基于天擎的非編程用戶氣象數(shù)據(jù)接口訪問實(shí)現(xiàn)方法

王旭東，徐 娟，張 鴻

（甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心，甘肅 蘭州 730020）

2016年底，由國家氣象信息中心牽頭組織實(shí)施構(gòu)建的全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）正式通過業(yè)務(wù)化運(yùn)行，標(biāo)志著以全國綜合氣象信息共享平臺為核心的國省統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境正式建立[1]，初步形成了具有標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一特性的支撐氣象核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)生態(tài)[2]。自全國綜合氣象信息共享平臺業(yè)務(wù)化運(yùn)行以來，該平臺承載著國內(nèi)氣象通信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了國家級、省級、市級、縣級這四級氣象數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)收集與交換、質(zhì)量控制與產(chǎn)品生成、存儲管理，同時還承擔(dān)著共享服務(wù)與業(yè)務(wù)監(jiān)控的任務(wù)[3]。氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口（Meteorological Unified Service Interface Community，MUSIC）為氣象業(yè)務(wù)、氣象產(chǎn)品研發(fā)以及相關(guān)科研人員提供全國統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，與此同時，還提供了應(yīng)用編程接口（API），用戶可以通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)輸入訪問參數(shù)并嵌入各數(shù)據(jù)服務(wù)接口或者是通過調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)腳本命令的方式獲取全國綜合氣象信息共享平臺存儲中的氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品[4]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和氣象現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，以“x86+Oracle+盤陣”為主的傳統(tǒng)信息技術(shù)構(gòu)建，在規(guī)模、性能和應(yīng)用服務(wù)的針對性方面顯得能力不足[5]。面對氣象觀測產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)存儲方面還有一定困難，對于如何滿足氣象數(shù)據(jù)的高速交換、并發(fā)訪問、多樣性數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用等方面依然存在著很大的缺陷，如何降低該方面的性能缺陷亟待解決[6]，2020年氣象大數(shù)據(jù)云平臺（簡稱“天擎”）在全國范圍完成建設(shè)，“天擎”全面提升了CIMISS的能力，但其氣象數(shù)據(jù)接口訪問也基本保留了CIMISS數(shù)據(jù)服務(wù)接口的功能[7]。

1 天擎簡介

天擎是在氣象業(yè)務(wù)“云+端”新技術(shù)機(jī)制背景下的核心基礎(chǔ)軟件技術(shù)平臺，該平臺可以促進(jìn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)“云化”，形成“云+端”業(yè)務(wù)新模式格局，同時可以為氣象部門的氣象業(yè)務(wù)提供最完備、最權(quán)威地球系統(tǒng)及相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)的氣象大數(shù)據(jù)管理平臺，天擎的投入使用，徹底改變了目前業(yè)務(wù)中存在的“小、低、散”低水平重復(fù)建設(shè)現(xiàn)狀，消除了“數(shù)據(jù)孤島”，對現(xiàn)有資源的整合、業(yè)務(wù)流程的再造起到積極作用，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)聚集規(guī)模效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集約化后高效、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。

天擎充分應(yīng)用了新一代信息技術(shù)，其中包括云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、人工智能等。該平臺按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)的原則，根據(jù)先建設(shè)后改變的策略，建成在用戶需求方面能夠滿足，技術(shù)方面具有一定的先進(jìn)性，功能相對完善的氣象大數(shù)據(jù)云平臺，能夠支持高并發(fā)、高性能、高擴(kuò)展的“數(shù)算一體”氣象大數(shù)據(jù)云平臺，實(shí)現(xiàn)對氣象業(yè)務(wù)所需的地球系統(tǒng)和相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收集、處理、融合、存儲和共享，實(shí)現(xiàn)氣象業(yè)務(wù)算法、業(yè)務(wù)功能共建共享便捷裝配、靈活快速組合應(yīng)用，解決了“云+端”新機(jī)制下的氣象業(yè)務(wù)新模式，解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)需自建單獨(dú)的、重復(fù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)頑疾。實(shí)現(xiàn)了技術(shù)融合、數(shù)據(jù)融合、業(yè)務(wù)融合方面有了新突破，促進(jìn)了氣象觀測、預(yù)報、服務(wù)、管理業(yè)務(wù)的高效協(xié)同與高質(zhì)量發(fā)展。

2 服務(wù)接口系統(tǒng)概述及服務(wù)方式

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口，基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺，主要是面向氣象業(yè)務(wù)和氣象相關(guān)科研人員提供全國數(shù)據(jù)統(tǒng)一、格式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容服務(wù)內(nèi)容豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)以及應(yīng)用可編程的接口（API），為國家級、省部級、地市級、縣區(qū)四級應(yīng)用系統(tǒng)提供唯一權(quán)威的數(shù)據(jù)接入服務(wù)[8]。氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口管理平臺是為系統(tǒng)管理員或者氣象數(shù)據(jù)工作人員設(shè)計開發(fā)的，旨在為管理員用戶提供快速方便配置管理數(shù)據(jù)服務(wù)接口的工具，有效的簡化數(shù)據(jù)接口配置管理工作，提高工作效率。

2.1 服務(wù)接口系統(tǒng)概述

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口管理平臺的管理菜單包含了基本信息管理、數(shù)據(jù)庫定義、通用接口、訪問接口、氣象資料、氣象要素、模式信息、數(shù)據(jù)實(shí)體、流域信息、用戶管理、服務(wù)配置、數(shù)據(jù)寫入審核、數(shù)據(jù)同步、省際備份切換、監(jiān)視統(tǒng)計、文檔配置管理、網(wǎng)關(guān)配置管理、眾創(chuàng)接口等。其特點(diǎn)是能夠提供多樣的服務(wù)方式，擁有強(qiáng)大的服務(wù)功能，可以跨平臺、多語言地開發(fā)支撐能力，極度精簡、穩(wěn)定不變的客戶端，多種選擇的返回格式，支持異構(gòu)、不同存儲技術(shù)的多源數(shù)據(jù)庫，可配置、針對業(yè)務(wù)的訪問接口。

2.2 服務(wù)接口功能

省級天擎接口提供包括地面、高空、大氣成分、輻射、農(nóng)氣、數(shù)值預(yù)報、雷達(dá)、衛(wèi)星等在內(nèi)的14個大類200余種資料的訪問服務(wù)，天擎MUSIC可實(shí)現(xiàn)文件級氣象資料的查詢、下載，站點(diǎn)類資料的保存、查詢和統(tǒng)計，氣象格點(diǎn)資料的裁剪、解析和下載保存等功能，這基本滿足了非開發(fā)用戶對氣象數(shù)據(jù)的訪問需求。對于開發(fā)人員，接口還提供了文件產(chǎn)品、站點(diǎn)資料以及格點(diǎn)要素的數(shù)據(jù)回寫功能，并且天擎接口新的服務(wù)功能仍在發(fā)展中。

2.3 服務(wù)接口服務(wù)方式

天擎MUSIC提供包括客戶端調(diào)用、REST服務(wù)和腳本服務(wù)等多種服務(wù)方式，以數(shù)值預(yù)報為例，該平臺不但能夠滿足大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)的高效傳輸和獲取，并且為前臺交互應(yīng)用提供便捷的編程體驗(yàn)，而且還能為廣大氣象科研人員提供非編程模式下的數(shù)據(jù)獲取服務(wù)。天擎平臺下的MUSIC支持跨平臺多語言開發(fā)，客戶端調(diào)用服務(wù)和腳本服務(wù)支持包括Windows、Linux等主流操作系統(tǒng)，并且MUSIC提供包括C#、Java、C/C++、Fortran、Python 等語言的軟件開發(fā)工具包。天擎接口調(diào)用的數(shù)據(jù)返回格式亦是十分豐富，支持序列化字符串、數(shù)據(jù)文件和內(nèi)存對象等。天擎MUSIC提供了多樣的調(diào)用方法，其中包含9個標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用方法，用戶可以靈活選擇合適的接口、資料類別和返回格式，靈活獲取所需的氣象數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。

2.4 訪問接口分類

在服務(wù)接口管理平臺的列表中，主要羅列了訪問接口分類的相關(guān)信息,包括(序號、接口分類ID、接口分類名稱、描述)，用戶可進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢等操作。目前，訪問接口分為14個大類：地面資料接口、高空資料接口、海洋資料接口、輻射資料接口、農(nóng)氣資料接口、數(shù)值模式接口、大氣成分接口、歷史代用接口、氣象災(zāi)害接口、雷達(dá)資料接口、衛(wèi)星資料接口、科考資料接口、服務(wù)產(chǎn)品接口和其他資料接口。

2.5 應(yīng)用接入流程

（1）用戶根據(jù)自己應(yīng)用所需的資料，找見應(yīng)用所要實(shí)現(xiàn)的功能，然后在接口網(wǎng)站[資源共享]目錄下的[數(shù)據(jù)]欄目中查找資料。打開[資源共享]菜單欄的[接口]目錄，查看可調(diào)用該資料的接口清單。選擇自己擅長的接口，進(jìn)入接口的詳細(xì)說明頁面，查看所需資料是否存在或者存在的資料是否滿足需求，如果符合條件進(jìn)入第二步。在[示例代碼]欄中，可以顯示獲取此類接口所支持的開發(fā)模式、開發(fā)語言以及不同的返回對象的編程示例，也會有相對應(yīng)的示例下所對應(yīng)的結(jié)果。根據(jù)相關(guān)提示，在線申請注冊接口賬戶，經(jīng)管理員審核通過并激活后方可使用。

（2）用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇開發(fā)模式與語言，該平臺當(dāng)前支持的訪問方式有客戶端、REST等主要服務(wù)方式。以上方式不僅支持JAVA、C#、C++，同時還支持Python等多種語言。這些服務(wù)方式各有特色，如果在進(jìn)行大量數(shù)據(jù)獲取的同時能保持高效的傳輸性能。例如，數(shù)值預(yù)報，建議使用客戶端方式進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用；如果需要通過編程方式并且與前臺進(jìn)行交互應(yīng)用，建議選擇REST服務(wù)方式。

（3）通過應(yīng)用支撐門戶網(wǎng)站下載的SDK與DEMO文件中，SDK主要是支持C/S開發(fā)客戶端所需的開發(fā)包，該包中就包含了數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析以及數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)缺匾墓δ?，進(jìn)而參考DEMO 程序，從接口調(diào)用端選擇合適的資料與相應(yīng)的接口，開發(fā)應(yīng)用程序，就可獲得所需要的資料。

3 非編程用戶友好的接口訪問方式

天擎提供了豐富的氣象數(shù)據(jù)接口訪問方式，但是對于只想獲取特定時間或時間段氣象數(shù)據(jù)而不想過多考慮操作系統(tǒng)和開發(fā)語言的用戶，腳本服務(wù)作為一種簡單便捷的氣象數(shù)據(jù)獲取方式優(yōu)勢明顯。用戶只需登錄天擎業(yè)務(wù)賬戶，根據(jù)自己所申請業(yè)務(wù)賬戶的權(quán)限，在PC端修改腳本運(yùn)行環(huán)境變量和參數(shù)，通過執(zhí)行相關(guān)腳本就可以進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)檢索和批量下載任務(wù)。

3.1 賬戶申請

根據(jù)天擎的管理要求，用戶首先聯(lián)系省級信息中心天擎管理人員獲取并登陸天擎應(yīng)用門戶網(wǎng)站訪問界面申請業(yè)務(wù)賬戶，接口訪問需要開通數(shù)據(jù)服務(wù)接口功能權(quán)限，并且用戶要牢記申請賬戶的賬戶名和密碼，以便進(jìn)行腳本配置。在業(yè)務(wù)賬戶審核通過后，用戶需要申請接口訪問的氣象數(shù)據(jù)資源并進(jìn)行提交，在管理員審核通過后利用接口訪問驗(yàn)證工具進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問驗(yàn)證。

3.2 環(huán)境配置

在數(shù)據(jù)調(diào)取的PC端安裝1.7版本以上的JRE環(huán)境，具體安裝步驟可參考相關(guān)網(wǎng)絡(luò)教程，文中不再贅述。添加環(huán)境變量后并執(zhí)行Java -version命令進(jìn)行版本確認(rèn)。

3.3 參數(shù)配置

下載開發(fā)語言為Script的客戶端開發(fā)包或demo工程包，解壓至不帶中文字符的本地目錄，首先配置client.config中與訪問環(huán)境有關(guān)的music_server、music_port和music_ServiceId參數(shù)。

3.3.1 關(guān)于clinet的參數(shù)配置

3.3.2 關(guān)于配置demo.ini中接口資料調(diào)用參數(shù)

Demo文件為用戶開發(fā)所使用接口時的示范工程項(xiàng)目內(nèi)容，demo工程項(xiàng)目內(nèi)容中就已經(jīng)包含了客戶端、REST等常見的開發(fā)模式。用戶應(yīng)當(dāng)結(jié)合自己所使用的開發(fā)語言獲取與之相對應(yīng)的demo示范工程，按照實(shí)際的IP和所申請的業(yè)務(wù)賬戶執(zhí)行操作。

關(guān)于配置注意的事項(xiàng)：

（1）接口名稱。第一個參數(shù)接口名稱，依據(jù)MUSIC接口規(guī)范進(jìn)行接口選擇，接口名稱需用“[]”括起來。

（2）賬戶信息。userinfo為用戶申請的業(yè)務(wù)賬戶信息。

（3）保存格式。dataFormat為要保存的氣象數(shù)據(jù)類型，腳本方式支持TEXT/HTML/XML/JSON/JSONP/CSV格式。

（4）保存路徑。文件保存路徑支持相對路徑，可配置為“savePath=全路徑含文件名”或“saveDir=路徑”形式，路徑中支持正則表達(dá)式匹配日期$(YYYYMMDDHHMISS)。

（5）參數(shù)配置。時間范圍支持times時間點(diǎn)參數(shù)和timeRange時間段參數(shù)，可包含正則表達(dá)式匹配日期及對日期進(jìn)行減操作；orderby可設(shè)置輸出內(nèi)容按照某一或某幾項(xiàng)要素進(jìn)行升序或降序排列，desc為降序，asc為升序。臺站級別支持同類不同級別臺站同時選擇，不同級別臺站代碼之間用逗號隔開，地面觀測站站網(wǎng)代碼為01，包括基準(zhǔn)站011、基本站012、一般站013、區(qū)域站014和其他015；高空氣球探空儀探測站站網(wǎng)代碼為04，探空站為041，測風(fēng)站為042；輻射觀測站站網(wǎng)代碼為11，一級、二級、三級輻射站代碼分別為111、112和113；農(nóng)氣站站網(wǎng)代碼為12，一級站和二級站代碼分別為121和122。

3.4 程序執(zhí)行

完成參數(shù)配置后，進(jìn)入程序所在目錄，Windowns環(huán)境下左鍵雙擊run.bat，Linux環(huán)境下輸入sh run.sh便可執(zhí)行程序。程序執(zhí)行時會在程序所在的當(dāng)前目錄自動生成apilog日志文件夾記錄程序運(yùn)行日志和異常信息，供用戶進(jìn)行問題排查。

4 結(jié)束語

天擎系統(tǒng)存儲的氣象數(shù)據(jù)幾乎涵蓋了氣象部門的氣象業(yè)務(wù)所需資源，該平臺的投入使用很大程度上改變了氣象業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)模式，為氣象業(yè)務(wù)人員在數(shù)值預(yù)報和科研方面帶來了極大的便利，但是服務(wù)接口方面并未考慮到非編程用戶的使用感受，本研究雖然提出了通過簡單的腳本訪問方式獲取所需的氣象數(shù)據(jù)，降低了非編程用戶天擎氣象數(shù)據(jù)的獲取難度，但是在操作層面上還需要一定的計算機(jī)業(yè)務(wù)常識。如何通過建立可視化界面的客戶端進(jìn)行操作，才能夠真正意義上達(dá)到友好訪問的模式，才能更好地增加用戶的體驗(yàn)感，同時也可以更加有效地拓寬氣象大數(shù)據(jù)云平臺的受眾范圍，為氣象事業(yè)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)力量。