國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張志強(qiáng)， 張 強(qiáng)， 胡 星， 倪學(xué)磊　(國家氣象信息中心，北京 100081)

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國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張志強(qiáng)， 張 強(qiáng)， 胡 星， 倪學(xué)磊(國家氣象信息中心，北京 100081)

摘要為改變氣象系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)平臺(tái)分散的現(xiàn)狀，國家氣象信息中心對(duì)各國家級(jí)氣象業(yè)務(wù)中心原先自建的氣象、氣候、觀測(cè)、服務(wù)等若干小系統(tǒng)進(jìn)行整合，構(gòu)建國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)，形成氣象系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一的國家級(jí)氣象服務(wù)平臺(tái)，提供一個(gè)能瀏覽、檢索與綜合顯示實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、預(yù)警信息、歷史氣候資料以及信息網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)信息的共享平臺(tái)。國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)使用MVC模式設(shè)計(jì)，為適應(yīng)氣象應(yīng)用的特點(diǎn)，在J2EE應(yīng)用架構(gòu)(Struts+Spring+Hibernate)的基礎(chǔ)上，對(duì)底層數(shù)據(jù)交互模塊進(jìn)行了封裝，有效提高了系統(tǒng)的靈活性和開發(fā)效率。2015年3月國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)2.0版業(yè)務(wù)運(yùn)行，目前涵蓋了探測(cè)、天氣、氣候等6大核心服務(wù)欄目、近100個(gè)子模塊、近2 000余種業(yè)務(wù)產(chǎn)品，對(duì)各類氣象業(yè)務(wù)起到了有效的支撐作用。

關(guān)鍵詞氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)；服務(wù)平臺(tái)；可視化；J2EE

Design and Implementation of National Meteorological Service Platform

ZHANG Zhi-qiang, ZHANG Qiang, HU Xing et al

(National Meteorological Information Centre, Beijing 100081)

AbstractIn order to change the distributed status of the meteorological service platform, based on the integration of the self-built service platforms including meteorology, climate, observation and service, National Meteorological Information Center(NMIC) constructs National Meteorological Service Platform(NMSP). NMSP is a unified national meteorological service platform to provide browsing, searching and displaying of observation, weather forecasting, warning information, historical climate data and network information. NMSP uses the MVC design pattern. For adapting the characteristics of meteorological application, above J2EE application framework(Struts+Spring+Hibernate), NMSP encapsulates data exchange module which improves flexibility and efficiency of the system development. On March 2015, NMSP(version2.0) has been on operational running, which covers six core column, nearly 100 sub-modules,2 000 kinds of business products. It plays an effective supporting role on various types of meteorological service.

Key wordsMeteorological service network; Service platform; Visualization; J2EE

隨著氣象業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，新增探測(cè)資料得到廣泛應(yīng)用，數(shù)值化預(yù)報(bào)產(chǎn)品的時(shí)效性和空間分辨率越來越高，各類業(yè)務(wù)產(chǎn)品日益豐富，業(yè)務(wù)產(chǎn)品的共享與服務(wù)需求日益迫切。氣象系統(tǒng)內(nèi)部各業(yè)務(wù)單位面向核心業(yè)務(wù)整合產(chǎn)品資源，開展了內(nèi)部信息資源整合工作，開始構(gòu)建內(nèi)部“業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)”系統(tǒng)[1-3]，并初見成效。國家氣象中心建設(shè)了面向?qū)崨r監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警的天氣業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)，國家氣候中心建設(shè)了面向氣候預(yù)測(cè)、氣候變化與氣候服務(wù)的氣候業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)。

隨著中國氣象局各單位業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，業(yè)務(wù)產(chǎn)品的集成與共享服務(wù)水平明顯提升，但業(yè)務(wù)產(chǎn)品服務(wù)的系統(tǒng)和平臺(tái)的集成力度仍然不夠、IT資源重復(fù)建設(shè)、服務(wù)渠道分散、服務(wù)規(guī)范不統(tǒng)一、集約化程度低、缺乏統(tǒng)一的業(yè)務(wù)產(chǎn)品共享平臺(tái)，導(dǎo)致服務(wù)效率低下，數(shù)據(jù)與產(chǎn)品存在不一致甚至矛盾的情況，“信息孤島”現(xiàn)象依然存在。另一方面，國家級(jí)對(duì)省、地市的業(yè)務(wù)指導(dǎo)與實(shí)際需求仍存在一定的差距，上下溝通、交互機(jī)制的建設(shè)剛剛起步，尚未形成基于廣域網(wǎng)絡(luò)、上下一體、統(tǒng)籌集約的業(yè)務(wù)系統(tǒng)布局。基于上述原因，為滿足現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，中國氣象局制定了氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，即整合相關(guān)業(yè)務(wù)單位的業(yè)務(wù)產(chǎn)品資源，建立集約化的數(shù)據(jù)環(huán)境，提供一個(gè)能瀏覽、檢索與綜合顯示實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、預(yù)警信息、歷史氣候資料以及信息網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)信息的共享平臺(tái)，使得業(yè)務(wù)人員能快捷獲取各類信息，從而有效支撐觀測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警及服務(wù)等業(yè)務(wù)。經(jīng)過近3年的發(fā)展，國家級(jí)氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)初現(xiàn)成效，集成了氣象、氣候、信息網(wǎng)絡(luò)及其資料服務(wù)上千種重點(diǎn)業(yè)務(wù)產(chǎn)品及服務(wù)。筆者基于目前氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的建設(shè)情況，從功能需求、底層架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能、應(yīng)用效果等方面進(jìn)行介紹，并對(duì)目前的成效及后續(xù)發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了論述。

1功能需求

國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的定位為氣象系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一的氣象產(chǎn)品展示與服務(wù)，業(yè)務(wù)管理信息共享服務(wù)，涵蓋氣象中心、氣候中心、衛(wèi)星中心、信息中心、探測(cè)中心、人工影響天氣中心、中國氣象科學(xué)研究所、公共服務(wù)中心等單位的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，同時(shí)支撐國、省、地、縣4級(jí)用戶統(tǒng)一訪問。從氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的定位可以梳理出以下幾類業(yè)務(wù)需求。

1.1氣象數(shù)據(jù)服務(wù)需求氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的對(duì)象主要為國家級(jí)、省級(jí)、地市級(jí)、縣級(jí)各級(jí)氣象部門業(yè)務(wù)單位的業(yè)務(wù)用戶。業(yè)務(wù)人員可以根據(jù)需求在氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)上查看權(quán)限范圍內(nèi)的最新氣象資料、數(shù)據(jù)文件以及可視化產(chǎn)品，還可對(duì)實(shí)時(shí)與歷史氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)下載等操作，滿足不同層級(jí)、不同業(yè)務(wù)單位業(yè)務(wù)人員的氣象天氣預(yù)報(bào)、氣候監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)、氣象服務(wù)的業(yè)務(wù)需求。

1.2數(shù)據(jù)可視化展示需求氣象數(shù)據(jù)可視化展示主要應(yīng)用氣象數(shù)據(jù)分析和圖形處理技術(shù)，配合GIS地理信息，為氣象業(yè)務(wù)用戶提供在線統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)可視化服務(wù)。借助于數(shù)據(jù)的可視化可以使業(yè)務(wù)用戶更加全面獲取氣象數(shù)據(jù)全貌。

1.3業(yè)務(wù)信息管理需求構(gòu)建信息上傳下達(dá)的渠道和功能完善的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，圍繞數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用服務(wù)為各級(jí)業(yè)務(wù)管理部門提供在線信息服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量通報(bào)、高性能計(jì)算資源管理、業(yè)務(wù)技術(shù)文檔、會(huì)議在線以及業(yè)務(wù)進(jìn)展等相關(guān)信息。

2軟件框架

基于國家級(jí)氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)(2.0版)的應(yīng)用特點(diǎn)，其技術(shù)路線決策從整體規(guī)劃、業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)支撐多樣化、數(shù)據(jù)服務(wù)效率、訪問安全和性能優(yōu)化等多方面進(jìn)行考慮。國家級(jí)氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)(2.0版)軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)路線體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：采用B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1，4]，基于J2EE的SOA架構(gòu)體系進(jìn)行業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)資源的整合及集成，采用多層體系架構(gòu)，保證功能自頂向下合理分解，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)單元的高內(nèi)聚、低耦合(圖1)；采用組件化(Component)與插件機(jī)制結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，保證系統(tǒng)強(qiáng)大且靈活的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及可集成性；采用并行處理與負(fù)載均衡技術(shù)，保證多種數(shù)據(jù)的高并發(fā)處理效率；采用XML數(shù)據(jù)封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活的流程配置；采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)結(jié)合，針對(duì)不同氣象數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和統(tǒng)一數(shù)據(jù)支撐服務(wù)；采用HTTP、TCP/IP通信協(xié)議和WebService等通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)

組件間的通信，控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及時(shí)效性，保證在Internet上的數(shù)據(jù)傳輸速度；采用Portal(門戶)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品共享服務(wù)整合，滿足信息集成、個(gè)性化的內(nèi)容聚合和定制分發(fā)需求，實(shí)現(xiàn)面向不同用戶的氣象資料服務(wù)的集約化、個(gè)性化，保證數(shù)據(jù)共享服務(wù)的擴(kuò)展性。

圖1　氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)軟件框架Fig.1　Framework of meteorological service network

圖2　實(shí)況觀測(cè)版塊功能Fig.2　Function of live observation section

氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)底層數(shù)據(jù)包括4種：①基于API接口獲取的結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)果化數(shù)據(jù);②基于數(shù)據(jù)庫獲取的結(jié)構(gòu)化氣象數(shù)據(jù);③基于FTP服務(wù)器獲取的文件數(shù)據(jù);④除氣象數(shù)據(jù)外的其他數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)材料、規(guī)范文檔、培訓(xùn)視頻文件以及軟件更新包等。在架構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)支撐數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，基于通用的J2EE應(yīng)用架構(gòu)(Struts+Spring+Hibernate)[5-6](如圖1紅色部分),封裝了控制層、服務(wù)層、實(shí)體層及數(shù)據(jù)層，實(shí)現(xiàn)了基于配置的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取與前端顯示功能的獨(dú)立分離，屏蔽了大量的后臺(tái)數(shù)據(jù)獲取復(fù)雜邏輯，通過配置即可完成相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取邏輯，在顯示端即可通過制定ID方式獲取所需數(shù)據(jù)，使整個(gè)開發(fā)更專注于前端展示頁面，考慮業(yè)務(wù)用戶需求體驗(yàn)，后端數(shù)據(jù)源甚至數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化可以通過一鍵式配置快速調(diào)整，有效應(yīng)對(duì)氣象數(shù)據(jù)多樣性特點(diǎn)。

3實(shí)現(xiàn)功能及業(yè)務(wù)應(yīng)用效果

3.1主要功能

3.1.1實(shí)況觀測(cè)版塊。實(shí)現(xiàn)包括中國氣象局探測(cè)中心、國家衛(wèi)星氣象中心、中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站、水利部等涉及地面、高空、輻射、農(nóng)氣、海洋、雷達(dá)、衛(wèi)星等10大類近50小類觀測(cè)數(shù)據(jù)可視化展示(圖2)。

圖3　氣候業(yè)務(wù)版塊功能Fig.3　Function of meteorology section

3.1.2氣候業(yè)務(wù)版塊。實(shí)現(xiàn)包括國家氣候中心主要業(yè)務(wù)產(chǎn)品，涉及氣候檢驗(yàn)、氣候預(yù)測(cè)、影響評(píng)估、氣候變化、氣候模式、氣候服務(wù)等相關(guān)業(yè)務(wù)產(chǎn)品的發(fā)布服務(wù)和可視化展示(圖3)。同時(shí)為了提高氣候業(yè)務(wù)效率，針對(duì)過去依靠文檔提交的相關(guān)填報(bào)內(nèi)容，基于業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在線填報(bào)功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了填報(bào)結(jié)果的自動(dòng)在線格式檢查，提高了填報(bào)效率。

3.1.3天氣業(yè)務(wù)板塊。實(shí)現(xiàn)國家氣象中心的主要預(yù)報(bào)產(chǎn)品的可視化展示。按照時(shí)間尺度涵蓋中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)、短時(shí)臨近預(yù)報(bào)產(chǎn)品，按照預(yù)報(bào)方式涵蓋主觀預(yù)報(bào)、客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品(圖4)。此外，針對(duì)災(zāi)害預(yù)警、決策服務(wù)等重要內(nèi)容設(shè)立專題版塊提供服務(wù)。

3.1.4人工影響天氣版塊。實(shí)現(xiàn)包括人工影響天氣中心主要預(yù)報(bào)與檢測(cè)產(chǎn)品包的可視化展示，其中預(yù)報(bào)產(chǎn)品包括GRAPES_CAMS模式產(chǎn)品、MM5_CAMS模式產(chǎn)品等相關(guān)模式產(chǎn)品，檢測(cè)產(chǎn)品包括相關(guān)地面觀測(cè)以及衛(wèi)星反演產(chǎn)品。

圖4　天氣業(yè)務(wù)版塊功能Fig.4　Function of weather section

圖5　數(shù)據(jù)服務(wù)版塊功能Fig.5　Function of data service section

3.1.5數(shù)據(jù)服務(wù)版塊。實(shí)現(xiàn)包括信息中心收集、整理以及制作的主要中國以及全球數(shù)據(jù)產(chǎn)品在線服務(wù)，涵蓋地面、高空、海洋、輻射、農(nóng)氣、數(shù)值預(yù)報(bào)、大氣成分、雷達(dá)、衛(wèi)星、氣象服務(wù)產(chǎn)品、歷史氣候代用資料、氣象災(zāi)害、氣候產(chǎn)品、交換資料等，提供數(shù)據(jù)分類導(dǎo)航、定位和數(shù)據(jù)檢索下載以及數(shù)據(jù)接口服務(wù)(圖5)。

3.1.6業(yè)務(wù)管理版塊。構(gòu)建信息上傳下達(dá)的渠道和功能完善的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，圍繞數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用服務(wù)為各級(jí)業(yè)務(wù)管理部門提供在線信息服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量通報(bào)、高性能計(jì)算資源管理、業(yè)務(wù)技術(shù)文檔、會(huì)議在線以及業(yè)務(wù)進(jìn)展等相關(guān)信息(圖6)。

圖6　業(yè)務(wù)管理版塊功能Fig.6　Function of business management section

圖7　氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)用戶分單位人數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.7　Statistics of users of meteorological service platform

3.2應(yīng)用效果氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)于2012年7月啟動(dòng)建設(shè)，2013年5月氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)1.0版本業(yè)務(wù)試運(yùn)行，經(jīng)過5次版本升級(jí)，2015年3月2.0版本正式業(yè)務(wù)運(yùn)行。目前氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)包括實(shí)況觀測(cè)、天氣業(yè)務(wù)、氣候業(yè)務(wù)、人工影響天氣、數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)管理等6大版塊近100個(gè)子模塊，涵蓋了包括探測(cè)中心、衛(wèi)星中心、氣象中心、氣候中心、人工影響天氣中心、信息中心等超過2 000種業(yè)務(wù)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)資源超過20 TB, 國家級(jí)和省級(jí)核心業(yè)務(wù)用戶超過8 000人，業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)用戶人數(shù)分單位分布如圖7所示。4結(jié)語

國家氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的定位不僅是一個(gè)網(wǎng)站，其定位是業(yè)務(wù)輔助支撐平臺(tái)，配合MICAPS、CIPAS等專業(yè)的氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)，提供業(yè)務(wù)用戶一站式的產(chǎn)品查看、數(shù)據(jù)獲取以及業(yè)務(wù)管理輔助支撐。同時(shí)氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)是國家級(jí)單位發(fā)揮對(duì)地方指導(dǎo)作用，完善國家和地方“上下互動(dòng)”機(jī)制的一個(gè)重要支撐平臺(tái)，是國家級(jí)氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化的重要組成部分。氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)的建設(shè)工作是隨著氣象業(yè)務(wù)發(fā)展不斷改進(jìn)的過程，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，氣象業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)將不斷提升其業(yè)務(wù)支撐能力，有效提升氣象業(yè)務(wù)工作的效率。

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中圖分類號(hào)S 163+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)06-224-04

收稿日期2016-02-10

作者簡(jiǎn)介張志強(qiáng)(1982- )，男，河南鄭州人，高級(jí)工程師，博士，從事氣象數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201306044)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(重大專項(xiàng))(GYHY201506001-7)。