氣象信息業務可視化的技術實現

【摘要】 隨著氣象部門信息化建設不 斷推進以及對外合作的加深，國家級氣象業務單位日常參訪接待和決策管理人員有通過信息系統業務展示界面，直觀了解氣象實時業務綜合運行狀況的需求，但傳統氣象業務監視界面主要面向專業技術人員，界面信息可讀性不高。本文針對氣象業務特點，給出基于現有氣象信息業務監視系統改造可視化顯示界面的技術方案，從需求分析、總體思路、架構設計、數據接口、平臺部署等多個方面進行了介紹，并結合實際業務，給出具體可視化改造方案。本文是信息業務可視化技術在氣象部門的一次探索。

【關鍵詞】 氣象 信息業務 可視化 技術方案

國家氣象信息中心承擔著國內外氣象數據的通信傳輸、加工處理、存儲歸檔和共享服務等業務的建設運維工作[1]。日常參訪來賓和決策管理人員有通過業務展示界面，直觀了解信息中心實時業務綜合運行狀況的需求，目前展示信息來源主要通過各業務系統監視界面以及系統運行日志手工統計處理獲得[2]。由于現有監視界面設計主要面向一線值班運維人員，顯示數據雖然種類多、信息量大，但缺乏數據挖掘處理與統計分析，很難面向決策領導和來賓直觀反應出業務的綜合運行情況。

相似的需求和問題也在其他氣象部門外單位產生，催生了一個新的軟件細分行業——業務可視化展示。傳統的可視化解決方案是針對某一個業務定制開發對應的展示界面，能夠在短時間內解決展示問題，但業務變更后，需要重新開發，延續性不強[3]。近年該行業嘗試開發統一的可視化界面制作工具，類似于PowerPoint等通用軟件，用戶可自行制作界面，通過標準數據接口與業務系統對接，具有通用性強、可操作、可持續等特點，在電力等行業取得了大范圍的推廣[4]。2014年末，國家氣象信息中心對現有信息系統業務進行了梳理，選擇氣象國際通信系統、同城通信系統作為案例，進行了可視化設計改造，下文對改造方案和過程進行了介紹。

一、需求分析

（1）能夠直觀展示業務運行綜合狀態信息。氣象信息業務系統在實時運轉過程中會產生很多日志信息。目前，信息中心對日志缺乏深層次分析，對業務系統核心能力缺乏綜合展示，通過業務可視化界面開發應能夠直觀展示業務運行綜合狀態信息。（2）具備對展示需求調整的敏捷響應能力。信息中心負責建設和運維的業務系統基數大且不斷新增變化，業務可視化設計制作要求時效性強、響應速度快，能夠在業務展示需求明確后，短時間內制作完成。（3）具有較強的通用性。氣象信息業務上下游關聯緊密，可視化設計應具有通用性。通過組件庫等方式，對相似的展示需求，能夠實現組件復用。（4）兼容支持多種展示場景。針對參訪來賓、決策領導的不同需求，應支持多種展示場景。例如：面向參訪來賓，在信息中心二層綜合監控中心的業務可視化展示；面向中國氣象局以及信息中心決策層領導，在PC機或終端設備上的氣象信息業務運行狀況的實時展示。

二、方案設計

2.1總體設計

氣象信息業務可視化展示總體思路：購置商業可視化界面設計工具，梳理氣象信息業務展示內容及方式，設計制作圖形化展示界面，開發數據接口，完成業務系統與可視化界面數據對接。借助外部美工人員，設計制作界面場景，氣象部門技術人員完成業務梳理、數據對接等其他全部工作。

其中，可視化工具經過前期調研，擬選擇在電力行業廣泛應用的由北京恒泰實達公司開發可視化制作平臺——數碼拼圖產品系列。該平臺采用SOA架構，分成設計器、播放與控制器、數據維護三個工具，解決系統間數據整合和可視化展示等問題[5]。

設計器：面向業務設計和可視化實施人員，零編碼實現可視化界面配置和數據接入。可擴展接口，滿足氣象行業中的專業展示組件和專用數據接口需求。

播放與控制器：面向參觀人員和決策領導實時展示可視化界面，提供環境適配的多終端控制方案。將設計和播放分離，互不影響，滿足隨時調閱展示的需求。

數據維護：提供標準的數據接口協議和指標定義模式。屏蔽業務系統的復雜性，提供綜合分析、統一展示數據整合方案。

2.2架構設計

對于氣象信息業務可視化展示，不同類型用戶的需求和關注點是不同的，通過前期溝通交流，簡要梳理出不同類型用戶對于可視化展示的需求。

業務人員：關注業務展示、實時監控，表現特點為大屏幕監控，自動運行，自動操控；決策領導：關注匯總信息，總體狀態判斷，表現特點能夠挖掘問題根本原因和結論；參觀人員：關注業務特色、中心形象，表現特點主題突出，表現絢麗，靈活變更。

根據用戶、關注點和表現特點分析，可視化產品提出多種展示終端和數據整合方式。

1）大屏幕可視化主要針對參觀訪問講解介紹、業務人員日常監控、應急處置場景，面向參觀人員和業務人員；2）桌面可視化和報表工具主要針對整體監控、輔助決策，面向決策層和業務人員；3）對外發布組件提供可視化展示組件為信息系統提供服務，可與OA等現有系統對接，實時發布氣象信息業務綜合運行狀態信息。

2.3數據接口

將業務系統的數據通過指標的方式推送到可視化系統，可視化系統定時將指標數據刷新并推送到可視化界面。

在實際操作中，業務系統可通過XML、數據庫、文件、Excel、Webservice等多種方式，與可視化平臺對接數據。

2.4平臺部署

可視化制作展示平臺硬件支撐主要包括兩部分設備：一部分是可視化軟件安裝所需的服務器、工作站，主要以X86服務器、圖形工作站（顯卡處理性能較高的PC）為主。另一部分是配合大屏幕展示、桌面展示所需的圖形控制器、移動終端控制器，屬于專業圖形處理設備。圖形控制器等設備能夠提供對應大屏幕更佳的顯示效果以及方便靈活的用戶控制使用方式。

部署方案通過業務人員的需求分析、指標調研和可視化設計，將最終的可視化效果提交通過播放器投放到安裝播放器的終端。主要功能和實施步驟如下：步驟1：監測場景業務設計，實施內容包括場景定位、業務調研、展示需求分析、生成監測業務原型；步驟2：監測場景UI和UE設計，實施內容包括業務設計做場景UI和UE設計；步驟3：監測場景數據接口開發，實施內容包括對監測場景所需接入系統數據做接口開發；步驟4：監測場景實施，監測場景制作并實現場景交互設置，圖元顏色、數據綁定、動作觸發配置和場景相關指標、維度、數據、數據集定義等；步驟5：監測場景測試，對已制作監測場景相關接口、指標數據、場景實施做系統測試。

三、可視化設計案例簡介——氣象國際通信系統

以氣象部門現有國際通信業務GTS可視化展示設計制作為例，簡要說明運用可視化工具如何完成氣象信息業務系統展示制作。

3.1業務分析

國際通信系統監視界面展示方式專業、監控維度全面，適合業務人員對業務運行狀態進行監控。但面向決策領導、參觀訪問人員，業務信息傳遞不直觀，對該業務的總體把握不全面。

根據可視化思路，首先分析展示內容和數據。表3-1 GTS線路數據量數據樣例

將數據采集進入可視化系統，分成指標以及指標中的維度和值。

CTS線路數據維度是國家級，數據值包括收集資料類型、分發資料類型、小時收集量、小時分發量，數據更新頻率為1小時。展示設計以世界地圖上繪制的聯絡線的方式，表達國際各氣象組織和中國氣象局進行數據交換情況，包括主要交換的資料類型、各線路小時收集量、小時分發量及其排名。

3.2界面設計

在國際通信業務的界面設計上，采用“簡潔美觀、重點突出”的設計原則，設計步驟如下：

數據調研：在展示主題內，調研數據關系，厘清指標（展示數據定義）和指標的層級關系。

原型設計：設計展示主題的表達思路和講解邏輯，形成原型設計圖稿。

界面設計：UE、UI設計，并輸出效果圖。

界面繪制：根據原型圖和指標列表，繪制界面元素、綁定數據、定義動作。

展示調整：根據投屏效果持續調整，修改界面繪制效果。

3.3數據對接

國際通信業務展示數據包括：線路連接情況、小時數據分發量、小時數據收集量，更新頻率為1h，更新耗時小于5分鐘[6]。采用FTP文件交換方式實現實時數據對接。更新指標2個，更新數據量KB級[7]。

數據對接接口通過日志解析輸出成結構化數據，將結構化數據定義為指標數據，提供給可視化界面使用。

四、結束語

目前，氣象信息業務可視化完成了支撐環境建設，并開發了國際通信、同城服務業務展示頁面和展示模式。后續，項目組將繼續推進國家級氣象業務單位可視化界面設計和制作，力爭在2015年實現核心業務全部可視化展示監控。

參 考 文 獻

[1]趙立成.氣象信息系統[M].北京：氣象出版社，2011.3

[2]姚鴻， 李春來， 鄧鑫等. 視頻會議在氣象業務中的應用前景分析[J]. 電視技術， 2011， vol.35：108-113.

[3]蒲浩，彭永，徐源等.隧道工程監控三維實時交互可視化信息平臺研究[J].鐵道工程學報，2014，（3）.

[4]廖勝利，應小誠，李剛等.面向省級電網的檢修可視化設計和輔助決策實現[J].電力系統自動化，2011，vol.35（21）.

[5]恒泰實達.V3C可視化導播系統.[EB/OL]. http：//www.techstar.com.cn/caseinfo.aspx？m=20100719151223671574 ，2014.

[6]李湘.氣象通信系統發展與展望[J].氣象，2010，36（7）.

[7]徐杰芙.第3代國際通信系統控制數據[J]. 氣象科技，2006，34（z1）.