基于信創(chuàng)要求的云南省人工影響天氣物聯(lián)網管理平臺設計

摘 要：隨著現(xiàn)代氣象科技的不斷發(fā)展，人工影響天氣作業(yè)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(tǒng)的信創(chuàng)與國產化設計進行了深入探討。綜合采用安全策略，從系統(tǒng)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(lián)網管理平臺的信創(chuàng)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(chuàng)要求；人工影響天氣；物聯(lián)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(xiàn)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(tài)建設、農業(yè)增產等領域中起到了關鍵作用，還是經濟社會可持續(xù)發(fā)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(qū)域，在人工影響天氣彈藥裝備管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)硬件的舊化、網絡通信的不穩(wěn)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(tǒng)的升級設計、管理流程的優(yōu)化及技術手段的創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)適配需求

棱鏡門事件后，我國發(fā)布了一系列自主創(chuàng)新的要求。2016年7月，《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)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(yè)的‘命門’所在。”按中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)《關于實施黨政機關電子公文系統(tǒng)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(chuàng)產品（大部分區(qū)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(fā)的《關于推進人工影響天氣工作高質量發(fā)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(yè)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(lián)網的整體規(guī)劃工作，旨在確保物聯(lián)網的安全性及數據的準確性。

1.3 安全應用需求

在現(xiàn)代社會中，各種網絡計算機及系統(tǒng)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(tǒng)的安全性成為中心面臨的關鍵挑戰(zhàn)。進一步提高人工影響天氣彈藥物聯(lián)網的安全性，不僅要解決技術層面的問題，還需保障系統(tǒng)與實際操作之間的連接與交互性。

1.4 安全監(jiān)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(yè)成功開展。

1.5 業(yè)務驅動需求

云南省人工影響天氣物聯(lián)網系統(tǒng)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(yè)需求，中心需要對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行全面的升級和優(yōu)化，確保其穩(wěn)定性、功能性和可用性。

1.6 統(tǒng)籌集約需求

面對眾多運行的業(yè)務系統(tǒng)，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(tǒng)架構的升級和優(yōu)化，通過整合資源，提高系統(tǒng)的高效性、集約性，并滿足大數據云平臺的發(fā)展要求。

1.7 規(guī)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(tǒng)一的問題，中心應提供一套可視化的業(yè)務流程建模工具，輔助進行業(yè)務流程的梳理和優(yōu)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(tǒng)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(tǒng)構建的合理性與持續(xù)性。

第一，基于中國氣象局氣象大數據云平臺建設規(guī)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(wěn)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(tǒng)設計方面，將緊隨當前技術發(fā)展的步伐，選擇最合適的技術體系。系統(tǒng)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(tǒng)采用微服務架構進行設計，分離前后端，從而實現(xiàn)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(fā)，采用MYB-ATIS-PLUS實現(xiàn)數據的增、刪、改、查等操作，易于數據源切換實現(xiàn)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(yōu)勢顯而易見。微服務架構可擴展性顯著。當業(yè)務需求發(fā)生變化時，微服務架構可以輕松調整微服務節(jié)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(xiàn)問題，僅需對該服務進行修復，不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)將以Web、GIS等技術為基礎，其應用系統(tǒng)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(tǒng)）提供，并受其統(tǒng)一管理。同時，其生產的數據將納入氣象大數據云平臺統(tǒng)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(tǒng)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(huán)節(jié)

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(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為關鍵。為確保系統(tǒng)的有效性與合規(guī)性，其設計與實現(xiàn)均參考《物聯(lián)網技術在人工影響天氣業(yè)務中的應用》相關規(guī)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(tǒng)所開放的接口，可以實時上傳與更新人影彈藥在各個環(huán)節(jié)中的信息。這些環(huán)節(jié)包括但不限于人工影響天氣彈藥的采購、入庫、轉運、作業(yè)以及故障信息的記錄。其中，需要特別關注彈藥入庫環(huán)節(jié)，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(tǒng)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(zhí)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(yè)站點消耗的全過程。具體來說，其主要環(huán)節(jié)如圖1所示：

2.3 信創(chuàng)適配及國產化設計

基于信息技術創(chuàng)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(tǒng)國產化安全，進行了相應的信創(chuàng)適配，完全支持國產化軟硬件環(huán)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(tǒng)，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(xiàn)自主可控要求。

3 系統(tǒng)技術方案

3.1 總體架構設計

云南省人工影響天氣物聯(lián)網管理平臺的業(yè)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(yè)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(tǒng)整體建設的統(tǒng)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(tǒng)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(yè)務應用系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定運行。

業(yè)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(yè)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(yè)務人員，他們主要通過電腦和手持終端訪問系統(tǒng)，執(zhí)行各項業(yè)務操作。

安全保障體系：系統(tǒng)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(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)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(tǒng)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(jiān)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(xiàn)與省級的連接。他們主要以Web訪問的方式，實現(xiàn)對作業(yè)點裝備狀態(tài)、倉庫、人工影響天氣彈藥的監(jiān)測和管理，同時保證數據能夠實時同步至國家級系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)功能設計

針對云南省人工影響天氣作業(yè)的需求，系統(tǒng)功能設計的核心是用戶中心化，確保能實時監(jiān)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(yè)務系統(tǒng)進行無縫對接。

3.3.1 “天擎”系統(tǒng)融入改造

以“天擎”系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)務系統(tǒng)為“端”的“云+端”氣象業(yè)務技術體系，提供“數據、算力、算法”三統(tǒng)一的平臺化服務，是氣象業(yè)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(tǒng)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(yè)務算法、業(yè)務產品和業(yè)務應用。本次云南省人工影響天氣物聯(lián)網管理平臺建設，包括軟件功能升級與新功能研發(fā)均統(tǒng)一納入“天擎”系統(tǒng)進行管理，從數據流程、采集、存儲、產品加工、前端應用到業(yè)務監(jiān)控改造，各方面都進行深度的融合設計，以保證在業(yè)務應用中的高效性和穩(wěn)定性[6]。

3.3.2 軟件升級策略

Web端：基于當前系統(tǒng)存在的問題以及實際業(yè)務需求，對倉儲管理、查詢統(tǒng)計、系統(tǒng)管理等核心模塊進行系統(tǒng)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(yè)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(yōu)化升級，提高系統(tǒng)的實時反饋和數據采集能力。

3.3.3 新功能研發(fā)與實現(xiàn)

Web端：為解決現(xiàn)有的人工影響天氣物聯(lián)網管理系統(tǒng)中的缺陷和未滿足的業(yè)務需求，對系統(tǒng)進行新增功能設計與開發(fā)。這包括但不限于計劃管理、采購管理、作業(yè)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(tǒng)的無縫對接。

終端APP：在現(xiàn)有的業(yè)務版本的基礎上，研發(fā)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(yè)信息查看與上報、統(tǒng)計分析等，以滿足日益增長的業(yè)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(yè)指揮平臺物聯(lián)網管理系統(tǒng)的信創(chuàng)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(tǒng)網絡安全和部署策略，發(fā)現(xiàn)在此類特定應用的背景下，數據安全的重要性和實現(xiàn)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(tǒng)部署策略的設計充分考慮了資源的合理利用和系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定性和應急響應能力提供了支撐。

參考文獻

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