基于SOA的人工影響天氣業務平臺解決方案

薛建軍，周 杰，杜景林，渠寒花

（南京信息工程大學 電子與信息工程學院，江蘇 南京210044）

0 引 言

人工影響天氣是指為避免或減輕氣象災害，合理利用氣候資源，在適當條件下通過科技手段對局部大氣的云物理過程進行人工影響，實現增雨（雪）、防雹、消霧、消云等目的的活動［1］。目前全國有20多個省、市、區開展了人工影響天氣作業，這些地區根據自身條件也進行了人工影響天氣技術系統的研究，各地區已經建立了一些不同程度、不同設計、不同軟硬件配置的綜合技術系統。其中較為有影響的系統平臺有：安徽省氣象局通過人影辦門戶網站，實現了氣象監測資料發布、分析預警、通信指揮等基本業務功能；廣東省氣象局研制完成了集省、市、縣三級作業為一體、基于WebGIS技術的人工增雨指揮系統，實現了人工增雨作業指揮業務化［2］。大連氣象局在 MICAPS平臺基礎上，綜合集成了雷達探測、衛星遙感、氣象探空、地理信息、閃電定位以及人工防雹最新研究等綜合技術，研發出市級人工防雹決策指揮系統［3］。

由于人工影響天氣業務涉及面廣、上下流環節多、作業時效性要求高、技術難度大，再加上當時各種條件的制約，盡管人影業務系統建設取得了顯著成績，但是仍存在一些不足。多數系統主要針對人影業務中的某個環節研發，以單項業務運行為主。人影業務涉及的相關支持系統也比較分散，部分氣象業務信息系統獨立存，未能很好地將人影業務上下游各環節系統集成統一，缺乏綜合統一的業務平臺。為滿足當前人影業務的需求，充分利用雷達、衛星、云物理探測資料以及常規氣象資料等基礎氣象數據進行信息共享和綜合決策指揮，完善應對大規模、跨區域、省市縣多級調度指揮作業的技術體系支持，本文提出了基于SOA的綜合業務平臺解決方案，充分利用已有系統，集成人影業務各個環節，消除信息孤島，確保人影業務中的數據流、決策信息流、業務保障的物流和人員調度信息暢通，有效提升人影業務系統的服務水平。

1 面向服務架構和Web Service技術

面向服務架構（service oriented architecture，SOA）并不是一種語言，也不是一種具體的技術，而是一種軟件系統架構，一種設計方法，它具有松耦合和面向軟件服務的特點，具有很高的重用性和靈活性。SOA可按照具體需求通過網絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組 合 和 使 用［4］。 目 前，Service－architecture.com、 W3C、Losselycoupled.com等機構也各自為SOA給出了相關定義，具體內容可參見文獻 ［4－6］。

從不同的定義中，可以得出SOA的幾個關鍵特性：①一種松散耦合、粗粒度、位置和傳輸協議透明服務架構；②服務與服務之間可以通過定義簡單而且精確接口進行通信；③使用時不涉及底層編程接口和通信模型［7］。SOA的核心思想是服務，它的服務來自于獨立的應用程序或者新的面向業務的應用程序，并且服務間組裝又可以形成新的服務，以此確保軟件組件之間的松耦合，達到高度的服務可重用性［8］。

Web Service（Web服務）是解決應用程序間通信的一項技術，是實現SOA的一種技術。嚴格的說，Web服務是描述一系列操作的接口，它使用XML描述接口，包括了與服務進行交互所涉及的所有細節，涵蓋了消息格式、傳輸協議和服務位置［9］。現有的實現SOA的技術中，由于 Web Service具有更優的可靠性、可擴展性以及開放性而被廣泛采用。Web服務模型中用三類角色實現SOA［10－11］，即服務的提供者、服務請求者、服務注冊中心，三者關系模型如圖1所示［7，12－14］。

圖1 web服務體系模型

其中3種角色包含了3種行為：發布、查找和綁定［7，15－17］。

（1）發布（publish）。為了使用戶能訪問服務，服務提供者（service provider）使用 Web服務描述語言（web service definition language，WSDL）進行服務的定義描述，使用通用描述、發現與集成服務（universal description，discovery and integration，UDDI）進行服務統一描述、發現和集成，并將服務接口和其他相關信息發布到服務注冊中心。

（2）查找（find）。服務請求者（service requestor）定位服務，可以在服務注冊中心（service registry）查詢或者直接檢索服務描述所要求的服務類型，通常使用UDDI在注冊中心查找所需的服務。

（3）綁定（bind）。服務請求者使用服務描述（service description）中的綁定細節來進行服務定位、聯系及調用，如果從注冊中心得到了相應的服務注冊信息，使用簡單對象訪問協議（simple object access protocol，SOAP）傳輸服務。

通過采用SOA將人影綜合業務平臺所需的上下游各個子系統和各類資源的應用集成轉化成基于系統或應用之間標準對話協議的模式，使業務平臺中各個子系統通過Internet/氣象專用通信網進行數據、信息和服務的交換。Web服務技術通過WSDL、UDDI、SOAP將各類應用和服務內部實現細節封裝在傳遞的信息流中，隱藏了應用和服務的實現細節，有效的解決了現有異構系統信息交換和應用集成的問題［18］，將各個異構系統的相關功能和信息等集成到統一的工作平臺之中，使資源達到充分共享，實現集中、高效、便利的管理［19］。

2 基于SOA的人影平臺基礎框架

實際的人影業務中涉及多個流程、多個平臺、需要多個系統、多種數據和服務支持，同時要能夠提供多類服務和指導意見。本框架新建子系統采用SOA的思想，對原有業務信息系統忽略功能的詳細實現細節，統一將各子系統進行服務封裝，利用業務編排將服務按業務流程方式組合在一起，為人影各個子平臺提供服務，通過應用集成構建人影綜合業務平臺并為其提供服務，最終將各類服務通過應用接口提供給用戶。將框架邏輯上分為4層，即基礎數據層、服務提供層、業務應用層、用戶表現層，如圖2所示。

各層具體描述如下：

（1）基礎數據層。該層為人影上下游各子系統建立統一協議的數據訪問，對人影業務涉及的海量異構數據進行訪問控制和管理，提供一致性和標準化的調用，保證人影數據的統一應用。這里通過數據訪問接口提供各種結構化和非結構化數據服務，該接口的作用可形象的理解為相當于計算機系統中的數據總線［20］。

（2）服務提供層。該層為本框架的核心，通過將原有系統和新建系統進行服務封裝為業務應用層提供各類服務，提高各系統的重用性。忽略各子系統功能實現的具體細節，隱藏上層服務不關心信息，確保了上下游系統之間的松耦合。通過服務總線向上層個子平臺提供服務，不僅各自子系統可以單獨提供服務，若干子系統的有序組合也可形成新的服務，服務封裝的粒度可隨業務需求調整。

（3）業務應用層。各個人影業務子平臺利用服務提供層的服務完成相應的業務活動，當上層業務流程改變時只需變更下層服務的組合方式或調整服務提供次序，提高了子平臺的可用性。通過應用集成相關策略和技術可將各子平臺有機整合，形成了能夠集中統一決策、指揮、實施、評估、管理的綜合業務平臺。

（4）用戶表現層。該層是整個人影綜合業務平臺暴露給最終用戶的使用界面，是人影相關業務活動的入口。通過統一的應用接口（可以是Web服務器或者專業入口等）為用戶提供各類人影相關服務。如一般的門戶信息服務、人影指導產品發布與獲取、人影業務申請、審批、上報等。

圖2 基于SOA的人影平臺基礎框架

3 框架應用實例

將上述基礎框架抽取形成統一模型并在WebGIS（網絡地理信息系統）平臺上開展了某省人工影響天氣綜合業務平臺的建設工作。該平臺要求與氣象部門門戶和辦公自動化相集成，通過專業入口進入人影業務平臺，包括了人影業務涉及的上下游各環節、涵蓋了人影業務所需的各類服務，形成了綜合統一的業務平臺。利用本文框架進行集成開發，其體系結構如圖3所示。

具體實現方法

圖3 省級人影綜合業務平臺集成開發體系結構

（1）基數數據。分析人影業務中涉及的氣象資料，研究適應業務需要的實時氣象資料處理機制，構建實時氣象資料數據庫。分析人影業務涉及的雷達資料、云圖資料，研究改進雷達數據、云圖資料處理方法，生成易于和GIS圖層融合的柵格資料集。分析人影業務涉及的空間數據資料，選取適用于人影作業的地理信息數據，融入ArcGIS Server平臺，提供基礎空間位置服務。對于符合要求的現有數據通過統一訪問管理直接應用，需要新增的數據則通過積極構建新系統生成。例如在本例中，通過構建改進型的氣象資料處理系統，為上層系統提供所需的數據。

（2）服務支持。對現有的省、市、縣人影業務系統進行研究、對人影現有機制和業務指揮體制進行研究。在原有系統基礎上，對有使用價值的舊系統進行改造，將服務封裝向上、下層提供。開發設計符合SOA且易于擴展集成的新系統，將人影各環節涉及的新舊系統進行統一集成開發，為業務應用提供服務支持。本例中將氣象部門原有的探測系統、監測系統、信息管理系統等進行改造與新建的氣象資料綜合處理系統有機集成，選擇合適封裝粒度向業務應用各平臺系統提供松散耦合的服務。

（3）業務應用。利用下層服務進行組織保障和技術保障建設，開展人影業務關鍵平臺建設、集成和改造。分析現有業務規程，建立適用于多級指揮和跨區域專項作業的行政制度和業務規程，形成改進型的堆積指揮業務規程和審批流程。融合GPRS、3G、WiFi等多通信通道傳輸技術，優化現有的實時傳輸的通信質量，建立能夠傳輸分發各類數據信息的通信系統，建立支持多級調度指揮的信息通信體系結構。優化現有的地理信息基礎平臺，構建基于Web－GIS的綜合業務平臺，實現多類氣象資料融合，具有綜合分析、智能決策和量化效益評估性能，提供完備的基于空間位置的服務。

（4）服務展現。綜合業務平臺向各類用戶、氣象部門上下級單位、各級政府部門、社會團體等提供相應的服務。這些服務包含人影業務的專業服務、向公眾發布的信息共享服務、行政機構的審批決策服務等，可以通過人影門戶、專業入口、授權訪問等向內外提供。

系統采用軟件工程中演化過程模型，結合自頂向下和面向對象方法進行分析設計，以敏捷的開發方法，基于SOA，利用 .NET技術、大型數據庫技術、Web Service技術、ArcGIS Server9.3技術、XML技術等進行集成開發。為驗證該方案，進行了驗證系統的設計開發，驗證系統界面如圖4。測試和實際運行證明，該系統性能指標滿足設計要求，該方案可行有效。

圖4 基于WebGIS的人影綜合業務平臺驗證系統

4 結束語

目前基于SOA的人工影響天氣業務平臺解決方案已在某省人影綜合業務平臺建設中初步應用，系統原型產品也已投入業務試運行中。該方案：①有效的集成了人影業務上下游各環節系統，消除信息孤島、充分利用了人影部門原有系統；②設計開發具有統一業務架構的新系統，提供位置透明、松散耦合的服務；③擺脫傳統信息系統解決方案的束縛，采用SOA朝著面向服務的方向發展，使系統架構更具有彈性，增加了系統的可擴展性，更加適合人影業務的應用和需求變化。未來研究中將進一步優化各個環節，集成更多的應用、不斷提升系統的性能，特別是服務粒度的控制和服務流程編排，提供一個有效且優越的人影綜合業務平臺的解決方案。

［1］GAO Chao.Design and implementation of weather modification command system ［D］.Nanjing：Nanjing University of Information Science ＆Teehnology，2008（in Chinese）.［高超.人工影響天氣指揮系統設計與實現 ［D］.南京：南京信息工程大學，2008.］

［2］YOU Jiping，FENG Yongji.The commanding system for artificial rain enhancement based on the WebGIS ［C］.International Conference on Information Science and Engineering，2009：2201－2204.

［3］LI Hongbin，HE Yuke，ZHANG Diangang，et al.Dalian decision making and command system of hail suppression ［J］.Meteorological Science and Technology，2010，38（3）：389－393（in Chinese）.［李紅斌，何玉科，張殿剛，等.大連市人工防雹決策指揮系統 ［J］.氣象科技，2010，38（3）：389－393.］

［4］CUI Xiaobo.SOA overview ［EB/OL］.［2011－06－10］.http：//www.51cto.com/html/2006/0105/16214.htm（in Chinese）.［崔曉波.SOA 概覽 ［EB/OL］.［2011－06－10］.http：//www.51cto.com/html/2006/0105/16214.htm.］

［5］ZHANG Haijun，SHI Weifeng，LIU Wei.Research and implementation enterprise application integration framework based on SOA ［J］.Computer Engineering and Design，2008，29（8）：2085－2088（in Chinese）.［張海軍，史維峰，劉偉.基于 SOA企業應用集成框架研究與實現 ［J］.計算機工程與設計，2008，29（8）：2085－2088.］

［6］LING Xiaodong.A review of SOA ［J］.Computer Applications and Soft Ware，2007，24（10）：122－124（in Chinese）.［凌曉東.SOA綜述 ［J］.計算機應用與軟件，2007，24（10）：122－124.］

［7］LANG Jiong，LIU Yanbing，XIONG Shiyong.Data integation method based on SOA software architecture ［J］.Journal of Computer Applications，2010，30（9）：2370－2373（in Chinese）.［郎炯，劉宴兵，熊仕勇.基于SOA軟件架構的數據集成方法 ［J］.計算機應用，2010，30（9）：2370－2373.］

［8］WANG Weixing，WANG Chenguang.Integration framework of enterprise information system based on service－oriented architecture ［J］.Computer Engineering，2010，36（18）：29－31（in Chinese）.［王衛星，王晨光.基于SOA的企業信息系統集成框架 ［J］.計算機工程，2010，36（18）：29－31.］

［9］ZHANG Yousheng，WANG Yong.Analyst technical guideline［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2009：207－208（in Chinese）.［張友生，王勇.系統分析師技術指南 ［M］.北京：清華大學出版社，2009：207－208.］

［10］LI Kaiyi，LI Jingwei，HUANG Junhua，et al.Design of spatial information serving platform based on Web Services ［J］.Journal of Guilin University of Technology，2010，30（4）：585－589（in Chinese）.［李愷毅，李景文，黃俊華，等.基于Web Services的空間信息服務平臺設計方法 ［J］.桂林理工大學報，2010，30（4）：585－589.］

［11］YANG Bin，ZHANG Weidong，ZHANG Lixin，et al.Internet of things application fundamental framework based on SOA［J］.Computer Engineering，2010，36（17）：95－97（in Chinese）.［楊斌，張衛冬，張利欣，等.基于SOA的物聯網應用基礎框架 ［J］.計算機工程，2010，36（17）：95－97.］

［12］GUO Liang，GONG Jianhua，SUN Jun，et al.Study on GIS architecture based on SOA and RIA ［C］.3rd International Conference on Information Sciences and Interaction Sciences，2010：620－625.

［13］ZHENG Zongsheng，HUANG Dongmei，ZHANG Jianxin，et al.Storm disaster assessment geographic information system based on SOA ［J］.Computer Engineering and Design，2011，32（3）：931－935（in Chinese）.［鄭宗生，黃冬梅，張建新，等.面向SOA的城市風暴潮災害評估GIS系統 ［J］.計算機工程與設計，2011，32（3）：931－935.］

［14］LI Songhua，TAO Lihong，GAO Dong.Research and implementation of related technology for a logistics information sys－tem based on SOA ［J］.Journal of University of Science and Technology Beijing，2009，31（1）：134－138（in Chinese）.［李頌華，陶麗紅，高棟.基于SOA架構的物流信息系統的相關技術研究與實現 ［J］.北京科技大學學報，2009，31（1）：134－138.］

［15］HUANG Chongben，CHENG Guanghua，ZHANG Zhenyu.Based on Web Services between enterprise SOA models research ［J］.Computer Engineering and Design，2008，29（14）：3647－3649（in Chinese）.［黃崇本，程光華，張振宇.基于Web Services的企業間SOA模型研究 ［J］.計算機工程與設計，2008，29（14）：3647－3649.］

［16］LIU Jianfeng，CHEN Zhibo.Campus network operation platform based on SOA ［J］.Computer Engineering and Design，2011，32（2）：543－548（in Chinese）.［劉劍鋒，陳志泊.基于SOA的校園網運維平臺 ［J］.計算機工程與設計，2011，32（2）：543－548.］

［17］Tauhida Parveen，Scott Tilley.A research agenda for testing SOA－based systems ［C］.2nd Annual IEEE Systems Conference，2008：1－6.

［18］ZHU Zhen，YAO Qifu.Digital campus solution based on SOA［J］.Computer Engineering，2009，35（7）：267－269（in Chinese）.［朱震，姚奇富.基于SOA的數字校園解決方案 ［J］.計算機工程，2009，35（7）：267－269.］

［19］TIAN Guang，TANG Ning，ZHANG Yan.Research and application of SOA－based collaborative platform for enterprise systems ［J］.Computer Engineering and Design，2010，31（21）：4615－4620（in Chinese）.［田廣，唐寧，張巖.基于SOA體系的企業系統協同平臺的研究和應 ［J］.計算機工程與設計，2010，31（21）：4615－4620.］

［20］ZUO Meiyun，ZHANG Zike，LI Qian.Framework for integration of SOA and Web2.0 ［J］.Journal of South－east University（English Edition），2007，23（3）：418－420.