有关智慧气象服务云平台架构设计的思考

胡 欣

（苏州梦图地理信息系统有限责任公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

随着社会和经济的发展，气象服务进入快速发展阶段，气象服务领域不断拓展，已从单纯的灾害性天气预报逐步向综合灾害影响评估，灾害风险管理和以天气为重要生产要素的开发与利用方向发展[1]。现阶段，气象服务已扩展到农业、水利、航空、海洋、交通、电力、城建、林业、工矿、能源、环保、旅游、盐业、储运、卫生、体育等诸多行业部门与应用领域。在智慧气象服务云平台的设计建设上，通过气象服务产品加工和信息技术应用，提高服务产品的针对性和满足个性的服务需求，满足国民经济各行各业不同生产过程对气象条件的特殊要求[2]。本平台可定制提供有行业属性特征的专业气象服务，从而促进气象技术向生产力的转化，实现气象服务产品制作的现代化，并推进区域内专业气象服务的蓬勃发展。

1 智慧气象服务云平台背景意义

智慧气象服务云平台立足于构建气象大数据服务产业发展的生态环境支撑体系与运维服务管理体系，积极开展气象大数据服务产业示范建设，引导社会力量加入气象大数据应用服务市场，推动形成气象大数据服务产业的创业创新新格局，旨在帮助社会大众、行业部门、商业伙伴在面对天气影响因素时提供决策建议，为城市防灾减灾、生态环境保护、经济提产增效提供气象技术支持。

（1）城市防灾减灾的需要。近年来气候条件复杂，低温雨雪冰冻等气象灾害、农业病虫害、洪涝干旱、中小流域水文灾害、地质灾害等自然灾害及其衍生灾害呈多发、频发的趋势，城市管理的潜在威胁与风险日益突出。基于气象大数据与行业气象服务分析技术，提高对自然灾害的气象监测预报精准性，更好地为城市防灾减灾提供气象技术保障。

（2）生态环境保护的需要。2018年中共中央发布《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》，中国气象局联合环保部门开展大气污染防治科研攻关与生态环境监测改革工作。当前生态环境气象服务将紧密融合环保与气象大数据，基于环境气象预报模式，联合开展生态环境监测、空气质量预报、重污染天气预报、霾预报及环境气象影响评估，为打赢污染防治攻坚战、蓝天保卫攻坚战提供气象技术保障。

（3）经济提产增效的需要。近年来，世界各国社会经济活动与气象的关联度越来越高，气象服务已从灾害性天气预报向以天气为生产要素的开发与利用方向发展，美英两国的商业气象服务产值已达到3 000亿美元，已成熟对接能源、农业、林业、环保、消防、旅游、交通、保险、仓储、航空等领域。我国《气象法》指出：“气象台站在确保公益性气象无偿服务的前提下，可依法开展气象有偿服务”[3]。通过为农业大户、基地及种业公司、旅游景区及运营企业、水利电站及水库、交通运营企业与个人、基建工程企业、电力水务燃气公司、保险公司等提供商业气象服务解决方案，为经济提产增效提供气象技术保障。

2 技术路线

2.1 大数据

大数据（Big Data）是在可承受的时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处 理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量高增长率和多样化的信息资产，其具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对含有实际意义的数据进行专业化处理。如果将大数据比作一种产业，那么这种产业盈利能力的关键是提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”[4]。

大数据技术囊括从大数据分布式资源汇交、资源存储分析、数据服务等全套功能体系，与传统技术模式相比，有着更为突出的技术优势，更能适配现有信息化应用的使用场景。与此同时，需要理解大数据不仅是一项应用技术，更是一个生态系统，也在不断发展演进。

2.2 云计算

云计算（cloud computing）是一种分布式存储与计算方式，通过网络“云”将巨大的数据计算处理能力分解拆分成无数个资源单元，基于服务器集群系统进行分布式处理、分析，解决任务分发，并实现计算结果的合并与反馈。现今，云计算已经是分布式计算、效用计算、负载均衡、并行计算、网络存储、热备份冗杂和虚拟化等计算机技术混合演进跃升的结果，其具备超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务等技术特点，通过这项技术，可以在很短的时间内（几秒钟）完成对数以万计的数据的处理，从而达到强大的数据服务效益。

2.3 3S技术

3S技术是遥感技术（Remote sensing，RS）、地理信息系统（Geography informationsystems，GIS）和全球定位系统（Globalposioningsystems，GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通信技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术[5]。

3S技术起始于数字地球概念及相关应用，随着该技术日臻成熟，其已广泛应用于社会生活各个分属领域，人们需要及时准确地获取地理位置数据或包含空间位置属性的衍生影响信息，人们需要将各类多源异构数据与空间位置属性予以内在绑定，这在现今数字化城市建设中有着充分的体现，其应用需求及下沉场景也是不断演进发展的。

3 建设内容

本平台基于气象私有云、政务公有云及社会公共基础资源等，整合汇交行业气象服务大数据，在标准统一、服务规范、安全管理、运维保障的支撑体系下，实现基础支撑服务、平台服务、应用服务，面向各类行业用户提供定制的行业气象服务产品。

4 技术架构（见图1）

图1 技术架构图

4.1 大数据存储

数据分为业务数据和地图数据，分别存储业务数据库、地图数据库，业务数据库存储采用Postgres-XL+MongoDB+HDFS的混合架构，其中MongoDB存储文件数据，以二进制流的方式进行存储和访问。此方法存储数据有以下特点：

（1）更快的数据访问速度，尤其是当数据库中存储数据量十分庞大的时候。

（2）自动处理碎片，以支持云计算层次的扩展性，避免了大量碎片文件的操作，对服务器磁盘的影响。

（3）地图数据通过GIS云服务来为平台提供地图服务。

4.2 云服务客户端

在云客户端或服务客户端有两种解决方案，包括基于C++轻内核的CS客户端（CCS），基于JS的浏览器客户端（CBS）。客户端数据都以网络服务为主，支持各种GIS服务，支持WFS和WMS地图服务等。相比传统的CS客户端，轻内核的CS客户端有以下特点：

（1）集成BS和CS的技术架构特点，适合在采集、监控、制作平台中业务化应用。

（2）从服务的角度，轻内核的CS客户端即为计算机终端的GIS浏览器，体量轻便、安装便捷、维护方便、稳定性强。

（3）结合CS技术特点，人工制图、标 绘、数据分析、服务文件制作功能强大，人机交互良好。

（4）轻内核CS客户端的数据和功能应用可采用网络服务、本地数据两种方式，可建立缓存数据，加快系统调用速度，并可在紧急情况下离线使用，确保系统便捷与稳定的双目标，从而较好控制系统性能。

在本平台中，采集、监控和制作平台采用轻内核的CS客户端（CCS），服务平台采用浏览器客户端（CBS），是基于WebGL的三维WebGIS客户端。

5 应用场景

本平台致力于运用气象服务大数据，将其拓展至农业、环保、人保、国土、水利、消防、海洋、市政、水务、电力、燃气、保险、交通、旅游、物流、航空、能源等社会全行业领域，定制个性化、精细化、网格化的气象服务数据与衍生产品，为气象防灾减灾、企业经营生产、行业提质增效提供气象服务大数据助力。本平台在行业应用场景下有如下特征：

（1）紧扣各类专业气象服务的区域差异化特征，实际分析专业用户实际需求，研发定制本地化的专业服务产品与服务手段，为行业用户在防灾减灾和提质增效上做好气象服务。

图2 应用场景架构图

（2）以专业气象服务运营的方式开展工作，整合各方在数据、技术、市场、资金上的优势，建立健全合作机制，以服务而非项目的方式开展，保证服务的延续性、服务质量的提升、服务领域的拓展，实现气象服务走出去、服务好的诉求。

（3）充分融合和利用气象私有云、政务公有云及跨行业信息资源，研发建设集海量数据的采集、监控、制作、服务于一体的大型信息化平台，大幅提高专业气象服务的数据处理性能、数据管理功能、业务服务效率。

（4）基于已有的专业气象服务解决方案，面向当地农业、环保、电力、旅游、水文、消防、交通、林业、市政等行业领域，同步开展专业气象服务技术的专项研究，建立本地化的服务模型库、专家库、指标库，不断提升行业服务水平。

6 结束语

智慧气象服务云平台是遵循经济高质量发展、乡镇振兴、美丽中国、蓝天保卫战、金融安全、健康中国、全域旅游等国家重大发展战略的指导精神与实施原则，采用大数据、云计算、3S技术等技术路线建设的“云数一体”的信息化平台。通过本平台的设计与建设，将在一定程度上提升本地气象部门的专业气象服务能力，通过搭建服务渠道、完善服务内容、丰富服务手段，将进一步提升气象部门的专业服务效能。