鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務系統(tǒng)組成與應用

鄧德文，楊 華，謝克勇

(江西省氣象服務中心，南昌330096)

0 引言

鄱陽湖地處江西省北部，長江中下游南岸，為長江流域一個重要的具有過水性、吞吐型和季節(jié)性特點的淺水湖泊。鄱陽湖航道地形復雜，沿途氣候多變，大霧、大風、暴雨等災害天氣影響著航運安全和航道整治工程施工建設，因天氣原因造成的人員傷亡及財產損失年年發(fā)生[1-3]。因此，從航運安全、智能航道建設和港口作業(yè)等實際工作考慮，迫切需要提高航運交通氣象服務時效性和專業(yè)化水平。

目前長江經濟帶各省、市具備了一定氣象災害監(jiān)測預報預警能力，并通過長江黃金水道及近海航運交通氣象服務系統(tǒng)建設項目，在沿江氣象災害風險普查、聚焦氣象導航的航運保障氣象服務關鍵技術研發(fā)以及氣象海事合作機制構建方面取得了一些進展。但是，目前江西省鄱陽湖內的航運交通氣象服務多為針對政府與航運管理部門提供決策服務，針對航運公司和船舶的用戶定制專業(yè)氣象服務尚未有效開展。因此，迫切需要在前期工作的基礎上，完善鄱陽湖流域大風、大霧、暴雨(影響能見度)災害風險區(qū)劃圖，建立大風、大霧等主要水上交通氣象災害風險預警指標體系；搭建鄱陽湖航運氣象業(yè)務系統(tǒng)和服務平臺，重點研發(fā)可向用戶提供定制航運交通氣象服務產品的專業(yè)服務系統(tǒng)，向航運公司、港區(qū)碼頭和運營船舶試點開展專業(yè)氣象服務；努力建成結構完善、功能先進、集約高效、保障有力的現代化航運氣象保障服務體系。鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務系統(tǒng)的開發(fā)建設，是江西省氣象部門提供專業(yè)化、技術性和智能化航運氣象服務的平臺支撐，為提升專業(yè)預報服務能力和預報科技水平夯實了基礎[4]。

1 系統(tǒng)組成與主要功能

1.1 資料收集與處理子系統(tǒng)

鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務系統(tǒng)資料收集與處理子系統(tǒng)主要包括地圖、航線、港口數據以及鄱陽湖流域內容，通過人工提取航線點、處理站點、格點以及預警區(qū)間與航線點的對應關系，供后續(xù)計算通航等級。系統(tǒng)處理了長江主干航道與鄱陽湖航道的邏輯對應關系，增加了航線由單一方向到岔路模式的邏輯。通過點擊所關注的重點航段或港口，可以將當前地圖視圖迅速定位到該重點航段或港口，并居中放大顯示，同時彈出可拖拽的航段港口信息框，展示該航段或港口的實況數據。

1.2 監(jiān)測預報預警及服務產品共享子系統(tǒng)

實況監(jiān)測預警預報頁面包括鄱陽湖航道及附近長江干線航道5 km范圍內的自動氣象站和水文站點監(jiān)測、鄱陽湖航道過去3 h逐10 min通航等級實況、鄱陽湖航道未來10 d逐3 h通航等級預報、預警信號、精細化城鎮(zhèn)預報、雷達、衛(wèi)星和長江干線航道船舶實時監(jiān)測等。

1.2.1 自動氣象站

鄱陽湖水上交通安全氣象保障系統(tǒng)產品共享平臺通過聚類分析和GIS匹配等方式進行監(jiān)測站數據挖掘，系統(tǒng)通過GIS分析選取江面外推5 km的緩沖區(qū)，再通過聚類分析，剔除相鄰過近的站點，優(yōu)選出歷史到站率高的50多個站點。

點擊激活控制按鈕，會在地圖上疊加顯示自動氣象站點圖層，包括快捷操作按鈕和菜單欄詳細展開按鈕。4個快捷操作按鈕分別為降水、風、能見度、溫度4個要素數據顯隱的控制開關，地圖上黃色的圓點為顯示的自動氣象站點，并且自動氣象站點會根據地圖的級別進行抽稀顯示。

1.2.2 水文站

鄱陽湖航道水文站點同自動氣象站類似，在地圖上由藍色的點顯示，實況監(jiān)測預警預報頁面加載默認顯示，并會實時顯示該站點水位和流量數據。

1.2.3 雷達

系統(tǒng)可以將最新雷達數據在地圖圖層上疊加與顯隱，方便實時監(jiān)控天氣系統(tǒng)的演變。

1.2.4 衛(wèi)星

系統(tǒng)疊加顯示最新的衛(wèi)星云圖，并提供顯隱功能，操作方便。

1.2.5 精細化天氣預報

如圖1所示，點擊激活天氣控制開關，可以控制精細化城鎮(zhèn)預報圖標在地圖圖層上的疊加顯隱。

圖1 多時次精細化預報展示

1.2.6 預警信號

點擊激活預警信號控制開關，可以控制臨近預警圖標在地圖圖層上的疊加顯隱。

1.2.7 通航等級

通過對本地航運數據和氣象條件的分析，與當地航運部門共同確定了通航等級天氣要素閾值表，從實時監(jiān)測、網格預報和服務預警3方面進行閾值比對，形成了各時段、各航段天氣通航等級，通過不同顏色反演在系統(tǒng)界面上。

1.2.8 港口

點擊激活港口控制開關，可以控制鄱陽湖航道及周邊各個港口在地圖圖層上的疊加顯隱，當鼠標點擊地圖上的港口圖標時，則彈出該港口的詳細信息。

1.2.9 船舶

通過和航運部門的數據共享，點擊激活船舶控制開關，可以控制長江干線全航段船舶在地圖圖層上的疊加顯隱。在人為改變船舶開關狀態(tài)之前，頁面初始化默認為當地圖放大到一定級別，系統(tǒng)自動打開船舶開關，顯示長江全航段船舶數據，當鼠標點擊地圖上的船舶圖標時，則彈出該船舶的詳細信息。

1.2.10 時間軸

點擊激活時間軸控制開關，可以控制時間軸顯隱。

時間軸的最小間隔為5 min，支持上翻、下翻以及播放功能，點擊該時間軸對應的時刻，可以查看過去3 h的通航等級實況以及未來10 d的通航等級預報。

1.2.11 通航等級域值修改

點擊通航等級域值修改按鈕，可以修改首頁顯示的控制通航等級域值的氣象要素數值。

1.3 系統(tǒng)意見反饋頁面

系統(tǒng)意見反饋頁面分為反饋瀏覽和提交反饋兩個模塊，方便用戶交流和意見反饋。在反饋瀏覽頁面，用戶可以查看其他用戶的反饋信息；在提交反饋選項內，用戶可以提交反饋信息。

2 關鍵技術與應用

2.1 一體化平臺設計

一體化平臺開發(fā)采取網頁瀏覽和地理信息系統(tǒng)相融合(WebGIS)方式，充分利用中國氣象中心統(tǒng)一數據環(huán)境和計算資源的智能化眾創(chuàng)型業(yè)務平臺(MOAP)，按照“一張網、一張圖”的設計，以氣象實況資料為基礎數據，以預報服務產品的智能化、自動化快速制作工作場景為支撐，以氣象要素對賽事影響的信息融合分析評估應用場景為亮點；采取整合集成省級一體化平臺的功能、對接智能網格預報系統(tǒng)、強天氣預警系統(tǒng)、服務產品制作系統(tǒng)和專業(yè)氣象服務制作定制開發(fā)等方式；開展智慧型、自動化、模塊化、可定制的Web平臺設計，形成具備實況分析報警、信息綜合共享、工作智能提醒、產品自動制作、服務一鍵分發(fā)、流程隨時監(jiān)控以及即時反饋等綜合功能軟件系統(tǒng)平臺。同時采用分布式架構設計，確保系統(tǒng)性能的平滑擴張，當被管理資源增加、系統(tǒng)數據量擴大或訪問量增大而系統(tǒng)當前性能不能滿足要求或出現性能瓶頸時，能夠通過水平擴展的方式實現系統(tǒng)性能提升，從而適應規(guī)模增加對系統(tǒng)性能的壓力和要求。

2.2 基于瓦片的WebGIS顯示技術

為實現多種氣象服務信息和航線在客戶端進行直觀展現，該系統(tǒng)采取基于瓦片的WebGIS顯示技術。瓦片數據是將各氣象要素格點數據與航線或流域地理信息數據進行疊置分析，依據交通氣象影響指標體系，計算航線交通氣象等級，對數據進行切片處理。Web服務接口采用Rest WebAPI標準，通信的主要內容包括用戶查詢請求、返回的氣象信息數據結果和船舶的GPS位置定位信息等。系統(tǒng)采用目前最流行的WebService服務接口，便于系統(tǒng)功能和第三方對接。同時微服務架構的另外一個優(yōu)勢是水平擴展性，相比傳統(tǒng)的多層單一架構，微服務通過分層化、分布式、無狀態(tài)等設計思路，確保了系統(tǒng)在運行部署時的彈性擴展能力。系統(tǒng)提供目錄訪問接口，向其他應用系統(tǒng)服務器或業(yè)務系統(tǒng)(MICAPS、SWAN等)提供MICAPS、SWAN格式的氣象服務產品。

2.3 專業(yè)服務產品制作系統(tǒng)與監(jiān)測預報預警產品共享平臺

當用戶選擇對數據產品進行導入、制作、分發(fā)時，由專業(yè)服務產品制作系統(tǒng)發(fā)送系統(tǒng)請求，共享接收用戶選擇的條件，服務器端響應生成所需的數據，并將結果返回給專業(yè)服務產品制作系統(tǒng)和共享平臺進行分析結果展示。鄱陽湖航道氣象信息發(fā)布系統(tǒng)通過數據庫訪問API接口(OLE DB或者JDBC等)，獲取監(jiān)測預報預警產品共享平臺提供的產品和數據，接口支持C/C++、Java或.Net等常用開發(fā)工具。

3 結束語

通過建設江西省鄱陽湖水上交通安全保障系統(tǒng)，發(fā)展江西省鄱陽湖航運智慧氣象保障服務，產生了很好的服務效益[5]。主要表現：1)降低了安全風險，通過推廣，航道天氣監(jiān)測預報預警產品通過共享平臺，在江西當地海事部門和重點船務公司進行了試用，受到相關試用單位的一致好評；2)擴大了服務影響，首創(chuàng)性地對鄱陽湖航道及贛江提供一體化、精準化、智能化水上交通氣象保障服務，降低了氣象災害對水運部門的影響；3)提升了氣象服務能力，通過該系統(tǒng)的建設實現了江西省氣象局對地方政府、航道局、海事局的同平臺聯合服務，充分展示了氣象統(tǒng)一管理的部門優(yōu)勢，初步建立了結構完善、功能先進、集約高效、保障有力的現代化航運氣象保障服務體系。

隨著鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務系統(tǒng)的不斷擴大應用，現有系統(tǒng)服務的范圍僅限于長江流域江西段以及鄱陽湖航道流域，服務標準還有待界定，尚不能完全滿足全省實際業(yè)務發(fā)展需要，后期將通過邊服務邊完善的方式進一步完善本系統(tǒng)。