廖桉樺

(寧波市鄞州區(qū)氣象局，浙江寧波315100)

隨著新一代天氣觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的投入使用，雷達(dá)衛(wèi)星等資料開(kāi)始廣泛地應(yīng)用，中尺度自動(dòng)氣象站分布越來(lái)越廣泛，間隔為5～10 km，對(duì)小尺度的天氣現(xiàn)象有了更清楚直觀的認(rèn)識(shí)。當(dāng)前氣象災(zāi)害頻發(fā)，氣象局承擔(dān)著政府決策氣象服務(wù)、公共氣象服務(wù)和為農(nóng)氣象服務(wù)3個(gè)方面的職責(zé)，在遇到突發(fā)災(zāi)害性天氣情況時(shí)，如何讓民眾及時(shí)收到氣象信息并有效地做好防范措施，實(shí)現(xiàn)氣象資料最后一公里的傳輸，是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，手機(jī)的使用越來(lái)越普遍，因此當(dāng)前最簡(jiǎn)單易行的方式是通過(guò)手機(jī)短信發(fā)送，實(shí)現(xiàn)極端、突發(fā)性、災(zāi)害性天氣預(yù)警信息的自動(dòng)發(fā)送。

地理信息系統(tǒng)(GIS)由軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶構(gòu)成，通過(guò)對(duì)地理數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府部門(mén)行政管理提供新的知識(shí)，為工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃、管理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。其本質(zhì)為由計(jì)算機(jī)程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型[2－4]。把用戶的需求集成到地理信息系統(tǒng)中，日常工作中就能提供更有針對(duì)性的公共氣象服務(wù)?；贕IS平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，借助其強(qiáng)大的地理信息、空間分析功能，其優(yōu)勢(shì)不言而喻，基于這個(gè)理念，筆者設(shè)計(jì)了基于GIS的氣象預(yù)警短信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣象預(yù)警短信的分區(qū)自動(dòng)發(fā)送。

1 需求分析

由于下墊面的差異，各類(lèi)氣象要素在時(shí)空分布上存在著較大的不連續(xù)性，就溫度而言，夏季陸面溫度要高于水體溫度，而冬季陸面溫度則低于水體溫度，山區(qū)與平原也存在很大差異;對(duì)于風(fēng)速，沿海、山地風(fēng)速要明顯大于內(nèi)陸平原;而對(duì)于日常最容易產(chǎn)生氣象災(zāi)害的降水，“東邊日出西邊雨”的情況在目前的高密度的氣象觀測(cè)中更是越來(lái)越多地被觀測(cè)到，尤其是夏季的局地強(qiáng)對(duì)流天氣，寧波市曾經(jīng)出現(xiàn)30 km范圍內(nèi)，部分地區(qū)3 h降水180 mm，而附近卻幾乎沒(méi)有降水的情況。由于局地強(qiáng)降雨時(shí)間集中、強(qiáng)度大，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)有較大的影響。此外，不同的用戶對(duì)于氣象消息的需求不同，例如漁民出海最關(guān)心風(fēng)力的大小，葡萄種植戶最關(guān)心引起落果的高溫。因此在氣象信息的發(fā)送上，有必要根據(jù)需求將不同的短信發(fā)送到不同的用戶手上。由于降水相對(duì)氣溫、風(fēng)速等局地性和突發(fā)性更為明顯，且更容易致災(zāi)，因此主要以短時(shí)強(qiáng)降水為例，介紹暴雨等氣象預(yù)警短信自動(dòng)發(fā)送系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是在充分利用現(xiàn)有移動(dòng)代理服務(wù)器以及氣象資料觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的前提下進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)。硬件主要由氣象信息服務(wù)器、信息處理服務(wù)器以及移動(dòng)代理服務(wù)器3部分組成(圖1)。其中氣象信息服務(wù)器用于實(shí)時(shí)收集和儲(chǔ)存氣象信息數(shù)據(jù);信息處理服務(wù)器用于儲(chǔ)存地理信息資料和用戶，同時(shí)對(duì)氣象信息進(jìn)行分析和處理，生成氣象預(yù)警短信;移動(dòng)代理服務(wù)器用于發(fā)送手機(jī)短信，通過(guò)開(kāi)放接口與信息處理服務(wù)器對(duì)接。

2.1 移動(dòng)代理服務(wù)器

移動(dòng)代理服務(wù)器(MAS)是針對(duì)集團(tuán)客戶設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，其將軟硬件一體化封裝，只需要有穩(wěn)定的電源及網(wǎng)絡(luò)便能正常工作，在同一網(wǎng)絡(luò)中其他PC機(jī)可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)MAS。由于其接口開(kāi)放，其他程序可方便地通過(guò)MAS進(jìn)行短信發(fā)送等操作。

圖1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.2 信息處理服務(wù)器

系統(tǒng)運(yùn)行在信息處理服務(wù)器上，主要由氣象預(yù)警信息生成子系統(tǒng)以及短信發(fā)送子系統(tǒng)組成。氣象預(yù)警信息生成子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控實(shí)時(shí)氣象實(shí)況資料以及雷達(dá)外推等預(yù)報(bào)資料，根據(jù)設(shè)定的閾值并生成帶有地理信息的預(yù)警信息。短信發(fā)送子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將帶有地理信息的預(yù)警信息與用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合分析，生成手機(jī)短信，通過(guò)開(kāi)放接口提交到移動(dòng)代理服務(wù)器，最終發(fā)送到用戶手上。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)上建有氣象信息服務(wù)器，氣象觀測(cè)資料存儲(chǔ)在Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。移動(dòng)代理服務(wù)器內(nèi)部使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，支持通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口或API接口等方式提交短信發(fā)送請(qǐng)求，本系統(tǒng)直接使用數(shù)據(jù)庫(kù)接口。為了方便后期維護(hù)和二次開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)采用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。由于Microsoft.NET Framework本身已經(jīng)集成了Microsoft SQL Server操作類(lèi)，因此只需把MySQL的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)包含在內(nèi)即能正常運(yùn)行(圖2)。

圖2 系統(tǒng)的原理

3.1 服務(wù)需求分析

將現(xiàn)有氣象服務(wù)通訊錄進(jìn)行需求劃分，添加鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息，同時(shí)將鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)氣象站與鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。例如三防部門(mén)承擔(dān)著全市的防汛抗旱任務(wù)，對(duì)氣象信息要求較高，因此將三防部門(mén)人員設(shè)置為所有氣象站信息均發(fā)送;各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)鎮(zhèn)長(zhǎng)對(duì)所管轄區(qū)域的氣象信息較為敏感，遇突發(fā)狀況時(shí)及時(shí)指揮鄉(xiāng)鎮(zhèn)人員作出相關(guān)應(yīng)急措施，所以只發(fā)送相對(duì)應(yīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象信息;各大戶也是僅發(fā)送所在地的氣象信息。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)均為定時(shí)生成，例如中尺度自動(dòng)站為10 min上傳1次數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)資料采集、統(tǒng)計(jì)、入庫(kù)，后臺(tái)定時(shí)對(duì)資料進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)資料的迅速獲取，氣象預(yù)警信息生成子系統(tǒng)采用定時(shí)查詢的方式，在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，每5 min查詢1次數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)轄區(qū)內(nèi)各個(gè)自動(dòng)站的1，3，6和12 h雨量等數(shù)據(jù)。

3.3 預(yù)警信息生成

綜合實(shí)際應(yīng)用情況以及日常對(duì)于小雨、中雨、大雨、暴雨的量值劃分，選取閾值范圍為1 h降水16 mm，2 h降水30 mm，3 h降水50 mm，6 h降水50 mm，12 h降水100 mm，閾值優(yōu)先情況示表1。

表1 氣象預(yù)警的閾值等級(jí)

優(yōu)先等級(jí)從表1上到下、從左到右逐漸增加，實(shí)際執(zhí)行時(shí)將實(shí)況值按照從下到上，從左到右與閾值比較，達(dá)到閾值范圍時(shí)自動(dòng)生成預(yù)警信息。生成預(yù)警信息時(shí)會(huì)根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)緯度，通過(guò)查詢地理信息系統(tǒng)中的行政邊界資料，計(jì)算出超過(guò)閾值的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在哪個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至是哪個(gè)村。最后將帶有區(qū)域信息的預(yù)警信息提交到短信發(fā)送子系統(tǒng)中。發(fā)送短信時(shí)標(biāo)注發(fā)送時(shí)間，如果超過(guò)前1次預(yù)警短信時(shí)效，或本次閾值優(yōu)先級(jí)更高，則考慮再次發(fā)送。

3.4 預(yù)警短信的分區(qū)、分類(lèi)發(fā)送

用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)用戶均包含了區(qū)域信息，包含縣市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村社區(qū)三級(jí)，因此短信發(fā)送子系統(tǒng)在氣象預(yù)警信息生成子系統(tǒng)提交預(yù)警信息后，可以根據(jù)用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)分析出預(yù)警信息指定區(qū)域內(nèi)的用戶。同時(shí)為了進(jìn)一步優(yōu)化服務(wù)，用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)還包含了警報(bào)類(lèi)型信息，如大風(fēng)、高溫、降水等，可以指定用戶接收其中的一種信息或者多種信息。在確定了接收用戶和內(nèi)容后，短信發(fā)送子系統(tǒng)會(huì)將用戶號(hào)碼和手機(jī)短信內(nèi)容提交到移動(dòng)代理服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)方法為將短信號(hào)碼和內(nèi)容寫(xiě)入到數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的發(fā)送隊(duì)列表中。

4 系統(tǒng)實(shí)用性分析

傳統(tǒng)的短信發(fā)送采取人工方式，需要人工監(jiān)控氣象資料，根據(jù)資料編寫(xiě)短信內(nèi)容，選擇接收用戶，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，而且容易輸入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或者選錯(cuò)發(fā)送對(duì)象，在使用新系統(tǒng)后能有效解決上述問(wèn)題。

由于本地緊急異常短信服務(wù)用戶數(shù)超過(guò)3 000個(gè)，如果某次發(fā)送選擇了發(fā)送到全部用戶，盡管提交到移動(dòng)代理服務(wù)器的速度較快，但是通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，全部發(fā)送到用戶手上需要30 min，在連續(xù)發(fā)送多條短信時(shí)，隊(duì)列后面的短信發(fā)出時(shí)間相應(yīng)累加，導(dǎo)致部分短信失去時(shí)效性。在使用此系統(tǒng)后，因?yàn)槊鞔_了某個(gè)鎮(zhèn)、村(社區(qū))以及相關(guān)部門(mén)發(fā)送對(duì)象，該組短信服務(wù)用戶數(shù)在200個(gè)以內(nèi)，能有效縮短短信發(fā)送時(shí)間。

5 小結(jié)

在充分利用現(xiàn)有平臺(tái)并且不影響原有業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，搭建起了基于GIS的氣象預(yù)警短信系統(tǒng)。采取機(jī)器自動(dòng)分析發(fā)送，有效地解決了暴雨等氣象預(yù)警信息漏發(fā)誤發(fā)的問(wèn)題，同時(shí)由于集成了地理信息系統(tǒng)，能夠提高氣象預(yù)警短信發(fā)送的針對(duì)性，同時(shí)提高了氣象預(yù)警短信的時(shí)效性。目前基于GIS的氣象預(yù)警短信自動(dòng)發(fā)送系統(tǒng)，已經(jīng)投入實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過(guò)幾次大的降水過(guò)程，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行效率較好，符合日常業(yè)務(wù)的需要。

[1]陳鵬述.地理信息導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社，1999:12－24.

[2]沈鵬.基于GIS的110短信報(bào)警系統(tǒng)[D].吉林:吉林大學(xué)，2007.

[3]張勇，楊邦榮，蔣覺(jué)先.基于GSM/GIS的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2006，32(2):243－247.

[4]Mary Kirtland.基于組件的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京大學(xué)出版社，1999:12－16.