基于云服務(wù)和WebGIS的機(jī)場氣象服務(wù)設(shè)計(jì)

李爽

摘要：隨著社會向前發(fā)展，人們提出了實(shí)時需要?dú)庀蠓?wù)支持的需求。基于阿里云提供的氣象云服務(wù)來建立后端技術(shù)，基于WebGIS建立前端技術(shù)?；跉庀缶痔峁┑臄?shù)據(jù)支持，建立了云服務(wù)和WebGIS的機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)。這套服務(wù)系統(tǒng)能夠每隔30 s就提供氣象服務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時更新，并能把數(shù)據(jù)以直觀化的方式呈現(xiàn)出來?；谠品?wù)和WebGIS的機(jī)場氣象服務(wù)技術(shù)能充分應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)，提高系統(tǒng)建立的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：云服務(wù)；WebGIS；機(jī)場氣象服務(wù)；技術(shù)；系統(tǒng)

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2022）09-64-4

氣象影響航空服務(wù)，比如惡劣的氣象會影響航班，也會給航空飛行帶來各種風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)前除了航空部門需要接受專門的氣象服務(wù)以外，其他用戶也希望得到氣象服務(wù)。傳統(tǒng)的航空氣象服務(wù)是基于經(jīng)驗(yàn)對氣象進(jìn)行預(yù)測，這種預(yù)測的結(jié)果對經(jīng)驗(yàn)要求太高。本文將WebGIS作為前端技術(shù)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，將機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)在阿里云服務(wù)器上，由阿里云完成數(shù)據(jù)的云算。用戶可以根據(jù)需求，自己定位需要服務(wù)的地點(diǎn)，氣象部門將基于實(shí)況監(jiān)測站點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)提供實(shí)況、預(yù)報(bào)、預(yù)警服務(wù)。為了幫助用戶進(jìn)一步了解詳細(xì)的數(shù)據(jù)，用戶還可以在系統(tǒng)中根據(jù)自己的定位得到更加詳細(xì)的視音頻、圖像、圖文和文字等氣象信息。應(yīng)用了這樣的氣象服務(wù)技術(shù)，能夠滿足用戶高質(zhì)量、多樣化、實(shí)時化的服務(wù)需求。在傳統(tǒng)的機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)建立中，需要建立專門的分布式服務(wù)器來存儲數(shù)據(jù)信息并完成運(yùn)算，并要研發(fā)出專門的直觀化氣象數(shù)據(jù)呈現(xiàn)軟件。實(shí)際上，當(dāng)前阿里云已經(jīng)提供了氣象云服務(wù)器，WebGIS不僅允許用戶自由定位并呈現(xiàn)定位的信息，應(yīng)用現(xiàn)有的技術(shù)，還能讓機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)建立事半功倍，并呈現(xiàn)出更多的計(jì)算優(yōu)勢。

云服務(wù)，又稱云計(jì)算服務(wù)，它建立了一個專門存儲數(shù)據(jù)，允許以虛擬化數(shù)據(jù)庫的方式存在，讓負(fù)載均衡在網(wǎng)絡(luò)空間，然后提供分布式計(jì)算、并行計(jì)算和效用計(jì)算服務(wù)。云服務(wù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)發(fā)展到一定水平以后才能夠提供的服務(wù)。

云服務(wù)器的運(yùn)用特點(diǎn)是允許用戶把數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)布式計(jì)算機(jī)服務(wù)器上，然后接受云服務(wù)器商提供的計(jì)算服務(wù)。而云服務(wù)器商可以發(fā)揮高效運(yùn)作的分布式服務(wù)器優(yōu)勢為用戶提供服務(wù)，從而用戶能夠使自己上傳的數(shù)據(jù)得到保護(hù)，并使云服務(wù)器完成用戶指定的計(jì)算作業(yè)。當(dāng)前云服務(wù)分為公共云和私有云。公共云是為用戶提供的最基礎(chǔ)的服務(wù)，而私有云則是指服務(wù)器商接受企業(yè)的指定，專門開辟出空間，為企業(yè)用戶提供服務(wù)。機(jī)場氣象服務(wù)技術(shù)對運(yùn)算的要求高，需要存儲的數(shù)據(jù)量大，它需要服務(wù)器商專門的維護(hù)數(shù)據(jù)，本文選擇阿里云作為云服務(wù)器商，為氣象部門提供專門的氣象計(jì)算服務(wù)。

云服務(wù)的服務(wù)方式如下：提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，比如用戶把數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器空間，需要占據(jù)硬件空間；軟件即服務(wù)，用戶需要數(shù)據(jù)庫服務(wù)和計(jì)算服務(wù)，這都需要應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)；平臺即服務(wù)，服務(wù)器商需要對平臺進(jìn)行管理，比如服務(wù)器商需要做好數(shù)據(jù)安全保護(hù)，這就是一種平臺服務(wù)。

將機(jī)場氣象數(shù)據(jù)放到云服務(wù)器空間，能夠取得以下的服務(wù)效果：①減少服務(wù)器維護(hù)成本，氣象部門將氣象數(shù)據(jù)放到云服務(wù)器中，可以發(fā)揮云服務(wù)器商的特點(diǎn)，由云服務(wù)器商提供數(shù)據(jù)維護(hù)服務(wù)；②利于數(shù)據(jù)共享，在智慧化城市建設(shè)的背景下，城市要求各部門共享數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)放在云服務(wù)器中，利于數(shù)據(jù)共享；③提高計(jì)算的效率，云服務(wù)器商提供的計(jì)算服務(wù)是高效的，氣象部門可以發(fā)揮云服務(wù)器的計(jì)算優(yōu)勢。

WebGIS是把Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)得到的技術(shù)，這套超擎圖形系統(tǒng)能夠針對用戶的需求，快速地給出指定的地理信息。這套系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)為：它提供了全球化的客戶服務(wù)，即只要應(yīng)用了這套系統(tǒng)，任何一名用戶，就能夠接受系統(tǒng)提供的服務(wù)；它是交互的系統(tǒng)，即它不僅提供自動定位，并給出信息，而且還允許客戶指定定位，給出相應(yīng)的信息；它是分布式系統(tǒng)，即用戶在應(yīng)用這套系統(tǒng)時，不必把相關(guān)的圖形和數(shù)據(jù)信息都下載到硬盤空間中，它會提供分布式的服務(wù)器系統(tǒng)服務(wù)，只要用戶擁有網(wǎng)絡(luò)，就能接受提供的服務(wù)；它提供了跨越平臺的服務(wù)，人們不僅可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)平臺使用，而且可以通過平板電腦、智能手機(jī)等客戶端應(yīng)用這套系統(tǒng)；它允許在異構(gòu)環(huán)境下接受數(shù)據(jù)，提供了一套異構(gòu)的數(shù)據(jù)格式讀取、交換、訪問的標(biāo)準(zhǔn)，即使是異構(gòu)的環(huán)境也能使用這套系統(tǒng)；它是一套圖形化的超媒體信息系統(tǒng)，不僅可以提供數(shù)據(jù)信息，還可以提供二維、三維、視頻和音頻等信息，能反映的信息十分豐富。

將WebGIS應(yīng)用于機(jī)場氣象服務(wù)中，人們可以打開機(jī)場地圖，自由指定位置，獲取需要的氣象信息，實(shí)現(xiàn)所見即所得的數(shù)據(jù)讀取功能。

3.1MOS預(yù)報(bào)預(yù)測模型分析

為了提高機(jī)場要素預(yù)報(bào)精度，提高數(shù)值預(yù)報(bào)的質(zhì)量，人們提出了各種氣象預(yù)報(bào)的方法。當(dāng)前人們已經(jīng)提出了MOS預(yù)報(bào)的方法，這是一種支持向量機(jī)（SVM）的方法，這種預(yù)報(bào)方法的優(yōu)勢如下：它能針對小樣本進(jìn)行分析，對因子數(shù)量沒有限制，能夠合理地表述預(yù)報(bào)對象與因子之間的非線性關(guān)系，它在一些特殊的領(lǐng)域應(yīng)用比較有優(yōu)勢。當(dāng)前人們通過實(shí)踐證明其在航空氣象預(yù)報(bào)的應(yīng)用中不僅有著較高的預(yù)報(bào)正確率，并且能夠自動訂正數(shù)值預(yù)報(bào)的系統(tǒng)性誤差。結(jié)合這種需求建立模型如圖1所示，即氣象部門只需要實(shí)時采集因子庫中的數(shù)據(jù)，就能夠結(jié)合因子庫中的相對差，應(yīng)用訓(xùn)練樣本獨(dú)立地檢驗(yàn)樣本，然后得到相應(yīng)的預(yù)報(bào)模型（目前總計(jì)包含24個模型），最終得到氣象預(yù)測結(jié)果。

將采集的信息及回歸模型處理的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中呈現(xiàn)出來，結(jié)合氣象服務(wù)平臺的需求，建立四大功能模塊如圖2所示。

3.2服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣象服務(wù)平臺系統(tǒng)分為4層，表現(xiàn)層為與用戶交互的層，用戶在表現(xiàn)層中接受服務(wù)，基于用戶的需求，表現(xiàn)層能夠繼續(xù)拓展，提供多平臺的服務(wù)。

表現(xiàn)層包含的內(nèi)容為：Web服務(wù)頁面、App客戶端、微信公眾號小程序和Restful接口。

通信層：為收發(fā)通信數(shù)據(jù)信息的層，該層應(yīng)用了多種通信協(xié)議，滿足多元化的氣象服務(wù)通信服務(wù)需求，當(dāng)前它支持CDN，SLB，Netty，Socket，TCP/HTTP/HTTPS協(xié)議。

服務(wù)層：這是對業(yè)務(wù)進(jìn)行處理的層，它又分為監(jiān)控保護(hù)、治理配置、業(yè)務(wù)集群、數(shù)據(jù)和后端服務(wù)這4個模塊。監(jiān)控保護(hù)包含鏈路跟蹤Sleuth、集群監(jiān)控Turbine、容錯保護(hù)Hystrix；治理服務(wù)配置包含consul服務(wù)治理、Eureka服務(wù)治理、Clonfig配置管理；數(shù)據(jù)和后端服務(wù)包含消息總線、任務(wù)調(diào)度、大數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)流操作服務(wù)；業(yè)務(wù)集群則可根據(jù)需求將業(yè)務(wù)分類，本文的業(yè)務(wù)為機(jī)場氣象服務(wù)，根據(jù)需求可增加其他的業(yè)務(wù)服務(wù)。

數(shù)據(jù)層：建設(shè)在云服務(wù)器上，由云服務(wù)器商提供服務(wù)，數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)包含2種，即MySQL數(shù)據(jù)，存儲事務(wù)性數(shù)據(jù)以及關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)，如氣象站點(diǎn)、站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)等；HDFS，存儲氣象數(shù)據(jù)文件、圖片，如MICAPS4類氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、預(yù)警圖標(biāo)和地圖數(shù)據(jù)文件等。

為了使系統(tǒng)管理人員能夠應(yīng)用這4層提供的功能，管理人員將得到登錄認(rèn)證、權(quán)限認(rèn)證、數(shù)據(jù)認(rèn)證、會話治理、異常處理、事務(wù)處理、服務(wù)治理、緩存處理、日志記錄和集群服務(wù)的權(quán)限，這些權(quán)限能夠滿足管理人員的管理需求。

3.3前端技術(shù)應(yīng)用

前端技術(shù)應(yīng)用WebGIS技術(shù)能實(shí)時呈現(xiàn)及渲染地圖上的氣象信息，減少服務(wù)器資源的使用，避免出現(xiàn)服務(wù)效率低下和服務(wù)器不穩(wěn)定、地圖異常等問題。將這套前端技術(shù)與系統(tǒng)分離出來，能夠減少系統(tǒng)與前端技術(shù)的耦合性，系統(tǒng)維護(hù)成本降低，拓展性變強(qiáng)。當(dāng)前WebGIS技術(shù)能夠滿足系統(tǒng)定位及信息呈現(xiàn)要求，是機(jī)場氣象服務(wù)技術(shù)的重要支撐。

4.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)包含3個部分：第一部分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)由氣象局提供，包括自動站點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、格點(diǎn)文件、雷達(dá)數(shù)據(jù)、強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；第二部分為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它由WebGIS技術(shù)提供前端技術(shù)支持，該系統(tǒng)將氣象局提供的數(shù)據(jù)與WebGIS技術(shù)對接，人們可以結(jié)合自己的需求，定位地點(diǎn)，然后得到短臨雷達(dá)估測降水、中期模式預(yù)報(bào)、實(shí)況格點(diǎn)產(chǎn)品和地圖數(shù)據(jù)處理服務(wù)；第三部分為云服務(wù)系統(tǒng)，為阿里云服務(wù)系統(tǒng)提供支持，它提供云服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)，包含API接口服務(wù)、云上數(shù)據(jù)操作服務(wù)。

4.2數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

阿里云已經(jīng)與中國氣象局簽訂了合作服務(wù)條約，成立了氣象云，專門為氣象局建立了氣象數(shù)據(jù)存儲功能池，它提供的功能如表1所示，應(yīng)用了SSD云盤服務(wù)，這一服務(wù)能夠滿足機(jī)場氣象部門的計(jì)算服務(wù)要求。

數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能如MOS預(yù)報(bào)預(yù)測模型，云服務(wù)器商將接受氣象局制訂的模型來實(shí)時運(yùn)算，并提供數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)每隔30 min更新一次數(shù)據(jù)信息，提供最實(shí)時的氣象服務(wù)，數(shù)據(jù)共享流程如下：開始→數(shù)據(jù)分析→發(fā)類列表→判斷數(shù)據(jù)更新時間（1 min）→給出歷史數(shù)據(jù)→判斷數(shù)據(jù)更新時間（30 min）共享數(shù)據(jù)列表→結(jié)束。

4.3云服務(wù)的服務(wù)

云服務(wù)器提供的服務(wù)即表現(xiàn)層得到的服務(wù)。這是手機(jī)App服務(wù)器提供的服務(wù)，結(jié)合設(shè)計(jì)，用戶可以從多種途徑獲得服務(wù)。比如用戶能夠從計(jì)算機(jī)登陸相關(guān)網(wǎng)頁得到相應(yīng)的服務(wù)、可以應(yīng)用手機(jī)App下載客戶端得到服務(wù)?？梢詮奈⑿殴娞柖ㄖ茖ｉT的服務(wù)，還可以根據(jù)需求，應(yīng)用Restful接口來接入服務(wù)。

依照氣象服務(wù)項(xiàng)目網(wǎng)格設(shè)計(jì)，人們?nèi)我舛x一點(diǎn)，機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)就能通過自動運(yùn)算，計(jì)算現(xiàn)在所落入的網(wǎng)格位置，然后將提供該網(wǎng)格位置的所有氣象信息，包含所在位置地圖的顯示、各種數(shù)據(jù)信息及圖形信息。人們可以直觀地了解各種數(shù)據(jù)信息，并聽取專業(yè)的服務(wù)建議。

本文在機(jī)場用戶氣象數(shù)據(jù)需求的基礎(chǔ)上分析了運(yùn)算模型和需要的服務(wù)模型。然后針對信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用阿里云提供的氣象云計(jì)算服務(wù)作為后端技術(shù)，把WebGIS技術(shù)作為前端技術(shù)，然后建立系統(tǒng)，實(shí)時采集氣象局提供的數(shù)據(jù)，為用戶建立一套機(jī)場用戶氣象數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，這套服務(wù)系統(tǒng)表達(dá)直觀、平臺運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)的成本低，本文技術(shù)的應(yīng)用充分滿足了機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)建立的需求。

在社會向前發(fā)展的前提下，人們已經(jīng)開發(fā)了WebGIS及阿里云氣象服務(wù)云平臺。充分應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建立機(jī)場用戶氣象數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，可以發(fā)揮大型的、綜合的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，并且能使系統(tǒng)的技術(shù)與技術(shù)耦合度降低，從而提高系統(tǒng)建立的靈活性，提高系統(tǒng)維護(hù)的質(zhì)量。充分地了解當(dāng)前的氣象相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合需求應(yīng)用這種技術(shù)，是機(jī)場氣象服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的可行思路，經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)揮出很多優(yōu)勢，能提高氣象服務(wù)系統(tǒng)建立的質(zhì)量。

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