基于手机客户端的移动气象信息发布APP设计与实现

夏志业++刘志红++严甫++印玉明++周耀鑫

摘要：首先对比分析了气象信息传播的三种媒介，总结了气象APP客户端的特点；再重点分析了所采用J2EE技术架构方法实现的一个移动气象信息发布APP系统，介绍了该APP系统的功能与特点，最后结合现实需求与技术发展，对后续移动气象服务产品APP的研发功能进行了分析与总结。通过测试，系统安全性好，具有较好的用户体验和兼容性，为气象部门开发手机客户端系统提供了参考依据。

关键词：J2EE；APP；移动客户端；气象信息服务

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）03-0222-03

Design and Implementation of Meteorological Information Release APP for Mobile Client

XIA Zhi-ye， LIU Zhi-hong， YAN Fu， YIN Yu-ming， ZHOU Yao-xin

（College of Resources and Environment， Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225， China）

Abstract： Three kinds of media of meteorological information release are compared， including microblog， wechat and APP， firstly. And secondly， we introduce a APP system of meteorological information release based on J2EE technology about its function and characteristics. In the end， we analyze the performance and features of future meteorological service APP， combining the realistic demand and technology development. The result through testing is that， this APP for meteorological information release designed has good security， user experience and compatibility， which provides a reference for the meteorological agency to develop the mobile client system.

Key words： J2EE； APP； mobile client system； meteorological information service

1 背景

随着信息技术和移动互联网等技术的快速发展，以及智能机的普及，当前各种手机、平板等终端设备的APP客户端（应用软件）普遍使用，如用来发布气象服务产品的气象智能终端服务系统APP就是一种表现形式。同时，由于国家“智慧气象”、“互联网+气象”等策略的实施，以及大数据、云计算、传感器、物联网、精细预报等技术的兴起，这都将推动手机客户端移动气象信息服务的技术和内容两方面均纵深化发展。

国外对移动互联网与气象结合方面的研究较早，应用也较多，如早起基于Android平台开发的空间天气软件用来展示空间天氣数据[1]；iPhone平台也实现了自动气象数据的浏览功能[2]。国内这方面的研究与开发也是近几年才开始的，建设移动气象信息服务系统也是当前国内气象部门迫切需要的。总结起来，国内研究主要集中在如下几个方面：

一是终端网络浏览，如早期基于WAP技术实现手机浏览器获取气象信息的功能[3]。

二是基于不同技术实现智能终端APP，如通过JAVA技术建立移动气象防灾减灾服务系统[4-5]，或利用J2EE开发手机气象服务终端[6-7]，都得到了广泛应用。

三是由于气象信息传播的特殊性，即内容及表现形式的多样性、时空分辨率高、数据量大、快速可视化需求等特点，加之智能终端的越发先进，这就需要气象信息在不同终端载体上，达到内容和不同处理技术的深度融合[8-9]，共同推进智能气象发展。

因此，本文首先对比分析了气象信息传播的三种媒介，总结了气象APP客户端的特点；再重点分析了本文所采用J2EE技术架构方法实现的一个移动气象信息发布APP系统，介绍了该APP系统的功能与特点；最后结合现实需求与技术发展，对后续移动气象服务产品APP的研发功能进行了分析与总结。

2 移动互联网智能终端气象信息发布形式

移动互联网是将互联网和以无线通信合二为一的一个网络平台，是当前微博、微信、客户端等新事物在智能终端中进行数据、图像、多媒体等信息交流的基本网络。上述三种信息传播媒介的特点总结如下表1所示，可得，虽然微博、微信有各自的优点，但针对气象信息，其发布的内容通常是温湿压水汽风等基本气象要素、气象云图、雷达图、专业气象等内容，对数据时、空分辩率有较高要求，且气象信息一般是大容量数据，或静态和动态图，这是微博、微信所不完备的。而凭借研发的手机端应用软件和相关配套处理软件，不仅能够实现气象信息在手机端的清晰直观显示、气象专业图片的静态和动画显示等，还能利用手机端软件具有的信息存储功能弥补目前移动通信速率低的不足，进而实现图片等信息的快速显示。

特别是在气象灾害应急响应方面，APP的良好互动与位置服务功能是微博、微信无法比拟的，能满足防灾减灾决策人员和社会公众在任何地方、任何时候获得任何气象防灾减灾信息和服务，具有重要应用价值。

3 气象信息发布APP客户端体系架构

本文基于J2EE开发的气象信息发布APP客户端支持智能手机、平板电脑等移动终端。该体系由三部分组成，即表示层、逻辑层和数据层，具体如下图1所示。

表示层主要涵盖用户登录、基本要素监测、雨量实况、灾害预警、天气趋势、旅游气象、交通气象、生活气象与实景视频等功能模块，同时还有后台预报制作、数据管理、数据监控及统计与人机互动等服务功能。用户下载后可通过点击不同模块来获取特定的气象服务信息。

逻辑层主要包括WEB服务器、GIS应用服务功能、无线网关、移动定位等部分。WEB服务器负责处理用户端发出的HTTP请求，并向用户提出回应；由于气象服务中普遍存在暴雨、滑坡、泥石流等气象灾害的预警及气象应急响应机制，因此需要引入GIS应用服务器。GIS应用服务器功能是处理WEB服务器发出的请求，再通过后端数据库管理系统获取空间和属性数据，并对不同类型的空间和属性数据进行各种处理与分析，将处理结果返回给WEB服务器做出响应。无线网关的功能主要是扩充移动设备的处理能力，把移动终端不能处理的功能放在无线网关上。

移动定位网关是提供位置信息，将无线网络获得的位置信息发送给WEB/GIS应用服务器，为后续GIS位置服务提供可能，该特点功能在气象灾害应急模块中有重要应用。

数据层功能是存储和管理基本气象要素数据、灾害预警、卫星雷达图像和云图资料、实时监测数据等空间数据和属性数据的的数据库管理系统。是WEB/GIS应用服务器进行各种响应的数据源。本系统服务器端采用Microsoft SQL Server进行数据资源管理，客户端采用Sqlite管理本地数据，同时，Google离线栅格瓦片地图基于目录管理。

4 系统实现关键技术

移动互联网本质上是APP客户端的表述层与服务器之间进行通信和数据交换的网络运行平台，因此气象服务APP就需要依靠基本的移动接入载体，如CDMA、TDMA等标准制式的数字蜂窝移动电话网络，或无线局域网、WIFI等。同时还需要移动访问技术，如常用的短信服务。但随着技术的进步，WAP无线应用协议成为移动互联网广泛应用的标准，如HTTP、TCP/IP、XML等。这些技术都支持4G网络，且支持Android、IOS等智能终端操作系统。

除上述基本层面的技术之外，由于气象APP的特殊性，即气象服务产品的时空分辨率高、数据量大、快速可视化需求等特点，使得气象APP的设计有如下几个关键点是需要注意的。

4.1 数据缓存技术

移动网络APP普遍存在这样的现象，即同一数据时段内可能有N个客户端请求，此时服务器只需读一次数据库并处理一次数据，而不是N次；或同一客户端可能发出N次请求，控制端也只需向服务器发出一次请求。如此安排是为了有效降低服务器端的读库频次，减少客户端无效输入，进而提高响应速度。

这就需要数据缓存技术，而本系统针对具有固定更新频率的气象服务产品，因此采取HashMap存储技术实现服务器和客户端的数据缓存[10]。

4.2 气象产品快速可视化

如以成都地区为例，分辨率为1KM的格点气象服务产品就有近30000个格点，客户端若在栅格瓦片地图上一次性扫描30000个格点，则响应时间是3秒，速度较慢。因此本系统采用客户端栅格瓦片地图的放大级别，即9-14级，仅对终端屏幕区逐次按照3、2、1KM分辨率渲染格点数据，实现格点气象服务产品的GIS快速可视化。

4.3 GIS与移动定位技术

随着GIS的快速发展，气象与GIS结合更加紧密，且气象数据同时具有时间和空间的属性。再者，GIS的位置服务功能在气象防灾减灾及灾害应急响应等方面有广泛应用价值，因此必须深度开发GIS在移动气象APP中的应用，使气象服务产品能更形象直观。

本系统采用Google Maps，其是Android平台的标准GIS服务接口，该接口功能使气象服务产品的GIS服务更加便捷。本系统是通过在Google Maps上叠加图标的方式来实现气象服务产品在位置属性上的浏览。如此，APP客户端可随时随地接收当前位置属性的天气信息服务。

5 系统特点及功能

本文设计的系统具备基本要素监测、雨量实况、灾害预警、天气趋势、旅游气象、交通气象、生活气象与实景视频等功能模块，同时还有后台预报制作、数据管理、数据监控及统计与人机互动等服务功能。本系统已在智能手机上初步模拟运行，主要截图如下图2-5所示。

总的来说，该APP系统从基本气象要素如温湿压水汽风等1KM天气实况、区域天气预报、1KM格点天气预报及专业气象预报等方面展示了精细化、格点化、快速可视化的气象产品服务。

6 结束语

本文采用J2EE技术架构的方法实现了一个具有基本要素监测、雨量实况、灾害预警、天气趋势、旅游气象、交通气象、生活气象与实景視频等展示功能模块的气象产品发布APP，同时还具备后台预报制作、数据管理、数据监控及统计与人机互动等服务功能。通过测试，系统安全性好，具有较好的用户体验和兼容性，为气象部门开发手机客户端系统提供了参考依据。

但在国家智慧气象的背景下，总观移动气象服务APP，有以下几个方面是还深入研发的，如

1）客户端兼容性与稳定性问题。目前的Android平台无疑是最大最广泛使用的气象服务产品的载体操作系统，其终端碎片化和分辨率多样化的难题还没有很好解决，因为目前大多是依据屏幕比例而不是实际像素来设计的；以及不同智能设备的移动定位等性能的差异是APP研发过程需要优化的。

2）移动设备一般内存资源有限，如8M、10M，因此，如何建立有限内存的释放机制也是一个需要解决的问题。

参考文献：

[1] Crowley G， Haacke B， Reynolds A. Realtime space weather forecasts via Android phone app[C]. American Geophysical Union Fall Meeting， 2012.

[2] Herrera L， Mink B， Sukittanon S. Integrated personal mobile devices to wireless weather sensing network[C]. IEEE Southwest conference， 2010.

[3] 郭有明. 无线应用协议WAP在气象防灾减灾信息传播中的应用[J]. 气象与减灾研究， 2006， 29（4）： 44-46.

[4] 胡争光， 郑卫江， 高嵩， 等. 气象 GIS 网络平台关键技术研究与实现[J]. 应用气象学报， 2014（3）： 365-374.

[5] 金勇根， 黄芬根， 雷桂莲， 等. 手机移动气象防灾减灾服务系统的设计与实现[J]. 自然灾害学报， 2006， 15（5）： 126-131.

[6] 蔡明， 陈永运. J2EE架构的研究与应用[J]. 计算机应用与软件， 2004， 21（1）： 42-43.

[7] 钱峥， 赵科科， 许皓皓. 基于Android的移动气象信息服务系统设计与实现[J]. 气象科技， 2014， 42（1）： 99-103.

[8] 崔杨， 罗兵， 胡争光. 基于地理信息服务的海量气象信息网络发布[J]. 气象科技， 2013， 41（3）： 476-479.

[9] 邹建明， 李迅， 丁德平， 等. “北京气象”手机客户端气象信息GIS快速可视化技术[J]. 气象科技， 2015， 43（4）： 634-639.

[10] 母红芬， 李征， 霍卫平， 等. HashMap优化及其在列存储数据库查询中的应用[J]. 计算机科学与探索， 2016， 10（9）： 1250-1261.