高速交警专用气象手机客户端APP的设计与实现

陈浩 罗希昌 张亚 孙添

（安徽省公共气象服务中心 安徽省合肥市 230011）

我国高速公路气象信息系统起步较晚但是发展迅速，并且各省均取得较好的成果：2009年，河北根据境内安装的43 套气象观测站，开发了交通气象监测及信息服务系统，然而并未达到全省覆盖[3]；杨忠恩等人建立了移动互联网的交通气象服务系统，但没有考虑温度对高速交通道路的影响且系统与用户之间的交互性不强[4]。

本文基于移动端的高速气象服务系统结合了智能客户端、地理信息系统（GIS）、计算机远程通信等技术，将高速气象的数据进行整合集成做成可视化的移动端系统。本系统有着多要素、精细化、格点数据的支撑，结合精细化、网格化的地理数据信息能够提供定时、定量、定点精准服务。本系统采用Android 开发语言，具有很强的跨平台性、操作方便，交警只需要一部手机（删除），极大提高了交警部门对恶劣气象信息及预警的快速接收和处置能力，实现了道路交通现场和指挥中心的有效互动。

1 总体设计

系统架构符合面向服务的架构（Service-Oriented Architecture）基于移动端的高速气象服务系统采用C/S 的开发架构SOA 理念，采用层次化的设计模式，保证了系统具有很强的可扩展性、可移植性、可维护性。系统的总体框架图如图1 所示，基于移动端的高速气象服务系统系统总体框架包括户层包括办公PC、智能移动设备、指挥中心管理平台。其中基础支撑层提供基础支撑，包括逐小时逐公里的精细化气象预报、各类实况观测资料、地理信息和其他基础信息构成的综合数据库。业务服务层根据预报结果和最新实况资料，结合数学模型和经验制作各类交通气象服务产品和预警信息，并通过统一服务平台向不同渠道发布。网络接入层是沟通终端和服务平台的桥梁，为用户提供安全的网络连接和通信。终端用户层可以是移动互联网中的智能设备，如手机、平板等，可以是办公PC 及各类信息发布设备，也可以是用户自有的系统接口。

2 关键技术

2.1 调度指令交互传递技术

利用基于位置的服务(Location Based Services，LBS)技术和无线通讯技术，实现高速交警调度指令上下交互。客户端设计了现场视频、图片等信息的实时上传，以及指挥中心的指令广播和单点下发等功能，满足了高速交警日常业务中采集第一手现场信息的需求。此外客户端还设计了基于自动定位功能的服务应用，如智能导航、电子签到、在岗位置查看等，使其融入到高速交警的日常业务中去，增加用户的使用频率。

2.2 精准推送SDK实现消息通知（PUSH技术）

受限于Android 系统，APP 后台存活时间一直受限制，用户也不可能将应用放在前台运行，从节约用户手机电量和网络流量角度考虑，也不可能采用轮询的方式保持APP 和服务端的连接，因此采用PUSH 技术最佳方案。为保证预警和指令信息能及时发送到客户端，IOS 版本采用了官方APNs 推送服务，因为Android 官方的推送服务GCM 在国内无法使用，因此Android 版本的APP 采用了第三方消息推送服务，客户端只需要导入第三方提供的lib 库，有第三方管理长连接，负责消息的接收/发送，同时对消息都有比较详细的报表数据，可以用于做数据分析、挖掘，改善用户体验，有效解决了消息推送问题。

图1：系统的总体框架图

图2：数据存储结构图

2.3 LBS基于位置的服务技术

基于位置的服务(Location Based Services，LBS)是将移动通信网络和卫星定位系统结合起来，采用多种定位技术和数据处理技术交叉融合的信息服务模式，可以向终端用户提供位置信息，集成各种与位置相关的业务。高速气象安全卫士APP 通过实时获取警员位置并同步到服务端，服务端根据位置信息自动推送周边天气实况和预警信息。指挥中心还可以根据位置信息准确掌握警力布置情况，实现电子签到等功能。

2.4 数据管理

基于移动端的高速气象服务系统数据库有基础地理数据库、综合气象数据库、交通气象专题数据库和业务支撑数据库，其中数据类型分为结构化数据、半结构化数据和非结构化数据三大类型。基础地理数据库和业务支撑数据库中的自动站气象站各种气象要素的实时和历史数据、交通部门的站点数据等属于结构化数据。基础地理数据库中的云图、雷达以及模式预报的输出的栅格数据及综合气象数据库中的各种气象要素的网格数据属于半结构化和非结构化数据。本系统针对气象数据类型的特点，从实际需求出发，设计出一套基于云分布式存储技术的数据存储方法，结构图见图2。

3 功能设计与实现

高速气象安全卫士APP 按功能类型的不同大致可分为5 大个功能模块，总体功能如图3 所示。分别是实况数据查看、预报信息接收、服务材料查看、拍照上传、用户设置。

3.1 实况数据查看

实况数据查看功能融合了MLS(移动位置服务)[5]和GIS 系统技术。采用MLS(移动位置服务)以电子地图的形式实时显示用户的位置，保留了GIS 系统的基本地图操作，如：拖移、放大、缩小、全图、罗盘导航、图层控制等[6]。基于移动端的高速气象服务系统可以根据用户所在位置或设置的关心路段和站点，实时显示周边范围内交通气象站的观测资料，点击图标可显示该自动站当前观测信息。

3.2 预报信息接收

预报信息接收功能显示预报预警信息，分为短期天气预报、大雾监测预警、路面湿滑指数预报、横风风险预警、爆胎指数预警。预报为全省概况每天更新三次；预警为0-6 小时短时预警和0-30 分钟临近预警，不定时发布。

3.3 服务材料查看

服务材料查看功能显示“高速公路气象服务日报、旬报、月报，预评估报告和交通气象服务专报5 类服务材料。每类材料默认显示最新的10 条，点击查看时程序会检查是否已下载或者缓存文件是否存在，有则显示本地文件，没有则从服务端下载。

3.4 信息上传及指令功能

该功能实现了警员和指挥中心之间实时信息互动，用户可以拍摄现场照片、视频或选择照片、视频等实时上传到指挥中心，上传信息中自动添加了经纬度信息。指挥中心能够第一时间掌握现场情况，满足了交警指挥中心采集现场信息的需求，从而可以更好地进行指挥调度。同时通过指令功能，指挥中心可以批量或单独对APP下达指令信息，实现了日常业务管理信息的有效互动。

3.5 用户自定义设置

用户设置功能可以实现账号信息可以对账号进行修改注册，维护个人信息。提醒设置可以设置声音提醒的方式。针对于能见度、温度、雨量、风速设置提醒阈值。路段设置可以设置需要提醒的路段，实现了“分区、分众”的个性化交通气象服务。检查更新及数据维护可以实现数据的更新，具有可维护性。

4 创新点

高速气象安全卫士APP 针对高速交通气象管理部门量身定做，以智能移动终端为载体，将交通气象服务延伸了每个管理人员手中，实现了“服务内容按需定制、气象信息精准推送、应急指令交互传递”，在2015年度“工商银行杯”安徽省信息十件大事评选中被评为信息化创新产品。

图3：系统总体功能图

5 结论与展望

基于移动端的高速气象服务系统可以以自主配置的形式向高速交警提供高速公路沿线自动站监测数据、预报预警信息、气象服务产品的个性化定制，减少了群发信息造成的干扰，同时客户端根据消息启动数据下载、告警等动作行为，降低了客户端程序对手机资源和网络流量的消耗，提升了用户体验，实现了精细化、人性化服务。客户端能实现现场视频、图片等信息的实时上传，以及指挥中心的指令广播和单点下发等功能，有效的提高了交警队恶劣天气的有效应对和快速处置能力。基于移动端的高速气象服务系统定义了高效的数据存储及传输规范和统一的调用接口，易于移植推广，只需简单的数据适配即可无缝应用到其他省市和地区的交通气象服务业务中，客户端的架构和设计理念也可应用到其他专业气象服务中，具有广阔的应用前景和较高的推广价值。