基于云服務(wù)和WebGIS的機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)設(shè)計(jì)

李爽

摘要：隨著社會(huì)向前發(fā)展，人們提出了實(shí)時(shí)需要?dú)庀蠓?wù)支持的需求?；诎⒗镌铺峁┑臍庀笤品?wù)來(lái)建立后端技術(shù)，基于WebGIS建立前端技術(shù)。基于氣象局提供的數(shù)據(jù)支持，建立了云服務(wù)和WebGIS的機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)。這套服務(wù)系統(tǒng)能夠每隔30 s就提供氣象服務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，并能把數(shù)據(jù)以直觀化的方式呈現(xiàn)出來(lái)?；谠品?wù)和WebGIS的機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)技術(shù)能充分應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)，提高系統(tǒng)建立的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：云服務(wù)；WebGIS；機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)；技術(shù)；系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）09-64-4

氣象影響航空服務(wù)，比如惡劣的氣象會(huì)影響航班，也會(huì)給航空飛行帶來(lái)各種風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前除了航空部門(mén)需要接受專(zhuān)門(mén)的氣象服務(wù)以外，其他用戶(hù)也希望得到氣象服務(wù)。傳統(tǒng)的航空氣象服務(wù)是基于經(jīng)驗(yàn)對(duì)氣象進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)經(jīng)驗(yàn)要求太高。本文將WebGIS作為前端技術(shù)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，將機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)在阿里云服務(wù)器上，由阿里云完成數(shù)據(jù)的云算。用戶(hù)可以根據(jù)需求，自己定位需要服務(wù)的地點(diǎn)，氣象部門(mén)將基于實(shí)況監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)提供實(shí)況、預(yù)報(bào)、預(yù)警服務(wù)。為了幫助用戶(hù)進(jìn)一步了解詳細(xì)的數(shù)據(jù)，用戶(hù)還可以在系統(tǒng)中根據(jù)自己的定位得到更加詳細(xì)的視音頻、圖像、圖文和文字等氣象信息。應(yīng)用了這樣的氣象服務(wù)技術(shù)，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)高質(zhì)量、多樣化、實(shí)時(shí)化的服務(wù)需求。在傳統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)建立中，需要建立專(zhuān)門(mén)的分布式服務(wù)器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息并完成運(yùn)算，并要研發(fā)出專(zhuān)門(mén)的直觀化氣象數(shù)據(jù)呈現(xiàn)軟件。實(shí)際上，當(dāng)前阿里云已經(jīng)提供了氣象云服務(wù)器，WebGIS不僅允許用戶(hù)自由定位并呈現(xiàn)定位的信息，應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)，還能讓機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)建立事半功倍，并呈現(xiàn)出更多的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。

云服務(wù)，又稱(chēng)云計(jì)算服務(wù)，它建立了一個(gè)專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，允許以虛擬化數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存在，讓負(fù)載均衡在網(wǎng)絡(luò)空間，然后提供分布式計(jì)算、并行計(jì)算和效用計(jì)算服務(wù)。云服務(wù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)發(fā)展到一定水平以后才能夠提供的服務(wù)。

云服務(wù)器的運(yùn)用特點(diǎn)是允許用戶(hù)把數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)布式計(jì)算機(jī)服務(wù)器上，然后接受云服務(wù)器商提供的計(jì)算服務(wù)。而云服務(wù)器商可以發(fā)揮高效運(yùn)作的分布式服務(wù)器優(yōu)勢(shì)為用戶(hù)提供服務(wù)，從而用戶(hù)能夠使自己上傳的數(shù)據(jù)得到保護(hù)，并使云服務(wù)器完成用戶(hù)指定的計(jì)算作業(yè)。當(dāng)前云服務(wù)分為公共云和私有云。公共云是為用戶(hù)提供的最基礎(chǔ)的服務(wù)，而私有云則是指服務(wù)器商接受企業(yè)的指定，專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟出空間，為企業(yè)用戶(hù)提供服務(wù)。機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)技術(shù)對(duì)運(yùn)算的要求高，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大，它需要服務(wù)器商專(zhuān)門(mén)的維護(hù)數(shù)據(jù)，本文選擇阿里云作為云服務(wù)器商，為氣象部門(mén)提供專(zhuān)門(mén)的氣象計(jì)算服務(wù)。

云服務(wù)的服務(wù)方式如下：提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，比如用戶(hù)把數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器空間，需要占據(jù)硬件空間；軟件即服務(wù)，用戶(hù)需要數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和計(jì)算服務(wù)，這都需要應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；平臺(tái)即服務(wù)，服務(wù)器商需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行管理，比如服務(wù)器商需要做好數(shù)據(jù)安全保護(hù)，這就是一種平臺(tái)服務(wù)。

將機(jī)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)放到云服務(wù)器空間，能夠取得以下的服務(wù)效果：①減少服務(wù)器維護(hù)成本，氣象部門(mén)將氣象數(shù)據(jù)放到云服務(wù)器中，可以發(fā)揮云服務(wù)器商的特點(diǎn)，由云服務(wù)器商提供數(shù)據(jù)維護(hù)服務(wù)；②利于數(shù)據(jù)共享，在智慧化城市建設(shè)的背景下，城市要求各部門(mén)共享數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)放在云服務(wù)器中，利于數(shù)據(jù)共享；③提高計(jì)算的效率，云服務(wù)器商提供的計(jì)算服務(wù)是高效的，氣象部門(mén)可以發(fā)揮云服務(wù)器的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。

WebGIS是把Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)得到的技術(shù)，這套超擎圖形系統(tǒng)能夠針對(duì)用戶(hù)的需求，快速地給出指定的地理信息。這套系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)為：它提供了全球化的客戶(hù)服務(wù)，即只要應(yīng)用了這套系統(tǒng)，任何一名用戶(hù)，就能夠接受系統(tǒng)提供的服務(wù)；它是交互的系統(tǒng)，即它不僅提供自動(dòng)定位，并給出信息，而且還允許客戶(hù)指定定位，給出相應(yīng)的信息；它是分布式系統(tǒng)，即用戶(hù)在應(yīng)用這套系統(tǒng)時(shí)，不必把相關(guān)的圖形和數(shù)據(jù)信息都下載到硬盤(pán)空間中，它會(huì)提供分布式的服務(wù)器系統(tǒng)服務(wù)，只要用戶(hù)擁有網(wǎng)絡(luò)，就能接受提供的服務(wù)；它提供了跨越平臺(tái)的服務(wù)，人們不僅可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)平臺(tái)使用，而且可以通過(guò)平板電腦、智能手機(jī)等客戶(hù)端應(yīng)用這套系統(tǒng)；它允許在異構(gòu)環(huán)境下接受數(shù)據(jù)，提供了一套異構(gòu)的數(shù)據(jù)格式讀取、交換、訪問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)，即使是異構(gòu)的環(huán)境也能使用這套系統(tǒng)；它是一套圖形化的超媒體信息系統(tǒng)，不僅可以提供數(shù)據(jù)信息，還可以提供二維、三維、視頻和音頻等信息，能反映的信息十分豐富。

將WebGIS應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)中，人們可以打開(kāi)機(jī)場(chǎng)地圖，自由指定位置，獲取需要的氣象信息，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得的數(shù)據(jù)讀取功能。

3.1MOS預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)模型分析

為了提高機(jī)場(chǎng)要素預(yù)報(bào)精度，提高數(shù)值預(yù)報(bào)的質(zhì)量，人們提出了各種氣象預(yù)報(bào)的方法。當(dāng)前人們已經(jīng)提出了MOS預(yù)報(bào)的方法，這是一種支持向量機(jī)（SVM）的方法，這種預(yù)報(bào)方法的優(yōu)勢(shì)如下：它能針對(duì)小樣本進(jìn)行分析，對(duì)因子數(shù)量沒(méi)有限制，能夠合理地表述預(yù)報(bào)對(duì)象與因子之間的非線(xiàn)性關(guān)系，它在一些特殊的領(lǐng)域應(yīng)用比較有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前人們通過(guò)實(shí)踐證明其在航空氣象預(yù)報(bào)的應(yīng)用中不僅有著較高的預(yù)報(bào)正確率，并且能夠自動(dòng)訂正數(shù)值預(yù)報(bào)的系統(tǒng)性誤差。結(jié)合這種需求建立模型如圖1所示，即氣象部門(mén)只需要實(shí)時(shí)采集因子庫(kù)中的數(shù)據(jù)，就能夠結(jié)合因子庫(kù)中的相對(duì)差，應(yīng)用訓(xùn)練樣本獨(dú)立地檢驗(yàn)樣本，然后得到相應(yīng)的預(yù)報(bào)模型（目前總計(jì)包含24個(gè)模型），最終得到氣象預(yù)測(cè)結(jié)果。

將采集的信息及回歸模型處理的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中呈現(xiàn)出來(lái)，結(jié)合氣象服務(wù)平臺(tái)的需求，建立四大功能模塊如圖2所示。

3.2服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣象服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)分為4層，表現(xiàn)層為與用戶(hù)交互的層，用戶(hù)在表現(xiàn)層中接受服務(wù)，基于用戶(hù)的需求，表現(xiàn)層能夠繼續(xù)拓展，提供多平臺(tái)的服務(wù)。

表現(xiàn)層包含的內(nèi)容為：Web服務(wù)頁(yè)面、App客戶(hù)端、微信公眾號(hào)小程序和Restful接口。

通信層：為收發(fā)通信數(shù)據(jù)信息的層，該層應(yīng)用了多種通信協(xié)議，滿(mǎn)足多元化的氣象服務(wù)通信服務(wù)需求，當(dāng)前它支持CDN，SLB，Netty，Socket，TCP/HTTP/HTTPS協(xié)議。

服務(wù)層：這是對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行處理的層，它又分為監(jiān)控保護(hù)、治理配置、業(yè)務(wù)集群、數(shù)據(jù)和后端服務(wù)這4個(gè)模塊。監(jiān)控保護(hù)包含鏈路跟蹤Sleuth、集群監(jiān)控Turbine、容錯(cuò)保護(hù)Hystrix；治理服務(wù)配置包含consul服務(wù)治理、Eureka服務(wù)治理、Clonfig配置管理；數(shù)據(jù)和后端服務(wù)包含消息總線(xiàn)、任務(wù)調(diào)度、大數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)流操作服務(wù)；業(yè)務(wù)集群則可根據(jù)需求將業(yè)務(wù)分類(lèi)，本文的業(yè)務(wù)為機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)，根據(jù)需求可增加其他的業(yè)務(wù)服務(wù)。

數(shù)據(jù)層：建設(shè)在云服務(wù)器上，由云服務(wù)器商提供服務(wù)，數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)包含2種，即MySQL數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)事務(wù)性數(shù)據(jù)以及關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)，如氣象站點(diǎn)、站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)等；HDFS，存儲(chǔ)氣象數(shù)據(jù)文件、圖片，如MICAPS4類(lèi)氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、預(yù)警圖標(biāo)和地圖數(shù)據(jù)文件等。

為了使系統(tǒng)管理人員能夠應(yīng)用這4層提供的功能，管理人員將得到登錄認(rèn)證、權(quán)限認(rèn)證、數(shù)據(jù)認(rèn)證、會(huì)話(huà)治理、異常處理、事務(wù)處理、服務(wù)治理、緩存處理、日志記錄和集群服務(wù)的權(quán)限，這些權(quán)限能夠滿(mǎn)足管理人員的管理需求。

3.3前端技術(shù)應(yīng)用

前端技術(shù)應(yīng)用WebGIS技術(shù)能實(shí)時(shí)呈現(xiàn)及渲染地圖上的氣象信息，減少服務(wù)器資源的使用，避免出現(xiàn)服務(wù)效率低下和服務(wù)器不穩(wěn)定、地圖異常等問(wèn)題。將這套前端技術(shù)與系統(tǒng)分離出來(lái)，能夠減少系統(tǒng)與前端技術(shù)的耦合性，系統(tǒng)維護(hù)成本降低，拓展性變強(qiáng)。當(dāng)前WebGIS技術(shù)能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)定位及信息呈現(xiàn)要求，是機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)技術(shù)的重要支撐。

4.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)包含3個(gè)部分：第一部分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)由氣象局提供，包括自動(dòng)站點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、格點(diǎn)文件、雷達(dá)數(shù)據(jù)、強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；第二部分為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它由WebGIS技術(shù)提供前端技術(shù)支持，該系統(tǒng)將氣象局提供的數(shù)據(jù)與WebGIS技術(shù)對(duì)接，人們可以結(jié)合自己的需求，定位地點(diǎn)，然后得到短臨雷達(dá)估測(cè)降水、中期模式預(yù)報(bào)、實(shí)況格點(diǎn)產(chǎn)品和地圖數(shù)據(jù)處理服務(wù)；第三部分為云服務(wù)系統(tǒng)，為阿里云服務(wù)系統(tǒng)提供支持，它提供云服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)，包含API接口服務(wù)、云上數(shù)據(jù)操作服務(wù)。

4.2數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

阿里云已經(jīng)與中國(guó)氣象局簽訂了合作服務(wù)條約，成立了氣象云，專(zhuān)門(mén)為氣象局建立了氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能池，它提供的功能如表1所示，應(yīng)用了SSD云盤(pán)服務(wù)，這一服務(wù)能夠滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)氣象部門(mén)的計(jì)算服務(wù)要求。

數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能如MOS預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)模型，云服務(wù)器商將接受氣象局制訂的模型來(lái)實(shí)時(shí)運(yùn)算，并提供數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)每隔30 min更新一次數(shù)據(jù)信息，提供最實(shí)時(shí)的氣象服務(wù)，數(shù)據(jù)共享流程如下：開(kāi)始→數(shù)據(jù)分析→發(fā)類(lèi)列表→判斷數(shù)據(jù)更新時(shí)間（1 min）→給出歷史數(shù)據(jù)→判斷數(shù)據(jù)更新時(shí)間（30 min）共享數(shù)據(jù)列表→結(jié)束。

4.3云服務(wù)的服務(wù)

云服務(wù)器提供的服務(wù)即表現(xiàn)層得到的服務(wù)。這是手機(jī)App服務(wù)器提供的服務(wù)，結(jié)合設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以從多種途徑獲得服務(wù)。比如用戶(hù)能夠從計(jì)算機(jī)登陸相關(guān)網(wǎng)頁(yè)得到相應(yīng)的服務(wù)、可以應(yīng)用手機(jī)App下載客戶(hù)端得到服務(wù)?？梢詮奈⑿殴娞?hào)定制專(zhuān)門(mén)的服務(wù)，還可以根據(jù)需求，應(yīng)用Restful接口來(lái)接入服務(wù)。

依照氣象服務(wù)項(xiàng)目網(wǎng)格設(shè)計(jì)，人們?nèi)我舛x一點(diǎn)，機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)就能通過(guò)自動(dòng)運(yùn)算，計(jì)算現(xiàn)在所落入的網(wǎng)格位置，然后將提供該網(wǎng)格位置的所有氣象信息，包含所在位置地圖的顯示、各種數(shù)據(jù)信息及圖形信息。人們可以直觀地了解各種數(shù)據(jù)信息，并聽(tīng)取專(zhuān)業(yè)的服務(wù)建議。

本文在機(jī)場(chǎng)用戶(hù)氣象數(shù)據(jù)需求的基礎(chǔ)上分析了運(yùn)算模型和需要的服務(wù)模型。然后針對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用阿里云提供的氣象云計(jì)算服務(wù)作為后端技術(shù)，把WebGIS技術(shù)作為前端技術(shù)，然后建立系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集氣象局提供的數(shù)據(jù)，為用戶(hù)建立一套機(jī)場(chǎng)用戶(hù)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，這套服務(wù)系統(tǒng)表達(dá)直觀、平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)的成本低，本文技術(shù)的應(yīng)用充分滿(mǎn)足了機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)建立的需求。

在社會(huì)向前發(fā)展的前提下，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了WebGIS及阿里云氣象服務(wù)云平臺(tái)。充分應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建立機(jī)場(chǎng)用戶(hù)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，可以發(fā)揮大型的、綜合的專(zhuān)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且能使系統(tǒng)的技術(shù)與技術(shù)耦合度降低，從而提高系統(tǒng)建立的靈活性，提高系統(tǒng)維護(hù)的質(zhì)量。充分地了解當(dāng)前的氣象相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合需求應(yīng)用這種技術(shù)，是機(jī)場(chǎng)氣象服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的可行思路，經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)揮出很多優(yōu)勢(shì)，能提高氣象服務(wù)系統(tǒng)建立的質(zhì)量。

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