有關智慧氣象服務云平臺架構設計的思考

胡 欣

（蘇州夢圖地理信息系統有限責任公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著社會和經濟的發展，氣象服務進入快速發展階段，氣象服務領域不斷拓展，已從單純的災害性天氣預報逐步向綜合災害影響評估，災害風險管理和以天氣為重要生產要素的開發與利用方向發展[1]。現階段，氣象服務已擴展到農業、水利、航空、海洋、交通、電力、城建、林業、工礦、能源、環保、旅游、鹽業、儲運、衛生、體育等諸多行業部門與應用領域。在智慧氣象服務云平臺的設計建設上，通過氣象服務產品加工和信息技術應用，提高服務產品的針對性和滿足個性的服務需求，滿足國民經濟各行各業不同生產過程對氣象條件的特殊要求[2]。本平臺可定制提供有行業屬性特征的專業氣象服務，從而促進氣象技術向生產力的轉化，實現氣象服務產品制作的現代化，并推進區域內專業氣象服務的蓬勃發展。

1 智慧氣象服務云平臺背景意義

智慧氣象服務云平臺立足于構建氣象大數據服務產業發展的生態環境支撐體系與運維服務管理體系，積極開展氣象大數據服務產業示范建設，引導社會力量加入氣象大數據應用服務市場，推動形成氣象大數據服務產業的創業創新新格局，旨在幫助社會大眾、行業部門、商業伙伴在面對天氣影響因素時提供決策建議，為城市防災減災、生態環境保護、經濟提產增效提供氣象技術支持。

（1）城市防災減災的需要。近年來氣候條件復雜，低溫雨雪冰凍等氣象災害、農業病蟲害、洪澇干旱、中小流域水文災害、地質災害等自然災害及其衍生災害呈多發、頻發的趨勢，城市管理的潛在威脅與風險日益突出。基于氣象大數據與行業氣象服務分析技術，提高對自然災害的氣象監測預報精準性，更好地為城市防災減災提供氣象技術保障。

（2）生態環境保護的需要。2018年中共中央發布《關于深化環境監測改革提高環境監測數據質量的意見》，中國氣象局聯合環保部門開展大氣污染防治科研攻關與生態環境監測改革工作。當前生態環境氣象服務將緊密融合環保與氣象大數據，基于環境氣象預報模式，聯合開展生態環境監測、空氣質量預報、重污染天氣預報、霾預報及環境氣象影響評估，為打贏污染防治攻堅戰、藍天保衛攻堅戰提供氣象技術保障。

（3）經濟提產增效的需要。近年來，世界各國社會經濟活動與氣象的關聯度越來越高，氣象服務已從災害性天氣預報向以天氣為生產要素的開發與利用方向發展，美英兩國的商業氣象服務產值已達到3 000億美元，已成熟對接能源、農業、林業、環保、消防、旅游、交通、保險、倉儲、航空等領域。我國《氣象法》指出：“氣象臺站在確保公益性氣象無償服務的前提下，可依法開展氣象有償服務”[3]。通過為農業大戶、基地及種業公司、旅游景區及運營企業、水利電站及水庫、交通運營企業與個人、基建工程企業、電力水務燃氣公司、保險公司等提供商業氣象服務解決方案，為經濟提產增效提供氣象技術保障。

2 技術路線

2.1 大數據

大數據（Big Data）是在可承受的時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處 理的數據集合，是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力來適應海量高增長率和多樣化的信息資產，其具有海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低四大特征。大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對含有實際意義的數據進行專業化處理。如果將大數據比作一種產業，那么這種產業盈利能力的關鍵是提高對數據的“加工能力”，通過“加工”實現數據的“增值”[4]。

大數據技術囊括從大數據分布式資源匯交、資源存儲分析、數據服務等全套功能體系，與傳統技術模式相比，有著更為突出的技術優勢，更能適配現有信息化應用的使用場景。與此同時，需要理解大數據不僅是一項應用技術，更是一個生態系統，也在不斷發展演進。

2.2 云計算

云計算（cloud computing）是一種分布式存儲與計算方式，通過網絡“云”將巨大的數據計算處理能力分解拆分成無數個資源單元，基于服務器集群系統進行分布式處理、分析，解決任務分發，并實現計算結果的合并與反饋。現今，云計算已經是分布式計算、效用計算、負載均衡、并行計算、網絡存儲、熱備份冗雜和虛擬化等計算機技術混合演進躍升的結果，其具備超大規模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、按需服務等技術特點，通過這項技術，可以在很短的時間內（幾秒鐘）完成對數以萬計的數據的處理，從而達到強大的數據服務效益。

2.3 3S技術

3S技術是遙感技術（Remote sensing，RS）、地理信息系統（Geography informationsystems，GIS）和全球定位系統（Globalposioningsystems，GPS）的統稱，是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通信技術相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術[5]。

3S技術起始于數字地球概念及相關應用，隨著該技術日臻成熟，其已廣泛應用于社會生活各個分屬領域，人們需要及時準確地獲取地理位置數據或包含空間位置屬性的衍生影響信息，人們需要將各類多源異構數據與空間位置屬性予以內在綁定，這在現今數字化城市建設中有著充分的體現，其應用需求及下沉場景也是不斷演進發展的。

3 建設內容

本平臺基于氣象私有云、政務公有云及社會公共基礎資源等，整合匯交行業氣象服務大數據，在標準統一、服務規范、安全管理、運維保障的支撐體系下，實現基礎支撐服務、平臺服務、應用服務，面向各類行業用戶提供定制的行業氣象服務產品。

4 技術架構（見圖1）

圖1 技術架構圖

4.1 大數據存儲

數據分為業務數據和地圖數據，分別存儲業務數據庫、地圖數據庫，業務數據庫存儲采用Postgres-XL+MongoDB+HDFS的混合架構，其中MongoDB存儲文件數據，以二進制流的方式進行存儲和訪問。此方法存儲數據有以下特點：

（1）更快的數據訪問速度，尤其是當數據庫中存儲數據量十分龐大的時候。

（2）自動處理碎片，以支持云計算層次的擴展性，避免了大量碎片文件的操作，對服務器磁盤的影響。

（3）地圖數據通過GIS云服務來為平臺提供地圖服務。

4.2 云服務客戶端

在云客戶端或服務客戶端有兩種解決方案，包括基于C++輕內核的CS客戶端（CCS），基于JS的瀏覽器客戶端（CBS）。客戶端數據都以網絡服務為主，支持各種GIS服務，支持WFS和WMS地圖服務等。相比傳統的CS客戶端，輕內核的CS客戶端有以下特點：

（1）集成BS和CS的技術架構特點，適合在采集、監控、制作平臺中業務化應用。

（2）從服務的角度，輕內核的CS客戶端即為計算機終端的GIS瀏覽器，體量輕便、安裝便捷、維護方便、穩定性強。

（3）結合CS技術特點，人工制圖、標 繪、數據分析、服務文件制作功能強大，人機交互良好。

（4）輕內核CS客戶端的數據和功能應用可采用網絡服務、本地數據兩種方式，可建立緩存數據，加快系統調用速度，并可在緊急情況下離線使用，確保系統便捷與穩定的雙目標，從而較好控制系統性能。

在本平臺中，采集、監控和制作平臺采用輕內核的CS客戶端（CCS），服務平臺采用瀏覽器客戶端（CBS），是基于WebGL的三維WebGIS客戶端。

5 應用場景

本平臺致力于運用氣象服務大數據，將其拓展至農業、環保、人保、國土、水利、消防、海洋、市政、水務、電力、燃氣、保險、交通、旅游、物流、航空、能源等社會全行業領域，定制個性化、精細化、網格化的氣象服務數據與衍生產品，為氣象防災減災、企業經營生產、行業提質增效提供氣象服務大數據助力。本平臺在行業應用場景下有如下特征：

（1）緊扣各類專業氣象服務的區域差異化特征，實際分析專業用戶實際需求，研發定制本地化的專業服務產品與服務手段，為行業用戶在防災減災和提質增效上做好氣象服務。

圖2 應用場景架構圖

（2）以專業氣象服務運營的方式開展工作，整合各方在數據、技術、市場、資金上的優勢，建立健全合作機制，以服務而非項目的方式開展，保證服務的延續性、服務質量的提升、服務領域的拓展，實現氣象服務走出去、服務好的訴求。

（3）充分融合和利用氣象私有云、政務公有云及跨行業信息資源，研發建設集海量數據的采集、監控、制作、服務于一體的大型信息化平臺，大幅提高專業氣象服務的數據處理性能、數據管理功能、業務服務效率。

（4）基于已有的專業氣象服務解決方案，面向當地農業、環保、電力、旅游、水文、消防、交通、林業、市政等行業領域，同步開展專業氣象服務技術的專項研究，建立本地化的服務模型庫、專家庫、指標庫，不斷提升行業服務水平。

6 結束語

智慧氣象服務云平臺是遵循經濟高質量發展、鄉鎮振興、美麗中國、藍天保衛戰、金融安全、健康中國、全域旅游等國家重大發展戰略的指導精神與實施原則，采用大數據、云計算、3S技術等技術路線建設的“云數一體”的信息化平臺。通過本平臺的設計與建設，將在一定程度上提升本地氣象部門的專業氣象服務能力，通過搭建服務渠道、完善服務內容、豐富服務手段，將進一步提升氣象部門的專業服務效能。