基于云服务和WebGIS的机场气象服务设计

李爽

摘要：随着社会向前发展，人们提出了实时需要气象服务支持的需求。基于阿里云提供的气象云服务来建立后端技术，基于WebGIS建立前端技术。基于气象局提供的数据支持，建立了云服务和WebGIS的机场气象服务系统。这套服务系统能够每隔30 s就提供气象服务数据实时更新，并能把数据以直观化的方式呈现出来。基于云服务和WebGIS的机场气象服务技术能充分应用现有的技术，提高系统建立的质量。

关键词：云服务；WebGIS；机场气象服务；技术；系统

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）09-64-4

氣象影响航空服务，比如恶劣的气象会影响航班，也会给航空飞行带来各种风险，当前除了航空部门需要接受专门的气象服务以外，其他用户也希望得到气象服务。传统的航空气象服务是基于经验对气象进行预测，这种预测的结果对经验要求太高。本文将WebGIS作为前端技术呈现数据，将机场气象服务系统建设在阿里云服务器上，由阿里云完成数据的云算。用户可以根据需求，自己定位需要服务的地点，气象部门将基于实况监测站点监测的数据提供实况、预报、预警服务。为了帮助用户进一步了解详细的数据，用户还可以在系统中根据自己的定位得到更加详细的视音频、图像、图文和文字等气象信息。应用了这样的气象服务技术，能够满足用户高质量、多样化、实时化的服务需求。在传统的机场气象服务系统建立中，需要建立专门的分布式服务器来存储数据信息并完成运算，并要研发出专门的直观化气象数据呈现软件。实际上，当前阿里云已经提供了气象云服务器，WebGIS不仅允许用户自由定位并呈现定位的信息，应用现有的技术，还能让机场气象服务系统建立事半功倍，并呈现出更多的计算优势。

云服务，又称云计算服务，它建立了一个专门存储数据，允许以虚拟化数据库的方式存在，让负载均衡在网络空间，然后提供分布式计算、并行计算和效用计算服务。云服务是在计算机技术与信息技术发展到一定水平以后才能够提供的服务。

云服务器的运用特点是允许用户把数据上传到网络上的发布式计算机服务器上，然后接受云服务器商提供的计算服务。而云服务器商可以发挥高效运作的分布式服务器优势为用户提供服务，从而用户能够使自己上传的数据得到保护，并使云服务器完成用户指定的计算作业。当前云服务分为公共云和私有云。公共云是为用户提供的最基础的服务，而私有云则是指服务器商接受企业的指定，专门开辟出空间，为企业用户提供服务。机场气象服务技术对运算的要求高，需要存储的数据量大，它需要服务器商专门的维护数据，本文选择阿里云作为云服务器商，为气象部门提供专门的气象计算服务。

云服务的服务方式如下：提供基础设施服务，比如用户把数据上传到云服务器空间，需要占据硬件空间；软件即服务，用户需要数据库服务和计算服务，这都需要应用软件来实现；平台即服务，服务器商需要对平台进行管理，比如服务器商需要做好数据安全保护，这就是一种平台服务。

将机场气象数据放到云服务器空间，能够取得以下的服务效果：①减少服务器维护成本，气象部门将气象数据放到云服务器中，可以发挥云服务器商的特点，由云服务器商提供数据维护服务；②利于数据共享，在智慧化城市建设的背景下，城市要求各部门共享数据，将数据放在云服务器中，利于数据共享；③提高计算的效率，云服务器商提供的计算服务是高效的，气象部门可以发挥云服务器的计算优势。

WebGIS是把Internet技术应用于GIS开发得到的技术，这套超擎图形系统能够针对用户的需求，快速地给出指定的地理信息。这套系统应用的特点为：它提供了全球化的客户服务，即只要应用了这套系统，任何一名用户，就能够接受系统提供的服务；它是交互的系统，即它不仅提供自动定位，并给出信息，而且还允许客户指定定位，给出相应的信息；它是分布式系统，即用户在应用这套系统时，不必把相关的图形和数据信息都下载到硬盘空间中，它会提供分布式的服务器系统服务，只要用户拥有网络，就能接受提供的服务；它提供了跨越平台的服务，人们不仅可以应用计算机平台使用，而且可以通过平板电脑、智能手机等客户端应用这套系统；它允许在异构环境下接受数据，提供了一套异构的数据格式读取、交换、访问的标准，即使是异构的环境也能使用这套系统；它是一套图形化的超媒体信息系统，不仅可以提供数据信息，还可以提供二维、三维、视频和音频等信息，能反映的信息十分丰富。

将WebGIS应用于机场气象服务中，人们可以打开机场地图，自由指定位置，获取需要的气象信息，实现所见即所得的数据读取功能。

3.1MOS预报预测模型分析

为了提高机场要素预报精度，提高数值预报的质量，人们提出了各种气象预报的方法。当前人们已经提出了MOS预报的方法，这是一种支持向量机（SVM）的方法，这种预报方法的优势如下：它能针对小样本进行分析，对因子数量没有限制，能够合理地表述预报对象与因子之间的非线性关系，它在一些特殊的领域应用比较有优势。当前人们通过实践证明其在航空气象预报的应用中不仅有着较高的预报正确率，并且能够自动订正数值预报的系统性误差。结合这种需求建立模型如图1所示，即气象部门只需要实时采集因子库中的数据，就能够结合因子库中的相对差，应用训练样本独立地检验样本，然后得到相应的预报模型（目前总计包含24个模型），最终得到气象预测结果。

将采集的信息及回归模型处理的数据在系统中呈现出来，结合气象服务平台的需求，建立四大功能模块如图2所示。

3.2服务系统设计

气象服务平台系统分为4层，表现层为与用户交互的层，用户在表现层中接受服务，基于用户的需求，表现层能够继续拓展，提供多平台的服务。

表现层包含的内容为：Web服务页面、App客户端、微信公众号小程序和Restful接口。

通信层：为收发通信数据信息的层，该层应用了多种通信协议，满足多元化的气象服务通信服务需求，当前它支持CDN，SLB，Netty，Socket，TCP/HTTP/HTTPS协议。

服务层：这是对业务进行处理的层，它又分为监控保护、治理配置、业务集群、数据和后端服务这4个模块。监控保护包含链路跟踪Sleuth、集群监控Turbine、容错保护Hystrix；治理服务配置包含consul服务治理、Eureka服务治理、Clonfig配置管理；数据和后端服务包含消息总线、任务调度、大数据操作和数据流操作服务；业务集群则可根据需求将业务分类，本文的业务为机场气象服务，根据需求可增加其他的业务服务。

数据层：建设在云服务器上，由云服务器商提供服务，数据层的数据包含2种，即MySQL数据，存储事务性数据以及关联性较强的数据，如气象站点、站点观测数据等；HDFS，存储气象数据文件、图片，如MICAPS4类气象预报数据、预警图标和地图数据文件等。

为了使系统管理人员能够应用这4层提供的功能，管理人员将得到登录认证、权限认证、数据认证、会话治理、异常处理、事务处理、服务治理、缓存处理、日志记录和集群服务的权限，这些权限能够满足管理人员的管理需求。

3.3前端技术应用

前端技术应用WebGIS技术能实时呈现及渲染地图上的气象信息，减少服务器资源的使用，避免出现服务效率低下和服务器不稳定、地图异常等问题。将这套前端技术与系统分离出来，能够减少系统与前端技术的耦合性，系统维护成本降低，拓展性变强。当前WebGIS技术能够满足系统定位及信息呈现要求，是机场气象服务技术的重要支撑。

4.1系统整体设计

系统整体设计包含3个部分：第一部分为数据采集系统，这一部分数据由气象局提供，包括自动站点数据库、格点文件、雷达数据、强天气预报数据；第二部分为数据处理系统，它由WebGIS技术提供前端技术支持，该系统将气象局提供的数据与WebGIS技术对接，人们可以结合自己的需求，定位地点，然后得到短临雷达估测降水、中期模式预报、实况格点产品和地图数据处理服务；第三部分为云服务系统，为阿里云服务系统提供支持，它提供云服务系统的服务，包含API接口服务、云上数据操作服务。

4.2数据库的设计

阿里云已经与中国气象局签订了合作服务条约，成立了气象云，专门为气象局建立了气象数据存储功能池，它提供的功能如表1所示，应用了SSD云盘服务，这一服务能够满足机场气象部门的计算服务要求。

數据库提供的数据运算功能如MOS预报预测模型，云服务器商将接受气象局制订的模型来实时运算，并提供数据共享。系统每隔30 min更新一次数据信息，提供最实时的气象服务，数据共享流程如下：开始→数据分析→发类列表→判断数据更新时间（1 min）→给出历史数据→判断数据更新时间（30 min）共享数据列表→结束。

4.3云服务的服务

云服务器提供的服务即表现层得到的服务。这是手机App服务器提供的服务，结合设计，用户可以从多种途径获得服务。比如用户能够从计算机登陆相关网页得到相应的服务、可以应用手机App下载客户端得到服务。可以从微信公众号定制专门的服务，还可以根据需求，应用Restful接口来接入服务。

依照气象服务项目网格设计，人们任意定义一点，机场气象服务系统就能通过自动运算，计算现在所落入的网格位置，然后将提供该网格位置的所有气象信息，包含所在位置地图的显示、各种数据信息及图形信息。人们可以直观地了解各种数据信息，并听取专业的服务建议。

本文在机场用户气象数据需求的基础上分析了运算模型和需要的服务模型。然后针对信息技术的发展，应用阿里云提供的气象云计算服务作为后端技术，把WebGIS技术作为前端技术，然后建立系统，实时采集气象局提供的数据，为用户建立一套机场用户气象数据服务系统，这套服务系统表达直观、平台运行稳定，维护的成本低，本文技术的应用充分满足了机场气象服务系统建立的需求。

在社会向前发展的前提下，人们已经开发了WebGIS及阿里云气象服务云平台。充分应用现有技术，在此基础上建立机场用户气象数据服务系统，可以发挥大型的、综合的专业技术优势，并且能使系统的技术与技术耦合度降低，从而提高系统建立的灵活性，提高系统维护的质量。充分地了解当前的气象相关技术，并结合需求应用这种技术，是机场气象服务系统技术应用的可行思路，经实践发现，这种技术的应用能够发挥出很多优势，能提高气象服务系统建立的质量。

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