气象业务综合平台设计研究

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摘要：为满足气象监测、预报、服务等多方面气象业务需求，需建设全面支撑的一体化气象业务平台。石嘴山市气象业务综合平台构建了立体气象监测网，融合多种监测资料，结合GIS技术实时展示和处理气象信息，实现了气象实时监测到服务产品一体化生成，简化了气象服务流程，提高了气象预警时效，有效提升了石嘴山市气象服务的工作效率和服务效果。

关键词：地理信息；业务一体化；数据可视化；气象服务；气象预警

在气象服务过程中，气象监测、预报、预警、服务各类气象业务软件独立、分散，各系统之间气象资料生成和制作依赖人工转化，存在监测不够精密，预警时效低，服务材料编辑制作繁琐等诸多问题，满足气象监测、预报预警、决策服务的业务需求，需要建设一套全面支撑的气象一体化平台。实现气象信息的集约处理和实时应用。石嘴山市气象业务平台是以宁夏气象局建立的省级数据库为核心[1]，利用地理信息空间技术，结合石嘴山市生态环境、应急管理以及农业电力等民生需求建立的一体化气象业务平台。做到实时监测气象信息、自动化生成预报产品、及时发布预警、决策材料等功能，面向石嘴山市各重点领域，提供各类气象服务。

1总体设计

石嘴山气象业务综合平台整体设计遵循气象“一张图”模式，通过充分整合全市基础地理信息、气象监测站点、环境监测站点、电力站点、交通局路网、气象视频监控等信息数据，为气象信息日常监测提供了可视化平台；开发日常实况监测、天气预报、天气预警、气象决策、专业气象服务、应急响应、气象资料检索等七大模块，实现雷达图、云图、温度、湿度、风速风力、气压、降水以及能见度等气象要素的综合监测和超阈值报警，可查询和统计任意时段、任意气象要素，并生成可分级显示的气象要素落区图、统计图表，有针对性地研发了专业气象服务产品，方便不同用户调阅相关气象信息。

1.1数据库设计

业务平台基于省级气象基础数据、业务产品、服务产品三大数据库，整合石嘴山市气象局地理信息和其他相关部门数据资源信息。采用关系型数据库和HDFS分布式系统分别存储结构化和非结构化数据[2]，提高计算资源、存储资源的利用效率。数据库表结构命名与全国综合气象信息共享平台（CI-MISS）保持一致，保证气象数据、服务标准的统一性，同时做到对省级数据库备份和补充[3]。

1.2平台的技术选型

开发模式采用前端、后端、地图端三端分离的模式[4]，前后端利用Vue+SpringBoot框架,地图端使用SuperMapiServer9D服务式的GIS平台,用Apacheweb服务器，Orecle作为数据库,采用Java语言,并使用HTML+CSS+JS作为前端开发的辅助语言工具。利用此组合框架可以前端、后端、地图端三段开发独立并同时进行,可以提升开发效率,系统运行稳定性也得到保障。

1.3网络部署方式

业务平台涉及大量信息交互传输、共享服务，包括石嘴山气象局与自治区气象局的业务网络，石嘴山气象局与服务部门的政务外网，服务社会公众的互联网，以及各类监测站的网络连接。各类气象监测站点通过移动通信或有线方式接入省级网络中，市级业务平台部署在市级局域网上，通过气象专网进行数据交换。市级网络通过防火墙接入石嘴山市电子政务外网，通过端口映射，使石嘴山市其他部门可以通过政务网访问业务平台。各类服务产品通过省级互联网统一出口向公众发布。网络部署图如图2：图2市级综合业务平台网络架构图

2关键技术

2.1风场模拟演示

基于实况监测的风速、风向数据，以GIS为基础结合echarts图形库，将格点数据与风场图库相结合，将风速、风向值动态写入，最终按照时间序列在图上模拟风场的变化，在地形图上形成石嘴山区域的风场模拟。

2.2平台业务文件模板化技术

提供智能网格天气预报和专业预报参数接口，通过播音词、一周天气预报、近期天气预报、报社天气预报、交通音乐台天气预报等常规服务材料文件模板样式，快速生成文件。

2.3气象数据统计

提供气象统计学算法，明确任意时段气象要素平均值、最大值、最小值、累计值等计算方法，以及与历史同期值（近10年、近20年、近30年）的对比分析等。

2.4落区图生成

依据格点数据服务获取离散点坐标和气象要素实况监测值，结合GIS单值专题图，以及符合气象行业标准的12小时和24小时标准颜色配置，利用supermap9D自带的简单克里金插值分析算法[5-6]进行内插和外推，对未知网格点进行最优估计,从而形成气象要素落区图。克里金（Kriging）法为地统计学上一种空间数据内插处理方法，主要的目的是利用各数据点间变异数（variance）的大小来推求某一未知点与各已知点的权重关系，再由各数据点的值和其与未知点的权重关系推求未知点的值。

3系统实现

系统软件架构采用面向服务SOA的软件架构。系统应用的集成开发环境采用Apache+Orecle+SpringBoot+Vue+SuperMapiServer[7]的组合框架。系统主要功能如下：

3.1实况监测

基于宁夏气象数据库数据接口，接入各类气象信息，能够对气象实时数据的进行监测，可通过地图切换查看监测站、云图、雷达、格点等实时气象信息和24小时动态图，也可自定义查看最近24小时内某个时间点的气象数据，当出现最新的气象灾害预警信息时，自动出现报警信息，点击可链接至详情页。

3.2气象预报

以宁夏气象局数据库中智能网格预报和专业预报为基础，根据不同业务需求，按照不同的产品模版制作相应气象预报产品，并且实现指定产品发布到指定地方。也可根据业务需求制作文档模板。一键式快速生成各类气象预报材料，大大提高了预报材料的制作效率。

3.3天气预警

主要包括灾害性天气预警，以及山洪、地质、城市内涝、重污染天气、森林火险等各类气象风险预警。该平台可实现上述预警通知单（或签批单）的一键生成，并将国家突发预警信息发布系统、手机短信、传真、12121自动答询电话、电子邮件等发布方式进行集约，方便开展预警服务。

3.4气象决策

业务人员可根据需求制作汇报材料模板，定期生成各类专题气象材料，实现自动制作和快速编辑等功能，为生态环境、应急管理等不同部门开展决策气象服务提供技术支撑。

3.5专业气象服务

主要包括环保、电力、交通等三个专业气象服务专题，可通过手机微信公众号获取基于位置的天气实况、精细化预报、空气质量预报等信息。图5专业气象服务监测平台.

3.6应急响应

通过自动监测实况和预报数据，达到应急启动、升级、降级、解除标准则自动生成相应的应急命令，提醒应急值班员进行处置。应急信息启动功能可以根据气象格点预报数据及监测数据，判断应急当前应急响应级别，并自动生成响应的应急信息发布信息，推送给业务人员审核。

4平台应用效果

4.1提高服务材料制作和发布效率

平台在气象业务运行过程中取得良好效果，近2年的试运行，累计制作电视天气预报播音词800份，一周天气预报120余份，近期天气预报近800份，发布交通音乐台天气预报2000余份，编发手机短信20000余条。各类预报服务产品实现了自动发布效率提高了20%~40%。

4.2提高预警发布时效

发生灾害性天气时，平台能及时生成各类气象风险预警产品，并实现与水务、自然资源、住建等部门的网上快速联合会签，提高了预警发布时效，为防灾减灾的前期准备提供了充足时间。

4.3在重大活动气象保障发挥重要作用

基于位置的实况监测信息显示和阈值报警功能，为石嘴山市各类重大社会活动提供精细、准确、及时的气象保障服务。

5结语

石嘴山市气象局大力推进气象数据融合应用，助推气象业务向实用型、智慧型、智能化方向发展，建设完成石嘴山市综合业务平台，平台以省级数据库为基础，充分整合全市基础地理信息，气象监测站点、环境监测站点等信息数据，为气象信息日常监测提供了可视化平台。通过日常实况监测，天气预报、天气预警、气象决策、专业气象服务、应急响应、气象资料检索等七大模块，以实现多种气象要素的综合监测和超阈值报警，任意时段、任意气象要素查询和统计、生成可分级显示的气象要素落区图，统计图表，有针对性地研发了专业气象服务产品，方便不同用户调阅相关气象信息等功能。解决石嘴山市气象局实况监测可视化程度不高、预警和气象服务产品制作服务不及时、服务覆盖范围不全面等问题。石嘴山市气象业务综合平台的建成，对外为用户高效、便捷推送量身定制产品；对内集约资源，简化了流程、节约了人力，降低了成本，在投入业务运行后，较好的发挥了趋利避害的气象效益。

参考文献：

[1]李新庆,陈玉华,卫建国,等.基于CIMISS的宁夏气象数据存储应用扩展研究[J].江西科学,2017,v.35;NO.164(06):961-967.

[2]曾乐,陈东辉,肖卫青,等.基于Hadoop的气象数据存储检索应用研究[J].信息系统工程,2014(8):138-140.

[3]卫建国,李新庆,马宁,刘文毫.宁夏气象综合数据库应用技术框架[J].计算机技术与发展,2019,v.29;No.268(08):167-172.

[4]宋关福,钟耳顺,李绍俊,蔡文文,王少华.大数据时代的GIS软件技术发展[J].测绘地理信息,2018,v.43;No.193(01):1-7.

[5]陈许霞,季民,宁方志.基于GIS的格点精细化预报插值方法的研究[J].测绘与空间地理信息,2016,39(10):69-71,74,78.

[6]王艳萍,李新庆,刘垚,姜娜娜.不同插值算法对气温空间插值效果评估分析[J].信息技术,2020,v.44;No.343(06):31-35.

[7]丁菊薇.地理信息系统(GIS)不同开发平台的比较研究[J].科学技术创新,2018,(21):64-65.

作者：吴晓 岳勇 陈增境 单位：中国气象局旱区特色农业气象木灾害监测预警与风险管理重点实验室 石嘴山市气象局 宁夏气象信息中心