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    基于“天擎”平臺東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

    2024-02-27 00:00:00計(jì)加成周瑜金琦煒李超
    農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年12期
    關(guān)鍵詞:氣象服務(wù)平臺

    摘 要:基于“天擎”平臺,建立一個(gè)能夠?qū)|鄉(xiāng)區(qū)所有自動氣象站的運(yùn)行狀態(tài)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)谋O(jiān)控報(bào)警平臺,同時(shí)集約化氣象服務(wù)功能,為東鄉(xiāng)區(qū)精細(xì)化氣象服務(wù)提供平臺支撐。系統(tǒng)采用phpStudy搭配“智慧氣象服務(wù)器+云平臺服務(wù)器”,氣象數(shù)據(jù)監(jiān)控報(bào)警設(shè)計(jì)采用HTML5構(gòu)建Web,以實(shí)現(xiàn)不需要24 h人工監(jiān)測的智能監(jiān)控報(bào)警。氣象服務(wù)應(yīng)用PHP開發(fā)API接口架構(gòu),通過HTTP協(xié)議的API接口輸出氣象數(shù)據(jù)加工產(chǎn)品。自平臺投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來,東鄉(xiāng)區(qū)氣象服務(wù)和氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測能力得到了大幅提升,該平臺具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    關(guān)鍵詞:“天擎”平臺;智慧氣象;監(jiān)控報(bào)警;氣象服務(wù)

    中圖分類號:P409 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:2095–3305(2024)12–0-03

    隨著監(jiān)測更加精密化和多源數(shù)據(jù)廣泛匯集,氣象數(shù)據(jù)呈現(xiàn)持續(xù)爆炸式增長,海量數(shù)據(jù)快速匯聚加工、長序列數(shù)據(jù)在線分析、部門內(nèi)外數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能預(yù)報(bào)和服務(wù)算法等都需要大數(shù)據(jù)的支撐。國家氣象信息中心積極推進(jìn)全國業(yè)務(wù)應(yīng)用“云化”改造,建成了氣象大數(shù)據(jù)云平臺(“天擎”)和氣象綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(“天擎”)兩大氣象“云”的關(guān)鍵共性技術(shù)平臺,統(tǒng)籌管理觀測、預(yù)報(bào)、服務(wù)、政務(wù)、行業(yè)、社會等完整的氣象數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)氣象業(yè)務(wù)集約化發(fā)展[1]?!疤烨妗逼脚_是全國氣象綜合信息共享系統(tǒng)(CIMISS)的功能升級和服務(wù)擴(kuò)充版本,不僅全面繼承了CIMISS的數(shù)據(jù)種類和接口服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),還在數(shù)據(jù)質(zhì)量、資料存儲時(shí)間序列、數(shù)據(jù)處理時(shí)效等方面有顯著的提升[2]。

    “天擎”是氣象大數(shù)據(jù)云平臺,存儲海量數(shù)據(jù),提供數(shù)算一體,支撐各類氣象應(yīng)用云融入,實(shí)現(xiàn)“云+端”氣象業(yè)務(wù)模式[3]。

    為適應(yīng)氣象高質(zhì)量發(fā)展,深化業(yè)務(wù)體制改革,促進(jìn)國家級自動氣象觀測站、區(qū)域氣象自動觀測站的穩(wěn)定高效運(yùn)行,越來越多的氣象工作者開始在“天擎”平臺開發(fā)技術(shù)并將其應(yīng)用于日常氣象業(yè)務(wù)工作。張茜等[4]使用C#語言對自動觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,實(shí)現(xiàn)歷史資料查詢和統(tǒng)計(jì)模塊功能。通過HTML、JavaScript、CSS等技術(shù)構(gòu)建Web平臺,用戶可通過谷歌等瀏覽器實(shí)現(xiàn)交互式操作。對于氣象歷史數(shù)據(jù)的開發(fā)調(diào)用,康道俊等[5]

    從“天擎”平臺中獲取氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品,使用Java開發(fā)程序進(jìn)行處理,以微信為端口,向用戶提供個(gè)性化、精細(xì)化氣象服務(wù)。陳鵬心等[6]基于氣象大數(shù)據(jù)云平臺(“天擎”)的數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù),結(jié)合JavaScript、HTML、CSS、高德API等Web技術(shù)和Meteoinfo、SpringBoot等

    后端框架技術(shù),建立沈陽智慧氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)平臺,該平臺通過可視化和數(shù)據(jù)產(chǎn)品疊加,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、天氣監(jiān)測和報(bào)警提醒。王昆鵬等[7]使用Python3部分函數(shù)的接口調(diào)用方案,從“天擎”平臺調(diào)用氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行研究開發(fā),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)共享。

    為適應(yīng)撫州市東鄉(xiāng)區(qū)氣象高質(zhì)量發(fā)展要求,進(jìn)一步提高氣象服務(wù)水平,同時(shí)使基層氣象業(yè)務(wù)人員方便、快捷、高效地提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)監(jiān)測和氣象服務(wù),實(shí)現(xiàn)東鄉(xiāng)氣象業(yè)務(wù)集約化、科學(xué)化、規(guī)范化運(yùn)行,本研究結(jié)合前人的研究思路和成果,設(shè)計(jì)開發(fā)適用于撫州市東鄉(xiāng)區(qū)的智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)。主要通過“天擎”平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)接入,利用后臺處理完成對撫州市東鄉(xiāng)區(qū)19個(gè)自動站數(shù)據(jù)的監(jiān)控報(bào)警,并為本地化氣象服務(wù)工作開展提供支撐應(yīng)用平臺。

    1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    1.1 設(shè)計(jì)思路

    自實(shí)時(shí)自動氣象觀測以來,氣象觀測的自動化大大減輕了氣象局基層業(yè)務(wù)人員的工作壓力,同時(shí)為了獲取高密度、高精度的氣象觀測數(shù)據(jù),省、市、縣氣象局建設(shè)了大量的國家自動氣象觀測站和區(qū)域自動氣象觀測站,但是基層臺站的基礎(chǔ)設(shè)施落后、人員配備不足、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等問題,均會導(dǎo)致對自動氣象站缺乏有效的監(jiān)控和維護(hù)。為了更好地監(jiān)控和維護(hù)自動氣象站,保證氣象數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸,保障臺站正常運(yùn)行,有必要設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崿F(xiàn)智能監(jiān)控東鄉(xiāng)區(qū)自動氣象站運(yùn)行狀態(tài)和氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)平臺,并對出現(xiàn)故障的自動氣象站和氣象數(shù)據(jù)傳輸疑誤做出及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測告警。

    隨著氣象服務(wù)需求的不斷提高,人們愈加重視氣象服務(wù)的實(shí)效性,為進(jìn)一步方便縣局業(yè)務(wù)人員提供精細(xì)化氣象服務(wù),亟待開發(fā)一個(gè)集約化應(yīng)用平臺,用于日常氣象工作。東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)自下而上分為四層,分別為數(shù)據(jù)訪問層、組件層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層。其中,數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的訪問調(diào)度,組件層負(fù)責(zé)系統(tǒng)的內(nèi)部組件設(shè)計(jì),業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的處理,表示層負(fù)責(zé)系統(tǒng)的終端顯示,為用戶提供交互式操作的界面。

    1.2 關(guān)鍵技術(shù)

    東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)基于“天擎”平臺,建立一個(gè)能夠?qū)嶂菔袞|鄉(xiāng)區(qū)所有自動氣象站的運(yùn)行狀態(tài)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)谋O(jiān)控報(bào)警平臺,解決了以往設(shè)備故障需要業(yè)務(wù)人員人工24 h不斷監(jiān)測的問題,同時(shí)開發(fā)了集約化氣象服務(wù)功能,為縣局精細(xì)化氣象服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

    1.2.1 優(yōu)化服務(wù)器平臺

    東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)使用Sever2003服務(wù)器系統(tǒng),采用phpStudy集成環(huán)境搭配東鄉(xiāng)區(qū)智慧氣象服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺在內(nèi)網(wǎng)IP段范圍監(jiān)控。借助百度云服務(wù)器,通過PHP語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)對內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)推送,互通外網(wǎng)使得氣象要素信息交互。

    1.2.2 東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)2.0框架技術(shù)

    東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)在原有的1.0技術(shù)架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)升級優(yōu)化,框架采用CSS布局、引入echarts.min.js實(shí)現(xiàn)UI界面。

    1.2.3 東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)后臺技術(shù)

    智慧氣象服務(wù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能推送。一是預(yù)報(bào)人員制作氣象服務(wù)產(chǎn)品和天氣預(yù)報(bào)內(nèi)容,發(fā)布預(yù)警信息、農(nóng)村氣象信息等。二是智能訂制氣象服務(wù)產(chǎn)品,根據(jù)用戶的需求,制定統(tǒng)一的氣象服務(wù)模板,在預(yù)報(bào)模板設(shè)定變量值,智能發(fā)布預(yù)報(bào)產(chǎn)品到用戶的終端(openid)。在云服務(wù)器建立PHP網(wǎng)頁后臺,利用PHP函數(shù)$_GET和$_POST變量提交HTML頁面中的預(yù)報(bào)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。提交數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),<o(jì)ption value='<?php $mystr=\"08時(shí)天氣預(yù)報(bào)|http://www.ts3n.com/14/page7.php|\";$shu=$mystr.$txt;echo $shu;?>'>08天氣預(yù)報(bào)</option>(賦值變量$mystr,并用|分隔符分別提交數(shù)據(jù))。

    1.2.4 智慧氣象無縫隙對接模塊開發(fā)

    優(yōu)化CIMISS接口數(shù)據(jù)無縫對接讀出JSON氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口基于國省統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境(“天擎”),面向氣象業(yè)務(wù)和科研,提供全國統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程接口(API),為國、省、地、縣各級應(yīng)用系統(tǒng)提供唯一權(quán)威的數(shù)據(jù)接入服務(wù)。

    (1)REST技術(shù)調(diào)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫對接。Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)方案中,由于REST模式的Web服務(wù)簡潔,因此采用REST風(fēng)格設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

    定義變量$cimiss_rest_conf地址采用REST技術(shù)調(diào)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

    date_default_timezone_set(‘Etc/GMT’);" " " "$cimiss_rest_conf=”http://10.116.85.56/cimiss-web/api?”;$interfaceId=”getSurfEleByTimeRangeAndStaID”;地面逐小時(shí)資料接口。

    定義變量賬號用戶名$username及密碼。

    $username=”BENC_YC”;" $passwd=”qjiv”;

    定義變量$datacode接口小時(shí)數(shù)據(jù):

    “SURF_CHN_MUL_HOR”

    $datacode=”SURF_CHN_MUL_HOR”;

    定義變量$elements接口讀出時(shí)間、站點(diǎn)、小時(shí)數(shù)據(jù)。

    $elements=”Datetime,Station_Name,TEM,RHU,PRE_1 h,PRE_3 h,PRE_6 h,PRE_12 h,PRE_24 h,WIN_S_Inst_Max”;

    定義變量 $staIds賦值東鄉(xiāng)19個(gè)站點(diǎn)區(qū)站號。

    $staIds=”J6128,J6314,58618,J6009,J6012,J6011,J6132,J6316,J6466,J6315,J6465,J6014,J6015,J6462,J6463,J6013,J6464,J6129,J6010” (站點(diǎn)區(qū)站號)。

    (2)智慧氣象數(shù)據(jù)檢索技術(shù)。氣象數(shù)據(jù)服務(wù)接口是基于“天擎”平臺環(huán)境,面向氣象業(yè)務(wù)和科研,提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程的接口(API)?!疤烨妗逼脚_針對不同的氣象資料建立單獨(dú)的訪問接口,每種資料接口提供多個(gè)功能接口、每個(gè)功能接口具有不同的檢索參數(shù),可按時(shí)間點(diǎn)、經(jīng)緯度范圍、統(tǒng)計(jì)時(shí)段等不同參數(shù)進(jìn)行檢索。通過輸入?yún)?shù),調(diào)用“天擎”平臺提供的數(shù)據(jù)檢索接口以獲取氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)品,包括臺站信息的查詢,站點(diǎn)資料的查詢、統(tǒng)計(jì),格點(diǎn)資料的檢索、解析及裁剪,文件產(chǎn)品(雷達(dá)產(chǎn)品、衛(wèi)星云圖、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品)的檢索。

    1.2.5 可視化智能產(chǎn)品數(shù)據(jù)交互技術(shù)

    (1)html5自適應(yīng)技術(shù)點(diǎn)。項(xiàng)目采用的是自適應(yīng)設(shè)計(jì),以適應(yīng)不同屏幕尺寸的手機(jī)等設(shè)備,采用首部

    (.left{width:30%;float:left}.right{width:70%; float:right;})

    用左浮動和右浮動,若寬度太小,放不下2個(gè)元素,后面的元素會自動滾動到前面元素的下方流動布局,選擇加載CSS“自適應(yīng)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)”的核心進(jìn)行是CSS3引入的Media Query模塊。自動探測屏幕寬度,然后加載相應(yīng)的CSS文件:

    (lt;link rel=\"stylesheet\"type=\"text/css\"media=\"screen and(min-width:600px)and(max-device-width:980px))

    (2)可視化html5 Canvas圖表、echarts。html5 Canvas具有開發(fā)生動、可交互的特點(diǎn),可個(gè)性化定制數(shù)據(jù)可視化圖表。建立了氣象要素坐標(biāo)系、圖例、提示、工具箱等基礎(chǔ)組件,并在此上構(gòu)建折線圖(區(qū)域圖)。

    1.3 系統(tǒng)功能

    東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)基于“天擎”平臺,借鑒前人研究技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)并深度結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、集成UI界面的數(shù)據(jù)多媒體可視化技術(shù),進(jìn)行數(shù)據(jù)資源優(yōu)化整合,致力于提供氣象服務(wù)和實(shí)現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)[8]。將氣象防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)體系與氣象服務(wù)相結(jié)合,聚焦氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測、預(yù)報(bào)預(yù)警、信息發(fā)布、部門聯(lián)動、分析評估等環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)氣象服務(wù)的多元化、個(gè)性化。以業(yè)務(wù)一體化、服務(wù)一體化為核心,構(gòu)建時(shí)空精細(xì)、智能開放、靈活定制的智慧氣象大數(shù)據(jù)平臺[9]。東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣溫、降水、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、相對濕度、能見度等氣象要素地理顯示,分地區(qū)(鄉(xiāng)鎮(zhèn))、時(shí)間和要素類別查詢自動站數(shù)據(jù)信息。該系統(tǒng)主要有三大模塊:監(jiān)測展示系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、氣象服務(wù)模塊。

    1.3.1 監(jiān)測展示系統(tǒng)模塊

    監(jiān)測展示系統(tǒng)模塊主要包括數(shù)據(jù)質(zhì)控、查詢統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)告警。該模塊實(shí)現(xiàn)了對東鄉(xiāng)區(qū)19個(gè)自動氣象站的氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測告警,界面顯示簡潔明了,數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)控信息展示在系統(tǒng)主界面,在業(yè)務(wù)人員使用時(shí),該模塊的功能操作簡單,系統(tǒng)自動循環(huán)展示告警信息,無需人工操作,一定程度上有效減輕了基層業(yè)務(wù)人員的日常工作負(fù)擔(dān)。在數(shù)據(jù)質(zhì)控方面,根據(jù)撫州市觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量傳輸考核要求,制定數(shù)據(jù)質(zhì)控告警規(guī)則,對東鄉(xiāng)區(qū)19個(gè)自動氣象觀測站實(shí)施分鐘級監(jiān)測告警。在查詢統(tǒng)計(jì)方面,系統(tǒng)后臺對不同氣象數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)質(zhì)量傳輸考核要求進(jìn)行分鐘級的質(zhì)控分析,對統(tǒng)計(jì)站點(diǎn)信息、氣象要素信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在實(shí)時(shí)告警方面,根據(jù)上個(gè)模塊的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,達(dá)到監(jiān)測告警規(guī)則時(shí)進(jìn)行告警通知,系統(tǒng)界面自動推送并展示在系統(tǒng)主界面,告知一線值班員數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)況,提醒值班員數(shù)據(jù)質(zhì)量出現(xiàn)問題,需要及時(shí)處理。

    1.3.2 數(shù)據(jù)分析模塊

    數(shù)據(jù)分析模塊主要為日常資料分析和圖表顯示。實(shí)現(xiàn)對國家站氣溫、降水的極值監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動監(jiān)控顯示。同時(shí),在系統(tǒng)主界面可顯示19個(gè)自動氣象站基于地理信息位置的氣象要素分布圖,為方便業(yè)務(wù)人員制作逐小時(shí)時(shí)序圖等氣象服務(wù)材料,可將該圖直接導(dǎo)出并使用。

    1.3.3 氣象服務(wù)模塊

    氣象服務(wù)模塊主要包括“631”雨情通報(bào)、微信天氣、預(yù)警發(fā)布監(jiān)測、農(nóng)業(yè)氣象。為貫徹落實(shí)“以防為主、防抗救相結(jié)合”的理念,以“省級6小時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、市級3小時(shí)風(fēng)險(xiǎn)通報(bào)、縣級1小時(shí)風(fēng)險(xiǎn)叫應(yīng)服務(wù)”為核心的強(qiáng)降水“631”風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警應(yīng)對工作機(jī)制,形成一套服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、一套業(yè)務(wù)流程、一套產(chǎn)品體系[10]。東鄉(xiāng)“631”雨情通報(bào)結(jié)合“631”叫應(yīng)機(jī)制,制作雨情通報(bào)氣象服務(wù)材料,提供滾動式氣象服務(wù)。微信天氣實(shí)現(xiàn)每日微信推送東鄉(xiāng)天氣預(yù)報(bào),使得關(guān)注用戶能夠及時(shí)收到東鄉(xiāng)最新天氣情況。預(yù)警發(fā)布監(jiān)測能夠?qū)崟r(shí)對接江西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng),以及江西省集約一體化平臺發(fā)布的氣象災(zāi)害預(yù)警信息,以便業(yè)務(wù)人員能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為滿足智慧農(nóng)業(yè)需求,應(yīng)提高智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平,提升農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的精細(xì)度,提供更加專業(yè)的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)[11]。東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)錄入了1 021個(gè)新型農(nóng)業(yè)主體,提供專業(yè)農(nóng)業(yè)氣象服務(wù),通過各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(場)的電子顯示屏提供農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)。

    2 結(jié)束語

    基于“天擎”平臺開發(fā)的東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng),東鄉(xiāng)區(qū)氣象數(shù)據(jù)精細(xì)化監(jiān)測和智慧氣象服務(wù)將進(jìn)一步發(fā)展。該系統(tǒng)的研究開發(fā)大大減輕了基層氣象業(yè)務(wù)人員的工作壓力,使得氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行更加精減、有效。該系統(tǒng)作為東鄉(xiāng)區(qū)開展智慧城市建設(shè)的重要組成部分,為城市防災(zāi)減災(zāi)提供了新的技術(shù)支撐。當(dāng)前城市氣象災(zāi)害防御和應(yīng)對措施仍存在不足,東鄉(xiāng)智慧氣象服務(wù)正是利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)高速發(fā)展的有利契機(jī),推進(jìn)城市防災(zāi)減災(zāi)實(shí)現(xiàn)智能化、集約化、信息化的現(xiàn)代格局,為東鄉(xiāng)區(qū)城市發(fā)展貢獻(xiàn)氣象力量。

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    收稿日期:2024-09-12

    基金項(xiàng)目:撫州市東鄉(xiāng)區(qū)科技局自籌資金科技項(xiàng)目“基于cimiss大數(shù)據(jù)的氣象數(shù)據(jù)監(jiān)控報(bào)警設(shè)計(jì)與應(yīng)用” (DXKJKY202372)。

    作者簡介:計(jì)加成(1999—),男,江西鄱陽人,工程師,研究方向?yàn)闅庀蟊O(jiān)測。

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