基于Android 的遂寧市氣象業(yè)務平臺的設計與實現(xiàn)

唐 沛 袁 靜 王俊驛 萬 欣

（1、四川省遂寧市氣象局，四川 遂寧629000 2、四川省雅安市氣象局，四川 雅安625000 3、中國民用航空飛行學院廣漢分院，四川 成都618300）

1 研究背景

移動互聯(lián)網(wǎng)技術日漸成熟，智能手機用戶的數(shù)量每年都在飛速增加。如今的手機操作系統(tǒng)主要為谷歌公司推出的Android系統(tǒng)和蘋果公司的ISO 系統(tǒng)。其中Android 手機具有76%的世界占有率和90%的中國市場占有率，這都彰顯了Android 系統(tǒng)與日俱增的影響力和無可替代的市場地位[1]。2013 年中國手機用戶人數(shù)第一次超過10 億，到2019 年中國手機用戶數(shù)量超過16 億，其中4G 手機用戶近13 億。手機已經成為使用人數(shù)最多，更新速度最快的移動科技終端，可以說中國已經成為一個手機上的國家。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和變化、知識經濟發(fā)展以及新技術的應用，手機APP 從設計到內容日趨成熟。通過智能手機人們不僅可以進行傳統(tǒng)的撥打和接通電話，還可以通過手機APP 進行社交、上網(wǎng)、拍照、移動支付、消費娛樂、交通出行、教育醫(yī)療等等，老百姓的生活習慣被這毫不起眼的手機徹底改變[2]。

氣象信息技術飛躍式的進步，作為技術密集型的政府職能部門，氣象部門自身也面臨著新時代的技術升級和公共氣象服務的革新，這不僅是機遇，同時也是挑戰(zhàn)。從目前氣象部門的現(xiàn)實情況來看，氣象部門原有的公共氣象服務業(yè)務體系顯得有些跟不上時代的發(fā)展，無法滿足社會對氣象信息精細化的要求。作為新興信息技術的代表，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算的飛躍式發(fā)展標志著“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代到來。要全面實現(xiàn)氣象現(xiàn)代化的總目標，就要率先實現(xiàn)氣象信息化，我們要高度重視“互聯(lián)網(wǎng)+”與公共氣象服務的創(chuàng)新發(fā)展。如何將移動終端和互聯(lián)網(wǎng)與公共氣象服務體系相結合[3]，來跟上新時代社會和人們對公共氣象服務的要求是重要的課題。

氣象防災減災工作一直是遂寧市委市政府關注重點，近年來遂寧市的氣象現(xiàn)代化事業(yè)穩(wěn)步推進，遂寧市氣象部門的天氣、氣候分析和預報能力以及災害監(jiān)測和預警能力快速提升，為遂寧市的氣象防災減災工作貢獻了一份力，同時人民群眾和市委市政府也對遂寧市氣象防災減災工作給與了高度評價。氣象部門在氣象災害防治方面起著尤為重要的作用，尤其是在防洪抗旱、農業(yè)氣象、水庫蓄水、政府決策、重大活動氣象保障、人工影響天氣等方面都起著舉足輕重的地位。準確的天氣和氣候分析預報、氣象災害實時監(jiān)測、預警信息的及時發(fā)布和傳遞，是氣象災害成功防御的關鍵[4]。通過構建氣象部門的氣象業(yè)務平臺，為有效預測和預防氣象災害，快速有序組織臨災避險、綜合治理、加強應急救援工作，減輕氣象災害產生的財產損失同時避免人員傷亡提供有力保障。

2 需求分析

軟件定義過程中的最終階段是需求分析[5]。統(tǒng)計表明，軟件開發(fā)過程中遇到的問題有40%～60%是在需求分析時的錯誤造成的。因此需求分析是開發(fā)過程中不可或缺的重要部分。

基于Android 的遂寧市氣象業(yè)務平臺建設任務主要包括產品數(shù)據(jù)庫、手機客戶端、后臺管理系統(tǒng)這幾個方面的建設。主要目的是實現(xiàn)氣象服務業(yè)務工作集成、統(tǒng)一，提高工作效率，為氣象預報預警業(yè)務工作和生活提供有力支撐。

平臺移動客戶端的開發(fā)要與國內氣象行業(yè)的發(fā)展趨勢相適應[6]，要滿足用戶對氣象信息精準化、精細化、專業(yè)化的要求，客戶端的絕大多數(shù)用戶為手機用戶，用戶通過手機APP 就能夠獲取預報產品、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、預警信息等信息，并且要以高效、便捷、及時的方式為用戶動態(tài)展示數(shù)據(jù)信息。

3 平臺總體設計

3.1 總體框架設計

遂寧市氣候分析和災害監(jiān)測業(yè)務平臺采用B/S 架構和C/S架構混合開發(fā)，其中Web 端基于B/S 架構，使得管理員可以在任意連接互聯(lián)網(wǎng)的計算上進行發(fā)布和刪除氣象信息操作等。Android 移動客戶端系統(tǒng)基于C/S 架構，每個用戶可以通過手機終端了解到實時氣象信息。平臺設計圖如圖1。

實時氣象數(shù)據(jù)包括預警信息、天氣實況信息、災情信息、非常規(guī)天氣信息、自動站氣象信息、預報信息等等通過氣象內網(wǎng)由第三方制作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息采集入庫，數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、氣象信息數(shù)據(jù)庫、資源信息數(shù)據(jù)庫、基礎GIS 數(shù)據(jù)庫和服務產品數(shù)據(jù)庫，其中氣象信息數(shù)據(jù)庫由區(qū)域自動氣象觀測站數(shù)據(jù)庫和國家氣象站數(shù)據(jù)庫兩個子數(shù)據(jù)庫組成，平臺通過讀取數(shù)據(jù)庫中信息，在軟件中相應模塊進行信息展示和氣象產品的發(fā)布，用戶包括決策層、應急部門、行業(yè)部門以及普通用戶可以通過手機客戶端了解到各種氣象信息。

圖1 總體結構設計圖

3.2 網(wǎng)絡拓撲結構

我們將網(wǎng)絡分為三部分：內網(wǎng)、緩沖區(qū)以及外網(wǎng)，他們在防火墻的作用下可以有效的完成隔離。軟件運行的區(qū)域定義為緩沖區(qū)，它與內網(wǎng)之間用特有的接口連接進行數(shù)據(jù)交換，具有較好的安全性，氣象數(shù)據(jù)通過采集和數(shù)據(jù)處理進入內網(wǎng)數(shù)據(jù)庫保存，用戶可以通過4G 網(wǎng)絡或Wi-Fi 連接到平臺服務器。平臺的拓撲圖如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡拓撲結構圖

3.3 功能架構設計

總體設計中，Android 移動客戶端的設計是整個平臺的核心部分，下面對Android 移動客戶端各個功能模塊進行概要設計介紹。各模塊功能如表1 所示。

3.3.1 天氣預報模塊設計。軟件會自動定位當前城市，并且可以添加、刪除其他城市，顯示該城市的氣象信息，展示的氣象信息主要包括七天預報、節(jié)假日/節(jié)氣提醒、預警信號顯示、天氣現(xiàn)象、降水、濕度、風速風向以及溫度等信息。顯示未來七天城市天氣預報，內容有氣溫走勢曲線圖、每天最低最高溫度和天氣現(xiàn)象。

3.3.2 氣象監(jiān)測模塊設計。（1）自動站監(jiān)測。展示各個自動站和區(qū)域站的氣象要素觀測數(shù)據(jù)，展示內容有風速風向、空氣濕度、降水量、氣溫。氣溫以地圖、列表的方式展示，內容有平均、最低、最高、整點四種方式的氣溫統(tǒng)計顯示。降水量以地圖、列表等多種方式展示，用戶可通過該功能查詢任意站點過去24 小時、12 小時、6 小時、3 小時、1 小時的降水量?？諝鉂穸纫缘貓D、列表的方式展示，內容有平均、最低、最高、整點四種方式的空氣濕度統(tǒng)計顯示。風速風向子模塊主要顯示最近1 小時整點風速風向，以地圖、列表顯示方式展示。（2）衛(wèi)星云圖&雷達回波。衛(wèi)星云圖&雷達回波是軟件從氣象局服務器上提取實時資料進行展示、由幾張圖連續(xù)播放，并可隨意放大縮小。

3.3.3 預報產品模塊設計。顯示遂寧市當日天預報、一周預報等短期到中期天氣預報產品，月預報、季度預報、年度預報等長期氣候預測和氣候分析產品，以及氣象視頻等信息，除氣象視頻外，其他預報產品均為文檔展示。

3.3.4 預警信息模塊設計。（1）預警信息。以列表形式顯示預警信息，內容包括預警信號類型、預警信號發(fā)布時間、預警信號等級以及是否過期，點擊預警信息標題可查閱詳細內容。（2）災情上報。當有氣象災害發(fā)生時，用戶可以將災情實況利用手機拍照功能記錄下來，然后利用軟件的災情上報功能將聯(lián)系方式、姓名、災情種類以及災情描述等信息填寫完成后上傳照片到服務器，同時系統(tǒng)會自動獲取上報地點、時間信息。Web 端后臺管理人員會在第一時間收到用戶上報的信息。

3.3.5 決策服務模塊設計。以文檔展示氣象局發(fā)布的決策服務產品，包括氣象信息快報、中小河流風險等級預報、山洪地質災害風險等級預報、森林火險等級預報、災害性短時臨近預報、中期重要天氣趨勢預報、重要天氣預警、三秋氣候趨勢預測，汛期氣候預測等產品。通過預報產品、決策服務兩大模塊的氣象服務產品起到氣候分析的作用。

3.3.6 旅游氣象模塊設計。（1）景區(qū)查詢。系統(tǒng)以列表或GIS圖的方式展示遂寧市著名景點，點擊進入可查看景區(qū)詳細介紹、景區(qū)圖片、出行建議、七天預報、旅游指數(shù)、當天實況天氣等相關內容。（2）推薦景點。推薦景點是系統(tǒng)根據(jù)遂寧市各個景點當天的天氣篩選出當前最適合觀光的景點進行介紹，展示內容同景點查詢模塊相同。（3）交通氣象。用戶將出發(fā)地和目的地輸入點擊查詢后系統(tǒng)可為用戶提供上去往目的地的行車路線，并且展示目的地城市的當前天氣實況，為用戶提供參考。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 Android 移動客戶端界面

平臺移動端主界面主要是將六大功能模塊整合在一起，這樣不僅界面簡潔并且方便管理。主界面為父窗體容器窗口，其他功能模塊則以子窗體形式在框架中。主界面如圖3 所示。

圖3 平臺移動端主界面

4.2 天氣預報模塊的實現(xiàn)

點擊平臺APP 圖標后，進入系統(tǒng)顯示的主界面就是天氣預報模塊，該模塊負責全國縣級以上城市的天氣實況以及預報的查詢。第一步是要取得天氣預報的API，利用接口獲得天氣預報所需要的各種信息數(shù)據(jù)，本文使用的是基于百度天氣API 獲取天氣信息，網(wǎng)址為：http://api.map.baidu.com，能夠獲取天氣預報，天氣實況以及氣象指數(shù)等信息。系統(tǒng)會自動定位當前城市，然后獲取當前城市實時天氣預報，也可以手動添加其他城市，用戶點擊添加城市按鈕即可在城市管理界面輸入想要查詢的城市。

圖4 天氣預報曲線界面

圖5 自動站查詢界面

4.3 氣象監(jiān)測模塊的實現(xiàn)

氣象監(jiān)測模塊分為三個小的功能模塊，包括氣象要素監(jiān)測模塊、衛(wèi)星云圖監(jiān)測模塊以及雷達回波圖監(jiān)測模塊。

在主界面上點擊氣象監(jiān)測模塊默認顯示過去一小時遂寧所有站點的整點氣溫。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的氣象要素進行查詢，氣象要素包括氣溫、降水量、空氣濕度以及風向風速，并且可以查詢不同的統(tǒng)計方式。設置完查詢條件后點擊查詢，平臺就會從數(shù)據(jù)庫中查到相應的氣象要素信息并且展示在列表中，并且點擊每個站點會顯示該站點過去24 小時的氣象要素變化曲線。

衛(wèi)星云圖監(jiān)測模塊默認顯示過去1 小時的長波紅外（IR1）衛(wèi)星云圖，衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)是從遂寧市氣象局數(shù)據(jù)庫中讀取的，點擊刷新按鈕就會顯示最新時次的衛(wèi)星云圖信息，并且可以播放近幾個時次的衛(wèi)星云圖。

由于遂寧本地沒有建設雷達站，遂寧市氣象局一直使用南充雷達監(jiān)測強對流天氣，因此雷達回波圖監(jiān)測模塊默認顯示南充雷達過去1 小時的基本反射率因子雷達回波圖，雷達圖數(shù)據(jù)是從遂寧市氣象局數(shù)據(jù)庫中讀取的，可根據(jù)用戶需要查看其他類型的雷達產品，點擊刷新按鈕就會顯示最新時次的雷達圖信息，并且可以播放近幾個時次的雷達圖。

4.4 預報產品模塊的實現(xiàn)

預報產品模塊有年度預報、季度預報、每月預報、每日天氣以及氣象視頻，均是以文檔的格式、列表的形式展示遂寧市氣象局發(fā)布從短期到中長期的各類天氣和氣候預報預測，默認顯示每日天氣。

圖6 預報產品顯示界面

圖7 預警信息顯示界面

4.5 預警信息模塊的實現(xiàn)

預警信息模塊分為預警信息和災情上報兩個子模塊，預警信息子模塊是以文檔的格式、列表的形式展示遂寧市氣象局發(fā)布的各類氣象災害預警信號/預警，災情上報子模塊為用戶提供照片實時上傳功能。

4.6 決策服務模塊的實現(xiàn)

決策服務模塊以列表、文檔展示氣象局發(fā)布的決策服務產品。遂寧市氣象臺會商后發(fā)布的預報產品通過預報產品、決策服務這兩個模塊進行展示，用戶可以點擊查看詳細內容。

4.7 旅游氣象模塊的實現(xiàn)

旅游氣象模塊中景區(qū)介紹以圖片加文字的列表形式進行展示。用戶可以在該模塊界面上看到遂寧市所有的景區(qū)名單，點擊進入顯示更加詳細的景區(qū)信息。推薦景點功能會為用戶介紹遂寧市境內最著名的景點。

圖8 決策服務產品顯示界面

圖9 景區(qū)氣象查詢界面

5 結論

遂寧市由于所處地理方位和氣候特點，其地質和土壤結構的特點，是災害頻發(fā)的地區(qū)，所以氣象災害問題歷來是各級黨政機關關注的重點，同時也是各行各業(yè)和人民群眾關注的焦點。因此，氣象災害監(jiān)測、天氣預測分析和預警服務工作是至關重要的。

本文的主要研究對象是天氣預測分析和氣象監(jiān)測預警服務，針對Android 手機客戶端用戶開發(fā)了一款綜合天氣預報、氣象監(jiān)測、氣候預測預報、氣象災害預警等功能的氣象服務手機APP，該軟件可以在一定程度上滿足決策部門工作人員和普通群眾對于手機移動端氣象監(jiān)測、預警信息等方面信息獲取的需求。