基于信創要求的云南省人工影響天氣物聯網管理平臺設計

摘 要：隨著現代氣象科技的不斷發展，人工影響天氣作業成為氣象防災減災的重要措施。基于云南省氣象大數據云平臺，對彈藥裝備管理系統的信創與國產化設計進行了深入探討。綜合采用安全策略，從系統網絡安全到部署策略進行全方位的安全性評估與應用設計，為人工影響天氣裝備彈藥物聯網管理平臺的信創及國產化設計提供相應的指導策略，確保數據在傳輸、存儲和處理過程中的完整性、可靠性和保密性。

關鍵詞：信創要求；人工影響天氣；物聯網

中圖分類號：P48 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

在我國現代化建設進程中，人工影響天氣作為一項關乎國計民生的重要技術，不僅在防災減災、生態建設、農業增產等領域中起到了關鍵作用，還是經濟社會可持續發展的有力保障[1]。云南省作為我國的重要人工影響天氣實踐區域，在人工影響天氣彈藥裝備管理系統的建設和運行經驗方面為全國提供了寶貴的實踐資料[2-3]。該系統已給云南省帶來顯著的經濟效益和社會效益，但其存在的問題和不足也不容忽視，如系統硬件的舊化、網絡通信的不穩定性、手持終端操作的復雜性等問題，均對人工影響天氣的安全生產造成了潛在風險。為了更加精準、高效、安全地開展人工影響天氣工作，系統的升級設計、管理流程的優化及技術手段的創新顯得尤為重要。通過深入分析當前存在的需求問題，并在此基礎上提出相關信創應用和國產化設計方案，從而為人工影響天氣的安全生產提供有力保障。

1 項目需求

1.1 信創適配需求

棱鏡門事件后，我國發布了一系列自主創新的要求。2016年7月，《國家信息化發展戰略綱要》提到打造國際先進、安全可控的核心技術體系；2018年4月，習近平總書記在湖北考察時指出：“具有自主知識產權的核心技術，是企業的‘命門’所在。”按中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于實施黨政機關電子公文系統安全可靠應用全面替代的意見》的通知要求，在2020—2022年，黨政機關單位要將辦公信息設備全部替換為信創產品（大部分區域以2020年30%、2021年50%、2022年20%進度推進）。

1.2 政策文件需求

根據國務院辦公廳印發的《關于推進人工影響天氣工作高質量發展的意見》的指引，云南省人工影響天氣中心（以下簡稱中心）對人工影響天氣作業的全流程，特別是關于人工影響天氣彈藥裝備的質量管控的要求日趨嚴格[4]。對此，中心需重視人工影響天氣物聯網的整體規劃工作，旨在確保物聯網的安全性及數據的準確性。

1.3 安全應用需求

在現代社會中，各種網絡計算機及系統已被廣泛使用，中心在其日常工作中對此也存在依賴性。因此，如何提高這些系統的安全性成為中心面臨的關鍵挑戰。進一步提高人工影響天氣彈藥物聯網的安全性，不僅要解決技術層面的問題，還需保障系統與實際操作之間的連接與交互性。

1.4 安全監管需求

人工影響天氣在氣象防災減災工作中的重要性，因此對其中的人工影響天氣彈藥和裝備的管理顯得尤為關鍵。中心需要配備一個更加精確、及時的預警提醒功能，保護人工影響天氣彈藥和裝備的安全，促進作業成功開展。

1.5 業務驅動需求

云南省人工影響天氣物聯網系統已經取得了一定的進展，但在實際操作中仍存在一些問題。為了滿足實際作業需求，中心需要對現有的系統進行全面的升級和優化，確保其穩定性、功能性和可用性。

1.6 統籌集約需求

面對眾多運行的業務系統，云南省人工影響天氣中心應解決資源超負荷運行的問題。根據相關的要求，中心需進行系統架構的升級和優化，通過整合資源，提高系統的高效性、集約性，并滿足大數據云平臺的發展要求。

1.7 規范流程需求

針對云南省人工影響天氣安全管理的多樣性和不統一的問題，中心應提供一套可視化的業務流程建模工具，輔助進行業務流程的梳理和優化。同時，為滿足各級管理的需求，該工具還需具備流程快速配置功能，確保流程的準確性和高效性。

2 系統總體設計

2.1 項目技術路線

對本項目將采用一系列先進的技術手段，確保系統構建的合理性與持續性。

第一，基于中國氣象局氣象大數據云平臺建設規范，數據傳輸與入庫將得以有效實施。這不僅能確保數據傳輸的穩定性與安全性，還使得數據的管理與使用更加便捷。在軟件系統設計方面，將緊隨當前技術發展的步伐，選擇最合適的技術體系。系統整體上基于氣象大數據云平臺的框架進行升級，利用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式，以JAVA技術為核心（包括JSP、EJB、SERVLET等），輔以XML和HTTPS，確保WEB SERVICES平臺的跨平臺能力。

第二，系統采用微服務架構進行設計，分離前后端，從而實現解耦。具體而言，前端技術將基于JAVASCRIPT語言，采用如VUE、BOOTSTRAP、LAYUI、ELEMENTUI等流行框架；而后端則基于JAVA語言，選擇SPRINGCLOUD微服務架構進行開發，采用MYB-ATIS-PLUS實現數據的增、刪、改、查等操作，易于數據源切換實現程序可擴展性；同時，采用JSON數據格式等方式與前端結合，達到數據信息可視化展示效果。微服務架構的優勢顯而易見。微服務架構可擴展性顯著。當業務需求發生變化時，微服務架構可以輕松調整微服務節點來滿足新的需求。微服務架構的容錯性較高。一旦某一服務出現問題，僅需對該服務進行修復，不影響整個系統的穩定運行。同時，微服務架構的技術選型具有靈活性特點，每個服務都可以根據其功能需求選擇最合適的技術棧。由于每個微服務都具有明確的功能界定，其運維效率更為出色。系統將以Web、GIS等技術為基礎，其應用系統可以直接在氣象大數據云平臺上運行。所有的硬件資源如云數據庫資源、專題數據庫資源及算力資源，都由氣象大數據云平臺（“天擎”系統）提供，并受其統一管理。同時，其生產的數據將納入氣象大數據云平臺統一存儲、管理；各種算法也會在氣象大數據云平臺算法庫中注冊，使其能夠統一調度運行。此外，中間件軟件如數據庫及計算框架、消息服務、緩存服務、GIS服務等，都將使用氣象大數據云平臺所提供的平臺服務。

2.2 總體流程與環節

針對國家級人工影響天氣裝備彈藥的管理，一個嚴謹的實時采集監控系統顯得尤為關鍵。為確保系統的有效性與合規性，其設計與實現均參考《物聯網技術在人工影響天氣業務中的應用》相關規范[5]。對此，確保數據傳輸格式的標準化至關重要。通過國家級系統所開放的接口，可以實時上傳與更新人影彈藥在各個環節中的信息。這些環節包括但不限于人工影響天氣彈藥的采購、入庫、轉運、作業以及故障信息的記錄。其中，需要特別關注彈藥入庫環節，由于人工影響天氣彈藥的特殊性，每次收貨入庫前，必須通過驗收系統開放的接口對人工影響天氣彈藥的有效性進行校驗。當人工影響天氣彈藥經過有效的驗收并確認合格后，才允許執行其入庫操作。在人工影響天氣彈藥的整個生命周期中，涵蓋從廠家生產到作業站點消耗的全過程。具體來說，其主要環節如圖1所示：

2.3 信創適配及國產化設計

基于信息技術創新應用與國產化要求，本項目平臺建設除利用舊產品外，新采購的產品盡可能地使用國產品牌，以保證設備本身的安全性。除了國產品牌的安全設備，還要同步設計國產化安全解決方案。本項目研究針對系統國產化安全，進行了相應的信創適配，完全支持國產化軟硬件環境。平臺部署硬件使用云南氣象大數據云平臺的資源，本項目采用分布式存儲服務器和分布式文件系統，滿足服務器性能好、存儲容量大、可擴展性強及可靠性高等要求，實現自主可控要求。

3 系統技術方案

3.1 總體架構設計

云南省人工影響天氣物聯網管理平臺的業務模型從下向上可以分為基礎設施層、數據采集層、信息資源層、業務應用層和用戶層五大層次，同時，這五大層次的建設又是以安全保障體系和運維保障體系為依托，從而保證平臺系統整體建設的統一性、標準性和安全性。平臺總體架構具體設計如下：

基礎設施層：此層主要包括氣象大數據云平臺提供的各類服務。

數據采集層：此層著重于數據的實時采集和上報。利用前期建設的手持終端及各種感應技術，此層負責采集人工影響天氣彈藥裝備數據并將其實時上傳至系統服務器。

信息資源層：基于云南省氣象大數據云平臺，此層涉及數據存儲、計算、處理和產品生成，為業務應用系統提供強大的后端支持，確保信息資源得到高效利用，保持系統穩定運行。

業務應用層：此層聚焦于天擎的融合改造，同時包括功能升級和新增功能設計，以滿足業務的實際需求。

用戶層：此層的核心是云南省各級人工影響天氣單位的管理及業務人員，他們主要通過電腦和手持終端訪問系統，執行各項業務操作。

安全保障體系：系統的安全性至關重要，該體系提供從網絡到存儲，再到應用軟件的全方位安全保障措施。

運維保障體系：為確保系統的持續、穩定運行，此體系提供了包括硬件維護、軟件更新等運維服務。

3.2 網絡拓撲設計

系統的網絡結構以省級為核心，圍繞省級的大數據云平臺服務器、防火墻等硬件資源展開，確保實時監測和管理人工影響天氣彈藥的流轉流向。在地方，各市、縣通過氣象專網實現與省級的連接。他們主要以Web訪問的方式，實現對作業點裝備狀態、倉庫、人工影響天氣彈藥的監測和管理，同時保證數據能夠實時同步至國家級系統。

3.3 系統功能設計

針對云南省人工影響天氣作業的需求，系統功能設計的核心是用戶中心化，確保能實時監控從人工影響天氣彈藥采購到回收、裝備申請到報廢的全過程，并與多個業務系統進行無縫對接。

3.3.1 “天擎”系統融入改造

以“天擎”系統作為本項目的技術支撐，對原有的云南省人工影響天氣彈藥裝備管理系統進行技術架構的調整與融入。天擎構建了以氣象大數據云平臺為“云”、氣象業務系統為“端”的“云+端”氣象業務技術體系，提供“數據、算力、算法”三統一的平臺化服務，是氣象業務技術體制重點改革任務中建設的關鍵共性基礎平臺。“天擎”系統具備海量數據存儲和在線加工能力，在數據、算力等方面可支撐應用云化融入，能夠不斷融入業務算法、業務產品和業務應用。本次云南省人工影響天氣物聯網管理平臺建設，包括軟件功能升級與新功能研發均統一納入“天擎”系統進行管理，從數據流程、采集、存儲、產品加工、前端應用到業務監控改造，各方面都進行深度的融合設計，以保證在業務應用中的高效性和穩定性[6]。

3.3.2 軟件升級策略

Web端：基于當前系統存在的問題以及實際業務需求，對倉儲管理、查詢統計、系統管理等核心模塊進行系統性重構與升級，確保更好地滿足各單位的管理需求。

終端APP：針對作業站點的手持掃碼終端設備及使用人員的需求，對終端APP的功能和性能進行優化升級，提高系統的實時反饋和數據采集能力。

3.3.3 新功能研發與實現

Web端：為解決現有的人工影響天氣物聯網管理系統中的缺陷和未滿足的業務需求，對系統進行新增功能設計與開發。這包括但不限于計劃管理、采購管理、作業管理、車輛管理、裝備管理、通信設備管理、終端管理、基礎配置、信息管理，以及與其他相關系統的無縫對接。

終端APP：在現有的業務版本的基礎上，研發終端APP的管理版本。新增功能如人工影響天氣彈藥出入庫、人工影響天氣彈藥流轉異常處理、作業信息查看與上報、統計分析等，以滿足日益增長的業務需求。

4 結束語

人工影響天氣的操作對精確、及時的數據交換和安全管理尤為關鍵，尤其在涉及人影彈藥裝備的數據處理時。因此，對云南省人工影響天氣作業指揮平臺物聯網管理系統的信創與國產化設計進行深入探討，并研究其數據交換的安全性。通過細致地剖析系統網絡安全和部署策略，發現在此類特定應用的背景下，數據安全的重要性和實現方式不僅要保證物理硬件的安全，還需確保數據在交換、存儲和處理過程中的完整性和保密性。系統部署策略的設計充分考慮了資源的合理利用和系統效率，保障了人工影響天氣彈藥裝備數據的快速、安全交互。同時，良好的硬件配置和部署位置也為系統穩定性和應急響應能力提供了支撐。

參考文獻

[1] 羅俊頡，賀文彬，李宏宇.人工影響天氣專用裝備物聯網關鍵技術研究與應用[J].氣象，2019，45（6）：877-885.

[2] 鮑向東，丁建芳，郭獻林，等.河南省人工影響天氣一體化智能業務系統設計思路[J].氣象與環境科學，2019，42（2）：115-123.

[3] 李偉，孫許浩，穆建華，等.寧夏人工影響天氣裝備彈藥物聯網管理系統設計[J].寧夏工程技術，2020，19（2）：144-148.

[4] 羅俊頡，賀文彬，李延成，等.安全射界技術在人工影響天氣對空作業中的應用[J].氣象科技，2019，47（2）：355-360.

[5] 張小培，李宏宇.物聯網技術在人工影響天氣業務中的應用[J].氣象科技進展，2019，9（6）：100-103.

[6] 馮宏芳，李丹，廖燕珍，等.基于3D GIS的福建省人工影響天氣指揮系統設計與應用[J].干旱氣象，2019，37（4）：683-691.