山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李玉華 褚希 徐彩艷 李文科 李旭旭

摘要：為適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的需要，提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)支撐能力，利用LBS、數(shù)據(jù)加密同步、Web API接口和HTML5等技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)，包括氣象服務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)維護(hù)與管理模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)發(fā)布接口、氣象服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用接口、用戶(hù)和API管理模塊、氣象服務(wù)信息監(jiān)控模塊。研發(fā)了基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，統(tǒng)一管理氣象應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)接口資源，為農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端提供了有力的支撐，也有效地提升了為農(nóng)氣象服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)智慧氣象;API;支撐系統(tǒng);山東省

中圖分類(lèi)號(hào)：P49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（ 2020） 20-0159-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.036

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象因素的影響較大，氣象災(zāi)害直接影響農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)戶(hù)增收，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御離不開(kāi)氣象服務(wù)的保障[1-4]。農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)和種植結(jié)構(gòu)與氣象條件密切相關(guān)，生產(chǎn)者對(duì)農(nóng)作物日常管理和農(nóng)事活動(dòng)的安排也需要精細(xì)化的氣象服務(wù)支撐。目前，氣象為農(nóng)服務(wù)手段相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的氣象服務(wù)方式過(guò)于粗獷，主要是以廣播、電視、報(bào)紙、網(wǎng)站、大喇叭、短信、12121電話等方式單向發(fā)布?xì)庀蠓?wù)產(chǎn)品[5-8]。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的同時(shí)，氣象服務(wù)方式也在發(fā)生深刻的變革，氣象服務(wù)如何利用現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧化服務(wù)[9-12]，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)急需解決的問(wèn)題。

為適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的需要，研發(fā)了山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)，其主要目的是建立標(biāo)準(zhǔn)化的為農(nóng)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)接口[13，14]，為農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，同時(shí)能夠?yàn)楦骷?jí)氣象部門(mén)和社會(huì)企業(yè)提供農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建[15-17]，是山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化氣象服務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)搭建了穩(wěn)定、高效的為農(nóng)氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)環(huán)境，開(kāi)發(fā)了API氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)行了諸多后端平臺(tái)建設(shè)，為構(gòu)建農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端提供后臺(tái)支持，同時(shí)為開(kāi)展深層次的為農(nóng)智慧氣象服務(wù)提供了有力的技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體設(shè)計(jì)

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)以數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程整合應(yīng)用為核心，分析農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)需求，采用“搭建平臺(tái)一制定規(guī)范一業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)一應(yīng)用集成”面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的系統(tǒng)建設(shè)模式，分為應(yīng)用接口和數(shù)據(jù)接口兩種類(lèi)型的服務(wù)搭建基于API的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)（API平臺(tái)），統(tǒng)一管理系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)及數(shù)據(jù)接口資源。開(kāi)發(fā)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)維護(hù)與管理模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)發(fā)布接口、氣象服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品接口、用戶(hù)和API管理模塊、氣象服務(wù)信息監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)智慧化氣象服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布、檢索、管控、統(tǒng)計(jì)分析等功能，構(gòu)建農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)的支撐基礎(chǔ)。

1.2 技術(shù)路線

該系統(tǒng)的搭建環(huán)境是基于山東省氣象部門(mén)的虛擬化資源池，使用氣象虛擬化資源池的DMZ區(qū)和氣象虛擬化資源池專(zhuān)網(wǎng)區(qū)作為基礎(chǔ)資源。在資源池專(zhuān)網(wǎng)區(qū)建立數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和同步服務(wù)器。通過(guò)MU-SIC接口對(duì)接全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS）接口[18，19]，利用數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)同步服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)數(shù)據(jù)的同步傳輸。

該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，利用RESTful技術(shù)搭建Web API數(shù)據(jù)服務(wù)接口[20-22]，在氣象虛擬化資源池DMZ區(qū)部署基于API的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，建設(shè)API授權(quán)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的發(fā)布及用戶(hù)管理。后端服務(wù)系統(tǒng)采用Spring MVC+ Netty架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用PostgreSQL、Redis和Mongo。

1.3 技術(shù)架構(gòu)

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)來(lái)源層、原始數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、計(jì)算層、微服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、監(jiān)控管理層、可視化層（圖1）。

1）數(shù)據(jù)來(lái)源層。采集所需的山東省氣象部門(mén)CIMISS數(shù)據(jù)和為農(nóng)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)源，如農(nóng)業(yè)精細(xì)化格點(diǎn)數(shù)據(jù)集、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品集等數(shù)據(jù)源。

2）原始數(shù)據(jù)層。匯集和處理實(shí)況觀測(cè)信息數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)預(yù)警數(shù)據(jù)、精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)等各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)。包括日常天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況、災(zāi)害性天氣實(shí)況、災(zāi)害性天氣預(yù)警信號(hào)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警，農(nóng)業(yè)氣象旬月報(bào)、干旱監(jiān)測(cè)、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，月、季、年氣候預(yù)測(cè)和氣候評(píng)價(jià)等服務(wù)產(chǎn)品。

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。對(duì)解碼處理后的文件存儲(chǔ)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)，便于系統(tǒng)上層的計(jì)算和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

4）計(jì)算層。提供各類(lèi)產(chǎn)品算法分析，主要包含數(shù)值預(yù)報(bào)的解釋?xiě)?yīng)用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、信息融合技術(shù)、氣象變量診斷分析、格點(diǎn)（站點(diǎn)）插值分析、等值線平滑、數(shù)據(jù)空間分析、各類(lèi)預(yù)警計(jì)算算法、農(nóng)業(yè)氣象要素閾值分析等主要算法。

5）微服務(wù)層。提煉基礎(chǔ)底層功能模塊，改造復(fù)用性較高的組件服務(wù)。

6）應(yīng)用服務(wù)層。用底層功能組件構(gòu)建所需不同功能的服務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用提供天氣信息、災(zāi)害信息、數(shù)據(jù)發(fā)布，數(shù)據(jù)接口提供對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行訪問(wèn)的數(shù)據(jù)接口服務(wù)，服務(wù)管理提供服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)檢索，安全認(rèn)證提供用戶(hù)目錄服務(wù)、認(rèn)證服務(wù)、權(quán)限服務(wù)，其他服務(wù)還有用戶(hù)審計(jì)、日志分析等。

7）監(jiān)控管理層。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)流程監(jiān)控、業(yè)務(wù)權(quán)限管理、系統(tǒng)日志管理，將流程、用戶(hù)及權(quán)限、服務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立多級(jí)用戶(hù)管理模塊。

8）可視化層。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)可視化，對(duì)用戶(hù)交互的應(yīng)用、服務(wù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

[5]吳哲林公共氣象服務(wù)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)研究[J].吉林農(nóng)業(yè)，2018（5）：99.

[6]趙洪祝，加強(qiáng)氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)[J]浙江氣象，2010，31（4）：1-2.

[7]王盈.我國(guó)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征及防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策[J]南方農(nóng)機(jī)，2020，51（8）：82.

[8]鄭治斌.基于氣象服務(wù)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的研究[J]湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，57（3）：105-111.

[9]徐彩艷，任廣治，張嫣然，等，基于用戶(hù)定制的氣象觸摸顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，58（14）：138-140.

[10]傅仁壯，吳坤悌，符傳博，等，基于Android的決策氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2016，26（8）：125-128.

[11]琚書(shū)存，程文杰，徐建鵬，等，安徽省農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)手機(jī)APP平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].氣象科技，2018，46（5）：1055-1059.

[12]熊文兵，葉海寧，吳鳳瑩，等，基于移動(dòng)互聯(lián)的智慧氣象為農(nóng)服務(wù)系統(tǒng)研究[J].氣象研究與應(yīng)用，2018，39（3）：63-65.

[13]梁利亭.計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)接口的應(yīng)用分析[J].信息技術(shù)與信息化，2020（2）：143-145.

[14]龔書(shū)，計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)接口的應(yīng)用研究[J].中國(guó)新通信，2019，21（ 20）：127.

[15]張芳，郭海峰，寧江，等互聯(lián)網(wǎng)+氣象+農(nóng)業(yè)服務(wù)拓展及服務(wù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[J]中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2015（24）：10-11

[16]王建民.領(lǐng)域大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)與運(yùn)行平臺(tái)技術(shù)研究[J].軟件學(xué)報(bào)，2017，28（6）：1516-1528.

[17]王蘭蕓，王鑫，楊慧楠，發(fā)展基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品探析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（14）：237-241.

[18]趙芳，熊安元，張小纓，等.全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2017，28（6）：750-758.

[19]李集明，沈文海，王國(guó)復(fù)，氣象信息共享平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006（5）：621-628.

[20]暢巨崢，崔粉娥.基于WebService接口的秦皇島氣象數(shù)據(jù)查詢(xún)和服務(wù)系統(tǒng)[J].氣象水文海洋儀器，2019，36（4）：65-68.

[21]焦圣明，嚴(yán)明良，郭靜，等基于WehService的分布式交通氣象信息共享技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（3）：196-200.

[22]劉安麟，鄧?guó)P東，王釗.基于WEB CIS技術(shù)的陜西省氣象信息共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].陜西氣象，2008（5）：13-17.

作者簡(jiǎn)介：李玉華（1965-），男，山東萊陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象研究，（電子信箱）1yh15666976863@sohu.com;通信作者，褚希（1982-），女，山東臨沂人，高級(jí)_r‘程師，主要從事氣象服務(wù)研究，（電話）15666973009（電子信箱）sdchuxi@163.com。