山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李玉華 褚希 徐彩艷 李文科 李旭旭

摘要：為適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的需要，提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)支撐能力，利用LBS、數(shù)據(jù)加密同步、Web API接口和HTML5等技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)，包括氣象服務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)維護(hù)與管理模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)發(fā)布接口、氣象服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用接口、用戶和API管理模塊、氣象服務(wù)信息監(jiān)控模塊。研發(fā)了基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，統(tǒng)一管理氣象應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)接口資源，為農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端提供了有力的支撐，也有效地提升了為農(nóng)氣象服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)智慧氣象;API;支撐系統(tǒng);山東省

中圖分類號(hào)：P49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（ 2020） 20-0159-05

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

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象因素的影響較大，氣象災(zāi)害直接影響農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)戶增收，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御離不開氣象服務(wù)的保障[1-4]。農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、品質(zhì)和種植結(jié)構(gòu)與氣象條件密切相關(guān)，生產(chǎn)者對(duì)農(nóng)作物日常管理和農(nóng)事活動(dòng)的安排也需要精細(xì)化的氣象服務(wù)支撐。目前，氣象為農(nóng)服務(wù)手段相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的氣象服務(wù)方式過于粗獷，主要是以廣播、電視、報(bào)紙、網(wǎng)站、大喇叭、短信、12121電話等方式單向發(fā)布?xì)庀蠓?wù)產(chǎn)品[5-8]。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的同時(shí)，氣象服務(wù)方式也在發(fā)生深刻的變革，氣象服務(wù)如何利用現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧化服務(wù)[9-12]，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)急需解決的問題。

為適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的需要，研發(fā)了山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)，其主要目的是建立標(biāo)準(zhǔn)化的為農(nóng)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)接口[13，14]，為農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境，同時(shí)能夠?yàn)楦骷?jí)氣象部門和社會(huì)企業(yè)提供農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建[15-17]，是山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化氣象服務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)搭建了穩(wěn)定、高效的為農(nóng)氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)環(huán)境，開發(fā)了API氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)行了諸多后端平臺(tái)建設(shè)，為構(gòu)建農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)終端提供后臺(tái)支持，同時(shí)為開展深層次的為農(nóng)智慧氣象服務(wù)提供了有力的技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體設(shè)計(jì)

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)以數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程整合應(yīng)用為核心，分析農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)需求，采用“搭建平臺(tái)一制定規(guī)范一業(yè)務(wù)開發(fā)一應(yīng)用集成”面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的系統(tǒng)建設(shè)模式，分為應(yīng)用接口和數(shù)據(jù)接口兩種類型的服務(wù)搭建基于API的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)（API平臺(tái)），統(tǒng)一管理系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)及數(shù)據(jù)接口資源。開發(fā)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)維護(hù)與管理模塊、氣象服務(wù)信息數(shù)據(jù)發(fā)布接口、氣象服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品接口、用戶和API管理模塊、氣象服務(wù)信息監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)智慧化氣象服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布、檢索、管控、統(tǒng)計(jì)分析等功能，構(gòu)建農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)的支撐基礎(chǔ)。

1.2 技術(shù)路線

該系統(tǒng)的搭建環(huán)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(qū)和氣象虛擬化資源池專網(wǎng)區(qū)作為基礎(chǔ)資源。在資源池專網(wǎng)區(qū)建立數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和同步服務(wù)器。通過MU-SIC接口對(duì)接全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS）接口[18，19]，利用數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;開發(fā)數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)同步服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)數(shù)據(jù)的同步傳輸。

該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，利用RESTful技術(shù)搭建Web API數(shù)據(jù)服務(wù)接口[20-22]，在氣象虛擬化資源池DMZ區(qū)部署基于API的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，建設(shè)API授權(quán)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于API的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的發(fā)布及用戶管理。后端服務(wù)系統(tǒng)采用Spring MVC+ Netty架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用PostgreSQL、Redis和Mongo。

1.3 技術(shù)架構(gòu)

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)支撐系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)來源層、原始數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、計(jì)算層、微服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、監(jiān)控管理層、可視化層（圖1）。

1）數(shù)據(jù)來源層。采集所需的山東省氣象部門CIMISS數(shù)據(jù)和為農(nóng)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)源，如農(nóng)業(yè)精細(xì)化格點(diǎn)數(shù)據(jù)集、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品集等數(shù)據(jù)源。

2）原始數(shù)據(jù)層。匯集和處理實(shí)況觀測(cè)信息數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)預(yù)警數(shù)據(jù)、精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)等各類氣象數(shù)據(jù)。包括日常天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況、災(zāi)害性天氣實(shí)況、災(zāi)害性天氣預(yù)警信號(hào)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警，農(nóng)業(yè)氣象旬月報(bào)、干旱監(jiān)測(cè)、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，月、季、年氣候預(yù)測(cè)和氣候評(píng)價(jià)等服務(wù)產(chǎn)品。

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。對(duì)解碼處理后的文件存儲(chǔ)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)，便于系統(tǒng)上層的計(jì)算和應(yīng)用開發(fā)。

4）計(jì)算層。提供各類產(chǎn)品算法分析，主要包含數(shù)值預(yù)報(bào)的解釋應(yīng)用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、信息融合技術(shù)、氣象變量診斷分析、格點(diǎn)（站點(diǎn)）插值分析、等值線平滑、數(shù)據(jù)空間分析、各類預(yù)警計(jì)算算法、農(nóng)業(yè)氣象要素閾值分析等主要算法。

5）微服務(wù)層。提煉基礎(chǔ)底層功能模塊，改造復(fù)用性較高的組件服務(wù)。

6）應(yīng)用服務(wù)層。用底層功能組件構(gòu)建所需不同功能的服務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用提供天氣信息、災(zāi)害信息、數(shù)據(jù)發(fā)布，數(shù)據(jù)接口提供對(duì)各類數(shù)據(jù)資源進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)接口服務(wù)，服務(wù)管理提供服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)檢索，安全認(rèn)證提供用戶目錄服務(wù)、認(rèn)證服務(wù)、權(quán)限服務(wù)，其他服務(wù)還有用戶審計(jì)、日志分析等。

7）監(jiān)控管理層。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)流程監(jiān)控、業(yè)務(wù)權(quán)限管理、系統(tǒng)日志管理，將流程、用戶及權(quán)限、服務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立多級(jí)用戶管理模塊。

8）可視化層。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)可視化，對(duì)用戶交互的應(yīng)用、服務(wù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

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作者簡(jiǎn)介：李玉華（1965-），男，山東萊陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)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(jí)_r‘程師，主要從事氣象服務(wù)研究，（電話）15666973009（電子信箱）sdchuxi@163.com。