省級氣象信息共享平臺設計

劉文清+魏樂+羅飛

摘 要：為滿足氣象部門對氣象信息共享服務的需求，設計了一個省級氣象信息共享平臺。首先介紹了平臺的總體設計方案，包括平臺定位、設計目標和設計原則；隨后提出了基于SOA的氣象信息共享平臺體系結構，并對平臺的三個層次進行了說明；接著在對氣象數據進行分析的基礎上，給出平臺數據表設計；最后對平臺實現的功能進行了詳細的闡述。

關鍵詞：氣象信息 共享平臺 體系結構 服務

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0013-03

氣象數據和產品是氣象預報預測、決策服務、科學研究等工作的基礎和支撐[1]。隨著氣象綜合觀測系統的建設和氣象業務規范的逐步調整，氣象信息在內涵與外延上發生了重大變化，種類和數據量都呈幾何級數增長[2]，這對傳統的氣象信息管理和應用模式提出了挑戰。為了應對這種挑戰，我國各省（市）都紛紛開展了氣象信息共享平臺的建設工作[3-6]，并取得了一些效果。

但面對不斷膨脹的數據量，以及新的氣象業務需求，現有的氣象信息共享系統面臨信息共享交互程度不高、信息交互不方便、信息缺乏有效規范的組織形式、共享數據類別不全、擴展不方便等問題，因此需要重新規劃以數據庫為核心的省級氣象信息共享平臺建設，以規范氣象信息從收集到服務的業務流程，實現全部氣象資料和產品的高效存儲管理及常用資料的質量控制，完成常規、自動站、雷達、衛星等資料的有效應用。主要包括：（1）建立起與新型業務技術體制相適應的數據收集、處理業務流程和技術規范；確定數據質量控制體系、數據管理和共享辦法。（2）建立高可靠的應用服務系統，以適應不斷增加的各類探測數據的收集、處理、存儲和分發業務需求。（3）建設更快捷、更可靠的信息存儲檢索系統，以適應氣象科學研究、業務運行、部門和行業間對信息共享、存儲和數據處理能力的需求。

1 氣象信息共享平臺總體設計方案

氣象信息共享平臺的建設圍繞兩個目標開展：一是建立數據接收的快速通道，提供統一的數據訪問接口，為共享服務提供高效、規范的數據；二是統一數據管理各項功能的操作，提供規范、友好的操作界面，建立一體化的解決方案。結合兩個設計目標，共享平臺首先定位為氣象信息共享數據的源頭，負責存儲、管理氣象資料數據，最大限度的將省、市、縣相關部門氣象資料存儲在統一的平臺之上，為上層業務應用提供數據訪問服務；其次，平臺提供一個可擴展的氣象信息存儲服務框架，滿足未來氣象業務和探測手段不斷發展、資料種類不斷增加的需要，并提供對已有功能模塊進行擴展、定制的支持。

為此，平臺遵循“可靠穩定、構件封裝，先進成熟，開放擴展，統一規范，便捷維護”的總體設計原則。整體采用框架設計，各子模塊之間功能獨立，可根據用戶的需要進行組合，各子模塊之間沒有直接耦合，而是通過數據庫之間的聯系由框架進行組合；同時，框架程序利用構件技術，采用面向對象方法進行設計。在框架的組織下，平臺的適應性、靈活性增強，同時通過復用、可配置等技術降低了平臺的開發和維護風險，且具有良好的可擴展性。

2 氣象信息共享平臺體系結構

為實現由業務資源服務應用的無縫化，氣象信息共享平臺采用如圖1所示的體系結構，即從上到下分為應用層、服務層和數據層。

2.1 數據層

數據層是平臺各種數據的來源，包括實時數據庫、歷史數據庫、行業共享庫、實時專用庫和目錄文件。在各類數據庫中既存在結構化數據，也存在諸如文檔之類的非結構化數據，數據的格式均不相同，如按傳統的方法實現，工作量大，難以維護。因此平臺構建了數據訪問邏輯構件和業務實體構件，為各種應用提供了統一的數據接口，以實現不同來源數據的統一處理，做到程序與數據源松耦合。

2.2 服務層

服務層包含了大量的服務，這些服務在流程引擎的驅動下，與業務流程綁定，組合成為功能更為強大的組合服務，供不同的業務模型調用，從而滿足用戶的需求；該層服務采用SCA1.0標準來實現，將構件庫中的構件，裝配成服務的方式提供給其他構件、服務或者其它系統。該層提取了氣象共享服務的共性需求，通過數據服務、策略服務、業務服務、流程服務和表示服務為氣象部門內部各業務系統的開發提供支撐。

可以看出，平臺通過把與氣象數據共享業務相關的功能模塊，以標準化的服務形式進行封裝，形成一系列網絡環境下的服務，然后通過結合業務進行流程編排，即可完成相關功能的定制。

2.3 應用層

應用層主要完成平臺搭建并為用戶提供操作界面，平臺運行模式采用基于B/S的方式，根據業務要求，技術架構的選擇需要具備較強的伸縮性、開放性和安全性。考慮到JAVA EE的特點，平臺應用層開發運行環境選擇基于JAVA EE的應用服務器中間件平臺。

3 氣象信息共享平臺數據表設計

省級氣象信息共享平臺管理的氣象數據主要包括區域自動站數據、地面氣象觀測站數據、探空數據、加密觀測數據、農氣數據、雷達數據和衛星數據。其中：（1）區域自動站采集的數據包括區站號、日期時間、風速、風向、雨量、氣溫、濕度和氣壓等，這些數據通過GPRS傳輸到位于移動的服務器中，并存入數據庫，之后再定時導入到省局的數據庫中；（2）地面氣象觀測站所觀測的要素比區域自動站多，共有53個要素，但包括所有區域自動站的觀測要素；（3）探空數據由探空報和高空報組成，包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD；（4）加密觀測數據不是按時次每日記錄的數據，也沒有固定由哪些站點觀測，因此加密觀測數據一般由用戶不定時人工上傳，且用戶上傳的加密觀測數據為文本格式（非結構化），因此上傳之后平臺需自動將文件中的各數據項解析出來，存入數據表中；（5）農氣數據包括農氣咨詢中心內部業務系統收集的數據和業務系統產生的上報文件；（6）雷達入庫數據包括雷達速度強度圖（圖像文件）和雷達基數據；（7）平臺接收衛星系統傳輸的數據（圖像文件），并直接存儲至后臺核心存儲設備中；衛星包括風云二號衛星云圖和風云三號衛星數據，其中入庫數據為風云二號衛星云圖（圖像文件）和風云三號衛星觀測原始數據及圖像文件。endprint

為了實現上述氣象數據的管理，平臺主要設計以下數據表（限于篇幅，此處僅列出表名）：等值面配色信息表、等值面表、行政區劃表、農氣AB報表（保存農氣報的基本觀測數據信息）、農氣AB報作物表（保存農氣報的作物生長信息）、農氣AB報災害表（保存農氣報的災害信息）、負氧離子觀測數據表、區域自動站降水分鐘數據表、自動氣象站觀測數據表、自動站侯數據統計表、自動站旬統計表、自動站日要素統計表、自動站日風表、自動站數據報監控表、自動站月統計數據表、micaps結構的探空報數據表、探空報基本信息表、等值線圖片信息表、雷達回波圖信息表、衛星云圖信息表、土壤水分觀測數據表、土壤水分月統計表、臺站基本參數表、氣象臺站類型表、臺站類型表和能見度觀測數據表。

4 氣象信息共享平臺功能設計

結合氣象信息共享的業務需求，平臺整體由氣象數據應用、數據入庫管理、臺站管理和系統管理四大模塊構成。其具體功能劃分如圖2所示。

4.1 氣象數據應用模塊

該模塊是整個氣象信息共享平臺的核心部分，主要實現自動站數據、基本氣象要素、農氣數據、雷達回波圖、衛星云圖數據、土壤水分數據、人工地面觀測數據和探空數據的查詢、分析和統計。其核心可歸納為數據查詢、數據統計分析、WebGIS展示和數據下載。

（1）數據查詢。

數據查詢為數據應用的主要方式，包括自動站數據、區域自動站數據、土壤濕度觀測數據、能見度觀測數據和負氧離子觀測數據的查詢。可以根據選擇的站點、時次、時段、要素（可選多要素），以表格形式顯示查詢結果；同時實現表格行列可自定義、查詢結果可打印、查詢結果可生成TXT文件供用戶下載、查詢結果可導出為EXCEL文件等功能。

（2）數據統計分析。

可統計和查詢任意時段內某要素的平均值、該時段內極大值和極小值；統計時支持站點可選、時次可選和要素可選，站點為單站、多站，時次為單一時次、連續時次；可統計和查詢任意時段內單站氣象要素值，提供曲線圖。

（3）WebGIS展示。

采用開源WebGIS平臺，在“自動站圖集”的基礎上，實現基本的地圖操作功能，包括地圖放大、縮小、察看全圖等；實現自動站點空間定位及實時數據查詢顯示（氣溫分布圖、降雨分布圖、風力分布圖、綜合信息圖、氣象要素按數值大小繪制全省分布的色塊圖等）。

（4）數據下載。

選擇任意時次/連續時次、任意站點、任意觀測項目數據后，生成文本文件，供用戶下載。

4.2 數據入庫管理

包括入庫參數配置和日志管理兩個子模塊，實現本應用數據庫與基礎數據庫的表、字段對應信息的配置，以及相關數據操作的日志管理功能。

4.3 臺站管理

實現臺站類型管理和臺站基本信息管理。

4.4 系統管理

實現平臺內的用戶管理、用戶類型管理，組織結構管理，權限管理和日志管理等工作；該模塊具有自主功能，能根據增加的欄目或功能將管理內容自動添加到管理系統中；能夠實現所有欄目和功能的權限指定，具有自動和自主增加權限功能；能夠對每類氣象數據的每個要素或字段指定瀏覽/下載/修改/添加/刪除等控制權限；能夠進行用戶級別設置，可自定義不同級別，每個級別能劃分不同權限；能夠對不同用戶根據需要進行不同級別指定，能對同一用戶同時指定不同級別，能對用戶單獨添加某種權限；能夠對每個管理模塊根據不同內容進行詳細指定，如日志管理可劃分為系統日志、用戶日志、管理日志、數據日志和權限日志等。

5 結語

該文從提高氣象信息管理水平，為用戶提供高效共享服務的角度出發，結合我國省級氣象業務和服務的實際應用需求，對省級氣象信息共享平臺進行了較為深入的研究，設計了一個基于SOA的省級氣象信息共享平臺。該平臺完成了省級氣象資料和產品的高效管理，實現了常規、自動站、雷達、衛星等資料的有效應用，具有結構合理、可擴展性強、升級維護便捷等特點，可滿足不同業務部門的需求。

參考文獻

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[3] 吳昊旻，姜燕敏.麗水市氣象信息共享平臺設計與實現[J].氣象科技，2010，38（3）：357-362.

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[5] 王素香.對山東省氣象信息共享平臺建設的思考[J].山東氣象，2009，29（3）：52-53.

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