省市縣一體化短臨預警業務系統設計與實現*

趙 璐 趙 放 陳 列 孔照林 黃 娟 王語卉

(浙江省氣象臺，浙江 杭州 310017)

0 引 言

按照現代氣象預報業務發展的部署，合理布局各級預報業務，實現氣象預報業務體系集約化發展。初步建立了國家、省兩級業務指導和市、縣兩級綜合應用的集約化業務布局，基本建立了預報實時共享流程和省、市、縣3級短臨業務一體化流程。加強短時強降水、雷暴大風、冰雹等強對流天氣和臺風風雨、大霧等災害性天氣短時臨近精細預警預報業務能力，發展分類災害性天氣短時概率預報業務。氣象影響預報及風險預警業務向國家級和省級集約，強化省-市縣災害性天氣和氣象災害實時監測和臨近預警上下協同的一體化業務，加快建設市縣級綜合氣象業務，構建國家-省-市縣三級預報業務布局。逐步建成國家-省兩級天氣監測分析、短臨預警、中短期預報、專業預報、氣候監測預測、業務檢驗等應用系統及省市縣一體化預報預警系統。

目前全國氣象部門還未有省直接指導到縣(市)集約化扁平化系統或者業務經驗可以借鑒，而“兩級集約、三級布局”的業務要求越來越迫切，為進一步推動省市縣3級天氣預報業務合理分工布局和集約化發展，最大限度避免重復勞動，根據《現代氣象預報業務發展規劃》和《省市縣三級天氣預報業務集約化布局指導意見》，結合已開展的天氣預報業務集約化試驗所積累的經驗，針對省市縣3級開展的短臨監測預警業務，浙江氣象部門于2013年初開始探索“省—縣”集約化、扁平化系統的建設，2014年底投入業務，經過不斷建設和改進，到2015年底取得良好的成果，得到了國家級、省級氣象部門領導和專家的一致肯定。

2016年6月，中國氣象局制定業務要求，進一步規范基層臺站突發氣象災害臨近預警服務業務工作，要求各地區于2017年建設完成具有設置突發氣象災害閾值并自動報警等功能的省市縣一體化短臨預警業務系統。因此本系統的成功經驗對全國推開此項業務以及業務系統的開發均有較高的推廣價值。

1 概 述

該系統的主要目標是取代原有的雷達聯防制度，建立上級指導、屬地負責的氣象災害預警指導機制，實現了“平臺一體化、業務集約化、崗位多責化”等綜合業務功能，供省、市、縣3級部門調用，實現省級監測、短臨預警產品對縣市的直接指導，在短臨監測預警業務上較好地做到集約化、扁平化。

通過該平臺實現了省級監測、預報預警產品對縣市的直接指導，同時縣市的預報服務情況快速便捷的向上級匯報，實現了省氣象臺同時對多個縣市進行短臨雷達聯防，實現了全省24 h實時監測和及時預警。以氣象業務上下游需求為紐帶，通過版塊間有機融合，實現了氣象業務的一體化“無縫銜接”，體現了氣象業務組織“一體化、集約化、精細化”。通過設置閾值實現了特殊數據的全省共享顯示，提醒預報員需特殊注意的信息，縮短了查看資料的時間，加快了短臨預報預警發布的速度。實現24 h監控和多種報警方式，可以防止夜間突發災害性天氣的漏報，給預報員夜間值班增加了又一道保險。實現自動檢驗和實時評分，有助于總結經驗，提高預警正確率。

2 系統架構和流程設計

本系統既需要長時間的后臺自動運行，也需要供全省各級預報員使用，單一的架構無法滿足需要，因此本系統采用B/S、C/S綜合架構，對廣泛使用的人工交互功能采用B/S架構實現，包括日常的業務功能操作和系統的配置處理功能。對后臺自動運行功能采用C/S架構，包括數據自動采集和處理，包括各區域狀態檢測入庫；信息提示發布接口，包括短信、電話語音等。對極少數情況下使用的基礎管理功能采用C/S架構，主要是基礎數據預處理。系統總體結構如見圖1。

圖1 系統總體結構

本系統在綜合處理雷達、自動站等多源探測資料和客觀、主觀預報數據的基礎上，和預先設定的閾值比對，判定所屬縣市當前或未來一段時間的工作狀態，工作響應狀態依據突發災害性天氣可能造成的影響嚴重程度和時間緊迫程度，分為預警、警戒和普通3個等級工作狀態，當某地到達預警或者警戒狀態時，市縣值班電腦、值班手機和其他相關人員的手機接收到報警提醒，省臺值班電話會收到語音提醒。

系統將影響區域依次分為關注區、警戒區和預警區，實行分級管理。關注區是指本行政區(含所轄海域)外延50 km區域，以上外延距離為最低距離，各級氣象臺根據業務實際情況延伸。警戒區是指本行政區(含所轄海域)外延30 km區域，以上外延距離為最低距離，各級氣象臺根據業務實際情況延伸。預警區通常指各級氣象臺的預報責任區，即氣象臺所在的行政區域及本級行政區所管轄的海域。關注區域內的狀態一般只進行關注提醒，不涉及到工作狀態提醒，而進入了警戒區，就會按照相應的工作狀態進行不同形式的提醒，進入了預警區則會發出各類預警提醒。

系統集成了短時強降水、雷電、雷雨大風、冰雹、濃霧和重霾6類災害性天氣。同時該系統還具備自動定位：根據IP自動定位所屬縣市的預警、警戒和關注區域，自動設定打開平臺電腦的操作權限，防止非預報人員誤操作和預報員重復操作；實時檢驗：統計檢驗指定時段內的報警次數、服務次數、預報提前量、網站使用情況等等；產品快速規范制作、一鍵式發布、全流程監控、留痕管理等功能。

具體的業務流程如圖2所示。

圖2 業務流程圖

3 系統界面和技術實現

3.1 系統界面設計

本系統屬于規定流程運行為主、主觀操作為輔的業務軟件，大部分功能都有相關的數據內容、圖形顯示和相應操作。根據登錄IP地址自動識別區域，展示對應區域的內容，提供對應區域的操作功能。系統登錄成功后，主頁面根據IP地址鎖定該電腦所屬的縣(市)，頁面地圖以該縣(市)關注區為中心展示，并判定該縣(市)當前和未來1 h的工作狀態，將超過閾值的氣象要素信息和近期的響應、服務動作顯示在地圖上，如圖3、4所示。

3.2 關鍵技術實現

通用數據集成預警判別技術：傳統實現方法是針對某類預警規則專門定制判別程序，獨立訪問原始數據，硬編碼相應規則，無論是擴充指標還是調整規則工作量都很大，本項目通過數據環境平臺軟件對原分散存儲的各類自動站、雷達等監測資料和數值預報、雷達分析等預報資料進行統一管理接入，在此基礎上通過定制的配置化預警引擎，只要簡單的編制少量XML文本，即可實現一條規則；規則引擎支持單點數值規則(大于，小于，介于)、綜合統計規則(最大值、最小值、平均值；絕對數量、相對比例)等判別條件以及時間(月份)、空間(站點周邊多少距離內的格點等)等約束條件，各單一規則通過邏輯組合規則(或、與)，可方便的形成復雜的判別條件，為實現預警的有效性建立了扎實的基礎。

圖3 省級主界面

圖4 市級主界面

綜合GIS層次化顯示技術：多區域管理GIS是必須應用的， 傳統的預警GIS直接顯示超標站點/范圍，有大的天氣過程時，顯示內容過多，造成混亂；本項目采用分層交互展示技術、固定顯示區域級別、預警類別圖標、提醒及反饋情況，只有在鼠標移到相應類別圖標時，才顯示對應的超標具體信息，解決了混亂問題。

多網頁交互聯動技術：傳統的監測預警軟件以C/S桌面系統為主，實現多節點交互方便，但是大范圍的發布更新相對困難，本項目涉及全省3級近百個氣象部門，采用B/S架構十分必要，但傳統的B/S應用采用單純拉方式，服務器很難主動推送資料，只能采用定時輪詢機制，對服務器的負荷大；新的HTML5提供了相應支持，但對瀏覽器約束大，2013年時還很少支持；為此本項目采用基于Silverlight的多網頁交互聯動技術，建立省服務器統一控制下的省、市、縣3級聯動機制，預警的產生和反饋都通過消息機制針對性的發送，實現了高實時性與低負荷的統一；后期還將此技術應用于同一級氣象部門，實現了監測平臺和現實平臺的地圖交互聯動。

層次化多渠道提醒反饋跟蹤技術：傳統的常規媒體自動化發送手段僅有短信，電話僅能自動撥號或播放固定語音，并且無法獲取用戶反饋；本項目引入了集成多渠道提醒平臺，除了集成短信外，還實現了4路電話合成自動呼叫反饋系統，一旦有需要可同時給多個地區播放根據情況合成的語音。由于電話網的全數字化和彩鈴技術的出現，常規的電話摘機檢測功能已經失效，本項目改為通過播放語音提示對方按鍵來確認的確人工聽到提醒。

4 業務化情況與效果

受副熱帶高壓邊緣影響，高溫積聚能量釋放，2015年7月29日午后到夜里浙江省自南而北出現局地冰雹、雷雨大風、強雷電和短時強降水的強對流天氣，臨海、瑞安、衢州、仙居、東陽、義烏、永康、諸暨、遂昌等地先后出現冰雹，冰雹直徑一般在1～2 cm。

以29日永康站為例， 12:46系統預報未來1 h有強降水，并向永康預設IP地址值班電腦點對點進行聲音報警，同時向預設的永康站手機發送短信提醒；由于此前永康站預報員沒有做出響應， 12:56撥打值班電話再次進行報警； 12:57永康站預報員查看報警信息并于 13:05制作服務材料； 13:54永康站實況出現強降水； 15:50系統預報未來1 h有冰雹； 16:04永康站發布黃色預警信號； 16:47永康站實況出現冰雹； 18:20系統預報未來1 h有強雷電； 18:45實況出現強雷電； 18:59過程結束，永康站解除黃色預警信號，預警信息過程如圖5所示。

從這次服務過程來看，監測、預報預警產品直接指導縣市、提高時效性，其中強降水和冰雹提前約1 h，雷電提前25 min；通過電腦聲音、短信、電話多種方式報警防止了遺漏；省縣動作一張圖，簡單明了，高效地實現了短臨雷達聯防。

圖5 預警信息過程圖

5 結 語

1) 首次建立了省—縣扁平化短臨業務平臺。省臺通過該平臺直接對縣級氣象臺提供實況監測和預報預警信息，一旦達到閾值，省臺即刻向縣級臺站發出報警，并指導預警級別和提出工作狀態建議，并能監控縣臺的反應動作，縣臺完成響應后向省級反饋。實現了省級監測、預報預警產品對縣市的直接指導，同時縣市的預報服務情況快速便捷的向上級匯報，實現了省氣象臺同時可對多個縣市進行短臨雷達聯防，實現了全省24 h實時監測和及時預警。

2)該平臺以氣象業務上下游需求為紐帶，通過版塊間有機融合，實現了氣象業務的一體化“無縫銜接”，體現了氣象業務組織“一體化、集約化、精細化”。通過設置閾值實現了特殊數據的全省共享顯示，提醒預報員需特殊注意的信息，縮短了查看資料的時間，加快了短臨預報預警發布的速度。

3)平臺24 h監控和多種報警方式，可以防止夜間突發災害性天氣的漏報，給預報員夜間值班增加了一道保險。報警包含直接顯示報警信息、發出電腦報警聲音、自動發布短信和撥打電話，確保能通知到市縣值班預報人員。

4)各類操作自動入庫，自動評分。各類監測、預報預警數據以及各類操作自動收集入庫，自動進行短臨預報服務評分，有助于總結經驗，提高預警正確率，同時方便業務管理部門檢查縣臺響應省臺指導和預報預警發布情況。

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