基于福建預警發布系統融合應用氣象災害綜合風險普查成果設計

摘 要：為進一步發揮氣象防災減災“第一道防線”作用，文章闡述了基于福建省突發事件預警信息發布系統，融合應用氣象災害綜合風險普查成果建設的總體架構、關鍵技術和功能設計與實現。利用國密算法設計氣象災害綜合風險普查成果數據信息接入流程、安全交互流程，結合基于空間插值算法的色斑渲染技術和多因子查詢、報表定制化技術，研發實現普查成果展示、查詢、報表輸出等功能，對氣象災害綜合風險普查數據在數字化、信息化應用推廣中起到借鑒作用。

關鍵詞：氣象災害；風險普查；預警發布系統；空間插值算法；國密算法

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）15-0109-05

Design of Fusion Application for Comprehensive Risk Survey Results of Meteorological Disasters Based on Fujian Emergency Warning and Publishing System

ZHENG Mingli， CHEN Zhijie， ZHAO Boting

（Fujian Early Warning Center， Fuzhou 350001， China）

Abstract： In order to further play the role of the“the first line of defense”of meteorological disaster prevention and mitigation， this paper expounds the overall architecture， key technology and functional design and realization of the construction of meteorological disaster comprehensive risk survey results based on the Fujian emergency early warning Information release system. It uses the secret algorithm to design meteorological disaster comprehensive risk survey results data information access process， security interaction process， combines with the color rendering technology based on spatial interpolation algorithm and multi-factor query and report customization technology， and the functions of survey results display， query， and report output are developed and realized， which plays a reference role in digital and information application promotion for the meteorological disaster comprehensive risk survey data.

Keywords： meteorological disaster; risk survey; early warning release system; spatial interpolation calculates; the secret algorithm

0 引 言

福建是全國自然災害最為嚴重的地區之一，災種多、分布廣、發生頻率高，臺風、暴雨等氣象災害嚴重。氣象災害綜合風險普查是國情、國力調查的重要內容，是提升氣象防災減災綜合實力的基礎性工作。第一次全國自然災害綜合風險普查于2020年至2022年開展，根據《全國氣象災害綜合風險普查實施方案（修訂版）》（中氣函〔2021〕90號）要求，福建省開展氣象災害綜合風險普查，目前已獲取了全面、細致、完整、規范和權威的暴雨、干旱、臺風、高溫、低溫、大風、冰雹、雪災、雷電9類氣象災害基礎數據資源[1-2]，按照“邊普查、邊應用、邊見效”的原則，普查成果的業務化應用是下一步亟須落地實施的一項重點工作，有助于摸清我省氣象災害風險隱患底數，客觀認識我省氣象災害風險水平，增強氣象災害風險預報預警和輔助決策管理能力。

福建省突發事件預警信息發布系統（下文簡稱：福建預警發布系統）是氣象部門牽頭建成的全省多部門集約化共享共用、個性化應用、屬地化服務的預警信息發布綜合服務平臺，用于自然災害、事故災難、公共衛生事件等突發事件預警信息和風險消息的發布、傳播、管理[3]。該系統匯聚多部門92類防災減災基礎數據“一張圖”輔助決策服務，現已提供我省45個部門1 857家單位發布各類預警信息，滿足緊急信息秒級發布、常規信息“分鐘級”送達，初步建立預警信息發布服務統一平臺、統一出口和預警信息全媒體傳播“一張網”?；诟＝A警發布系統的氣象災害綜合風險普查成果融合應用，利用系統的信息化、數字化建設，推廣應用我省氣象災害綜合風險普查成果，為各級政府有效開展氣象災害防治工作提供科學決策的依據，有助于提升政府部門應對氣象災害發生、發展過程中的應急管理治理能力。

1 總體架構

基于福建預警發布系統融合應用氣象災害綜合風險普查成果設計，其總體架構如圖1所示，闡述了氣象災害基礎數據資源融合應用于預警發布系統的總體建設方向和建設內容的主要構成以及各個構成部分之間的關系，主要構成分為支撐層、數據接口層、業務應用層、展示層[4]。

基于福建預警發布系統的氣象災害綜合風險普查成果融合應用支撐層涵蓋云計算、存儲、網絡、信息安全資源，本架構采用“云化（Iaas、PaaS、SaaS云化）+微服務（應用架構模式）+容器化（動態管理與調度）”模式進行開發部署管理，部署于福建省政務云計算平臺[5]。數據接口層利用數據信息接入標準化規范和信息安全加密傳播協議，研發各類致災因子、風險區劃圖等數據接口，實時獲取各類數據，存儲于福建預警發布系統輔助決策數據庫中，供上層調用。業務應用層設計研發數據可視化模塊、多維度查詢模塊、統計分析報表模塊，以暴雨、干旱、臺風、高溫、低溫、大風、冰雹、雪災、雷電9個單災種普查數據為主線，整合信息、分析制作致災因子特征圖、風險分布圖、風險區劃圖、危險性評價等精細化、客觀化的災害風險產品，研發數據管理、監控、查詢、統計和報表生成、導出、模板配置等功能。展示層利用色斑渲染繪制技術進行可視化展示，并通過圖文報表、文檔讀取、清單列表等方式進行多維查詢和統計結果分析。同時建立數據信息接入標準化對接接口用于采集福建省氣象災害風險普查管理系統的普查基礎數據和信息安全加密傳輸協議，確保數據安全傳輸。

2 關鍵技術

2.1 基于空間插值算法的色斑渲染技術

基于預警發布系統輔助決策GIS地圖，利用GIS區域自動識別與事件動態關聯技術，通過空間疊加提取隱患點、危險性指標、影響指標與風險指標等完成數據分析，快速獲取單次災害事件影響的土地、農田面積和人口等信息。通過地圖GIS技術實現普查數據可視化中關鍵一步是對離散危險性指標、致災因子等數據進行插值，GIS中常用的局部空間插值方法以反距離加權倒數空間插值法（IDW）為代表的確定性插值和基于地統計的克里金插值（OK）。反距離加權倒數空間插值法的主要思想是插值點越近賦予的權重越大，權重與距離成反比；克里金空間插值法主要針對無法用平滑數據函數進行模擬的不規則的空間連續變化屬性，即“區域性變量”，例如氣溫、氣壓等[6-7]。結合不同要素的特點，選擇使用克里金空間插值法，例如：獲取到的災害性天氣過程最大雨量、空間經緯度等數據通過關聯匹配關系生成待插值的數據集合，再通過調用基于Web前段技術的克里金空間插值算法，結合全省地域編碼、邊界范圍信息渲染生成全省屬地化的不規則空間連續變化的色斑圖，如圖2所示。

2.2 基于國密算法的數據處理技術

基于福建預警發布系統的氣象災害綜合風險普查成果融合應用采用國密算法設計了數據信息接入標準規范，增強信息數據安全加密傳輸，數據接口包括信息推送和回執請求接口。如圖3、圖4所示。

數據接口采用HTTPS通信協議，字符集編碼UTF-8，采用約定的簽名與加密算法進行通信加密。數據接入前，福建預警發布系統（即：接收方）會分配應用ID與應用密鑰給第三方系統（即：發起方）。加解密步驟如下。

2.2.1 發起方簽名加密

第一步：第三方系統根據分配的AppSecret，利用SM4算法對需要發布的信息結構體進行加密，即加密包=SM4（AppSecret，信息結構體）。

第二步：第三方系統將加密包、AppID、AppSecret、時間戳、隨機數按照先后順序依次拼接形成待簽名串，并通過SM3算法計算生成簽名值signature，即簽名值=SM3（加密包+AppID+AppSecret+時間戳+隨機數）。

第三步：第三方系統將AppID、隨機數、時間戳、簽名值放到請求頭header中，加密包置于請求包體中。

2.2.2 接收方驗簽解密

第一步：接收方從請求信息中獲取AppID、隨機數、時間戳、加密包、簽名值。

第二步：接收方將加密包、AppID、AppSecret 、時間戳、隨機數按照先后順序依次拼接形成待簽名串，結合簽名值通過SM3算法驗簽，即是否通過驗簽=SM3（待簽名串，簽名值）。

第三步：如驗簽通過，接收方解密數據包，解密數據=SM4（AppSecret ，加密包）。

3 功能設計與研發

3.1 氣象災害綜合風險普查數據可視化展示

氣象災害綜合風險普查數據可視化展示通過空間插值方法繪制色斑渲染地圖，實現多類氣象災害致災因子通過預警發布系統的輔助決策“一張圖”可視化展示[8]。利用圖層疊加技術通過圖層控制開關動態疊加展示，內容包括暴雨、干旱、臺風、高溫、低溫、大風、冰雹、雪災、雷電等各類致災因子的位置信息、危險性指數信息等，可按地域行政區劃和層級選擇，展示省、市、縣三級氣象災害綜合風險致災因子特征圖以及風險分布圖、區劃圖，如圖5所示。

3.1.1 致災因子特征圖

按照省、市、縣三級維度綜合展示臺風、暴雨、干旱、高溫、低溫、冰雹、雪災災種的致災因子特征圖。按照數據展示需求，通過餅圖、折線圖、柱狀圖等形式展示致災因子特征值?？梢来未蜷_不同的致災因子特征圖，能支持關閉上次打開的圖層。提供按照省、市、縣（區）三級維度的查詢組件，實現切換查詢屬地化的致災因子特征圖。

3.1.2 致災因子風險分布圖

按照省、市、縣三級維度綜合展示臺風、暴雨、高溫、低溫、大風、雷電、雪災災種的致災因子分布圖，采用克里金插值法對基礎數據進行致災因子風險分布圖數據生成，利用福建預警發布系統地圖服務進行數據疊加可視化，可依次打開不同的致災因子分布圖，能支持關閉上次打開的圖層，能支持雷達、云層、風場、熱力圖、氣象自動站、地災隱患點等模塊疊加展示。提供按照省、市、縣（區）三級維度的查詢組件，可實現切換查詢屬地化的致災因子風險分布圖。

3.1.3 致災因子區劃圖

按照省、市、縣三級維度綜合展示臺風、大風、冰雹，干旱、雪災、冰雹、高溫、低溫、暴雨、雷電災種的致災因子區劃圖?？梢来未蜷_不同的致災因子區劃圖，能支持關閉上次打開的圖層，能支持雷達、云層、風場、熱力圖、氣象自動站、地災隱患點等模塊疊加展示。提供省、市、縣（區）三級維度的查詢組件，實現切換查詢屬地化的致災因子危險性指數圖。

3.2 氣象災害綜合風險普查成果多維查詢

查詢功能是最常見且使用頻率最多的功能之一，普查數據覆蓋9個氣象災害類型，包含數據成果及圖件成果等海量內容，需提供多維的查詢方式來滿足不同的查詢需求。氣象災害綜合風險普查成果多維查詢，默認按省、市、縣系統賬號信息關聯，快速查詢多要素氣象災害綜合風險普查信息，多要素包括行政區域、災害類別、影響區域等，可多選或單選，實現多區域、多災害的全方位、多維度智能關聯查詢和普查成果信息圖表式展示，如圖6所示。

3.2.1 風險調查數據查詢

例如，查看臺風風險調查數據，可通過調查表類型、行政區劃、臺風編號、臺風名稱、起止日期作為查詢條件。查看干旱風險調查數據，可通過調查表類型、行政區劃、評估等級作為查詢條件。查看冰雹風險調查數據，可通過調查表類型、行政區劃、觀測站名、觀測站號、降雹日期、降雹起止時間、持續時間、最大冰雹直徑作為查詢條件。

3.2.2 格網數據查詢

例如，通過行政區劃作為查詢條件，可查看該區域的GDP、房屋、人口、三大農作物（水稻、玉米、小麥）數據。

3.3 氣象災害綜合風險普查數據統計分析報表

氣象災害綜合風險普查數據統計分析報表可實現普查數據統計分析、報表模板配置及導出功能[9-10]。建立分類別、分區域、分層級的統計報表，根據報表模板類型自動關聯，以圖表、文字形式生成文檔，統計結果以Word格式導出。報表樣式可依需個性化定制，如該地區的環境概況、經濟發展情況、承災體分析、主要氣象災害及影響、氣象災害的災情統計、風險評估方法、致災因子特征分析等，提高數據多元使用效率，為用戶決策提供依據，如圖7所示。

4 結 論

本文詳細闡述了基于福建預警發布系統融合應用氣象災害綜合風險普查成果的設計與研發過程，將福建省氣象災害綜合風險普查數據接入應用到福建預警發布系統的防災減災輔助決策一張圖”，清楚、直觀對9類氣象災害綜合風險普查成果進行展示、查詢、統計，較好地滿足省、市、縣三級使用福建預警發布系統的部門單位對于氣象災害風險普查成果的使用需求，依托福建預警發布系統在防災減災救災領域的廣泛應用，使氣象災害綜合風險普查成果數據獲得有效利用，在成果推廣應用和數據共享使用方面起到示范與推進作用。下一步，利用數字氣象示范建設的技術優勢，全面接入我省多部門、多災種的自然災害風險普查數據成果，完善分災種、分區域、分層級的自然災害綜合風險輔助決策“一張圖”，不斷提升我省防災減災應急管理的治理能力，助力新時代新福建建設高質量發展。

參考文獻：

[1] 王益民，牛紅洲，李信.黃河流域水利普查成果應用系統建設構想 [J].中國水利，2013（7）：38-39.

[2] 付萬，任學慧，張海靜，等.基于GIS的遼寧省氣象災害與保險風險管理系統 [J].遼寧師范大學學報：自然科學版，2008（3）：361-363.

[3] 張平.地理國情普查數據成果在“天地圖·吉林”旅游系統中的研究與應用 [J].礦山測量，2018，46（1）：53-56.

[4] 張春莉，孫路強，趙敏，等.地震速報與預警發布系統對接架構及其應用 [J].天津科技，2021，48（12）：61-63.

[5] 周燕明，朱莎.杭州市余杭區水利普查成果開發應用探討 [J].人民長江，2013，44（S1）：41-43.

[6] 張燦.海洋氣象漂流觀測儀資料應用系統的設計與實現 [D].南京：南京信息工程大學，2019.

[7] 張曉鳴.基于多源時空數據的輸電線路舞動分布及監測預警關鍵技術 [D].武漢：武漢大學，2020.

[8] 陳劍華.基于GIS的湖南省洪水風險圖成果應用系統的設計 [J].湖南水利水電，2021（4）：13-15+28.

[9] 張茜，孫少明，王楠楠，等.氣象歷史資料查詢與統計系統的設計與應用 [J].氣象水文海洋儀器，2022，39（2）：82-85.

[10] 李瑩，王國復.氣象災害風險管理系統設計與應用 [J].應用氣象學報，2022，33（5）：628-640.

作者簡介：鄭明莉（1996—），女，漢族，福建三明人，助工，本科，研究方向：氣象服務、預警傳播技術；陳治杰（1969—），男，漢族，福建福州人，副高，本科，研究方向：氣象服務、預警發布技術；趙伯聽（1984—），男，漢族，浙江溫州人，副高，碩士，研究方向：氣象服務、預警服務技術。