榆林新一代氣象信息智能發布系統設計與實現

韓姍姍 馬鋒 屈艷梅

摘要? ? 根據榆林市現有氣象信息發布業務工作的現狀，設計基于大數據的新一代氣象信息智能發布系統，系統基于格點定位、實況預報信息自動更新發布的全自動服務，實現智能化、一體化管理。通過系統建設，提高氣象預報預警信息發布效率，增加“直通式”氣象服務的手段。信息發布由原來的人工被動參與轉變為系統主動調取，實現了基于位置的氣象信息服務，智能化、精細化水平大幅提高，減輕了業務人員工作量，節約了人力成本，提升了業務支撐，具有很好的推廣價值。

關鍵詞? ? 氣象信息;新一代;發布系統;設計

中圖分類號? ? P409;TP311.52? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

近年來，氣象部門根據社會、經濟、生態、防災減災等方面的需要，通過監測、預報、預警和服務為地方經濟社會發展和人民生產生活提供了有力的保障。在氣候變化的大背景下，極端天氣頻發、多發，氣象信息的傳播對做好防災減災工作、推動經濟建設和保障人民安康具有重要意義，也是提高公眾防御氣象災害的重要手段。氣象部門利用電子顯示屏、“12121”電話、手機短信、微博、微信、氣象網站、天氣預報影視節目等渠道及時傳播各類氣象信息，天氣預報也漸漸成為人們每天關注的重要對象。每一種信息發布渠道都有相應的發布規范、流程及其受眾群體。為了解決預報預警信息發布工作效率低、時效性不強等問題[1]，亟須建設一套高效、智能、精準的氣象預報預警信息自動發布系統。根據榆林市氣象信息發布系統的發展歷程和現有氣象信息發布業務工作的現狀，設計新一代氣象信息發布系統，通過系統建設提高信息發布效率，增加“直通式”氣象服務的手段，實現監測自動化、預報精細化、服務系列化、傳輸網絡化[2]為核心的新一代氣象信息服務，推進基于“互聯網+”的智慧氣象服務，滿足社會經濟發展、防災減災、工農業生產的需求。

1? ? 設計思路

榆林氣象信息發布系統在過去的十幾年里由最初的單基色LED顯示屏發展至全彩網絡播放機、液晶電視多媒體系統，信息量、時效性、美觀性實現了全面升級。但是，隨著電子技術的快速發展和社會需求的進一步提升，依靠人工定時發布的氣象信息內容已經不能滿足用戶的需求，如何讓氣象信息發布系統更加智能、便捷、經濟成為目前亟須解決的問題。考慮到當前互聯網時代的快速發展，電視機已從單一的顯示功能發展到全面智能化，不僅可以搭載開放式系統，而且具備了成熟的網絡功能，只需開發一套基于智能電視機的氣象信息發布APP系統就可以全面實現氣象信息的自動接收與顯示功能。通過系統研發，大大降低了發布系統的硬件成本，徹底解決了各類氣象信息延時誤差和業務人員工作量繁重等問題。

2? ? 系統特點

榆林新一代氣象信息發布系統基于格點定位、實況預報信息自動更新發布的全自動服務，實現市縣智能化、一體化的管理。發布系統具體有以下特點：一是全面實現信息發布自動化，由人工被動參與轉變為系統主動調取數據產品為主，節約人力成本;二是可嵌入所有多媒體系統，整合現有的系統發布平臺，配置靈活簡便，穩定性加強，后臺管理統一，錯誤率明顯降低;三是數據流非常小，系統只進行數據的簡單推送，無統計分析，帶寬占有率低，不會因占用帶寬而影響正常業務;四是維護簡便，遠程操作即可判斷出現的問題，進行故障分析，可用性大幅提高。

3? ? 系統組成及功能

新一代氣象信息發布系統由數據中心、管理后臺和播放系統組成（圖1）。數據中心負責采集處理全市各類氣象監測數據、預報數據、預警信息以及雷達、云圖產品。管理后臺對播放庫內容、終端的用戶信息、地理信息以及所在地的播放內容進行權限控制，同時可設置終端的所在分組、播放布局、播放列表、播放計劃。播放系統分為Windows和Android 2個系統，Windows系統根據終端配置的播放條件、計劃自動生成播放內容，在基于Windows的多媒體顯示終端進行播放顯示，Android系統主要運用于智能電視終端。

3.1? ? 數據中心

數據中心由數據產品、服務產品及其他數據組成。以榆林市氣象局數據環境平臺為核心進行實況產品、預報產品、預警信息、服務產品的采集加工處理，全面運用秦智系統網格預報產品和NIFS系統的最新研究應用成果，并且在日后使用過程中可根據業務需求，隨時添加本地服務產品或添加外部程序的產品。

3.1.1? ? 實況產品。實況產品由天氣實況、雷電監測、衛星云圖、雷達產品組成。天氣實況顯示系統終端所在地對應站點的實時壓強、溫度、濕度、風、雨量、能見度、天氣現象等監測數據，顯示形式以數字和直觀的圖形表示，當達報警閾值時，以聲音和閃爍顯示。雷電監測顯示閃電定位儀和大氣電廠儀設備監測數據，在地圖中疊加顯示。衛星云圖對FY4號衛星云圖基數據進行解碼生成云圖產品。雷達產品是基于陜西榆林、陜西延安、內蒙古東勝、寧夏吳忠、山西呂梁的雷達基數據生成的雷達拼圖，解碼顯示拼圖產品。

3.1.2? ? 預報產品。預報產品顯示短期、中期和智能網格預報產品。短期天氣預報每日7：00和16：00固定2次更新未來3 d預報，包括降水、最低氣溫、最高氣溫、風力、風向、天氣現象等要素，以數字加圖標顯示。中期天氣預報每日9：00定時更新未來10 d天氣展望，以圖表、數值和文字顯示。智能網格預報是根據秦智網格預報數據生成全市降水預報色斑圖，從當前時刻開始顯示以小時為間隔的未來24 h降水預測圖，逐小時進行更新。

3.1.3? ? 預警信息。預警信息數據源采集于國家突發事件預警發布系統，系統根據指定目錄和路徑，定時搜索市縣氣象臺制作發布的預警信號。當搜索到預警文件，直接將預警信息入庫。在有權限的系統終端界面上顯示新的預警信號，在GIS地圖中以預警信號對應的圖標顯示，同時配以文字說明。當系統監測到預警信號升級或變更后，將會重新采集新升級或變更后的預警信號并顯示在終端;監控到預警解除信號后，終端同步解除。

3.1.4? ? 服務產品。系統對氣象臺、服務中心、農業氣象中心發布的各類服務產品根據所在的位置自動抓取上傳到服務器，如重要天氣報告、農用天氣預報、專業氣象服務等預報服務產品，并根據每個產品對應的存放路徑、訪問方式、訪問的用戶名和密碼設置采集頻率、是否需要審核等管理操作。

3.2? ? 管理后臺

管理后臺基于榆林市（縣、區）邊界地理信息經緯度數據，使用Leaflet技術進行加載繪制，形成GIS地圖。后臺包括播放內容庫、播放設置、播放器管理、系統管理等模塊，也是整個系統的核心部分。

3.2.1? ? 播放內容庫。播放內容庫包括自動調取產品、手動上傳素材和顯示功能設置3個部分。播放內容庫數據統一來源于系統數據中心，數據分為自動調取和手動上傳2種，自動調取實況產品、預報產品、預警產品和服務產品。手動上傳素材可根據不同的服務終端發布不同的文字或圖片內容。管理后臺可上傳需要全網播發和個別客戶需要的播放素材，能夠給所有或部分終端發送素材，可以進行接收用戶勾選和地圖圈選站點進行發布，如通過榆林氣象數據綜合服務平臺查看天氣實況、雷達圖、預報數據后，可在地圖上圈選客戶端進行發布。客戶端只能給自己的終端發送素材。

3.2.2? ? 播放設置。播放設置包括播放布局、播放列表和播放計劃。播放布局可對不同的用戶組和單獨用戶設置播放布局，如播放背景、布局、標題等，并實現新增、修改、刪除等管理功能。播放列表能夠設置當前播放列表對應的播放布局、播放內容及對應的時間和順序。播放計劃是對各終端服務期限進行配置，可以日、月或者年為用戶提供播放服務。

3.2.3? ? 播放器管理。播放器管理可對各終端的基本信息和接收內容進行增減、修改操作。同時，系統后臺單獨有一個配置模塊，可將終端站點編號和實況數據站點號、預報數據、預警數據以及服務產品進行對應配置，終端就會根據站點的配置顯示對應的服務數據和產品。播放器管理能夠查看每個播放器的在線、離線等狀態信息。系統在架構設計上采取分級調取數據和分級管理的模式，在后臺實現靈活配置，將終端所在地以及調取站點的實況信息、網格預報數據、預警信息以及氣象服務產品對應配置，根據配置信息自動推送各類氣象數據和產品，無需手動進行選擇發布。

3.2.4? ? 系統管理。系統管理分為用戶管理、安全管理與閾值設置。用戶管理可設置每個終端用戶對應的名稱、經緯度、實況站點、設備ID等信息，其中經緯度關聯顯示具體的智能網格預報數據的經緯度數據，關聯的實況站點顯示該站點對應的實況監測數據。設備ID確保1個用戶對應1個設備，能夠設置每個用戶關聯的多個氣象站點數據。安全管理能實現用戶權限管理、功能分配管理、站點配置、預報預警數據源管理和現有硬件終端對接配置等管理功能。同時實現留痕記錄，通過建立終端賬號管理機制，系統自動記錄終端的調用數據情況，包括開始時間、結束時間、IP等信息，防止非法接入。閾值設置可根據不同行業需求設置不同的告警閾值。系統管理人員可對告警數據進行審核，如果有疑誤，可以直接取消。

4? ? 主要應用技術

4.1? ? 開發平臺

榆林市氣象信息智能發布系統后臺采用B/S架構，在Windows系統下運行，數據庫使用Oracle 11g數據庫軟件。服務器Server端根據業務需求以及用戶量進行匹配，采用Web（網頁）服務組件IIS（Internet Information Services，互聯網信息服務）發布信息。顯示終端系統采用基于HTML5的B/S架構，直接嵌入到終端分配的地址中。基于Android系統的智能電視系統采用Java語言開發，具有簡單性、面向對象、分布式、健壯性、安全性、平臺獨立與可移植性、多線程、動態性等特點，可編寫桌面應用程序、Web應用程序、分布式系統和嵌入式系統應用程序等。

4.2? ? 應用技術

4.2.1? ? 地圖技術。Leaflet是一個為建設交互性好適用于移動設備地圖的領先開源JavaScript庫。代碼大小僅為33 kB，它具有開發在線地圖的大部分功能。Leaflet設計堅持簡便、高性能和可用性好的原則，能夠在所有主流的桌面和移動平臺高效的運作。支持插件擴展，擁有漂亮、易用的API文檔和一個簡單的、可讀的源代碼。

4.2.2? ? 壓縮算法。由于系統整體數據傳輸量較大，系統針對數據傳輸做了大量的優化。如針對數據量傳輸較大的文件，采用壓縮算法。衛星云圖網絡傳輸采用圖片壓縮算法進行處理后傳輸，由于每張衛星云圖約1 000 kb，如果多張云圖通過互聯網傳輸，速度則會大幅下降，使用壓縮算法base64后傳輸速度明顯提升。雷達拼圖同樣升級采用壓縮算法，以保證傳輸速度和運行穩定性。

5? ? 結語

榆林新一代氣象信息發布系統解決了現有的多媒體終端產品平臺一體化的問題，系統以榆林市氣象數據分析處理環境為支撐，穩定性大大加強。氣象信息發布由原來的人工被動參與，變為系統主動調取數據產品。Android終端發布系統在智能電視的應用，實現了氣象實況、預報、預警等多源氣象信息的實時自動發布[3-4]。系統建設實現了基于位置的氣象信息服務，其智能化、精細化水平大幅提高。目前，已在地方部門、能源化工企業、交通運輸部門投入業務運行，為政府、企業提供直通式、精準化的氣象服務，收效良好。系統的建設對提升榆林智慧氣象工作具有積極意義。后期，將根據運行情況和用戶反饋對系統功能及顯示界面進一步優化完善，全面提高系統的可用性。

6? ? 參考文獻

[1] 王瑩，何珊，彭斯琪.一鍵式氣象預報預警信息發布系統的設計與應用[J].氣象研究與應用，2018，39（4）：30.

[2] 馬鋒，韓姍姍，萬慧，等.榆林現代農業精細化服務平臺研究與設計[J].陜西氣象，2018（6）：48.

[3] 徐劍平，楊可棟，封雅瓊.基于Android系統的氣象信息發布終端設計與實現[J].氣象水文海洋儀器，2016（3）：88.

[4] 吳韶華.馬鞍山市水產氣象信息服務平臺建設構想[J].農技服務，2017，34（14）：62-63.