河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘 要： 河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)的目標(biāo)是建立一套覆蓋全省，集數(shù)據(jù)收集與分發(fā)、觀測(cè)資料產(chǎn)品生成、資料存儲(chǔ)管理、共享服務(wù)于一體的氣象信息共享業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)資料顯示和共享自動(dòng)化、集約化和圖形化，以直觀、形象的圖形文字的方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布產(chǎn)品，便于省、市、縣三級(jí)氣象部門(mén)及相關(guān)行業(yè)用戶共享氣象信息。這里主要從平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能，以及平臺(tái)建設(shè)中核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)等方面介紹河北省綜合氣象觀測(cè)共享顯示平臺(tái)建設(shè)情況。

關(guān)鍵字： 綜合氣象觀測(cè)資料； 信息共享； 業(yè)務(wù)系統(tǒng)； 顯示平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN925?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0112?03

Design of display platform for comprehensive meteorological observation

data sharing in Hebei province

WU Yan?ping1， DONG Bao?hua1， ZHANG Wen?long2， SHI Jian?guo1， ZHU Dong?mei1， ZHANG Jun1

（1.Hebei Province Meteorological Information Center， Shijiazhuang 050021， China；

2. Beijing Institute of Urban Meteorology， Chinese Meteorological Administration， Beijing 100089， China）

Abstract： The target of display platform for the comprehensive meteorological observation data sharing is to establish an integrated meteorological information sharing business system for data collection and distribution， observational data generation， data storage management and shared services， which will cover over the whole Hebei province. The platform can realize the meteorological observation data display， sharing automation， intensification and graphics， and issue the products in intuitive and visual graphical text way in network， so as to make the meteorological departments in provincial， municipal and county levels and the related industrial users share the data easy. The construction status of display platform for the integrated meteorological observations sharing in Hebei province is introduced in the aspects of platform structure design， platform function implementation and core technologies during the platform construction.

Keywords： comprehensive meteorological observation data； information sharing； operation system； display platform

0 引 言

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷深入，氣象業(yè)務(wù)快速發(fā)展，服務(wù)需求不斷提高，氣象探測(cè)資料種類(lèi)和數(shù)量日益增加，各級(jí)氣象業(yè)務(wù)人員對(duì)各種氣象探測(cè)數(shù)據(jù)的共享與組織提出了更加細(xì)致的要求。通過(guò)建立一個(gè)統(tǒng)一的綜合氣象觀測(cè)資料顯示平臺(tái)，將河北本地及周邊區(qū)域的各類(lèi)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)以圖形化方式進(jìn)行展示，便于預(yù)報(bào)服務(wù)人員應(yīng)用，同時(shí)滿足其他人員訪問(wèn)氣象數(shù)據(jù)的需求。

1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，用戶通過(guò)瀏覽器在頁(yè)面上提出請(qǐng)求給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)用戶請(qǐng)求將數(shù)據(jù)內(nèi)容從服務(wù)器中獲得，然后形成用戶請(qǐng)求的頁(yè)面通過(guò)瀏覽器展示給用戶。

復(fù)雜的圖形顯示由后臺(tái)程序生成靜態(tài)圖片來(lái)完成，以提高頁(yè)面的訪問(wèn)速度；簡(jiǎn)單的圖形，表格顯示由Web 中的控件完成；部分極值統(tǒng)計(jì)功能由后臺(tái)程序和數(shù)據(jù)庫(kù)完成，Web頁(yè)面不作處理。整個(gè)顯示子系統(tǒng)采用胖服務(wù)器?瘦客戶端的方式。

數(shù)據(jù)處理采用目錄監(jiān)控和定時(shí)作業(yè)相結(jié)合的方式，以滿足不同觀測(cè)資料的時(shí)效要求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式，對(duì)于那些序列化較好，便于使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理的數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)；而對(duì)于那些文件較大且不適合于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)將采用文件庫(kù)進(jìn)行管理。對(duì)所有數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)，以便檢索和使用。

河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)的欄目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平臺(tái)包含的主要資料類(lèi)型有常規(guī)氣象資料、多普勒雷達(dá)資料、衛(wèi)星云圖資料、特種觀測(cè)資料等。常規(guī)氣象資料包含天氣圖、重要天氣圖、自動(dòng)站（含區(qū)域站）、旬月報(bào)等；多普勒雷達(dá)資料包括石家莊、張家口、承德、滄州、秦皇島等5部雷達(dá)回波產(chǎn)品以及華北雷達(dá)拼圖產(chǎn)品；衛(wèi)星云圖資料包括FY2D、FY2E、FY2F雙星、極軌衛(wèi)星等實(shí)時(shí)及歷史云圖產(chǎn)品；特種觀測(cè)資料主要包括GPS/MET產(chǎn)品、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品、閃電定位、土壤水分、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)能、大浮標(biāo)、小氣候站、降雪加密觀測(cè)數(shù)據(jù)、沙塵暴、PM2.5等；數(shù)據(jù)服務(wù)主要提供各種原始觀測(cè)資料的元數(shù)據(jù)發(fā)布、觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和下載功能，滿足用戶對(duì)原始觀測(cè)資料的使用需求。

2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)是集觀測(cè)資料收集分發(fā)和數(shù)據(jù)服務(wù)于一體的統(tǒng)一平臺(tái)，其主要功能有：

2.1 數(shù)據(jù)收集與分發(fā)

對(duì)于元數(shù)據(jù)，首先是數(shù)據(jù)收集與加工，分目錄儲(chǔ)存各類(lèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集程序主動(dòng)收集接收到的各類(lèi)數(shù)據(jù)文件，并將收集到的數(shù)據(jù)信息情況記錄到運(yùn)行日志庫(kù)中；對(duì)于需要入庫(kù)的數(shù)據(jù)，將符合條件的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容進(jìn)行分解，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)表中，以供頁(yè)面顯示調(diào)用。數(shù)據(jù)處理子模塊由若干個(gè)子程序模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的分解入庫(kù)；對(duì)于文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，按顯示要求，按一定的規(guī)則處理后存儲(chǔ)到相應(yīng)目錄。

2.2 觀測(cè)資料產(chǎn)品生成

平臺(tái)綜合考慮響應(yīng)速度以及應(yīng)用便利性，對(duì)于觀測(cè)資料進(jìn)行圖形處理，包括以下兩方面：

（1） 非實(shí)時(shí)靜態(tài)圖形處理：根據(jù)用戶需求以及不同數(shù)據(jù)類(lèi)型在后臺(tái)定期加工色斑圖、等值線圖、雷達(dá)拼圖等不同形式的圖形，供Web頁(yè)面顯示調(diào)用，提高平臺(tái)響應(yīng)速度。

（2） 實(shí)時(shí)圖形處理：自動(dòng)站的顯示，根據(jù)用戶查詢條件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生成相關(guān)圖形，方便用戶使用；其余數(shù)據(jù)類(lèi)型需要的簡(jiǎn)單圖形，比如折線圖、柱狀圖等由Web控件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生成。

2.3 氣象觀測(cè)資料存儲(chǔ)管理

制定全省氣象觀測(cè)資料存儲(chǔ)管理規(guī)范，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)集觀測(cè)資料收集、存檔和檢索為一體的觀測(cè)資料存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。依托大容量網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)設(shè)備，將全省觀測(cè)資料統(tǒng)一集中存儲(chǔ)，并提供給各單位檢索調(diào)用。據(jù)測(cè)算，原始觀測(cè)資料有13個(gè)大類(lèi)之多，觀測(cè)資料最小頻度為5 min，每天文件數(shù)量為24萬(wàn)個(gè)左右，數(shù)據(jù)量達(dá)到50 GB。資料存儲(chǔ)管理流程如圖2所示。

圖2 氣象觀測(cè)資料存儲(chǔ)管理流程圖

2.4 實(shí)況資料和歷史資料查詢

更新程序自動(dòng)檢索最新的實(shí)況資料，包含常規(guī)資料、雷達(dá)、衛(wèi)星云圖、特種資料等十幾種資料，并與站點(diǎn)信息相結(jié)合在網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)注。歷史資料可以通過(guò)日、旬、月、年進(jìn)行所有要素資料查詢。通過(guò)查看實(shí)況資料和歷史資料，對(duì)決策和預(yù)報(bào)服務(wù)起著至關(guān)重要的作用。

2.5 氣象探測(cè)數(shù)據(jù)共享服務(wù)

綜合信息平臺(tái)作為數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)承擔(dān)全省氣象數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品的收集、加工處理、存儲(chǔ)、建立綜合氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，研究與應(yīng)用最新數(shù)據(jù)處理技術(shù)；加工和開(kāi)發(fā)各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品；形成各類(lèi)便于應(yīng)用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。根據(jù)不同用戶需求，向全省各類(lèi)用戶提供各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品的共享服務(wù)。

3 核心實(shí)現(xiàn)技術(shù)

氣象信息共享平臺(tái)是一個(gè)綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，作為新一代氣象信息管理系統(tǒng)，平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)非常復(fù)雜，其中數(shù)據(jù)資源是氣象信息共享平臺(tái)的核心，同時(shí)，所有元素和系統(tǒng)均需要集成在統(tǒng)一平臺(tái)框架內(nèi)并且為用戶提供全局?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)航和獲取接口，因此，構(gòu)建綜合氣象信息共享平臺(tái)須采用數(shù)據(jù)采集、處理、頁(yè)面開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)文件監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多種技術(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)的收集與處理

對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，采用Linux下基于Inotify機(jī)制消息驅(qū)動(dòng)的目錄監(jiān)控來(lái)完成。基于消息驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集、處理與分發(fā)子系統(tǒng)， 明顯地降低了服務(wù)器負(fù)載， 增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。該子系統(tǒng)是在Linux系統(tǒng)上， 利用Inotify機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。它的主要特點(diǎn)是 不僅可以監(jiān)視文件， 還可以監(jiān)視目錄； 使用系統(tǒng)調(diào)用通知文件系統(tǒng)的變化事件； 由于使用文件描述符作為接口，因而可以使用通常的文件I/O操作來(lái)監(jiān)視文件系統(tǒng)的變化； 如果被監(jiān)視目標(biāo)在可移動(dòng)介質(zhì)上，在umount該介質(zhì)上的文件系統(tǒng)后，被監(jiān)視目標(biāo)對(duì)應(yīng)的watch將被自動(dòng)刪除， 并且會(huì)產(chǎn)生一個(gè)umount事件。

利用Pyinotify技術(shù)對(duì)一組用戶定義的探測(cè)數(shù)據(jù)目錄在后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視， 當(dāng)有新的探測(cè)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，Pyinotify自動(dòng)生成文件系統(tǒng)變化通知消息， 系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理進(jìn)程對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分發(fā)。系統(tǒng)不需要定期掃描磁盤(pán)， 有效地降低了服務(wù)器負(fù)載， 提高了數(shù)據(jù)處理效率。

3.2 Web頁(yè)面的開(kāi)發(fā)技術(shù)

氣象信息共享平臺(tái)頁(yè)面的開(kāi)發(fā)，改變了傳統(tǒng)的table模式，所有頁(yè)面均采用CSS+DIV來(lái)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，DIV用于搭建網(wǎng)站結(jié)構(gòu)（框架），CSS用于創(chuàng)建網(wǎng)站表現(xiàn)（樣式/美化），實(shí)質(zhì)即使用XHTML對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化重構(gòu)，使用CSS將表現(xiàn)與內(nèi)容分離，便于網(wǎng)站維護(hù)，簡(jiǎn)化HTML頁(yè)面代碼。

3.3 數(shù)據(jù)文件監(jiān)控

主要利用目錄監(jiān)控程序，在對(duì)數(shù)據(jù)處理的同時(shí)，添加對(duì)數(shù)據(jù)文件的監(jiān)控信息處理和入庫(kù)，包括日志分析，跟蹤執(zhí)行等方法，在Web頁(yè)面上提供各類(lèi)數(shù)據(jù)文件達(dá)到狀況、站點(diǎn)缺失等信息。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

數(shù)據(jù)庫(kù)管理采用Oracle 11G +RAC技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)分為元數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)要素庫(kù)、文件監(jiān)控庫(kù)。擴(kuò)展和優(yōu)化現(xiàn)有的基于探測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)庫(kù)，包含元數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象要素統(tǒng)計(jì)信息庫(kù)等。通過(guò)性能調(diào)優(yōu)來(lái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)（如表和約束）和物理特性（如磁盤(pán)系統(tǒng)、對(duì)象位置和索引）。查詢優(yōu)化和后臺(tái)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（包括事務(wù)邊界、鎖定和批處理）的使用，顯著提高其性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

河北省綜合氣象觀測(cè)資料共享顯示平臺(tái)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，統(tǒng)籌考慮全省各級(jí)氣象部門(mén)的業(yè)務(wù)需求，采用先進(jìn)的技術(shù)。建成后的綜合氣象信息觀測(cè)資料共享平臺(tái)，為廣大用戶提供信息資源共享應(yīng)用，對(duì)分散信息資源實(shí)施整合集成，方便快捷地為專(zhuān)業(yè)人員提供各種氣象產(chǎn)品，滿足日益發(fā)展各類(lèi)氣象業(yè)務(wù)需求。

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