基于信創(chuàng)要求的云南省人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)管理平臺設(shè)計(jì)

摘 要：隨著現(xiàn)代氣象科技的不斷發(fā)展，人工影響天氣作業(yè)成為氣象防災(zāi)減災(zāi)的重要措施?；谠颇鲜庀蟠髷?shù)據(jù)云平臺，對彈藥裝備管理系統(tǒng)的信創(chuàng)與國產(chǎn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入探討。綜合采用安全策略，從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全到部署策略進(jìn)行全方位的安全性評估與應(yīng)用設(shè)計(jì)，為人工影響天氣裝備彈藥物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的信創(chuàng)及國產(chǎn)化設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的指導(dǎo)策略，確保數(shù)據(jù)在傳輸、存儲和處理過程中的完整性、可靠性和保密性。

關(guān)鍵詞：信創(chuàng)要求；人工影響天氣；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：P48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

在我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，人工影響天氣作為一項(xiàng)關(guān)乎國計(jì)民生的重要技術(shù)，不僅在防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)建設(shè)、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)等領(lǐng)域中起到了關(guān)鍵作用，還是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的有力保障[1]。云南省作為我國的重要人工影響天氣實(shí)踐區(qū)域，在人工影響天氣彈藥裝備管理系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)方面為全國提供了寶貴的實(shí)踐資料[2-3]。該系統(tǒng)已給云南省帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但其存在的問題和不足也不容忽視，如系統(tǒng)硬件的舊化、網(wǎng)絡(luò)通信的不穩(wěn)定性、手持終端操作的復(fù)雜性等問題，均對人工影響天氣的安全生產(chǎn)造成了潛在風(fēng)險。為了更加精準(zhǔn)、高效、安全地開展人工影響天氣工作，系統(tǒng)的升級設(shè)計(jì)、管理流程的優(yōu)化及技術(shù)手段的創(chuàng)新顯得尤為重要。通過深入分析當(dāng)前存在的需求問題，并在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)信創(chuàng)應(yīng)用和國產(chǎn)化設(shè)計(jì)方案，從而為人工影響天氣的安全生產(chǎn)提供有力保障。

1 項(xiàng)目需求

1.1 信創(chuàng)適配需求

棱鏡門事件后，我國發(fā)布了一系列自主創(chuàng)新的要求。2016年7月，《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提到打造國際先進(jìn)、安全可控的核心技術(shù)體系；2018年4月，習(xí)近平總書記在湖北考察時指出：“具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，是企業(yè)的‘命門’所在?！卑粗泄仓醒朕k公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于實(shí)施黨政機(jī)關(guān)電子公文系統(tǒng)安全可靠應(yīng)用全面替代的意見》的通知要求，在2020—2022年，黨政機(jī)關(guān)單位要將辦公信息設(shè)備全部替換為信創(chuàng)產(chǎn)品（大部分區(qū)域以2020年30%、2021年50%、2022年20%進(jìn)度推進(jìn)）。

1.2 政策文件需求

根據(jù)國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的意見》的指引，云南省人工影響天氣中心（以下簡稱中心）對人工影響天氣作業(yè)的全流程，特別是關(guān)于人工影響天氣彈藥裝備的質(zhì)量管控的要求日趨嚴(yán)格[4]。對此，中心需重視人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)的整體規(guī)劃工作，旨在確保物聯(lián)網(wǎng)的安全性及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3 安全應(yīng)用需求

在現(xiàn)代社會中，各種網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)已被廣泛使用，中心在其日常工作中對此也存在依賴性。因此，如何提高這些系統(tǒng)的安全性成為中心面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。進(jìn)一步提高人工影響天氣彈藥物聯(lián)網(wǎng)的安全性，不僅要解決技術(shù)層面的問題，還需保障系統(tǒng)與實(shí)際操作之間的連接與交互性。

1.4 安全監(jiān)管需求

人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)工作中的重要性，因此對其中的人工影響天氣彈藥和裝備的管理顯得尤為關(guān)鍵。中心需要配備一個更加精確、及時的預(yù)警提醒功能，保護(hù)人工影響天氣彈藥和裝備的安全，促進(jìn)作業(yè)成功開展。

1.5 業(yè)務(wù)驅(qū)動需求

云南省人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但在實(shí)際操作中仍存在一些問題。為了滿足實(shí)際作業(yè)需求，中心需要對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級和優(yōu)化，確保其穩(wěn)定性、功能性和可用性。

1.6 統(tǒng)籌集約需求

面對眾多運(yùn)行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，云南省人工影響天氣中心應(yīng)解決資源超負(fù)荷運(yùn)行的問題。根據(jù)相關(guān)的要求，中心需進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的升級和優(yōu)化，通過整合資源，提高系統(tǒng)的高效性、集約性，并滿足大數(shù)據(jù)云平臺的發(fā)展要求。

1.7 規(guī)范流程需求

針對云南省人工影響天氣安全管理的多樣性和不統(tǒng)一的問題，中心應(yīng)提供一套可視化的業(yè)務(wù)流程建模工具，輔助進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的梳理和優(yōu)化。同時，為滿足各級管理的需求，該工具還需具備流程快速配置功能，確保流程的準(zhǔn)確性和高效性。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目技術(shù)路線

對本項(xiàng)目將采用一系列先進(jìn)的技術(shù)手段，確保系統(tǒng)構(gòu)建的合理性與持續(xù)性。

第一，基于中國氣象局氣象大數(shù)據(jù)云平臺建設(shè)規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸與入庫將得以有效實(shí)施。這不僅能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性，還使得數(shù)據(jù)的管理與使用更加便捷。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，將緊隨當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的步伐，選擇最合適的技術(shù)體系。系統(tǒng)整體上基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺的框架進(jìn)行升級，利用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式，以JAVA技術(shù)為核心（包括JSP、EJB、SERVLET等），輔以XML和HTTPS，確保WEB SERVICES平臺的跨平臺能力。

第二，系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分離前后端，從而實(shí)現(xiàn)解耦。具體而言，前端技術(shù)將基于JAVASCRIPT語言，采用如VUE、BOOTSTRAP、LAYUI、ELEMENTUI等流行框架；而后端則基于JAVA語言，選擇SPRINGCLOUD微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，采用MYB-ATIS-PLUS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等操作，易于數(shù)據(jù)源切換實(shí)現(xiàn)程序可擴(kuò)展性；同時，采用JSON數(shù)據(jù)格式等方式與前端結(jié)合，達(dá)到數(shù)據(jù)信息可視化展示效果。微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢顯而易見。微服務(wù)架構(gòu)可擴(kuò)展性顯著。當(dāng)業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化時，微服務(wù)架構(gòu)可以輕松調(diào)整微服務(wù)節(jié)點(diǎn)來滿足新的需求。微服務(wù)架構(gòu)的容錯性較高。一旦某一服務(wù)出現(xiàn)問題，僅需對該服務(wù)進(jìn)行修復(fù)，不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時，微服務(wù)架構(gòu)的技術(shù)選型具有靈活性特點(diǎn)，每個服務(wù)都可以根據(jù)其功能需求選擇最合適的技術(shù)棧。由于每個微服務(wù)都具有明確的功能界定，其運(yùn)維效率更為出色。系統(tǒng)將以Web、GIS等技術(shù)為基礎(chǔ)，其應(yīng)用系統(tǒng)可以直接在氣象大數(shù)據(jù)云平臺上運(yùn)行。所有的硬件資源如云數(shù)據(jù)庫資源、專題數(shù)據(jù)庫資源及算力資源，都由氣象大數(shù)據(jù)云平臺（“天擎”系統(tǒng)）提供，并受其統(tǒng)一管理。同時，其生產(chǎn)的數(shù)據(jù)將納入氣象大數(shù)據(jù)云平臺統(tǒng)一存儲、管理；各種算法也會在氣象大數(shù)據(jù)云平臺算法庫中注冊，使其能夠統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行。此外，中間件軟件如數(shù)據(jù)庫及計(jì)算框架、消息服務(wù)、緩存服務(wù)、GIS服務(wù)等，都將使用氣象大數(shù)據(jù)云平臺所提供的平臺服務(wù)。

2.2 總體流程與環(huán)節(jié)

針對國家級人工影響天氣裝備彈藥的管理，一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)時采集監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。為確保系統(tǒng)的有效性與合規(guī)性，其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)均參考《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人工影響天氣業(yè)務(wù)中的應(yīng)用》相關(guān)規(guī)范[5]。對此，確保數(shù)據(jù)傳輸格式的標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。通過國家級系統(tǒng)所開放的接口，可以實(shí)時上傳與更新人影彈藥在各個環(huán)節(jié)中的信息。這些環(huán)節(jié)包括但不限于人工影響天氣彈藥的采購、入庫、轉(zhuǎn)運(yùn)、作業(yè)以及故障信息的記錄。其中，需要特別關(guān)注彈藥入庫環(huán)節(jié)，由于人工影響天氣彈藥的特殊性，每次收貨入庫前，必須通過驗(yàn)收系統(tǒng)開放的接口對人工影響天氣彈藥的有效性進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)人工影響天氣彈藥經(jīng)過有效的驗(yàn)收并確認(rèn)合格后，才允許執(zhí)行其入庫操作。在人工影響天氣彈藥的整個生命周期中，涵蓋從廠家生產(chǎn)到作業(yè)站點(diǎn)消耗的全過程。具體來說，其主要環(huán)節(jié)如圖1所示：

2.3 信創(chuàng)適配及國產(chǎn)化設(shè)計(jì)

基于信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用與國產(chǎn)化要求，本項(xiàng)目平臺建設(shè)除利用舊產(chǎn)品外，新采購的產(chǎn)品盡可能地使用國產(chǎn)品牌，以保證設(shè)備本身的安全性。除了國產(chǎn)品牌的安全設(shè)備，還要同步設(shè)計(jì)國產(chǎn)化安全解決方案。本項(xiàng)目研究針對系統(tǒng)國產(chǎn)化安全，進(jìn)行了相應(yīng)的信創(chuàng)適配，完全支持國產(chǎn)化軟硬件環(huán)境。平臺部署硬件使用云南氣象大數(shù)據(jù)云平臺的資源，本項(xiàng)目采用分布式存儲服務(wù)器和分布式文件系統(tǒng)，滿足服務(wù)器性能好、存儲容量大、可擴(kuò)展性強(qiáng)及可靠性高等要求，實(shí)現(xiàn)自主可控要求。

3 系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

云南省人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)管理平臺的業(yè)務(wù)模型從下向上可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)采集層、信息資源層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層五大層次，同時，這五大層次的建設(shè)又是以安全保障體系和運(yùn)維保障體系為依托，從而保證平臺系統(tǒng)整體建設(shè)的統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)性和安全性。平臺總體架構(gòu)具體設(shè)計(jì)如下：

基礎(chǔ)設(shè)施層：此層主要包括氣象大數(shù)據(jù)云平臺提供的各類服務(wù)。

數(shù)據(jù)采集層：此層著重于數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和上報。利用前期建設(shè)的手持終端及各種感應(yīng)技術(shù)，此層負(fù)責(zé)采集人工影響天氣彈藥裝備數(shù)據(jù)并將其實(shí)時上傳至系統(tǒng)服務(wù)器。

信息資源層：基于云南省氣象大數(shù)據(jù)云平臺，此層涉及數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算、處理和產(chǎn)品生成，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供強(qiáng)大的后端支持，確保信息資源得到高效利用，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：此層聚焦于天擎的融合改造，同時包括功能升級和新增功能設(shè)計(jì)，以滿足業(yè)務(wù)的實(shí)際需求。

用戶層：此層的核心是云南省各級人工影響天氣單位的管理及業(yè)務(wù)人員，他們主要通過電腦和手持終端訪問系統(tǒng)，執(zhí)行各項(xiàng)業(yè)務(wù)操作。

安全保障體系：系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要，該體系提供從網(wǎng)絡(luò)到存儲，再到應(yīng)用軟件的全方位安全保障措施。

運(yùn)維保障體系：為確保系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，此體系提供了包括硬件維護(hù)、軟件更新等運(yùn)維服務(wù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以省級為核心，圍繞省級的大數(shù)據(jù)云平臺服務(wù)器、防火墻等硬件資源展開，確保實(shí)時監(jiān)測和管理人工影響天氣彈藥的流轉(zhuǎn)流向。在地方，各市、縣通過氣象專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與省級的連接。他們主要以Web訪問的方式，實(shí)現(xiàn)對作業(yè)點(diǎn)裝備狀態(tài)、倉庫、人工影響天氣彈藥的監(jiān)測和管理，同時保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r同步至國家級系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

針對云南省人工影響天氣作業(yè)的需求，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的核心是用戶中心化，確保能實(shí)時監(jiān)控從人工影響天氣彈藥采購到回收、裝備申請到報廢的全過程，并與多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行無縫對接。

3.3.1 “天擎”系統(tǒng)融入改造

以“天擎”系統(tǒng)作為本項(xiàng)目的技術(shù)支撐，對原有的云南省人工影響天氣彈藥裝備管理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)架構(gòu)的調(diào)整與融入。天擎構(gòu)建了以氣象大數(shù)據(jù)云平臺為“云”、氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)為“端”的“云+端”氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體系，提供“數(shù)據(jù)、算力、算法”三統(tǒng)一的平臺化服務(wù)，是氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制重點(diǎn)改革任務(wù)中建設(shè)的關(guān)鍵共性基礎(chǔ)平臺?！疤烨妗毕到y(tǒng)具備海量數(shù)據(jù)存儲和在線加工能力，在數(shù)據(jù)、算力等方面可支撐應(yīng)用云化融入，能夠不斷融入業(yè)務(wù)算法、業(yè)務(wù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)應(yīng)用。本次云南省人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)管理平臺建設(shè)，包括軟件功能升級與新功能研發(fā)均統(tǒng)一納入“天擎”系統(tǒng)進(jìn)行管理，從數(shù)據(jù)流程、采集、存儲、產(chǎn)品加工、前端應(yīng)用到業(yè)務(wù)監(jiān)控改造，各方面都進(jìn)行深度的融合設(shè)計(jì)，以保證在業(yè)務(wù)應(yīng)用中的高效性和穩(wěn)定性[6]。

3.3.2 軟件升級策略

Web端：基于當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題以及實(shí)際業(yè)務(wù)需求，對倉儲管理、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等核心模塊進(jìn)行系統(tǒng)性重構(gòu)與升級，確保更好地滿足各單位的管理需求。

終端APP：針對作業(yè)站點(diǎn)的手持掃碼終端設(shè)備及使用人員的需求，對終端APP的功能和性能進(jìn)行優(yōu)化升級，提高系統(tǒng)的實(shí)時反饋和數(shù)據(jù)采集能力。

3.3.3 新功能研發(fā)與實(shí)現(xiàn)

Web端：為解決現(xiàn)有的人工影響天氣物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)中的缺陷和未滿足的業(yè)務(wù)需求，對系統(tǒng)進(jìn)行新增功能設(shè)計(jì)與開發(fā)。這包括但不限于計(jì)劃管理、采購管理、作業(yè)管理、車輛管理、裝備管理、通信設(shè)備管理、終端管理、基礎(chǔ)配置、信息管理，以及與其他相關(guān)系統(tǒng)的無縫對接。

終端APP：在現(xiàn)有的業(yè)務(wù)版本的基礎(chǔ)上，研發(fā)終端APP的管理版本。新增功能如人工影響天氣彈藥出入庫、人工影響天氣彈藥流轉(zhuǎn)異常處理、作業(yè)信息查看與上報、統(tǒng)計(jì)分析等，以滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求。

4 結(jié)束語

人工影響天氣的操作對精確、及時的數(shù)據(jù)交換和安全管理尤為關(guān)鍵，尤其在涉及人影彈藥裝備的數(shù)據(jù)處理時。因此，對云南省人工影響天氣作業(yè)指揮平臺物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的信創(chuàng)與國產(chǎn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入探討，并研究其數(shù)據(jù)交換的安全性。通過細(xì)致地剖析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全和部署策略，發(fā)現(xiàn)在此類特定應(yīng)用的背景下，數(shù)據(jù)安全的重要性和實(shí)現(xiàn)方式不僅要保證物理硬件的安全，還需確保數(shù)據(jù)在交換、存儲和處理過程中的完整性和保密性。系統(tǒng)部署策略的設(shè)計(jì)充分考慮了資源的合理利用和系統(tǒng)效率，保障了人工影響天氣彈藥裝備數(shù)據(jù)的快速、安全交互。同時，良好的硬件配置和部署位置也為系統(tǒng)穩(wěn)定性和應(yīng)急響應(yīng)能力提供了支撐。

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