陜西省氣象數據共享系統

何 林，鄧鳳東，李亞麗，郭江峰

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

陜西省氣象數據共享系統

何 林1，鄧鳳東1，李亞麗1，郭江峰2

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

依托以全國綜合氣象信息共享平臺(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡稱CIMISS)為核心的省級集約化數據環境，研發B/S架構的陜西省氣象數據共享系統，實現了CIMISS所接入的各類資料及本地特色數據的查詢下載、統計分析、可視化展示、離線定制等功能。該系統的建成對于提高陜西省氣象部門省級數據環境的共享服務能力，解決基層用戶“看不到數據”的問題具有重要意義。

CIMISS；數據共享；數據服務

隨著氣象觀測體系的日漸成熟和氣象信息化水平的不斷提高，氣象資料的種類更加豐富、頻次更加密集，數據量越來越大。而全國綜合氣象信息共享平臺(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡稱CIMISS)的業務化運行，為氣象部門建立規范的國省兩級氣象數據環境，將各類數據納入集約化管理，為氣象大數據的應用與研究奠定了基礎。雖然CIMISS提供了權威、豐富的數據源，而且為專業的開發人員提供了調用數據的標準化接口，但由于資料門類繁多、本地特色數據不足、接口調用的專業性要求較高，導致基層業務用戶仍然面臨“看不到數據”的困擾。因此，研發面向一線業務人員的統一氣象數據共享和展示門戶——陜西省氣象數據共享系統迫在眉睫。

1 系統定位

陜西省氣象數據共享系統面向省、市、縣三級用戶，以省級集約化氣象數據環境及其訪問接口為依托，通過整合現有氣象數據查詢業務系統的常用功能及用戶習慣，建成一個集全面、多樣的氣象數據分析檢索，保存下載，可視化展示，個性化定制等為一體的數據共享平臺。系統集成了CIMISS所提供的地面、高空、農氣、輻射、雷達、衛星等十四大類數據，并補充CIMISS中缺少的陜西省自有特色數據及專題數據集，提供完整、及時、穩定、準確的對內氣象數據服務。同時，定期發布數據清單及管理辦法，建立完善、權威的陜西省氣象部門內一站式數據共享中心[1-2]。

2 設計原則

2.1 以用戶為中心

需求牽引，充分考慮業務人員的操作習慣，突出高效、實用、易用的理念。進行針對性的功能設計。同時做到界面友好，操作響應快速。

2.2 集約整合

分析現有氣象數據查詢系統的功能，以及當前數據服務業務中存在的問題和薄弱環節，整合各類數據資源，統籌規劃、合理布設各項系統功能。

2.3 開放性和標準性相結合

軟件開發過程遵循軟件工程行業標準。在調取數據時采用氣象部門內的開放性接口，氣象數據特征值標識、統計分析規則等嚴格按照中國氣象局、陜西省氣象局發布和制定的相關數據標準、技術規范執行。

2.4 可擴展和易維護

考慮到未來業務的發展和變化，采用較為靈活的分模塊設計[3]。降低模塊間的耦合性，根據資料和元數據的變化及時研發或屏蔽相應功能模塊。保證系統的可用性，出現故障時易于排查，維護管理操作簡便。

3 總體架構

系統基于B/S架構，采用C#語言實現，總體分為五層，如圖1所示?；A設施層為整個系統提供運行所需的網絡通信、虛擬服務器、操作系統軟件等基礎支撐。數據中心為CIMISS業務數據庫、本地數據庫、緩存數據庫提供的多源基礎業務數據，并提供統一存儲、管理、服務和交換。數據服務層以數據中心為基礎，通過對CIMISS數據服務接口的二次封裝實現對MySQL、Oracle等主流數據庫平臺的兼容，為業務應用(Application Programming Interface，簡稱“API”)層提供各類應用程序編程接口。業務應用層是各類氣象數據應用的邏輯實現。用戶界面(User Interface，簡稱“UI”)層表示系統以web網站的形式與用戶進行交互[4]。

圖1 陜西省氣象數據共享系統架構圖

4 功能設計

如圖2所示，陜西省氣象數據共享系統分為首頁、天氣實況、歷史數據、站點數據、省際數據、統計分析、專題數據、離線數據、用戶指南和用戶登錄等功能模塊。

4.1 首頁

提供最新實況快報(10 min滾動監測)，分類資料查詢導航，溫度、降水等最受關注氣象要素的最新實況的色斑圖、等值線圖展示，最新重要報和預警信號提示，更新監測及語音提醒設置，以及常用網站鏈接。

圖2 陜西省氣象數據共享系統功能模塊

4.2 天氣實況

提供近3 d地面、高空、衛星、雷達、農氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關注要素數據查詢。支持按地市級、臺站級查詢，渲染圖展示，按要素值排序，數據導出為Excel，圖片下載，表格在線打印等功能。此外，展示了省內7個多普勒雷達圖以及FY系列衛星云圖等最新圖片。

4.3 歷史數據

超過3 d的數據定義為歷史數據。提供地面、高空、農氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關注要素的分要素、分站點查詢，支持查詢結果導出Excel功能。提供雷達、衛星等非結構化資料的原始產品文件下載。其中，地面資料支持小時、日、旬、月、年不同時間維度的歷史數據查詢，空間范圍為全省，時間范圍為1951至今(國家級自動站)、建站至今(國家級考核區域站)。歷史數據量較多時，將影響頁面加載速度，為保證用戶體驗，建議下載Excel查看，過長時間序列歷史數據查詢建議轉到離線數據模塊進行線上申請。

4.4 站點數據

針對最常用的地面資料，可根據站點類別(國家級自動站、區域站)和時間、空間范圍，按同一站多個要素，或者多站同一要素進行數據查詢，并繪制曲線圖對要素值的走勢進行對比。綜合查詢功能提供選取任意站點組合的常用要素(氣壓、溫度、濕度、風向風速、降水等)日值查詢和下載。分區查詢提供按選定的省、市、縣三級所轄范圍內的國家站和區域站任意時段內的單要素或全要素的數據查詢。所有數據經過質量控制，對于不同的質控結果(不觀測、缺測、可疑、錯誤等)按字體、顏色等分類標識。

4.5 省際數據

提供中國氣象局規定的陜西與周邊9省、市交換共享數據的展示，包括近3 d地面、雷達資料實況數據的查詢及部分歷史數據的常用要素綜合查詢，其中共享的國家級自動站為443站，共享的雷達為44部。

4.6 統計分析

針對地面資料，提供距平分析、常規統計、歷史排位功能。所有統計項的時段、規則、算法皆遵循中國氣象局《地面氣象資料實時統計處理業務規定》的要求[5]。

4.7 離線數據

將傳統線下的對內資料服務工作流程化，采用網上辦公的形式進行數據申請、審核、上傳、下載、短信提醒、管理等。減免了冗余繁瑣的步驟，業務流程更加清晰，服務更加便捷。由于涉及數據申請，該模塊需注冊用戶登入系統后才可使用。

4.8 專題數據

提供省內特色數據、專題數據集的展示。如地面三十年整編數據集、閃電定位數據、環保部共享空氣質量數據、農田小氣候站、大氣負離子站和公路交通站數據等。專題模塊可按需擴展，以表格、色斑圖、地理信息系統(Geographical Information System，簡稱“GIS”)疊加等多種方式呈現數據[6]。

4.9 用戶指南

用于發布面向全省氣象部門的業務數據共享手冊和開放清單，同時提供本系統的介紹、版本說明、用戶注冊方式、用戶反饋、聯系方式等信息。

4.10 用戶登錄

對注冊用戶的操作記錄進行管理。采用單點登錄(Single Sign On，簡稱“SSO”)方式，由登錄信息輸入插件、統一身份驗證模塊以及統一授權管理模塊構成。

5 主要實現技術

5.1 CIMISS數據服務接口

氣象數據統一服務接口(Meteorological Unified Service Interface Community，簡稱“MUSIC”)，基于國家級-省級統一的CIMISS數據環境，面向氣象業務和科研，提供了統一、標準、豐富、具有多種調用形式的數據訪問服務和應用編程接口，為各級應用系統提供直接支撐的數據接入服務[7]。目前MUSIC提供了多協議、跨平臺、多語言的服務方式，國省兩級元數據同步和應急備份流程，有效保證了對CIMISS及兼容CIMISS標準的各類氣象數據的讀取和寫入。系統采用MUSIC的C#客戶端和REST(Representational State Transfer，表述性狀態轉移)服務調用數據，屏蔽了底層業務庫變更帶來的影響，使功能模塊的移植更加方便，標準化程度更高。

5.2 AngularJS框架

AngularJS是Google推出的一款Web應用開發框架，是以Java腳本編寫的一個類庫。它提供了一系列兼容性良好并且可擴展的服務，包括自動化雙向數據綁定、語義化標簽、MVC設計模式和模塊化加載等[8]。系統采用AngularJS實現前臺頁面，可以使數據查詢結果的展示更加靈活，多個頁面使用同一個模板加載數據，化繁為簡，實現代碼重用。

5.3 WebService技術

WebService是一種跨編程語言和跨操作系統平臺的遠程調用技術，通過采用HTTP協議傳輸數據并使用標準的XML格式對數據結果進行封裝，并向外界暴露出一個能夠通過網絡進行調用的應用程序接口[9]。系統采用WebService提供組件式的數據服務，屏蔽了數據中心跨平臺帶來的不一致性。通過標準協議訪問數據，也有利于系統的維護完善和功能擴展。

5.4 緩存技術

氣象數據的訪問有明顯的時間、空間規律，例如：整點過后省內及周邊區域的地面實況觀測數據是訪問熱點，有天氣過程的區域數據是訪問熱點。數據共享系統采用緩存技術，基于訪問時間和頻率兼顧的策略，將熱點數據通過MUSIC接口的一次性調取，并加載進入緩存，當用戶請求數據時優先與速度更快的緩存交互，命中緩存后極大地提升了響應時效和用戶體驗。

6 結語

陜西省氣象數據共享系統自2016年投入業務運行以來，逐漸成為基層用戶訪問全省氣象數據資源的重要門戶。該系統的建成對以CIMISS為核心的省級集約化氣象數據環境發揮服務效益起到了示范作用，可為其他省級氣象部門開展CIMISS本地化應用、建設氣象數據共享系統提供思路和借鑒。

[1] 郭亞曦.我國氣象科學數據共享系統建設與服務[J].中國科技資源導刊,2008,40(2):14-16.

[2] 李新慶,單新蘭,岳勇.寧夏氣象數據共享查詢系統的設計與實現[J].重慶工商大學學報,2015,32(3):55-57.

[3] 胡皓,薛春芳,潘留杰,等.陜西現代氣象一體化格點預報平臺簡介[J].陜西氣象,2017(2):22-24.

[4] 鄭小華,吳林榮,劉環,等.陜西決策氣象服務系統[J].陜西氣象,2017(3):48-50.

[5] 中國氣象局.地面氣象資料實時統計處理業務規定[Z].2017:6-10.

[6] 劉安麟,鄧鳳東,王釗.基于WEB GIS技術的陜西省氣象信息共享系統設計[J].陜西氣象,2008(5):13-17.

[7] 何林,薛春芳,鄧鳳東,等.陜西省精細化氣象格點預報數據環境的設計與實現[J].陜西氣象,2017(4):17-21.

[8] 董英茹.簡談AngularJS在下一代Web開發中的應用[J].軟件工程師，2015,5(18),30-31.

[9] 焦圣明,嚴明良.基于WebService的分布式交通氣象信息共享技術研究[J].計算機工程與科學,2012,34(3):196-199.

P409

A

何林,鄧鳳東,李亞麗,等.陜西省氣象數據共享系統 [J].陜西氣象，2017(6)：32-35.

1006-4354(2017)06-0032-04

2017-09-07

何林(1987—)，男，漢族，陜西武功人，碩士，工程師，主要從事氣象信息軟件研發、集約化氣象數據環境建設。

陜西省氣象局研究型業務重點科研項目(2015Z-6)；陜西省氣象局青年科研基金(2016Y-11)；中國氣象局氣象預報業務關鍵技術發展專項(YBGJXM(2017)03-13)