信號(hào)等氣象預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品的收集與共享，并通過(guò)CIMISS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)作區(qū)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的共享。

該平臺(tái)氣象資料以文件存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)兩種方式存儲(chǔ)。其中，雷達(dá)數(shù)據(jù)和智能網(wǎng)格資料以文件方式存儲(chǔ)于指定目錄，因?yàn)橹悄芫W(wǎng)格預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)量比較大，所以人們需要對(duì)數(shù)據(jù)讀取算法進(jìn)行優(yōu)化。自動(dòng)站數(shù)據(jù)、環(huán)保數(shù)據(jù)等以數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)。平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)包括實(shí)時(shí)庫(kù)和歷史庫(kù)，通過(guò)定時(shí)讀取CIMISS接口建立了本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)庫(kù)存儲(chǔ)需要滿(mǎn)足高速響應(yīng)需求，根據(jù)數(shù)據(jù)入庫(kù)策略，從CIMISS接口讀取氣象資料并進(jìn)行入庫(kù)處理，將其儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)特定位置;歷史庫(kù)從實(shí)時(shí)庫(kù)中定時(shí)追加更新;根據(jù)數(shù)據(jù)備份策略，定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份;根據(jù)數(shù)據(jù)清除策略，定期對(duì)時(shí)效外的數(shù)據(jù)進(jìn)行清除;實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器狀態(tài)、數(shù)據(jù)入庫(kù)、存儲(chǔ)空間情況。

3.2 CIMISS接口讀取

太行山氣象信息共享平臺(tái)的實(shí)況氣象資料主要來(lái)源于CIMISS系統(tǒng)，加載CIMISS提供的客戶(hù)端庫(kù)文件music-client-vx.x.x.dll及Ice.dll，調(diào)用CIMISS的getSurfEleInRegionByTime接口（按時(shí)間、地區(qū)減索地面要素?cái)?shù)據(jù)），用C#編程實(shí)現(xiàn)。

params.put（"dataCode"， "SURF_CHN_MUL_HOR"） ;

params.put（"elements"， "Station_ID_C，PRE_1h，PRS，RHU，VIS，WIN_S_Avg_2mi，WIN_D_Avg_2mi，Q_PRS"） ;

params.put（"times"， "20150917000000"） ;

params.put（"orderby"， "Station_ID_C：ASC"） ;

params.put（"limitCnt"， "10"） ;

RetArray2D retArray2D = new RetArray2D（） ;

4 應(yīng)用事例

太行山氣象信息共享平臺(tái)打通了跨省氣象信息共享的壁壘，目前已經(jīng)推廣到太行山氣象協(xié)作區(qū)各市、縣氣象局。該平臺(tái)有助于精準(zhǔn)地分析、預(yù)測(cè)、定位災(zāi)害性天氣的發(fā)生和演變過(guò)程，提升了整個(gè)太行山區(qū)域氣象災(zāi)害聯(lián)防能力及服務(wù)水平，在區(qū)域協(xié)作方面發(fā)揮效益。此外，由于協(xié)作區(qū)多數(shù)成員單位都處于京津冀及周邊“2+26”城市，周邊氣象條件對(duì)大氣污染濃度具有一定影響，本平臺(tái)還對(duì)太行山氣象協(xié)作區(qū)成員單位大氣污染防治氣象保障服務(wù)提供依據(jù)和參考。

5 結(jié)語(yǔ)

太行山氣象信息共享平臺(tái)基于太行山區(qū)域氣象信息共享業(yè)務(wù)服務(wù)需要，實(shí)現(xiàn)了協(xié)作區(qū)域內(nèi)氣象資料互通共享、實(shí)時(shí)獲取，初步建立了具有區(qū)域特色的太行山區(qū)域氣象信息共享業(yè)務(wù)規(guī)范，有助于更精準(zhǔn)性地分析、預(yù)測(cè)、定位災(zāi)害性天氣的發(fā)生[5]。2019年5月，該平臺(tái)開(kāi)始在太行山氣象防災(zāi)減災(zāi)協(xié)作區(qū)各地市氣象部門(mén)投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行，目前運(yùn)行效果良好，它提升了太行山氣象協(xié)作區(qū)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，從而更好地發(fā)揮區(qū)域一體化力量，同時(shí)提升了區(qū)域氣象防災(zāi)減災(zāi)能力，減輕和避免災(zāi)害性天氣對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成的損失。

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