山東省現代農業智慧氣象服務支撐系統的設計與實現

李玉華 褚希 徐彩艷 李文科 李旭旭

摘要：為適應現代農業氣象服務的需要，提升現代農業氣象服務支撐能力，利用LBS、數據加密同步、Web API接口和HTML5等技術，設計開發了山東省現代農業智慧氣象服務支撐系統，包括氣象服務數據自動采集模塊、氣象服務信息數據維護與管理模塊、氣象服務信息數據發布接口、氣象服務數據應用接口、用戶和API管理模塊、氣象服務信息監控模塊。研發了基于API的農業氣象服務數據發布平臺，統一管理氣象應用服務和數據接口資源，為農業智慧氣象服務終端提供了有力的支撐，也有效地提升了為農氣象服務水平。

關鍵詞：農業智慧氣象;API;支撐系統;山東省

中圖分類號：P49

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 20-0159-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.036

中國是農業大國，農業生產的穩定發展至關重要，農業生產受氣象因素的影響較大，氣象災害直接影響農業增產和農戶增收，農業氣象災害防御離不開氣象服務的保障[1-4]。農產品的產量、品質和種植結構與氣象條件密切相關，生產者對農作物日常管理和農事活動的安排也需要精細化的氣象服務支撐。目前，氣象為農服務手段相對滯后，傳統的氣象服務方式過于粗獷，主要是以廣播、電視、報紙、網站、大喇叭、短信、12121電話等方式單向發布氣象服務產品[5-8]。移動互聯網高速發展的同時，氣象服務方式也在發生深刻的變革，氣象服務如何利用現代移動互聯網技術實現智慧化服務[9-12]，是現代農業氣象服務急需解決的問題。

為適應現代農業氣象服務的需要，研發了山東省現代農業智慧氣象服務支撐系統，其主要目的是建立標準化的為農氣象服務數據接口[13，14]，為農業智慧氣象服務終端搭建基礎數據環境，同時能夠為各級氣象部門和社會企業提供農業氣象數據支持。該系統依托大數據、云計算、移動互聯網技術搭建[15-17]，是山東省現代農業精準化氣象服務轉型升級的關鍵。該系統搭建了穩定、高效的為農氣象服務信息數據環境，開發了API氣象服務數據發布系統，該系統進行了諸多后端平臺建設，為構建農業智慧氣象服務終端提供后臺支持，同時為開展深層次的為農智慧氣象服務提供了有力的技術支撐。

1 系統架構

1.1 總體設計

山東省現代農業智慧氣象服務支撐系統以數據和業務流程整合應用為核心，分析農業氣象服務需求，采用“搭建平臺一制定規范一業務開發一應用集成”面向服務架構（SOA）的系統建設模式，分為應用接口和數據接口兩種類型的服務搭建基于API的農業氣象數據發布平臺（API平臺），統一管理系統中的應用服務及數據接口資源。開發氣象服務數據自動采集模塊、氣象服務信息數據維護與管理模塊、氣象服務信息數據發布接口、氣象服務數據應用產品接口、用戶和API管理模塊、氣象服務信息監控模塊，實現智慧化氣象服務的注冊、發布、檢索、管控、統計分析等功能，構建農業智慧氣象服務的支撐基礎。

1.2 技術路線

該系統的搭建環境是基于山東省氣象部門的虛擬化資源池，使用氣象虛擬化資源池的DMZ區和氣象虛擬化資源池專網區作為基礎資源。在資源池專網區建立數據采集服務器和同步服務器。通過MU-SIC接口對接全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）接口[18，19]，利用數據采集服務器進行數據采集;開發數據同步傳輸系統，利用數據同步服務器，實現采集數據與基于API的農業氣象服務數據發布平臺數據的同步傳輸。

該系統采用B/S架構，利用RESTful技術搭建Web API數據服務接口[20-22]，在氣象虛擬化資源池DMZ區部署基于API的農業氣象數據發布平臺，建設API授權管理系統，實現基于API的農業氣象服務數據和產品的發布及用戶管理。后端服務系統采用Spring MVC+ Netty架構，數據庫采用PostgreSQL、Redis和Mongo。

1.3 技術架構

山東省現代農業智慧氣象服務支撐系統架構分為數據來源層、原始數據層、數據存儲層、計算層、微服務層、應用服務層、監控管理層、可視化層（圖1）。

1）數據來源層。采集所需的山東省氣象部門CIMISS數據和為農氣象服務數據源，如農業精細化格點數據集、農業氣象服務產品集等數據源。

2）原始數據層。匯集和處理實況觀測信息數據、預報預警數據、精細化格點預報數據、農業氣象服務數據等各類氣象數據。包括日常天氣預報、天氣實況、災害性天氣實況、災害性天氣預警信號、農業氣象災害預警，農業氣象旬月報、干旱監測、作物長勢監測，月、季、年氣候預測和氣候評價等服務產品。

3）數據存儲層。對解碼處理后的文件存儲和結構化數據庫數據進行標準化存儲，便于系統上層的計算和應用開發。

4）計算層。提供各類產品算法分析，主要包含數值預報的解釋應用、數據統計分析、信息融合技術、氣象變量診斷分析、格點（站點）插值分析、等值線平滑、數據空間分析、各類預警計算算法、農業氣象要素閾值分析等主要算法。

5）微服務層。提煉基礎底層功能模塊，改造復用性較高的組件服務。

6）應用服務層。用底層功能組件構建所需不同功能的服務，業務應用提供天氣信息、災害信息、數據發布，數據接口提供對各類數據資源進行訪問的數據接口服務，服務管理提供服務注冊、服務發布、服務檢索，安全認證提供用戶目錄服務、認證服務、權限服務，其他服務還有用戶審計、日志分析等。

7）監控管理層。實現業務流程監控、數據流程監控、業務權限管理、系統日志管理，將流程、用戶及權限、服務的數據進行整合，建立多級用戶管理模塊。

8）可視化層。實現應用系統可視化，對用戶交互的應用、服務、數據進行展示。

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作者簡介：李玉華（1965-），男，山東萊陽人，高級工程師，主要從事氣象服務與應用氣象研究，（電子信箱）1yh15666976863@sohu.com;通信作者，褚希（1982-），女，山東臨沂人，高級_r‘程師，主要從事氣象服務研究，（電話）15666973009（電子信箱）sdchuxi@163.com。