榆林新一代气象信息智能发布系统设计与实现

来源:用户上传      作者:

　　摘要    根据榆林市现有气象信息发布业务工作的现状，设计基于大数据的新一代气象信息智能发布系统，系统基于格点定位、实况预报信息自动更新发布的全自动服务，实现智能化、一体化管理。通过系统建设，提高气象预报预警信息发布效率，增加“直通式”气象服务的手段。信息发布由原来的人工被动参与转变为系统主动调取，实现了基于位置的气象信息服务，智能化、精细化水平大幅提高，减轻了业务人员工作量，节约了人力成本，提升了业务支撑，具有很好的推广价值。
　　关键词    气象信息;新一代;发布系统;设计
　　中图分类号    P409;TP311.52        文献标识码    A
　　近年来，气象部门根据社会、经济、生态、防灾减灾等方面的需要，通过监测、预报、预警和服务为地方经济社会发展和人民生产生活提供了有力的保障。在气候变化的大背景下，极端天气频发、多发，气象信息的传播对做好防灾减灾工作、推动经济建设和保障人民安康具有重要意义，也是提高公众防御气象灾害的重要手段。气象部门利用电子显示屏、“12121”电话、手机短信、微博、微信、气象网站、天气预报影视节目等渠道及时传播各类气象信息，天气预报也渐渐成为人们每天关注的重要对象。每一种信息发布渠道都有相应的发布规范、流程及其受众群体。为了解决预报预警信息发布工作效率低、时效性不强等问题[1]，亟须建设一套高效、智能、精准的气象预报预警信息自动发布系统。根据榆林市气象信息发布系统的发展历程和现有气象信息发布业务工作的现状，设计新一代气象信息发布系统，通过系统建设提高信息发布效率，增加“直通式”气象服务的手段，实现监测自动化、预报精细化、服务系列化、传输网络化[2]为核心的新一代气象信息服务，推进基于“互联网+”的智慧气象服务，满足社会经济发展、防灾减灾、工农业生产的需求。
　　1    设计思路
　　榆林气象信息发布系统在过去的十几年里由最初的单基色LED显示屏发展至全彩网络播放机、液晶电视多媒体系统，信息量、时效性、美观性实现了全面升级。但是，随着电子技术的快速发展和社会需求的进一步提升，依靠人工定时发布的气象信息内容已经不能满足用户的需求，如何让气象信息发布系统更加智能、便捷、经济成为目前亟须解决的问题。考虑到当前互联网时代的快速发展，电视机已从单一的显示功能发展到全面智能化，不仅可以搭载开放式系统，而且具备了成熟的网络功能，只需开发一套基于智能电视机的气象信息发布APP系统就可以全面实现气象信息的自动接收与显示功能。通过系统研发，大大降低了发布系统的硬件成本，彻底解决了各类气象信息延时误差和业务人员工作量繁重等问题。
　　2    系统特点
　　榆林新一代气象信息发布系统基于格点定位、实况预报信息自动更新发布的全自动服务，实现市县智能化、一体化的管理。发布系统具体有以下特点：一是全面实现信息发布自动化，由人工被动参与转变为系统主动调取数据产品为主，节约人力成本;二是可嵌入所有多媒体系统，整合现有的系统发布平台，配置灵活简便，稳定性加强，后台管理统一，错误率明显降低;三是数据流非常小，系统只进行数据的简单推送，无统计分析，带宽占有率低，不会因占用带宽而影响正常业务;四是维护简便，远程操作即可判断出现的问题，进行故障分析，可用性大幅提高。
　　3    系统组成及功能
　　新一代气象信息发布系统由数据中心、管理后台和播放系统组成（图1）。数据中心负责采集处理全市各类气象监测数据、预报数据、预警信息以及雷达、云图产品。管理后台对播放库内容、终端的用户信息、地理信息以及所在地的播放内容进行权限控制，同时可设置终端的所在分组、播放布局、播放列表、播放计划。播放系统分为Windows和Android 2个系统，Windows系统根据终端配置的播放条件、计划自动生成播放内容，在基于Windows的多媒体显示终端进行播放显示，Android系统主要运用于智能电视终端。
　　3.1    数据中心
　　数据中心由数据产品、服务产品及其他数据组成。以榆林市气象局数据环境平台为核心进行实况产品、预报产品、预警信息、服务产品的采集加工处理，全面运用秦智系统网格预报产品和NIFS系统的最新研究应用成果，并且在日后使用过程中可根据业务需求，随时添加本地服务产品或添加外部程序的产品。
　　3.1.1    实况产品。实况产品由天气实况、雷电监测、卫星云图、雷达产品组成。天气实况显示系统终端所在地对应站点的实时压强、温度、湿度、风、雨量、能见度、天气现象等监测数据，显示形式以数字和直观的图形表示，当达报警阈值时，以声音和闪烁显示。雷电监测显示闪电定位仪和大气电厂仪设备监测数据，在地图中叠加显示。卫星云图对FY4号卫星云图基数据进行解码生成云图产品。雷达产品是基于陕西榆林、陕西延安、内蒙古东胜、宁夏吴忠、山西吕梁的雷达基数据生成的雷达拼图，解码显示拼图产品。
　　3.1.2    预报产品。预报产品显示短期、中期和智能网格预报产品。短期天气预报每日7：00和16：00固定2次更新未来3 d预报，包括降水、最低气温、最高气温、风力、风向、天气现象等要素，以数字加图标显示。中期天气预报每日9：00定时更新未来10 d天气展望，以图表、数值和文字显示。智能网格预报是根据秦智网格预报数据生成全市降水预报色斑图，从当前时刻开始显示以小时为间隔的未来24 h降水预测图，逐小时进行更新。
　　3.1.3    预警信息。预警信息数据源采集于国家突发事件预警发布系统，系统根据指定目录和路径，定时搜索市縣气象台制作发布的预警信号。当搜索到预警文件，直接将预警信息入库。在有权限的系统终端界面上显示新的预警信号，在GIS地图中以预警信号对应的图标显示，同时配以文字说明。当系统监测到预警信号升级或变更后，将会重新采集新升级或变更后的预警信号并显示在终端;监控到预警解除信号后，终端同步解除。 　　3.1.4    服务产品。系统对气象台、服务中心、农业气象中心发布的各类服务产品根据所在的位置自动抓取上传到服务器，如重要天气报告、农用天气预报、专业气象服务等预报服务产品，并根据每个产品对应的存放路径、访问方式、访问的用户名和密码设置采集频率、是否需要审核等管理操作。
　　3.2    管理后台
　　管理后台基于榆林市（县、区）边界地理信息经纬度数据，使用Leaflet技术进行加载绘制，形成GIS地图。后台包括播放内容库、播放设置、播放器管理、系统管理等模块，也是整个系统的核心部分。
　　3.2.1    播放内容库。播放内容库包括自动调取产品、手动上传素材和显示功能设置3个部分。播放内容库数据统一来源于系统数据中心，数据分为自动调取和手动上传2种，自动调取实况产品、预报产品、预警产品和服务产品。手动上传素材可根据不同的服务终端发布不同的文字或图片内容。管理后台可上传需要全网播发和个别客户需要的播放素材，能够给所有或部分终端发送素材，可以进行接收用户勾选和地图圈选站点进行发布，如通过榆林气象数据综合服务平台查看天气实况、雷达图、预报数据后，可在地图上圈选客户端进行发布。客户端只能给自己的终端发送素材。
　　3.2.2    播放设置。播放设置包括播放布局、播放列表和播放计划。播放布局可对不同的用户组和单独用户设置播放布局，如播放背景、布局、标题等，并实现新增、修改、删除等管理功能。播放列表能够设置当前播放列表对应的播放布局、播放内容及对应的时间和顺序。播放计划是对各终端服务期限进行配置，可以日、月或者年为用户提供播放服务。
　　3.2.3    播放器管理。播放器管理可对各终端的基本信息和接收内容进行增减、修改操作。同时，系统后台单独有一个配置模块，可将终端站点编号和实况数据站点号、预报数据、预警数据以及服务产品进行对应配置，终端就会根据站点的配置显示对应的服务数据和产品。播放器管理能够查看每个播放器的在线、离线等状态信息。系统在架构设计上采取分级调取数据和分级管理的模式，在后台实现灵活配置，将终端所在地以及调取站点的实况信息、网格预报数据、预警信息以及气象服务产品对应配置，根据配置信息自动推送各类气象数据和产品，无需手动进行选择发布。
　　3.2.4    系统管理。系统管理分为用户管理、安全管理与阈值设置。用户管理可设置每个终端用户对应的名称、经纬度、实况站点、设备ID等信息，其中经纬度关联显示具体的智能网格预报数据的经纬度数据，关联的实况站点显示该站点对应的实况监测数据。设备ID确保1个用户对应1个设备，能够设置每个用户关联的多个气象站点数据。安全管理能实现用户权限管理、功能分配管理、站点配置、预报预警数据源管理和现有硬件终端对接配置等管理功能。同时实现留痕记录，通过建立终端账号管理机制，系统自动记录终端的调用数据情况，包括开始时间、结束时间、IP等信息，防止非法接入。阈值设置可根据不同行业需求设置不同的告警阈值。系统管理人员可对告警数据进行审核，如果有疑误，可以直接取消。
　　4    主要应用技术
　　4.1    开发平台
　　榆林市气象信息智能发布系统后台采用B/S架构，在Windows系统下运行，数据库使用Oracle 11g数据库软件。服务器Server端根据业务需求以及用户量进行匹配，采用Web（网页）服务组件IIS（Internet Information Services，互联网信息服务）发布信息。显示终端系统采用基于HTML5的B/S架构，直接嵌入到终端分配的地址中。基于Android系统的智能电视系统采用Java语言开发，具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、多线程、动态性等特点，可编写桌面应用程序、Web应用程序、分布式系统和嵌入式系统应用程序等。
　　4.2    应用技术
　　4.2.1    地图技术。Leaflet是一个为建设交互性好适用于移动设备地图的领先开源JavaScript库。代码大小仅为33 kB，它具有开发在线地图的大部分功能。Leaflet设计坚持简便、高性能和可用性好的原则，能够在所有主流的桌面和移动平台高效的运作。支持插件扩展，拥有漂亮、易用的API文档和一个简单的、可读的源代码。
　　4.2.2    压缩算法。由于系统整体数据传输量较大，系统针对数据传输做了大量的优化。如针对数据量传输较大的文件，采用压缩算法。卫星云图网络传输采用图片压缩算法进行处理后传输，由于每张卫星云图约1 000 kb，如果多张云图通过互联网传输，速度则会大幅下降，使用压缩算法base64后传输速度明显提升。雷达拼图同样升级采用压缩算法，以保证传输速度和运行稳定性。
　　5    结语
　　榆林新一代气象信息发布系统解决了现有的多媒体终端产品平台一体化的问题，系统以榆林市气象数据分析处理环境为支撑，稳定性大大加强。气象信息发布由原来的人工被动参与，变为系统主动调取数据产品。Android终端发布系统在智能电视的应用，实现了气象实况、预报、预警等多源气象信息的实时自动发布[3-4]。系统建设实现了基于位置的气象信息服务，其智能化、精细化水平大幅提高。目前，已在地方部门、能源化工企业、交通运输部门投入业务运行，为政府、企业提供直通式、精准化的气象服务，收效良好。系统的建设对提升榆林智慧气象工作具有积极意义。后期，将根据运行情况和用户反馈对系统功能及显示界面进一步优化完善，全面提高系统的可用性。
　　6    参考文献
　　[1] 王莹，何珊，彭斯琪.一键式气象预报预警信息发布系统的设计与应用[J].气象研究与应用，2018，39（4）：30.
　　[2] 马锋，韩姗姗，万慧，等.榆林现代农业精细化服务平台研究与设计[J].陜西气象，2018（6）：48.
　　[3] 徐剑平，杨可栋，封雅琼.基于Android系统的气象信息发布终端设计与实现[J].气象水文海洋仪器，2016（3）：88.
　　[4] 吴韶华.马鞍山市水产气象信息服务平台建设构想[J].农技服务，2017，34（14）：62-63.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15173178.htm