基于阿里云的氣象資料查詢服務系統研究

丁雨鑫 王偉 方楠 史珩瑜

摘? 要： 針對浙江氣象證明業務中缺乏客觀、統一的資料查詢工具問題，搭建基于阿里云的氣象資料查詢服務系統，實現氣象要素查詢、氣象證明生成等功能，為氣象證明業務提供數據支持服務，提高氣象為民服務效率和質量。該系統充分利用阿里云的高可靠性、高擴展性等特點，實現系統資源的彈性動態調整，解決了系統在災害性天氣期間的突發訪問量問題。

關鍵詞： 氣象證明; 阿里云; 氣象資料查詢; 數據支持

Abstract： In view of the lack of objective and unified data query tools in Zhejiang meteorological certification business， a meteorological data query service system based on Alibaba cloud is built to realize the functions of meteorological element query and meteorological certificate generation， providing data support services for meteorological certification business and improving the efficiency and quality of meteorological services for the people. The system makes full use of Alibaba cloud's features of high reliability， high scalability and the others to realize the flexible dynamic adjustment of system resources， which solves the problem of burst access during the disastrous weather.

0 引言

自2016年底，浙江首次提出“最多跑一次”改革，到2019年，全面推動“最多跑一次”改革向公共服務等領域延伸擴面，浙江氣象部門積極響應，在氣象服務領域不斷深入地挖掘用戶需求，致力于解決為企業和群眾辦事“最后一公里”問題[1]。

氣象證明，是在公眾財產因氣象災害受損，進入保險理賠程序，需要向保險公司提供的證明氣象災害發生的材料[2]。在浙江省氣象證明業務中，公眾可以通過“浙江省政務服務網”完成氣象證明的網上申請，流程簡單，申請方便。但是對于氣象業務人員和保險公司而言，仍缺乏一個查詢工具進行數據支持服務。

對氣象業務人員而言，接收到氣象證明申請后，需借助其他手段選擇與事發地鄰近的氣象站點，利用數據庫系統查詢事發時間段內出現的氣象要素值，需人工選擇事發地鄰近站點，存在一定主觀性和隨機性，且查詢便捷度不高。對保險公司而言，除紙質的氣象證明以外，沒有獲取氣象監測數據的渠道，無法進行核實驗證，盡管部分省份支持媒體報道作為氣象災害發生證明，但仍難以反映局地性的氣象災害發生情況。

基于以上現狀，通過整合氣象數據資源，擬基于阿里云搭建氣象資料查詢平臺，為氣象證明業務解決“最后一公里”問題。該系統實現氣象資料便捷查詢、氣象證明自動生成等功能，并充分利用阿里云的彈性擴容服務，解決系統突發訪問量問題，保證系統穩定性和可靠性。

1 云計算和阿里云

1.1 云計算

云計算是分布式計算、互聯網技術、大規模資源管理等技術的融合與發展，其核心思想是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務。云計算的特點可歸納為：彈性服務、資源池化、按需服務、服務可計費和泛在接入。這5個特性使得用戶只需要連上互聯網就可以源源不斷地使用計算機資源，實現了“互聯網即計算機”的構想[3]。

根據云計算基礎設施擁有、管理、使用和部署場所等不同，可以將云計算部署模式劃分為私有云、公有云和混合云。私有云是由企業和組織單獨擁有和使用的;公有云是由若干用戶或企業共享的;混合云則是公有云和私有云的混合形式[4]。

1.2 阿里云

阿里云是阿里巴巴集團打造的一款公共、開放的云計算服務平臺，其計算存儲地域包含青島、北京、杭州等地，擁有全國最大內容分發網絡（CDN），遍布全國700多個節點，提供多線的BGP骨干網接入和CN2高速網絡[5]。

基于阿里云自身的系統，對外提供了包括彈性計算服務（ECS）、負載均衡服務（SLB）、對象存儲服務（OSS）、關系型數據庫服務（RDS）、開放結構化數據服務（OTS）、大數據計算服務（ODPS）等多種服務。這些服務具有可靠性強、可用性高、規模可伸縮等特點，滿足多樣化的應用需求。

2 系統設計

2.1 系統總體架構

氣象資料查詢系統是以阿里云服務為載體，依托氣象數據資源，面向氣象和保險業務人員提供數據支持服務。系統總體設計必須同時滿足以下方面的要求。

⑴ 應用云化環境。系統涉及數據采集、處理、存儲等過程均采用阿里云的各項服務，充分利用阿里云彈性擴容服務、負載均衡等功能，徹底解決系統應用時高突發訪問量的響應瓶頸。

⑵ 數據安全訪問。系統涉及的氣象數據資料主要存在于氣象內網中，其中部分數據不能對外公開。數據進行二次加工后，通過物理手段、軟件封裝、用戶權限管理等方式被安全傳輸和訪問。

⑶ 訪問操作方便快捷。系統部署在互聯網，應用終端主要是PC瀏覽器，系統需自動判別應用終端的瀏覽器版本，并推送與之適應的系統界面及其功能。界面操作方便快捷，保證用戶友好性。

⑷ 行業專業有保障。系統以服務保險行業和氣象行業為基礎，整合準確、可靠的氣象數據源，根據行業需求，制定查詢規則，保證權威性，滿足保險行業多險種的不同查詢要求，滿足氣象行業核實氣象信息快捷方便的需求。

浙江省氣象資料查詢服務系統架構圖如圖1所示。

系統以彈性計算服務器（ECS）為載體，為系統提供彈性運行環境，解決以往系統開發和部署時構建和管理硬件資源的困擾。多臺ECS服務器構建成分布式應用集群，通過Web方式為系統提供服務。開放存儲服務（OSS）和關系型數據庫服務（RDS）為系統提供數據存儲服務，其中，OSS支持系統數據的海量文件存儲，RDS支持系統所需的MySQL關系型數據庫，并提供彈性伸縮等服務[6]。

系統面向互聯網應用，利用鏈路負載均衡（SLB）和API網關，設置虛擬IP，把位于同一數據中心的多臺云服務器虛擬成一個高性能、高可用的應用服務池，再根據應用特性，把來自用戶的網絡請求分發到云服務池中。

系統氣象數據通過VPN專線進行訪問，并加固VPN網關。訪問時通過專有網絡VPC，隔離了虛擬網絡，數據在傳輸時，會加上封裝，帶有專有VPC的唯一ID標識，然后進行傳輸，保證了數據傳輸的安全性和私密性[7]。

2.2 系統功能結構

氣象資料查詢系統由用戶管理模塊、氣象數據模塊、氣象查詢模塊、氣象證明模塊四部分組成。其中，氣象數據模塊實現了事發地鄰近觀測資料選擇和多數據源的跨表聯合查詢。氣象查詢模塊實現web端界面搭建、事發地定位等功能，。氣象證明模塊提供了氣象證明的生成、查看、刪除功能。系統功能結構圖如圖2所示。

3 系統功能的設計與實現

氣象資料查詢系統由用戶管理模塊、氣象數據模塊、氣象查詢模塊、氣象證明模塊四部分組成，系統流程圖如圖3所示。

3.1 用戶管理模塊

為保證系統安全，用戶管理模塊加強了對用戶賬號管理和權限管理。用戶申請開通賬號需審核身份證明材料。用戶權限管理模塊，實行分類管理，不同單位間若無業務往來，則不能查看對方的查詢記錄。保險用戶登錄系統后，生成的查詢記錄會提交到查詢地所屬的氣象部門，若為復雜記錄查詢，則需要該地的氣象業務人員進行分析，核實天氣現象后，填入查詢結果。

3.2 氣象數據模塊

氣象數據模塊所涉及的數據庫主要存在于氣象部門內網中，且數據源涉及SQL Server和MySQL兩類數據庫。系統采用MyBatis與spring的集成，實現對多數據源、跨表聯合查詢，使用簡單的XML和注解來配置和映射基本數據類型、Map接口和POJO到數據庫記錄，在保證數據存儲準確的同時提高了效率。通過物理專線進行內網數據庫訪問，保證數據的安全。

3.3 氣象查詢模塊

3.3.1 查詢方式選擇模塊

根據目前實際業務辦理情況，將系統功能可分為簡單的實況數據查詢和較為復雜的氣象條件分析。具體功能定位介紹如下。

⑴ 簡單的實況數據查詢。實現氣象用戶和保險用戶查詢氣象資料、打印存檔等功能。查詢規則為以事發地為中心搜索鄰近站點，以最大化滿足賠付條件為原則，篩選氣象要素值/累計值，從而確定最終的查詢結果。

⑵ 較為復雜的氣象條件分析。該功能是由保險用戶提交復雜條件申請后，由氣象用戶進行綜合氣象分析，給出結論。

3.3.2 數據采集模塊

系統前端采用HTML 5的技術框架，并使用LeafLet輕量級地圖類庫實現地理信息的顯示和分析。用戶選擇事發地可以用三種模式，直接在地圖上點擊進行地址選擇，輸入站號或者經緯度進行檢索，點擊確定按鈕后，都會在地圖上顯示具體位置。系統后臺接收到用戶所需查詢的信息后，如果是站號檢索，則直接查詢該站的信息，如果是經緯度，則尋找距離該經緯度最近站點的信息。

若是簡單查詢，可立即查看查詢結果，查詢時間基本在0.1-2s以內。若是復雜天氣查詢，則需要氣象業務人員填入復雜天氣分析結果。

3.4 氣象證明模塊

在查詢結果界面，點擊生成證明，可生產PDF格式的氣象證明查詢單。系統后臺采用Aspose.Words的Mail merge功能，該功能允許一個文檔模板從一個數據源中提取關鍵字段，替換模板中的內容，生成多個文檔。通過制定統一模板的氣象證明查詢單，保證系統生成的查詢結果具有規范性、權威性。

4 系統應用效果

系統主界面如圖4所示，系統運行穩定，響應速度快，應用效果十分明顯。在臺風“利奇馬”期間，訪問量達常規訪問量的近100倍，在接近訪問帶寬的極限值時，及時地應用云服務的彈性擴容進行動態調整，輕松的應對突發訪問量的沖擊。系統于2019年5月1號上線，面向全省推廣，截止2019年11月25日，擁有361位用戶，其中省市縣氣象部門用戶82位，保險公司用戶279位，累積辦件量8794件。

5 結束語

本文通過浙江省氣象資料查詢服務系統的建設實踐，介紹了系統基于阿里云平臺的整體架構、功能需求和實現原理，解決了氣象資料查詢工具缺失的問題、氣象內網數據與互聯網的安全訪問問題、系統在突發訪問量劇增時的性能瓶頸等問題。目前系統已投入實際業務使用，收到了良好的社會效益，提升了氣象為民服務質量。

下一步的工作，將在提高系統服務精準度方面繼續開展研究。包括完善氣象數據源，覆蓋更多的氣象數據產品，提高系統查詢結果的準確性;用智能分析代替復雜天氣查詢中的人工分析環節，提升系統服務信息化、智能化和客觀性。

參考文獻（References）：

[1] 何顯明，張鳴.重塑政府改革的邏輯：以“最多跑一次”改革為中心的討論[J].中共浙江省委黨校學報，2018.1.

[2] 鄭偉才，李建，楊明等.網上氣象證明系統架構淺析[J].浙江氣象，2015.36（3）：29-31

[3] 羅軍舟，金嘉暉，宋愛波等.云計算：體系架構與關鍵技術[J].通信學報，2011.7：7-25

[4] 阿里云.產品幫助中心文檔[EB/OL]. [2017-10-13].杭州，阿里云，https：//help.aliyun.com/product.

[5] 駱小龍，虞開森，余金銘等.基于阿里云的臺風路徑實時發布系統研究[J].計算機時代，2015.2：15-18

[6] Souza Ribeiro， Anderson， Bianchini， David. The deploy-ment of Systems in Cloud Computing environment： A Methodology to Select and Prioritize projects[J].IEEE Latin America Transactions，15（3）：557-562

[7] Cao Z ， Lin J ， Wan C ， et al. Optimal Cloud Computing Resource Allocation for Demand Side Management in Smart Grid[J]. IEEE Transactions on Smart Grid，2017.8（4）：1943-1955