基于CIMISS的太行山區域氣象信息共享平臺設計與實現

劉燕 趙武

摘 要：太行山是我國重要的山脈和地理分界線，地形復雜，具有獨特的山區氣候特征，導致強對流天氣等氣象災害多發，制約了該區域經濟和社會發展。太行山氣象防災減災協作區跨河南、河北、山西、山東四個省，包括12個地市。由于協作區位于四省交界地帶，各地市所在省份開發的決策服務系統一般針對本省，因此至今沒有針對本協作區天氣特點的專門氣象信息共享系統。安陽、邢臺等多個地市氣象局基于CIMISS聯合開發了太行山區域氣象信息共享平臺，為太行山協作區各地市的預報預警及決策服務工作提供了參考，對協作區成員單位的防災減災能力提升具有重要的意義。

關鍵詞：CIMISS;信息共享;WebGIS;太行山;聯防

中圖分類號：TP311.52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）23-0022-03

Abstract： Taihang Mountain is an important mountain range and geographical boundary in China， with complex terrain and unique mountain climate characteristics， which leads to frequent meteorological disasters such as severe convective weather and restricts the economic and social development of the region. Taihang Mountain meteorological disaster prevention and mitigation cooperation zone covers four provinces including Henan， Hebei， Shanxi and Shandong， including 12 cities. Because the cooperation area is located in the junction of four provinces， the decision-making service system developed by the provinces where the cities are located is generally aimed at the own province， so far there is no special meteorological information sharing system for the weather characteristics of the cooperation area. Based on CIMISS， Anyang and Xingtai meteorological bureaus jointly developed the Taihang mountain area meteorological information sharing platform， which provides a reference for the prediction， early warning and decision-making services of all cities in Taihang Mountain cooperation area， and is of great significance to the improvement of disaster prevention and mitigation capacity of member units in the cooperation area.

Keywords： CIMISS;information sharing;WebGIS;Taihang Mountain;joint defense

太行山是我國重要的山脈和地理分界線，地形復雜，擁有獨特的山區氣候特征，強對流天氣等氣象災害多發，制約了該區域經濟和社會發展。太行山氣象防災減災協作區跨河南、河北、山西、山東四個省，涉及12個地市。由于協作區位于四省交界地帶，各地市所在省份開發的決策服務系統一般只適用于本省，至今沒有針對本協作區天氣特點的專門氣象信息共享系統。隨著氣象觀測技術的進步、氣象數據種類的增多以及公眾對氣象服務需求的提升，相對分散和獨立的數據應用已經制約了太行山氣象防災減災協作區氣象服務的進一步發展。

中國氣象局CIMISS的推廣和應用以及省際氣象數據的共享為跨省協作區氣象信息共享平臺建設提供了數據支撐[1]。目前，河南省氣象臺已經依托CIMISS系統建立了黃河流域氣象信息共享系統，湖北省氣象部門基于CIMISS開發了長江流域氣象水文共享系統。安陽、邢臺等多個地市氣象局基于CIMISS聯合開發了太行山區域氣象信息共享平臺，為太行山協作區各地市的預報預警及決策服務工作提供了參考，對協作區成員單位的防災減災能力提升具有重要的意義。

1 系統設計

本系統利用WebGIS技術，采用瀏覽器/服務器（B/S架構），依托現代化的信息網絡，以標準化、規范化、統一的CIMISS數據環境為支撐[2]，建立Web方式訪問的太行山區域氣象信息共享平臺。

1.1 設計原則

太行山區域氣象信息共享平臺的設計主要遵循以下原則[3]：一是便于共享，依托氣象部門新一通信網絡及現代化的通信技術手段，實現協作區各市、縣氣象局之間網絡的互聯互通以及氣象數據的共享;二是充分利用現有資源，依托CIMISS系統，引進多省氣象數據，結合FTP調取等方式建立實時數據庫、歷史數據庫，建立數據存儲管理系統;三是保證可維護性，系統按模塊設計，共分站網分布、實況監測、氣象服務、統計查詢、系統管理5個模塊，便于系統管理和維護;四是凸顯實用性，系統信息共享服務采用B/S框架，結合用戶習慣，界面友好、簡潔，操作簡單、靈活。

1.2 總體框架

太行山區域氣象信息共享平臺采用組件化、分層次的原則進行設計，設計上采用客戶機/服務器（B/S）架構，平臺的支撐環境由基礎硬件層、基礎軟件層組成，并且由基于以業務、技術、管理等方面的標準規范體系、安全保障體系和運維管理體系作為架構上的保障和支撐。系統所涉及的數據包括太行山氣象協作區站網信息、氣象觀測數據、氣象預報產品、智能網格預報、環保數據等，包括用戶信息數據、元數據、地理信息數據等支撐數據，還包括平臺在運行過程中產生的日志文件、配置文件等。

平臺的硬件環境如下：服務器端部署在安陽市氣象局機房，數據庫服務器1臺，Web服務器1臺。外地市通過氣象業務內網訪問該系統。平臺的軟件環境如下：服務器端操作系統為Windows 2003 Server，數據庫管理系統為SQL Server，開發語言為Java和C#，采用模塊化進行程序設計?？蛻舳艘笕缦拢河嬎銠C操作系統版本高于Windows XP SP2，采用Net Framework 4.0 sp1插件，瀏覽器建議采用谷歌瀏覽器或360極速瀏覽器。

2 系統功能

2.1 站網分布模塊

站網分布模塊實現了太行山協作區各地市國家氣象觀測站、省級常規氣象觀測站、雷達站、環境氣象監測站在GIS上的疊加顯示，點擊自動站某站點可查看站點詳細的實況數據（以折線圖和列表的方式展現）。

2.2 實況監測模塊

實況監測模塊主要實現了如下功能：太行山協作區成員（安陽、鶴壁、濮陽、新鄉等）的自動氣象站資料（溫度、風場、實時雨量、歷史雨量、相對濕度等）在GIS上的顯示（等值線圖、等值面圖）、查詢、統計、下載、排序功能，其中，風的顯示可通過控制粒子的運動實現風場自動化，雨量色斑圖可點播放按鈕以動畫形式反映雨區移動;當實況雨量、溫度、風場達到設置的閾值，以短信和語音形式報警;將濮陽、長治、邯鄲新一代天氣雷達數據通過算法生成太行山協作區天氣雷達拼圖，并疊加到GIS上，點擊動畫按鈕可播放動畫，為協作區成員單位天氣過程演變判斷提供依據和參考;將環保數據六參數（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3）按參數類型查詢以及統計分析并在GIS上以數值圖、等值面圖等方式展示。

2.3 氣象服務

氣象服務模塊實現了如下功能：將協作區的天氣預報以氣象圖標的方式疊加到GIS地圖上，點擊某市或縣圖標可獲取該地7 d天氣預報數據并以列表展示;獲取協作區地市及縣局所發最新預警信號，以標準預警圖標的方式疊加到地圖上，點擊圖標顯示該條預警的詳細信息，同時，以短信形式將預警信號傳遞給協作區成員單位的相關人員[4];提供了協作區精細化5 km×5 km空間分辨率的0～10內的智能網格預報（溫度、降水、風速）產品，為協作區氣象預報及決策服務提供了更高準確率、更高分辨率、更高更新頻率的服務產品。

2.4 統計查詢

統計查詢模塊主要實現了如下功能：一是歷史數據查詢，根據地區、站點類型、日期范圍、要素類型、站點名稱，查詢對應的歷史數據并以折線圖（包含最低最高明顯標識）和表格列表的方式展示;二是站點數據統計，根據地區、排名順序、日期范圍、站點，查詢出該站點所有氣象要素;三是環境數據統計，根據地區統計某段時間內環境數據（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3），將統計結果以列表、折線圖等方式展示;四是預警信號統計，將某段時間內發布的預警信號根據預警信息發布地區、顏色、類型進行統計并將統計結果以柱狀圖等多種方式展示。

2.5 系統管理

系統管理模塊可以實現對系統用戶的管理及重要參數的設置，包括管理員管理、角色管理、參數管理、短信用戶管理、語音短信報警管理、報警閾值設置。

3 實現關鍵技術

3.1 數據共享、存儲及數據庫設計

全國氣象部門新一代通信網絡已經實現了太行山協作區各省之間的氣象信息傳輸及共享，依托該網絡實現了太行山協作區預報預測、預警信號等氣象預報服務產品的收集與共享，并通過CIMISS系統實現協作區氣象觀測數據的共享。

該平臺氣象資料以文件存儲及數據庫存儲兩種方式存儲。其中，雷達數據和智能網格資料以文件方式存儲于指定目錄，因為智能網格預報數據量比較大，所以人們需要對數據讀取算法進行優化。自動站數據、環保數據等以數據庫方式存儲。平臺數據庫包括實時庫和歷史庫，通過定時讀取CIMISS接口建立了本地實時數據庫。實時庫存儲需要滿足高速響應需求，根據數據入庫策略，從CIMISS接口讀取氣象資料并進行入庫處理，將其儲存至數據庫特定位置;歷史庫從實時庫中定時追加更新;根據數據備份策略，定期對數據進行備份;根據數據清除策略，定期對時效外的數據進行清除;實時監控服務器狀態、數據入庫、存儲空間情況。

3.2 CIMISS接口讀取

太行山氣象信息共享平臺的實況氣象資料主要來源于CIMISS系統，加載CIMISS提供的客戶端庫文件music-client-vx.x.x.dll及Ice.dll，調用CIMISS的getSurfEleInRegionByTime接口（按時間、地區減索地面要素數據），用C#編程實現。

params.put（"dataCode"， "SURF_CHN_MUL_HOR"） ;

params.put（"elements"， "Station_ID_C，PRE_1h，PRS，RHU，VIS，WIN_S_Avg_2mi，WIN_D_Avg_2mi，Q_PRS"） ;

params.put（"times"， "20150917000000"） ;

params.put（"orderby"， "Station_ID_C：ASC"） ;

params.put（"limitCnt"， "10"） ;

RetArray2D retArray2D = new RetArray2D（） ;

4 應用事例

太行山氣象信息共享平臺打通了跨省氣象信息共享的壁壘，目前已經推廣到太行山氣象協作區各市、縣氣象局。該平臺有助于精準地分析、預測、定位災害性天氣的發生和演變過程，提升了整個太行山區域氣象災害聯防能力及服務水平，在區域協作方面發揮效益。此外，由于協作區多數成員單位都處于京津冀及周邊“2+26”城市，周邊氣象條件對大氣污染濃度具有一定影響，本平臺還對太行山氣象協作區成員單位大氣污染防治氣象保障服務提供依據和參考。

5 結語

太行山氣象信息共享平臺基于太行山區域氣象信息共享業務服務需要，實現了協作區域內氣象資料互通共享、實時獲取，初步建立了具有區域特色的太行山區域氣象信息共享業務規范，有助于更精準性地分析、預測、定位災害性天氣的發生[5]。2019年5月，該平臺開始在太行山氣象防災減災協作區各地市氣象部門投入業務試運行，目前運行效果良好，它提升了太行山氣象協作區氣象災害監測預警能力，從而更好地發揮區域一體化力量，同時提升了區域氣象防災減災能力，減輕和避免災害性天氣對人民群眾的生命財產造成的損失。

參考文獻：

[1]史彩霞，黎穎智，張許斌.基于CIMISS的廣西氣象服務信息綜合業務系統的設計與實現[J].氣象研究與應用，2016（4）：82-85.

[2]饒灶鑫，藍秋萍.氣象要素實時監測預警平臺的設計與實現[J].數字技術與應用，2018（10）：159.

[3]趙芳，熊安元，張小纓，等.全國綜合氣象信息共享平臺架構設計技術特征[J].應用氣象學報，2017（6）：750-758.

[4]賀音，何林.陜西省氣象信息服務系統的設計與實現[J].陜西氣象，2017（2）：19-21.

[5]謝道奇.基于HXGIS的流域氣象信息共享服務平臺[J].人民長江，2017（9）：103-107.