气象业务综合服务平台的设计与应用

王新秀，崔劲松，于璐，姜珊，杨黎黎

（沈阳市气象局，辽宁沈阳 110168）

近年来气象事业发展迅速，各行业对气象服务的需求不断增长，对气象产品的要求也越来越高［1］。各级气象部门在制作气象业务系统方面不断开拓创新，但这些系统存在分散独立、不联通、资源不共享等问题，因此亟需建立资源集约、布局合理的一体化平台［2］。李昱文等［3］研究的佛山市南海区智慧气象平台的架构和关键技术，推进了气象服务与互联网融合；黄芬根等［4］公共气象服务集约化业务研究与平台设计建立了基于互联网应用的基础性技术支撑平台；崔新强等［5］开发的湖北省级气象服务一体化业务平台极大地提高了气象服务系统的自动化和集约化程度。当前，已有科研工作者针对基于面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）的系统进行研究，杜敏［6］研究的基于SOA的省级气象综合业务服务平台的设计与实现可以整合全省的气象资源，并利用其自身强大的统计与流程控制能力；李丽等［7］针对韶关市旅游气象信息服务平台的建设与应用的研究为旅游气象服务业务的开展提供统一架构的基础业务支撑系统取得了良好的效果。

本研究面向市县级气象业务的应用需求，设计搭建了一个气象业务综合服务平台，方便业务人员应用。目前该平台已投入业务使用，为业务人员快速、准确地提供了服务产品，取得了较好的应用效果。

1 系统总体设计

1.1 平台架构

气象业务综合服务平台开发基于Java语言，数据库使用Oracle 12C，数据源涉及基础数据平台、气象数据前置平台和气象大数据云平台；数据层进行融合、统一数据为上层应用提供服务；应用层使用Web Service接口与数据层安全交互，显示层为B／S架构网站平台。平台架构设计图如图1所示。

图1 平台架构设计示意图

1）操作系统使用Windows Server具有可靠性、可用性、可伸缩性和安全性，这使其成为高度可靠的平台。

2）数据层整合沈阳市气象局现有的数据，融合气象大数据为一体，为气象业务综合服务平台提供丰富的数据资源。

3）应用层使用Web Service接口与数据层的数据资源进行安全交互，是显示层和数据资源层的中间桥梁。

4）显示层是基于B／S架构的Web网站。主要包括了预报平台、数据查询、灾害预警、决策服务、专业服务、科技服务、气候资料等模块。

1.2 功能结构

系统主要使用Java编程语言，开发工具使用了JDeveloper 12c和Tomcat 8.0。系统功能示意图如图2所示，其承载系统应用的环境包括：

图2 系统功能示意图

1）Oracle数据库［8］：数据对象和支撑系统页面。

2）Java运行时环境：原生Java程序，由系统计划任务控制按时执行。

3）TomCat服务：Web Service接口、js文件接口、页面运行。

2 关键技术

2.1 面向服务架构（SOA）

SOA提供了一种标准的编程模型，可以将系统平台中的不同功能模块称为服务，并通过对这些服务之间定义好的接口而将其联系起来［9］。接口采用中立方式定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建在不同系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互［10］。这种具有中立的接口定义的特征称为服务之间的松耦合。松耦合系统的好处有两点：一是它的灵活性，能够对业务和信息变化做出快速反应；另一点是当每个服务的内部结构和实现发生改变时，它能够继续存在［11］。在SOA模型中所有的功能都定义成了独立的服务。服务之间通过交互和协调完成业务的整体逻辑。所有的服务通过服务总线或流程管理器来连接。这种松散耦合的架构使得各服务在交互过程中无需考虑双方的内部实现细节，以及部署在什么平台上。

气象业务综合服务平台使用SOA技术实现了预报平台、数据查询、灾害预警、决策服务、专业服务、科技服务、气候资料等模块独立运行，统一集成在一个平台，便于使用与管理。

2.2 Web Service技术

系统设计使用Web Service接口完成气象业务综合服务平台与数据资源池相互交换数据的工作。Web Service技术是一个基于面向服务架构的、低耦合的、不依赖于平台的、自包含可编程的Web应用程序，它使用XML标准来描述、发布和配置应用［12］。依据Web Service规范实施的应用之间，无论它们所使用的语言、平台或内部协议是什么，都可以相互交换数据。Web Service减少了应用接口的花费。Web Service为整个企业甚至多个组织之间的业务流程的集成提供了一个通用机制［13］。

该平台数据源从气象大数据云平台通过Web Service技术读取到本地数据库，配置好Web Service目录结构和class文件后，需要注册才能正常使用，注册是在TomCat中的web.xml配置文件如图3所示。将本地数据库的数据加工成JSON编码格式的.js文件服务配置可直接发布.js扩展名的文本文件，要求文件内使用JSON格式、数组格式和js编码，这样设置使用起来非常便利，网页可以直接使用，并且以静态文本发布数据安全，系统相应速度快不存在安全隐患。

图3 注册Web Service的XML代码块

3 系统应用及运行效果

目前气象业务综合服务平台搭建的网站已投入使用，网站首页栏目如图4所示，分为两部分：预报一页通和导航菜单。预报一页通将常用的业务系统网络链接地址按需分类，将目前涉及到的系统按内网常用地址、外网常用地址、县区使用网站分类是一种方式，另一种方式按实况监测、卫星雷达、数值预报、指导产品、其他进行分类，可以使预报员快捷方便地访问所需的业务系统。导航菜单包含预报平台、数据查询、灾害预警、决策服务、专业服务、科技服务、气候资料共7大模块。7大模块下包含了相关的子栏目，细化其分类内容便于业务人员查找与操作，也方便了平台维护人员对出现故障的模块快速及时的进行处理。该平台目前基本涵盖了业务人员的所有业务相关工作。导航菜单的功能可以随着业务拓展继续增加模块也可以在相关模块下增加子栏目，模块和子栏目的增加不会影响网站整体架构的应用。

图4 网站首页

3.1 数据查询模块

数据查询模块罗列了日常数据查询的子栏目便于业务人员直达想要查询的数据。数据查询子栏目主要包括气象自动观测站的分钟数据、小时数据、日数据、旬数据、月数据以及降水情况、大风情况的服务产品。业务人员所要查询的实况数据以及降水或大风天气需要制作的服务产品可以在此模块获取。数据查询模块数据来源于CIMISS接口，为了提升访问速度只提供了近3个月的数据查询。

3.2 灾害预警模块

灾害预警模块分为预警监测、预警信号统计以及预警信息查询。出现预警时会实时发出告警通知预警人员及时核对预警信息并发布预警，预警信号统计页面可以帮助预警人员按预警信号颜色种类和灾害类别统计发布的预警信息条数。

3.3 预报平台模块

预报平台为预报员提供了预报编辑器可以编辑沈阳市各个区县的天气情况，页面包括天气现象列表、风向列表、风速列表，便于预报员直接选取无需手动输入，页面增加联动功能按钮可以将各列要素同时触发改变，减少了很多重复操作。最终将编辑好的7天预报产品保存至数据库。

3.4 决策、专业、科技服务模块

决策服务［14］、专业服务、科技服务3个模块虽然都是提供服务产品，但是产品制作及产品服务对象均不相同，因此针对相关服务内容进行了详细分类，便于业务人员查找及制作。决策服务提供了雨情、风情、雪情等模板的制作材料，主要用于发生灾害性天气时为气象各个部门、政府部门提供决策服务材料。专业服务主要是对公众用户申请的气象灾害证明材料进行审核处理。科技服务模块主要是为科研人员及政府部门提供所需的数据接口。

3.5 气候资料模块

气候资料来源于经过人工订正的A文件，能够查询1951年以来的历史数据。该模块可以按年、月、旬、候值查询气象自动观测站的要素值。年度数据查询，可查询某年或多年气象自动观测站任意时段内各气象要素的年值；查询指定值的历史排位及大于（等于或小于）指定值的年值。月、旬、候值查询，可查询某月（旬、候）或多月（旬、候）气象自动观测站任意时段内各气象要素的月（旬、候）值；查询指定值的历史排位及大于（等于或小于）指定值的月（旬、候）值。

气象业务综合服务平台的建成为沈阳市气象局业务工作的开展提供了强有力的保障。目前该平台已经被沈阳市气象局的各个业务部门使用。例如气象台预报员通过预报平台模块进行预报制作；信息中心值班员通过数据查询模块进行数据统计，在降水、大风等极端天气过程进行实施监测［15］；气象服务中心通过决策、专业、科技服务模块进行服务材料的制作。经过一段时间的试用发现气象业务综合服务平台具有完善的服务功能、较强的可操作性，实现了气象业务工作及时性、准确性、统一性和稳定性的目标。该平台集约化的模式结构适用于各个气象业务部门，运行稳定具有良好的推广性。但目前来看该平台仍存在一些问题，尤其是气象灾害预警的监测需要更加准确快速的作出提醒，预警发送给用户后反馈发送是否成功等功能仍需进一步开发及完善。