基于Java的氣象管理系統設計

郭俊峰 李垚周

摘要：在信息量劇增的時代，我們需要從數據中獲取信息來分析和預測天氣情況，因此設計基于Java的氣象管理系統，采用B/S模式，并運用Java語言完成編寫，系統主要包含三個模塊，分別為天氣預報模塊、自然災害預警模塊、全局觀測模塊等。該系統為城市提供氣象信息支持，在預防城市發生自然災害中發揮重要作用。

關鍵詞：氣象系統;天氣預報;自然災害

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0066-03

在大數據、人工智能技術的推動下，信息數據呈現爆發式增長，而數據的合理利用能為城市、政府、企業提供強有力的幫助。在互聯網時代，各行各業都在蓬勃發展，對于城市而言，隨著5G時代的來臨，氣象數據越來越豐富，氣象服務的內容越來越廣泛，數據傳播的方式通過采集、過濾、傳遞、存儲等過程進行展示。但隨著氣象類型的增多，信息數據的格式發生變換，傳統的氣象系統無法真正利用這些數據進行過濾、清洗，使某些城市天氣出現不準確的情況，針對這些問題，如何能將當前所有氣象數據準確收集起來，并合理利用成為當前各城市在預防工作中需要面對的問題。

如今已進入5G互聯網時代，天氣預測雖然在十年前就已經被使用，但現如今網絡技術的高速發展，通過氣象系統+5G互聯的模式使天氣數據能得到更加合理的利用，這樣可以使用戶得到更加精準的氣象信息和內容，進而改善城市天氣不精準問題，使智能氣象服務更智能化。

因此本文設計基于javaWeb的氣象管理系統，通過天氣預報模塊將提取的氣象數據進行計算，分析出精準的氣象情況，供用戶進行查看，同時包含自然災害預警模塊、全局觀測模塊、其他用戶和權限模塊以及日志管理模塊等。

1系統開發

1.1Java技術概述

Java是由詹姆斯·高斯林所創建，到目前為止，已經成為世界上排名前三的計算機編程語言，在國內，被知名的互聯網公司阿里巴巴、京東等大型公司作為底層代碼所使用，并且在Hadoop生態圈，Java也被大數據領域如Kafka、Flume等作為底層語言。

Java作為一種面向對象語言，具有三大特性，即封裝、繼承、多態。這三種特性保證了代碼之間的高內聚低耦合，對比面向過程語言更加簡潔易懂。同時，Java之所以被廣泛使用是因為其內部獨有的Java虛擬機JVM，它保證了Java代碼可以在任何平臺上使用，具有跨平臺的作用，并且Java擁有垃圾回收機制，它發生在JVM的堆內存中，垃圾回收機制擁有多種算法，可以保證創建的對象被合理清理。不需要向C++那樣，進行手動清理，釋放內存。

1.2MVC技術概述

MVC模式（Model-View-Controller）又被稱作三層架構模式，它是軟件工程中的體系架構模型，它將系統分為三個部分，即視圖層、模型層和控制器。

MVC將整個系統的代碼按照邏輯進行劃分，它將業務邏輯、基本數據和應用程序接口可視化分開的方式組織集成代碼，并將大量的業務邏輯合并到一個特定的部分。在不需要重寫業務邏輯代碼的情況下，減少編碼時間和工作負載，同時調整接口和用戶交互的改進和規范。

在視圖層，將數據由控制器傳到視圖層，即用戶所看到的WEB前端頁面，通過視圖將HTML，CSS樣式進行渲染，模型層包含邏輯Service層和數據訪問Dao層，主要負責將前端傳過來的代碼進行邏輯處理，并在數據庫中查到對應的數據，最終返回給前端。MVC模式在氣象管理系統的模型圖如圖1所示。

2需求分析

2.1系統分析

為了更好地服務于城市和用戶，提高城區氣象服務水平，依據互聯網模式，提出應用于城市與用戶的氣象管理系統建設。該氣象管理系統分為三個重要模塊，分別為天氣預報模塊、自然災害預警模塊、全局觀測模塊等，利用這些模塊提高城區氣象信息的準確性。

2.2天氣預報管理需求

天氣預報模塊主要進行天氣預測、預測預警、雨量檢測、交通氣象、雷雪天氣、實時監控的維護，可以查看到各城市的天氣資訊、風速、風向等情況。

預測預警主要對各城市的天氣進行1小時、4小時、7小時、12小時、一天、兩天、一周等天氣進行實時修正，系統中會具體顯示出檔期天氣的符號、風速、風力、溫度、濕度、空氣質量等，還可以查看未來一周的天氣情況，并顯示最高氣溫和最低氣溫。

2.3自然災害模塊需求

突發自然災害，相對于城區而言是突然爆發強降雨、雷電、山體滑坡、洪流等自然災害，該模塊針對突發情況需對該城市進行不定時快速更新訊息，顯示自然災害預警圖標、級別、內容以及大致的持續時間等。并且可以查看發布信息的具體時間、日期、狀態等。

2.4全局觀測模塊需求

全局觀測模塊由衛星云圖、雷達監測資料、氣象信息實況資料，降雨資料等數據構成，用于全局觀測衛星云圖的天氣情況、并且對給定城市的天氣進行實時雷達拍攝，每5分鐘形成一張圖片。并可以對形成后的數據進行導入導出。

3系統設計

氣象管理系統主要服務于城區和用戶，所以在系統設計上，將從系統架構、重要功能模塊、數據庫三方面進行設計。

3.1系統架構設計

氣象管理系統采用SpringMVC框架、Spring框架、Mybatis框架對系統后端進行集成，前端采用LayUI框架進行設計，數據持久層使用Mysql數據庫、數據緩存層使用Redis框架，同時使用瀏覽器/服務器（B/S）架構進行前后端頁面交互，將Tomcat設為本系統的輕量級服務器，考慮到系統訪問壓力過大時，出現訪問速度過慢等現象，在系統設計時采用Nginx進行負載均衡，減輕單個服務器的訪問壓力。最后在層級上采用MVC三層架構模式進行設計。

3.2功能模塊設計

氣象管理系統在模塊設計上包含三個重要功能模塊和一個系統管理模塊，分別為天氣預報管理模塊、自然災害管理模塊、全局探測管理模塊、系統管理模塊。

天氣預報模塊在設計中根據三層架構模式設計了Dao層、Service層、Controller層，Dao層負責和Mysql數據庫進行交互，Service負責業務邏輯代碼的編寫、Controller層負責將查詢的結果返回給視圖層進行解析。該模塊包含預報預警控制類ForAndEarlyWarningControUer，天氣預測控制類WeatherWarning-Controller，雨量監測控制類RainNumberControUer，雷雪天氣控制類ThunderAndSnowController，交通氣象控制類TrafficMeteo-rologyController，實時監控控制類ReaIMonitoringController，如表1所示。

自然災害模塊包含山體滑坡、洪流、雷電等監測子模塊，其中山體滑坡控制類為LandSlideController，涉及的方法有山體滑坡監測LandSlideMoniter（）、山體滑坡類型LandSlideType（）、山體滑坡級別LandSlideGrade（），洪流控制類為TorrentController，方法包含洪流類型TorrentType（）、洪流等級TorrentCrade（）、雷電控制類為ThunderController，方法包含雷電類型ThunderType（）、雷電等級ThunderGrade（），其中包含的屬性有名稱、城市、年份、日期、級別、內容、持續時間、圖標。映射表如表2所示。

全局探測管理模塊包含衛星云圖控制器SatelliteCloud-ChartController、雷達監測控制器RadarMonitoringController，氣象信息控制器MeteorInformationController，以及導人導出方法，其中氣象信息拍攝的圖片全部存儲，根據上次發生的自然災害情況，可以將信息數據全部導出來進行分析，也可以將圖片進行導入，進行探測分析。映射表如表3所示。

系統管理模塊包含登錄功能、注冊功能、修改密碼功能，登錄功能包含用戶名、密碼、驗證碼，驗證碼根據阿拉伯數字隨機生成4位，當其中一項輸入不合理時，系統會提示輸入錯誤及其原因等。注冊功能會根據所在省份和城市按地區注冊，注冊信息可以通過手機號直接注冊，系統注冊成功后初始密碼為123456，可以通過修改密碼功能進行修改。系統用戶分為超級管理員、管理員和用戶三級，每一級的權限都不相同，超級管理員具備最高權限，其他兩級具備對應功能的權限。

3.3數據庫設計

氣象管理系統通過對前期調研和需求分析之后，對系統各模塊進行了相應的數據庫設計，主要涉及的表包含用戶表user、角色表role、日志表log、省市縣表city、天氣預報表weather-Forecast、自然災害表naturalDisaster、全局探測表globalDetection、氣象數據分析表dataAnalysis等，數據表及其字段名如表4所示。

4系統實現

4.1開發環境

氣象管理系統所采用的開發環境如表5所示。

4.2系統部署

基于Java的氣象管理系統通過開源的服務器Tomcat進行線上部署，部署成功后，可以根據不同用戶進行訪問，如需要實現各國各地進行訪問，則需將該系統部署到共有網絡中，可以購買阿里云或者騰訊云等服務器。

5結論

本文運用Java語言進行編寫，采用瀏覽器/服務器模式進行設計，最終設計并實現基于Java的氣象管理系統，該系統包含三個重要功能模塊分別為天氣預報模塊、自然災害模塊、全局觀測模塊、通過這些模塊用戶可以實現實時查看所在城市當前及未來的天氣情況，并能通過自然災害模塊的分析查看是否發生山體滑坡、洪流等自然災害。該系統可通過IP地址直接訪問，便于系統維護，極大地提高了系統的安全性。

本系統下一步在針對自然災害模塊和全局觀測模塊添加echar圖形分析和模塊化的日志管理等功能，使之系統功能更加完善。