基于百度平臺的茂名區(qū)域站監(jiān)控系統(tǒng)建設

麥宗鑒，李子平，車鳳華，劉祖俐

（茂名市氣象局，廣東 茂名 525000）

近年來，區(qū)域性氣象災害頻發(fā)，區(qū)域自動氣象站點數據的精確程度對災害成因分析越來越重要［1-2］，站點運行狀態(tài)的穩(wěn)定性對站點數據在氣象業(yè)務應用方面影響越來越大［3-5］，數據可用性的高低直接影響到氣象服務效果。近年來，國內部分氣象科技工作者對區(qū)域氣象自動站點數據利用越來越廣泛，促使氣象智能科研產品不斷涌現，陳聰等［6］利用精細化預報產品智能解讀算法，最終實現給用戶提供天氣服務產品；湯沛等［7］整合廣東省氣象局精細化預報系統(tǒng)（GIFT），搭建精細化服務平臺。及時、高效掌握這些站點數據的準確性已成為做好重大天氣過程預報的重要因素，為了推進氣象現代化事業(yè)的發(fā)展，迫切需要加強茂名市、縣2級區(qū)域自動氣象站點告警信息的監(jiān)控手段，進而使站點數據在茂名氣象服務方面繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。

目前，茂名全市建設了170多個區(qū)域自動氣象站點，但是根據未來“村村有自動站”的配置需求，各省、市先后搭建不同架構的監(jiān)控平臺，雷衛(wèi)延等［8］搭建了廣東省級氣象觀測資料頂層集約化監(jiān)控平臺，實現監(jiān)控多個系統(tǒng)數據流傳輸全流程；麥宗鑒等［9］構建了市級業(yè)務保障系統(tǒng)，提出了監(jiān)控地面國家站正點及時到報對新手業(yè)務人員的重要性；潘心順等［10］開發(fā)了河源市自動站資料的實時更新和顯示。區(qū)域站點數據作為科研項目重要的基礎數據來源，為了提供更精確的數據和做好茂名市區(qū)域自動氣象站監(jiān)控業(yè)務，在利用原有業(yè)務平臺和桌面程序［11］基礎上，從茂名實際出發(fā)，結合一線保障人員綜合值班情況考慮，為提高茂名市級監(jiān)控管理水平，構建了符合茂名市本地化的Web監(jiān)控平臺。

1 百度應用接口

百度開發(fā)者平臺是百度對外開放的應用接口平臺，為國內開發(fā)者提供開放的多樣化服務體系，包括百度地圖、百度語音播放、百度人工智能、百度自動駕駛等應用接口，借助百度應用接口的靈活性和業(yè)務需求，可便捷實現基于百度接口的業(yè)務平臺功能建設。

1.1 百度地圖

百度地圖是百度公司為用戶調用網絡地圖應用接口的一項免費服務，提供了多種服務版本，現在比較主流的是引用JavaScript版本，該版本使用時，需要先申請百度授權密鑰。百度地圖不僅提供了路線導航、周邊搜索、路況查詢、定位標記和自定義覆蓋物等服務，而且通過鼠標可以實現地圖拖拽、縮放、事件觸發(fā)等操作，并根據經緯度信息，實時在百度地圖上展示數據，使得界面更加直觀、真實反映數據的地理時空分布情況。

1.2 百度語音

百度語音是基于HTTP請求的在線應用接口技術，主要分為百度語音識別和百度語音合成。百度語音識別是一種將語音識別為文字信息的技術；百度語音合成是一種能夠將文字轉化成語音的技術，通過GET方式傳遞相關參數，參數列表說明如表1所示，它的接口地址為：“http：／／tts.baidu.com／text2audio？lan＝zh＆ie＝UTF-8＆spd＝5＆text＝要播報的站點告警信息”。

表1 百度語音接口參數列表說明

2 系統(tǒng)建設

2.1 系統(tǒng)結構

茂名區(qū)域站點告警信息監(jiān)控系統(tǒng)基于B／S架構，主要監(jiān)控區(qū)域站點不在線時長、站點要素異常等告警信息，市、縣2級一線保障人員可實時在線訪問頁面和查詢信息。該系統(tǒng)分為3層構架：數據層、邏輯層和界面層，數據層的數據主要通過PHP語言、HTTP協議與廣東省氣象局的一體化數據訪問服務平臺（IDEA）建立連接后獲取；邏輯層是針對具體業(yè)務應用對數據層數據進行二次開發(fā)；界面層表現為用戶提供交互的操作界面，主要采用HTML、CSS和Bootstrap框架使得界面層簡潔美觀。

該系統(tǒng)結構明顯，進一步增強系統(tǒng)的可維護性和拓展性，實現了數據層、邏輯層與界面層之間的低依賴、高分離。系統(tǒng)結構實現流程如圖1所示。

圖1 茂名區(qū)域站監(jiān)控系統(tǒng)技術流程示意圖

2.2 基于IDEA的數據整合

該系統(tǒng)采用PHP編程語言結合IDEA平臺的數據接口獲取區(qū)域自動氣象站點數據作為數據源，IDEA接口提供了海量詳細的氣象區(qū)域站點各要素的相應字段值，為數據的二次整合提供極大的便利。該系統(tǒng)的業(yè)務核心是監(jiān)控區(qū)域氣象站點產生的數據告警信息，以站點為對象，根據業(yè)務實際需求封裝了數據控制類（AreaStation類）。通過調用該類中函數實現對IDEA接口數據的處理和過濾，生成業(yè)務監(jiān)控所需的告警信息，最終完成以JSON數據格式結構的基于IDEA接口的數據整合。JSON數據格式結構如下：

2.3 基于Redis的頁面緩存應用

Redis是一個高性能的、二進制安全的以鍵-值存儲的非關系型數據庫，最大可以存儲512 Mb字節(jié)和任意格式的數據，數據不僅可以定期更新寫入文件持久保存，而且還可以將數據緩存在內存中，實現動態(tài)頁面的緩存機制，提高頁面的訪問速度。該系統(tǒng)采用Redis實現動態(tài)頁面的緩存，當后端數據量龐大且訪問的并發(fā)量較高時，很好地解決了頁面訪問過慢或內存溢出的問題，緩存在頁面生命周期內充當臨時服務器為用戶提供數據，降低了服務器的訪問頻次，適當減輕了服務器的壓力。核心代碼如下：

2.4 系統(tǒng)功能

根據茂名全市氣象區(qū)域站業(yè)務監(jiān)控本地現狀綜合分析，面向市、縣保障人員開發(fā)了本監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對后端算法設定判別條件，自定義設計告警信息字符格式并在百度地圖上實現了6項功能的顯示：

1）統(tǒng)計站點當前時次和連續(xù)不在線時段告警信息。系統(tǒng)提供智能識別、統(tǒng)計當前時次不在線及站點連續(xù)不在線時段站點個數，可以很方便直觀反映出區(qū)域站點的運行狀態(tài)，確保保障人員及時看到告警信息，提前安排工作計劃，快速響應裝備保障任務，有效提升茂名氣象的業(yè)務質量。

2）站點要素值異常告警信息。氣象站點要素值的準確性反映著當地實際的氣象狀況，它在預報預警方面發(fā)揮著重要的作用。從該系統(tǒng)獲取的氣象要素異常告警信息包括要素值缺測、要素值超閥值、要素值疑誤等內容，不同的異常信息為市級管理員安排具體事項提供數據支撐，進一步提升市級業(yè)務管理監(jiān)控水平。

3）站點降雨量級告警信息。系統(tǒng)后臺自動統(tǒng)計過去3、6和24 h的降水量，當累積降水量達到設置的降水閾值時，產生相應的雨量量級告警信息。這些信息很直觀反映了站點區(qū)域周邊的降水實況，為業(yè)務值班人員在預警發(fā)布和防災減災工作提供重要的數據參考。

4）百度地圖頁面顯示。該系統(tǒng)前端采用Bootstrap框架結合百度地圖根據站點經緯度疊加顯示區(qū)域站告警信息出現的具體位置，并通過地圖定位標注功能和鼠標點擊事件可以更直觀掌握各區(qū)域站點出現告警信息的具體內容。要在頁面顯示百度地圖，須在＂＜head＞＜／head＞＂標簽內引入百度地圖應用接口地址：＂http：／／api.map.baidu.com／api？v＝3.0＆ak＝密鑰＂并添加＂＜div＞＜／div＞＂標簽容器用于創(chuàng)建地圖實例。

百度地圖實例創(chuàng)建之后，通過城市地名以覆蓋物的形式設置市級行政邊界，同時運用jQuery異步技術請求后端JSON數據生成告警信息在行政邊界內疊加顯示，并利用Javascript原生技術設計定時器結合AJAX技術實現頁面數據局部更新，從而構建出界面友好、美觀和簡潔的交互系統(tǒng)。百度地圖顯示告警信息核心代碼如下：

5）百度語音播報告警信息。百度語音是百度公司面向網絡服務而開發(fā)關于文字合成語音的一項數字信號轉換技術。該系統(tǒng)最終將生成的告警信息自動加入表1所示的參數列表“text”隊列中按順序進行播報，通過調整適當的語速，可以非常方便起到自動提醒作用，其主要目的就是引起保障人員的重視。

6）業(yè)務監(jiān)控應用。在實際工作中，市級業(yè)務管理員可以利用該系統(tǒng)實時捕獲到具體站點的告警信息如圖2所示，實現茂名市、縣2級的區(qū)域自動氣象站監(jiān)控管理，響應市級職能；縣級保障人員根據告警信息，第一時間響應處理，完成縣級職能。該系統(tǒng)為市縣業(yè)務人員協同提高基層氣象服務水平提供一定的技術支撐。

圖2 茂名區(qū)域站告警信息監(jiān)控效果

3 系統(tǒng)WebService應用擴展

WebService是一種跨編程語言和跨操作系統(tǒng)平臺的遠程調用技術，使用XML語言描述的應用平臺。按該系統(tǒng)2.2節(jié)封裝的AreaStation類搭建WebService應用平臺，利用該類與轉換工具類（SoapDiscovery類）綁定自動生成以AreaStation類命名的wsdl文件（AreaStation.wsdl）。wsdl是基于XML語言編寫的，是WebService客戶端和服務器端相互通訊的標準格式，是客戶端訪問服務器的“橋梁”。wsdl本質是使用XML解析AreaStation類及其函數、參數和返回值，并在服務器端提供Web服務地址供客戶端調用，為開發(fā)人員利用該系統(tǒng)的數據接口進行二次開發(fā)提供便利。

茂名區(qū)域站監(jiān)控系統(tǒng)基于百度應用接口設計，引用百度地圖和百度語音輔助決策，采用AJAX和JSON進行數據交互，降低頁面數據的重復加載，為用戶帶來更好的體驗，利用Redis緩存技術，提高頁面訪問速度，減輕服務器壓力，通過設置自動提醒界面有助于更好實時監(jiān)控告警信息，有效避免了人工監(jiān)控造成的錯漏。

該系統(tǒng)架構層次分明，運行穩(wěn)定，可維護性、移植性高，無須變更基礎架構，只需更改少量參數，即可完成廣東任何城市的本地化擴展應用。實踐證明，自開發(fā)完成以來，區(qū)域站出現的疑誤、缺測、下線等告警可以及時發(fā)現，并快速響應解決，對提升區(qū)域自動氣象站的監(jiān)控水平發(fā)揮著重要的作用，為市、縣二級管理人員和保障人員提供一個很好的監(jiān)控系統(tǒng)。