氣象數據服務在地質調查安全生產管理保障系統中的應用

范振林，鄭寶鋒，吳 斌

(中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北 保定071051)

野外地質調查工作區域往往人煙稀少，自然條件惡劣，特別是高海拔、偏遠地區更是氣象多變，氣象災害頻發，由氣象災害引發的次生災害種類多、突發性強、范圍廣、危害大，對野外地質調查工作者的身體健康和生命安全構成了嚴重的威脅[1]。

氣象數據是反映天氣的一組數據，雖然不能直接形成生產力，但在野外工作中是不可缺少的生產要素，是防災減災、趨利避害的重要依據[2]。氣象服務工作不僅在重大災害性天氣預報服務中效益顯著，而且在合理規劃工作部署方面也發揮著越來越重要的作用。為此，本文對氣象數據獲取與存儲的關鍵技術、氣象數據的服務方式以及氣象數據在地質調查安全生產管理保障系統中的應用進行了闡述，以為保障野外地質調查工作者的身體健康和生命安全、降低野外地質調查工作的風險提供技術支撐。

1 氣象數據獲取與存儲的關鍵技術

1.1 氣象數據的數據源

本研究所采用的氣象數據主要來自國家氣象局公共氣象服務中心。氣象數據覆蓋范圍以我國西北、西南地區氣象災害多發地區為主，包括新疆、西藏、青海、云南、貴州、四川6省(自治區)，共計608個縣級以上城市。氣象數據類型主要包括實時監測數據、常規預報數據和災害性天氣預警數據3類，其觀測要素和觀測頻率見表1。

表1 氣象數據類型及其觀測要素和觀測頻率Table 1 Meteorological data types and the observation elements and frequency

1.2 氣象數據的獲取

通過Web服務接口以標準HTTP的GET請求方式來調用國家氣象局公共氣象服務中心的氣象數據，獲得JSON格式的數據結果[3-6]。各類型氣象數據提供的數據內容分別如下：

(1) 實時監測數據：包括當前溫度、當前濕度、當前風力、當前風向編號、當前天氣現象編號、當前累計降水量、實況發布時間等內容。

(2) 常規預報數據:包括區域、城市英文名、城市中文名、城市所在市英文名、城市所在市中文名、城市所在省英文名、城市所在省中文名、城市所在國家英文名、城市所在國家中文名、城市級別、城市區號、郵編、經度、緯度、海拔、雷達站號、預報發布時間、白天天氣現象編號、晚上天氣現象編號、白天天氣溫度(攝氏度)、晚上天氣溫度(攝氏度) 、白天風向編號、晚上風向編號、白天風力編號、晚上風力編號、日出日落時間(中間用“/”分隔)等內容。

(3) 災害性天氣預警數據：包括預警發布單位的省級名稱、預警發布單位的市級名稱、預警發布單位的縣級名稱、預警類別編號、預警類別名稱、預警級別編號、預警級別名稱、預警發布時間、預警發布內容、預警頁面等內容。

1.3 氣象數據的存儲

將所有通過Web服務接口獲取的氣象數據進行解析后存儲到SQL SERVER數據庫中，并建立4張對應獲取的氣象數據類型的基礎數據庫表，分別為實況氣象數據表、預報氣象數據表、預警氣象數據表和行政區劃表；在此基礎上，再建立預警行政區劃統計表和預警分級統計表，用于存儲從時間、區域、預警類型等角度分析與統計的數據結果[7-10]。

2 氣象數據服務的實現

2.1 氣象數據服務架構

利用微軟IIS作為Web應用服務器，選擇氣象GIS(MeteoGIS)作為地圖服務，使用WebAPI技術和C#語言進行開發;服務器端運行環境為Windows 2008 Server平臺;在開發模式上采用基于B/S的數據傳輸層、數據服務層、服務展示層的3層體系結構。氣象數據服務架構見圖1[11-15]。其中，數據傳輸層是通過氣象局服務中心的Web服務接口，將數據傳輸入氣象服務業務數據庫；數據服務層是將服務接口中的數據進行解析后存入氣象服務業務數據庫，根據實際的業務需求建立業務數據表進行存儲，從而為氣象服務展示提供數據保障；服務展示層是通過Web瀏覽器和APP的形式實現氣象數據的終端展示和應用。

圖1 氣象數據服務架構圖Fig.1 Architecture diagram of the meteorological data service

2.2 氣象數據服務方式

通過對氣象數據的統計與分析，結合我國當前地質調查野外生產工作模式和安全保障現狀，制定了針對氣象數據的文本服務、空間分析服務和APP應用服務3種服務方式。

(1) 氣象數據的文本服務：即氣象數據分析圖表，主要是從行政區劃的角度對氣象災害預警數據進行統計與分析，形成以統計圖表為主要內容的分析文檔，統計圖表的數據來自于數據庫中的數據分類統計表，根據該表進行行政區劃(省、市、縣三級)、災害類型、時間(年、月)3個維度的數據統計，制作成季度、年度的氣象災害預警數據統計表和統計圖，對外提供圖表的文本數據服務。

(2) 氣象數據的空間分析服務：對氣象災害預警數據進行區域分析與統計，制作成區域氣象災害預警空間專題圖，提供空間數據分析服務。

(3) 氣象數據的APP應用服務：針對氣象預報數據、氣象災害預警數據研發了氣象數據服務接口并在地質調查安全生產管理保障系統APP中進行集成調用，以提供實時數據服務。氣象數據APP服務接口是基于數據庫中實時監測數據、常規預報數據和災害性天氣預警數據提供的對外服務API接口。通過氣象數據服務接口的研發，擴展了氣象數據的應用模式，使氣象數據可以在更多的場景下開發應用。

3 氣象數據服務在地質調查安全生產管理保障系統中的應用

通過本項目的實施為地質調查的室內工作部署和野外實地調查工作提供了多種氣象數據服務方式，填補了氣象數據在地質調查安全生產管理應用方面的空白。本文基于氣象數據服務對地質調查安全生產管理保障系統進行了功能擴展，增加了氣象歷史數據分析、氣象數據的空間分析與應用、APP版天氣預報信息和氣象災害預警信息展示。具體功能如下[16]：

(1) 氣象歷史數據分析圖表：通過對氣象數據的分析與處理，可以統計出省、市、縣地質災害多發時段和主要災害類型，并形成以統計表格和統計圖為主的分析文檔。該文檔可直接提供給工作組和野外工作人員使用，工作組可根據歷史氣象數據規劃最佳的野外工作時段，并制定相應的野外保障措施，做好充分的野外作業準備工作。圖2為新疆各個地區5～12月份的地質災害數量統計圖，形象地展示了新疆各個地區不同時段地質災害發生的數量，參考這些數據可以對野外地質調查工作進行合理部署。

(2) 氣象數據的空間分析與應用：在實際工作中，野外地質調查的規劃部署工作都會參考空間地圖來完成，僅僅提供文本類型的氣象數據分析圖表在實際使用中不方便也不直觀，因此需要根據氣象災害預警數據的區域分析與統計結果制作省、市、縣三級的氣象災害預警空間分布專題圖。野外工作組可以直接將這些專題圖與野外工作區地圖疊加在一起，以直觀地展示工作區氣象災害的時空分布情況，便于更加合理地部署野外地質調查工作。圖3為我國西北、西南六省2016年氣象災害預警空間分布圖，野外工作組通過將該圖與野外工作區地圖進行疊加，可以形象地查看野外工作區各種氣象災害的歷史分布情況，從而為野外工作部署提供依據。

圖3 我國西北、西南六省2016年氣象災害預警空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of meteorological disasters warning of six provinces in northwest and southwest of China in 2016

(3) APP版天氣預報信息和氣象災害預警信息展示：氣象數據主要分為天氣預報信息和氣象災害預警信息兩大類，通過APP的展示，人們可以及時地了解天氣預報信息和氣象災害預警信息。圖4為地質調查安全生產管理保障系統APP的應用界面，其左側可以顯示天氣預報信息，右側為氣象災害預警信息。

圖4 氣象數據APP應用界面Fig.4 Application interface of the meteorological data APP

目前，氣象數據服務已經在中國地質調查局及其局屬共29個單位的野外地質調查安全生產管理保障系統中取得了很好的應用效果。在實際應用過程中，野外地質調查人員可通過氣象數據服務獲取氣象信息，并依據氣象數據文本服務和空間分析服務功能來規劃野外工作區和野外最佳工作時段，同時可通過中國地質調查局安全生產管理保障系統APP了解本地實時的觀測數據、天氣預報以及氣象災害預警信息，利用這些手段保障了野外地質調查工作人員的人身安全，也使得地質調查工作更加安全、合理、高效。

4 結 論

本文介紹了氣象數據獲取與存儲的關鍵技術，通過在地質調查安全生產管理保障系統中引入氣象數據服務，并制定針對氣象數據的文本服務、空間分析服務、APP應用服務三種服務方式，從而使氣象數據服務能夠在野外地質調查工作中得到較好的應用，可為野外地質調查工作提供安全保障和合理的工作部署。隨著氣象數據服務的深入，今后還將不斷地擴展氣象數據服務的范圍，細化氣象數據服務的內容，以更好地為野外地質調查工作提供安全生產保障。

通訊作者：鄭寶鋒(1978—)，男，高級工程師，主要從事地質環境信息化、GIS方面的研究。E-mail:33310842@qq.com