突發災害性天氣監測報警短信發布技術——以寧波市為例*

丁燁毅 姚日升 王 焱 趙伍杰

(寧波市氣象臺，浙江寧波315012)

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，氣象災害造成的經濟損失越來越重，提高全社會應對突發自然災害的響應能力，是減少人民生命財產損失的重要保證［1］。寧波地處中國東南沿海地區，經常受到臺風、暴雨、洪澇等突發氣象災害的影響［2］，短時暴雨、颮線、雷雨大風等中小尺度災害性天氣系統水平尺度較小，生命史十幾分鐘到數小時，具有局地性強、歷時短、來勢猛、破壞性大等特點，因此對災害性天氣監測發布的時效要求很高，需要在很短時間內將災害性天氣實況信息上報以作領導決策。隨著大氣監測自動化技術的不斷發展，區域氣象站已成為目前氣象觀測的主要手段之一，大大提高了觀測的時空密度，有效增強了對災害性天氣監測的能力［3－4］，結合手機短信平臺實時信息發布優勢［5－9］，勢必提高應對氣象災害的響應速度，讓有關部門及人民群眾及時采取相應措施［10－12］。

寧波全市現已有近200個區域氣象站建成并投入業務運行，所有觀測數據均實時保存到數據庫中，為基于區域氣象站的突發災害性天氣監測發布技術研究奠定了扎實的數據基礎。為滿足突發災害性天氣監測發布的需求，我們開發了“基于區域氣象站的災害性天氣監測發布系統”，采用Ajax+Web服務技術架構、Visual Studio.NET 2010作為開發工具，數據庫為SQL Server 2005。本文主要介紹該系統的設計思路及主要技術實現。

1 系統設計思路

本系統將區域氣象站監測與短信發布技術優勢有機地融合在一起，達到突發災害性天氣快速識別、實時發布的目標，實現監測信息簡明扼要，減少信息內容與數量冗余，具體實現如下:由各部門自行設置災害性天氣指標條件及系統有關參數，建立一個任務列表，列表中主要包括短信發送對象、災害性天氣種類及級別，系統將循環掃描各任務，一旦有任務需要執行，則對觀測數據進行質量控制檢查，若無異常啟動災害性天氣自動識別機制，檢查是否滿足該任務所要求的災害性天氣指標條件，并在經再次發送時效和屏蔽時間限制的檢查后快速組織成短信形式的災害性天氣服務產品，相關信息存入數據庫，及時按需啟動發布流程，按要求確定發布對象，觸發短信發布平臺完成發布任務，如果該任務需要人工確認，則短信通知值班人員，經人工確認、修改后再決定是否發送。整個系統實現流程圖如圖1所示。

2 系統設置和任務定制

2.1 系統設置

1)通訊簿管理:分組管理，方便自定義用戶選擇。

圖1 系統流程圖

2)要素極值控制:對區域氣象站觀測數據進行極值質量控制，避免因觀測野值“誤發”信息，同時能及時通知相關人員進行設備維護處理。

3)站點要素閾值調整:部分區域氣象站間觀測要素因地理位置等原因存在較明顯偏差，比如高山站較平原站風速偏大、氣溫偏低，若所有站點采用同樣的閾值會因個別區域氣象站“空發”信息。針對這一情況設置站點要素差值訂正，以平衡各站點間災害性天氣閾值條件的差異，進而增強信息的實用性。

4)發布內容站點數量:組織發布短信內容時，定義輸出區域氣象站的個數，可一定程度上控制發布內容的字數，達到簡明扼要的目的。

5)值班號碼:采用人工確認發送方式時，首先將信息發送至該號碼，由值班人員確認后再通過系統平臺發送到指定用戶;當要素極值控制出現異常時，不啟動發布流程，改向值班號碼發送測值異常信息提示。

2.2 任務定制表

任務定制主、副表為災害性天氣監測發布數據庫中主要數據表，用于設置災害性天氣監測條件，主要包括部門、發送號碼、參考區域氣象站點、閾值條件、相關時間(條件觸發、再發時效、屏蔽時段)等字段。任務定制主、副表關聯，主表用于存儲任務列表，每個任務一條記錄，副表用于存儲各任務具體的觸發條件。

2.2.1 任務定制主表

任務ID:數據表主鍵，系統自動增1。

定制部門:任務的責任單位標識。

發送號碼:信息發送的目標用戶手機號碼。

參考站點:目標用戶關注地理范圍的區域氣象站點。

有效定制:是否為有效定制，用于階段性啟動或取消該任務。

手工確認:設置該任務短信服務產品是否采用人工確認發布方式。

任務說明:任務的簡單說明。

2.2.2 任務定制副表(觸發條件表)

ID:數據表主鍵，系統自動增1。

任務ID:與任務定制主表關聯，同一任務定制下，可多任務定制項目。

定制項目:任務定制項目標識，氣溫(最高、最低)、雨量(小時、分鐘)、風力、能見度等。

定時時間:定制項目啟動時間，可特定時刻，也可循環啟動(用*表示)。定時時間設置為循環啟動時，除雨量項目外，其余項目啟動時間均為每時。雨量項目分小時和分鐘啟動，小時表示每時啟動，按整點統計雨量值，分鐘表示每10 min啟動，按分鐘統計雨量值。一般情況下，短時間(1～3 h)的雨量按分鐘統計，長時間(6～24 h)的雨量按整點來統計。

統計時間:定制項目要素累積或極值統計時間，從定時時間往前多少時間內。

比較符:用于設置與閾值關系的比較符。閾值:用于設置監測閾值數值。

達標站數:本觸發條件達標所需的區域氣象站數。

再發時效:同類信息再次發布的時間間隔。

輸出類型:信息具體輸出類型(共3種類型，表1給出實例)。

屏蔽時段:對信息的關注時間進行設置，可 屏蔽非關注時段。

表1 輸出類型實例

3 模塊設計

3.1 災害性天氣實時監測

災害性天氣實時監測是系統的核心模塊，具有對所有參考區域氣象站觀測資料進行實時跟蹤分析處理的功能，采用多線程設計。該模塊在規定時間啟動分析用戶關注地理范圍內各站點相應要素數據，分析結束后，判斷是否符合該定制項目規定要求，若是，進入該項目信息發布流程。

3.1.1 實時監測的氣象要素

1)溫度:最高、最低氣溫。

2)雨量:1、3、6、12、24 h 累計雨量。

3)風力:最大風速、極大風速，兩者是或的關系。

4)能見度:能見度、相對濕度，兩者與的關系(考慮到區域氣象站能見度探測設備的穩定性，增加相對濕度，以保證信息的正確性)。

3.1.2 災害性天氣條件判斷

若當前時間為項目定時時間，觸發線程啟動檢查各具體項目條件，利用SQL(Structured Query Language)查詢技術，通過具體查詢代碼，得到指定時段、指定站點的降水累計、氣溫或風速的極值等與災害性天氣有關的氣象要素，并進行必要的要素調整，進而逐站數據與當前項目條件閾值比對，當數據達到條件閾值時，該站定義為達標，達標站數累積增1，在分析完所有站點后，判斷達標站數是否合格，至此項目條件線程結束。

3.2 災害性天氣發布內容組織

當實時監測結束后，即啟動信息組織工作，逐部門進行發布內容的信息組織。由于信息字數過多容易造成閱讀和理解的困難，同時，一次災害性天氣過程中頻繁發送類似實況信息，容易降低信息接收者對災害性天氣的敏感性，因此在發布內容的信息組織上，需要考慮在不減少信息內涵的基礎上，應盡量減少信息字數，盡可能發布重點關注內容。內容組織簡約和輸出具體規則如下:

1)僅閾值不同，其它條件均相同，短信組織時，按閾值強弱排列，且僅輸出最強閾值具體信息，其它采用概述，如“日湖公園出現40℃以上高溫，另外，31站出現38℃以上高溫，84站出現35℃以上高溫”。

2)僅達標站點不同，其它條件均相同，短信組織時，達標站點少者不輸出，因為達標站數少者信息已包含在達標站數多者內，這樣可減少信息冗余。

3)同類氣象要素多條定制項目同時達標時，按就高原則，僅輸出最高級別的信息(相同統計時間，取最大(小)閾值;相同閾值，取最小統計時間)。如表2所示的雨量觸發條件，如果有2站1 h雨量同時超過50 mm，表2中序號1—5、7同時滿足條件，按照前面所述閾值由強到弱原則，只發布“有2站1 h雨量達到50 mm”。

表2 觸發條件示例

4)是否發送:再發時效、屏蔽時段、人工確認等3個參數都會影響信息是否發送。，當且僅當最新監測信息時間距同一觸發條件監測信息最近發送時間大于等于再發時效，才確認為可發送信息，從而達到控制重復信息數量的目的;對信息的非關注時間進行設置屏蔽時段，如最低氣溫考慮只在早晨發送，白天忽略最低氣溫是否達標;人工確認由值班人員審核后根據需要發送，也可進行修改后再發送，從而提高發送信息的質量。

5)輸出類型:災害性天氣和統計輸出，災害性天氣是達標站名和達標條件概述的輸出，又分為是否同時輸出具體數值的兩種情況，見表1。

6)輸出站數:即發布內容站點數量，若達標區域氣象站數大于輸出站數，僅輸出具體數值排序前“輸出站數”的區域氣象站信息，如表1中的高溫和雨量。

3.3 信息發布

災害性天氣信息發布是系統的通信模塊，目前采用手機短信發布方式，當然也可以發送到LED顯示屏或語音廣播。

3.3.1 短信網關接口

目前寧波市氣象局及其下屬各縣(市)、區使用的短信平臺多達4種(表3)，分別為中國移動的企信通(信息機或MAS)、Openmas，中國聯通的集信通、華為的INFOX-EIE等4個短信發布平臺。

表3 各類短信發布平臺簡介

3.3.2 短信接口封裝

各類短信發布平臺間短信實現機制、短信定義、回執及后臺數據庫均存在較大差別，針對這一現狀，我們采用Factory Method設計模式將各平臺接口進行封裝，為這些平臺抽象出統一的接口、界面，實現了短信的跨平臺發送。接口提供的功能包括:支持安全驗證，支持MT短信的回執確認，提供了短信發送記錄、發送失敗短信重發等功能。經過封裝后的短信發送接口生成DLL文件，這樣做的優勢在于C/S程序(EXE)和B/S程序(網頁方式)都能直接使用該接口。

4 業務應用效果

系統于2011年7月開發完成，8月進行推廣試用，期間出現了多次暴雨、高溫和大風等天氣，系統均能正確快速識別并自動發送相應服務信息至用戶手機，特別是8月25日受東風波影響全市出現大到暴雨，慈溪北部地區出現特大暴雨，系統及時發布了災害性天氣產品，提醒相關用戶;2011年10月11日北侖某區域氣象站雨量計由于線路遭螞蟻破壞出現1 h近1000 mm的雨量值，系統及時提示值班人員，使該站設備在最短時間得到維護，取得了很好的效果。目前該系統已成為服務人員的得力助手，實現了對災害性天氣自動實時監控功能，在預警預報等服務方面發揮了很好的作用。

5 結語

本系統能主動及時為決策用戶、專業用戶、天氣預報人員發送定制的災害性天氣實況信息，其建成將進一步完善寧波市氣象災害應急預警系統，對及時掌握全市各地實時氣象災害信息、做好應急氣象服務起到不可代替的作用。系統基于區域氣象站所監測的各類氣象資料，且可自定義具體指標條件，使信息產品更符合用戶的關注點，及時為他們提供各自關注的突發災害性天氣情況，達到更好的服務效果。

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