基于信创要求的云南省人工影响天气物联网管理平台设计

摘 要：随着现代气象科技的不断发展，人工影响天气作业成为气象防灾减灾的重要措施。基于云南省气象大数据云平台，对弹药装备管理系统的信创与国产化设计进行了深入探讨。综合采用安全策略，从系统网络安全到部署策略进行全方位的安全性评估与应用设计，为人工影响天气装备弹药物联网管理平台的信创及国产化设计提供相应的指导策略，确保数据在传输、存储和处理过程中的完整性、可靠性和保密性。

关键词：信创要求；人工影响天气；物联网

中图分类号：P48 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

在我国现代化建设进程中，人工影响天气作为一项关乎国计民生的重要技术，不仅在防灾减灾、生态建设、农业增产等领域中起到了关键作用，还是经济社会可持续发展的有力保障[1]。云南省作为我国的重要人工影响天气实践区域，在人工影响天气弹药装备管理系统的建设和运行经验方面为全国提供了宝贵的实践资料[2-3]。该系统已给云南省带来显著的经济效益和社会效益，但其存在的问题和不足也不容忽视，如系统硬件的旧化、网络通信的不稳定性、手持终端操作的复杂性等问题，均对人工影响天气的安全生产造成了潜在风险。为了更加精准、高效、安全地开展人工影响天气工作，系统的升级设计、管理流程的优化及技术手段的创新显得尤为重要。通过深入分析当前存在的需求问题，并在此基础上提出相关信创应用和国产化设计方案，从而为人工影响天气的安全生产提供有力保障。

1 项目需求

1.1 信创适配需求

棱镜门事件后，我国发布了一系列自主创新的要求。2016年7月，《国家信息化发展战略纲要》提到打造国际先进、安全可控的核心技术体系；2018年4月，习近平总书记在湖北考察时指出：“具有自主知识产权的核心技术，是企业的‘命门’所在。”按中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于实施党政机关电子公文系统安全可靠应用全面替代的意见》的通知要求，在2020—2022年，党政机关单位要将办公信息设备全部替换为信创产品（大部分区域以2020年30%、2021年50%、2022年20%进度推进）。

1.2 政策文件需求

根据国务院办公厅印发的《关于推进人工影响天气工作高质量发展的意见》的指引，云南省人工影响天气中心（以下简称中心）对人工影响天气作业的全流程，特别是关于人工影响天气弹药装备的质量管控的要求日趋严格[4]。对此，中心需重视人工影响天气物联网的整体规划工作，旨在确保物联网的安全性及数据的准确性。

1.3 安全应用需求

在现代社会中，各种网络计算机及系统已被广泛使用，中心在其日常工作中对此也存在依赖性。因此，如何提高这些系统的安全性成为中心面临的关键挑战。进一步提高人工影响天气弹药物联网的安全性，不仅要解决技术层面的问题，还需保障系统与实际操作之间的连接与交互性。

1.4 安全监管需求

人工影响天气在气象防灾减灾工作中的重要性，因此对其中的人工影响天气弹药和装备的管理显得尤为关键。中心需要配备一个更加精确、及时的预警提醒功能，保护人工影响天气弹药和装备的安全，促进作业成功开展。

1.5 业务驱动需求

云南省人工影响天气物联网系统已经取得了一定的进展，但在实际操作中仍存在一些问题。为了满足实际作业需求，中心需要对现有的系统进行全面的升级和优化，确保其稳定性、功能性和可用性。

1.6 统筹集约需求

面对众多运行的业务系统，云南省人工影响天气中心应解决资源超负荷运行的问题。根据相关的要求，中心需进行系统架构的升级和优化，通过整合资源，提高系统的高效性、集约性，并满足大数据云平台的发展要求。

1.7 规范流程需求

针对云南省人工影响天气安全管理的多样性和不统一的问题，中心应提供一套可视化的业务流程建模工具，辅助进行业务流程的梳理和优化。同时，为满足各级管理的需求，该工具还需具备流程快速配置功能，确保流程的准确性和高效性。

2 系统总体设计

2.1 项目技术路线

对本项目将采用一系列先进的技术手段，确保系统构建的合理性与持续性。

第一，基于中国气象局气象大数据云平台建设规范，数据传输与入库将得以有效实施。这不仅能确保数据传输的稳定性与安全性，还使得数据的管理与使用更加便捷。在软件系统设计方面，将紧随当前技术发展的步伐，选择最合适的技术体系。系统整体上基于气象大数据云平台的框架进行升级，利用B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）模式，以JAVA技术为核心（包括JSP、EJB、SERVLET等），辅以XML和HTTPS，确保WEB SERVICES平台的跨平台能力。

第二，系统采用微服务架构进行设计，分离前后端，从而实现解耦。具体而言，前端技术将基于JAVASCRIPT语言，采用如VUE、BOOTSTRAP、LAYUI、ELEMENTUI等流行框架；而后端则基于JAVA语言，选择SPRINGCLOUD微服务架构进行开发，采用MYB-ATIS-PLUS实现数据的增、删、改、查等操作，易于数据源切换实现程序可扩展性；同时，采用JSON数据格式等方式与前端结合，达到数据信息可视化展示效果。微服务架构的优势显而易见。微服务架构可扩展性显著。当业务需求发生变化时，微服务架构可以轻松调整微服务节点来满足新的需求。微服务架构的容错性较高。一旦某一服务出现问题，仅需对该服务进行修复，不影响整个系统的稳定运行。同时，微服务架构的技术选型具有灵活性特点，每个服务都可以根据其功能需求选择最合适的技术栈。由于每个微服务都具有明确的功能界定，其运维效率更为出色。系统将以Web、GIS等技术为基础，其应用系统可以直接在气象大数据云平台上运行。所有的硬件资源如云数据库资源、专题数据库资源及算力资源，都由气象大数据云平台（“天擎”系统）提供，并受其统一管理。同时，其生产的数据将纳入气象大数据云平台统一存储、管理；各种算法也会在气象大数据云平台算法库中注册，使其能够统一调度运行。此外，中间件软件如数据库及计算框架、消息服务、缓存服务、GIS服务等，都将使用气象大数据云平台所提供的平台服务。

2.2 总体流程与环节

针对国家级人工影响天气装备弹药的管理，一个严谨的实时采集监控系统显得尤为关键。为确保系统的有效性与合规性，其设计与实现均参考《物联网技术在人工影响天气业务中的应用》相关规范[5]。对此，确保数据传输格式的标准化至关重要。通过国家级系统所开放的接口，可以实时上传与更新人影弹药在各个环节中的信息。这些环节包括但不限于人工影响天气弹药的采购、入库、转运、作业以及故障信息的记录。其中，需要特别关注弹药入库环节，由于人工影响天气弹药的特殊性，每次收货入库前，必须通过验收系统开放的接口对人工影响天气弹药的有效性进行校验。当人工影响天气弹药经过有效的验收并确认合格后，才允许执行其入库操作。在人工影响天气弹药的整个生命周期中，涵盖从厂家生产到作业站点消耗的全过程。具体来说，其主要环节如图1所示：

2.3 信创适配及国产化设计

基于信息技术创新应用与国产化要求，本项目平台建设除利用旧产品外，新采购的产品尽可能地使用国产品牌，以保证设备本身的安全性。除了国产品牌的安全设备，还要同步设计国产化安全解决方案。本项目研究针对系统国产化安全，进行了相应的信创适配，完全支持国产化软硬件环境。平台部署硬件使用云南气象大数据云平台的资源，本项目采用分布式存储服务器和分布式文件系统，满足服务器性能好、存储容量大、可扩展性强及可靠性高等要求，实现自主可控要求。

3 系统技术方案

3.1 总体架构设计

云南省人工影响天气物联网管理平台的业务模型从下向上可以分为基础设施层、数据采集层、信息资源层、业务应用层和用户层五大层次，同时，这五大层次的建设又是以安全保障体系和运维保障体系为依托，从而保证平台系统整体建设的统一性、标准性和安全性。平台总体架构具体设计如下：

基础设施层：此层主要包括气象大数据云平台提供的各类服务。

数据采集层：此层着重于数据的实时采集和上报。利用前期建设的手持终端及各种感应技术，此层负责采集人工影响天气弹药装备数据并将其实时上传至系统服务器。

信息资源层：基于云南省气象大数据云平台，此层涉及数据存储、计算、处理和产品生成，为业务应用系统提供强大的后端支持，确保信息资源得到高效利用，保持系统稳定运行。

业务应用层：此层聚焦于天擎的融合改造，同时包括功能升级和新增功能设计，以满足业务的实际需求。

用户层：此层的核心是云南省各级人工影响天气单位的管理及业务人员，他们主要通过电脑和手持终端访问系统，执行各项业务操作。

安全保障体系：系统的安全性至关重要，该体系提供从网络到存储，再到应用软件的全方位安全保障措施。

运维保障体系：为确保系统的持续、稳定运行，此体系提供了包括硬件维护、软件更新等运维服务。

3.2 网络拓扑设计

系统的网络结构以省级为核心，围绕省级的大数据云平台服务器、防火墙等硬件资源展开，确保实时监测和管理人工影响天气弹药的流转流向。在地方，各市、县通过气象专网实现与省级的连接。他们主要以Web访问的方式，实现对作业点装备状态、仓库、人工影响天气弹药的监测和管理，同时保证数据能够实时同步至国家级系统。

3.3 系统功能设计

针对云南省人工影响天气作业的需求，系统功能设计的核心是用户中心化，确保能实时监控从人工影响天气弹药采购到回收、装备申请到报废的全过程，并与多个业务系统进行无缝对接。

3.3.1 “天擎”系统融入改造

以“天擎”系统作为本项目的技术支撑，对原有的云南省人工影响天气弹药装备管理系统进行技术架构的调整与融入。天擎构建了以气象大数据云平台为“云”、气象业务系统为“端”的“云+端”气象业务技术体系，提供“数据、算力、算法”三统一的平台化服务，是气象业务技术体制重点改革任务中建设的关键共性基础平台。“天擎”系统具备海量数据存储和在线加工能力，在数据、算力等方面可支撑应用云化融入，能够不断融入业务算法、业务产品和业务应用。本次云南省人工影响天气物联网管理平台建设，包括软件功能升级与新功能研发均统一纳入“天擎”系统进行管理，从数据流程、采集、存储、产品加工、前端应用到业务监控改造，各方面都进行深度的融合设计，以保证在业务应用中的高效性和稳定性[6]。

3.3.2 软件升级策略

Web端：基于当前系统存在的问题以及实际业务需求，对仓储管理、查询统计、系统管理等核心模块进行系统性重构与升级，确保更好地满足各单位的管理需求。

终端APP：针对作业站点的手持扫码终端设备及使用人员的需求，对终端APP的功能和性能进行优化升级，提高系统的实时反馈和数据采集能力。

3.3.3 新功能研发与实现

Web端：为解决现有的人工影响天气物联网管理系统中的缺陷和未满足的业务需求，对系统进行新增功能设计与开发。这包括但不限于计划管理、采购管理、作业管理、车辆管理、装备管理、通信设备管理、终端管理、基础配置、信息管理，以及与其他相关系统的无缝对接。

终端APP：在现有的业务版本的基础上，研发终端APP的管理版本。新增功能如人工影响天气弹药出入库、人工影响天气弹药流转异常处理、作业信息查看与上报、统计分析等，以满足日益增长的业务需求。

4 结束语

人工影响天气的操作对精确、及时的数据交换和安全管理尤为关键，尤其在涉及人影弹药装备的数据处理时。因此，对云南省人工影响天气作业指挥平台物联网管理系统的信创与国产化设计进行深入探讨，并研究其数据交换的安全性。通过细致地剖析系统网络安全和部署策略，发现在此类特定应用的背景下，数据安全的重要性和实现方式不仅要保证物理硬件的安全，还需确保数据在交换、存储和处理过程中的完整性和保密性。系统部署策略的设计充分考虑了资源的合理利用和系统效率，保障了人工影响天气弹药装备数据的快速、安全交互。同时，良好的硬件配置和部署位置也为系统稳定性和应急响应能力提供了支撑。

参考文献

[1] 罗俊颉，贺文彬，李宏宇.人工影响天气专用装备物联网关键技术研究与应用[J].气象，2019，45（6）：877-885.

[2] 鲍向东，丁建芳，郭献林，等.河南省人工影响天气一体化智能业务系统设计思路[J].气象与环境科学，2019，42（2）：115-123.

[3] 李伟，孙许浩，穆建华，等.宁夏人工影响天气装备弹药物联网管理系统设计[J].宁夏工程技术，2020，19（2）：144-148.

[4] 罗俊颉，贺文彬，李延成，等.安全射界技术在人工影响天气对空作业中的应用[J].气象科技，2019，47（2）：355-360.

[5] 张小培，李宏宇.物联网技术在人工影响天气业务中的应用[J].气象科技进展，2019，9（6）：100-103.

[6] 冯宏芳，李丹，廖燕珍，等.基于3D GIS的福建省人工影响天气指挥系统设计与应用[J].干旱气象，2019，37（4）：683-691.