丁燁毅 姚日升 王 焱 趙伍杰

(寧波市氣象臺(tái)，浙江寧波315012)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越重，提高全社會(huì)應(yīng)對(duì)突發(fā)自然災(zāi)害的響應(yīng)能力，是減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失的重要保證［1］。寧波地處中國東南沿海地區(qū)，經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇等突發(fā)氣象災(zāi)害的影響［2］，短時(shí)暴雨、颮線、雷雨大風(fēng)等中小尺度災(zāi)害性天氣系統(tǒng)水平尺度較小，生命史十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，具有局地性強(qiáng)、歷時(shí)短、來勢猛、破壞性大等特點(diǎn)，因此對(duì)災(zāi)害性天氣監(jiān)測發(fā)布的時(shí)效要求很高，需要在很短時(shí)間內(nèi)將災(zāi)害性天氣實(shí)況信息上報(bào)以作領(lǐng)導(dǎo)決策。隨著大氣監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，區(qū)域氣象站已成為目前氣象觀測的主要手段之一，大大提高了觀測的時(shí)空密度，有效增強(qiáng)了對(duì)災(zāi)害性天氣監(jiān)測的能力［3－4］，結(jié)合手機(jī)短信平臺(tái)實(shí)時(shí)信息發(fā)布優(yōu)勢［5－9］，勢必提高應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的響應(yīng)速度，讓有關(guān)部門及人民群眾及時(shí)采取相應(yīng)措施［10－12］。

寧波全市現(xiàn)已有近200個(gè)區(qū)域氣象站建成并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，所有觀測數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫中，為基于區(qū)域氣象站的突發(fā)災(zāi)害性天氣監(jiān)測發(fā)布技術(shù)研究奠定了扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為滿足突發(fā)災(zāi)害性天氣監(jiān)測發(fā)布的需求，我們開發(fā)了“基于區(qū)域氣象站的災(zāi)害性天氣監(jiān)測發(fā)布系統(tǒng)”，采用Ajax+Web服務(wù)技術(shù)架構(gòu)、Visual Studio.NET 2010作為開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2005。本文主要介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)將區(qū)域氣象站監(jiān)測與短信發(fā)布技術(shù)優(yōu)勢有機(jī)地融合在一起，達(dá)到突發(fā)災(zāi)害性天氣快速識(shí)別、實(shí)時(shí)發(fā)布的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息簡明扼要，減少信息內(nèi)容與數(shù)量冗余，具體實(shí)現(xiàn)如下:由各部門自行設(shè)置災(zāi)害性天氣指標(biāo)條件及系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)，建立一個(gè)任務(wù)列表，列表中主要包括短信發(fā)送對(duì)象、災(zāi)害性天氣種類及級(jí)別，系統(tǒng)將循環(huán)掃描各任務(wù)，一旦有任務(wù)需要執(zhí)行，則對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制檢查，若無異常啟動(dòng)災(zāi)害性天氣自動(dòng)識(shí)別機(jī)制，檢查是否滿足該任務(wù)所要求的災(zāi)害性天氣指標(biāo)條件，并在經(jīng)再次發(fā)送時(shí)效和屏蔽時(shí)間限制的檢查后快速組織成短信形式的災(zāi)害性天氣服務(wù)產(chǎn)品，相關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫，及時(shí)按需啟動(dòng)發(fā)布流程，按要求確定發(fā)布對(duì)象，觸發(fā)短信發(fā)布平臺(tái)完成發(fā)布任務(wù)，如果該任務(wù)需要人工確認(rèn)，則短信通知值班人員，經(jīng)人工確認(rèn)、修改后再?zèng)Q定是否發(fā)送。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)置和任務(wù)定制

2.1 系統(tǒng)設(shè)置

1)通訊簿管理:分組管理，方便自定義用戶選擇。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2)要素極值控制:對(duì)區(qū)域氣象站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行極值質(zhì)量控制，避免因觀測野值“誤發(fā)”信息，同時(shí)能及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)處理。

3)站點(diǎn)要素閾值調(diào)整:部分區(qū)域氣象站間觀測要素因地理位置等原因存在較明顯偏差，比如高山站較平原站風(fēng)速偏大、氣溫偏低，若所有站點(diǎn)采用同樣的閾值會(huì)因個(gè)別區(qū)域氣象站“空發(fā)”信息。針對(duì)這一情況設(shè)置站點(diǎn)要素差值訂正，以平衡各站點(diǎn)間災(zāi)害性天氣閾值條件的差異，進(jìn)而增強(qiáng)信息的實(shí)用性。

4)發(fā)布內(nèi)容站點(diǎn)數(shù)量:組織發(fā)布短信內(nèi)容時(shí)，定義輸出區(qū)域氣象站的個(gè)數(shù)，可一定程度上控制發(fā)布內(nèi)容的字?jǐn)?shù)，達(dá)到簡明扼要的目的。

5)值班號(hào)碼:采用人工確認(rèn)發(fā)送方式時(shí)，首先將信息發(fā)送至該號(hào)碼，由值班人員確認(rèn)后再通過系統(tǒng)平臺(tái)發(fā)送到指定用戶;當(dāng)要素極值控制出現(xiàn)異常時(shí)，不啟動(dòng)發(fā)布流程，改向值班號(hào)碼發(fā)送測值異常信息提示。

2.2 任務(wù)定制表

任務(wù)定制主、副表為災(zāi)害性天氣監(jiān)測發(fā)布數(shù)據(jù)庫中主要數(shù)據(jù)表，用于設(shè)置災(zāi)害性天氣監(jiān)測條件，主要包括部門、發(fā)送號(hào)碼、參考區(qū)域氣象站點(diǎn)、閾值條件、相關(guān)時(shí)間(條件觸發(fā)、再發(fā)時(shí)效、屏蔽時(shí)段)等字段。任務(wù)定制主、副表關(guān)聯(lián)，主表用于存儲(chǔ)任務(wù)列表，每個(gè)任務(wù)一條記錄，副表用于存儲(chǔ)各任務(wù)具體的觸發(fā)條件。

2.2.1 任務(wù)定制主表

任務(wù)ID:數(shù)據(jù)表主鍵，系統(tǒng)自動(dòng)增1。

定制部門:任務(wù)的責(zé)任單位標(biāo)識(shí)。

發(fā)送號(hào)碼:信息發(fā)送的目標(biāo)用戶手機(jī)號(hào)碼。

參考站點(diǎn):目標(biāo)用戶關(guān)注地理范圍的區(qū)域氣象站點(diǎn)。

有效定制:是否為有效定制，用于階段性啟動(dòng)或取消該任務(wù)。

手工確認(rèn):設(shè)置該任務(wù)短信服務(wù)產(chǎn)品是否采用人工確認(rèn)發(fā)布方式。

任務(wù)說明:任務(wù)的簡單說明。

2.2.2 任務(wù)定制副表(觸發(fā)條件表)

ID:數(shù)據(jù)表主鍵，系統(tǒng)自動(dòng)增1。

任務(wù)ID:與任務(wù)定制主表關(guān)聯(lián)，同一任務(wù)定制下，可多任務(wù)定制項(xiàng)目。

定制項(xiàng)目:任務(wù)定制項(xiàng)目標(biāo)識(shí)，氣溫(最高、最低)、雨量(小時(shí)、分鐘)、風(fēng)力、能見度等。

定時(shí)時(shí)間:定制項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間，可特定時(shí)刻，也可循環(huán)啟動(dòng)(用*表示)。定時(shí)時(shí)間設(shè)置為循環(huán)啟動(dòng)時(shí)，除雨量項(xiàng)目外，其余項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間均為每時(shí)。雨量項(xiàng)目分小時(shí)和分鐘啟動(dòng)，小時(shí)表示每時(shí)啟動(dòng)，按整點(diǎn)統(tǒng)計(jì)雨量值，分鐘表示每10 min啟動(dòng)，按分鐘統(tǒng)計(jì)雨量值。一般情況下，短時(shí)間(1～3 h)的雨量按分鐘統(tǒng)計(jì)，長時(shí)間(6～24 h)的雨量按整點(diǎn)來統(tǒng)計(jì)。

統(tǒng)計(jì)時(shí)間:定制項(xiàng)目要素累積或極值統(tǒng)計(jì)時(shí)間，從定時(shí)時(shí)間往前多少時(shí)間內(nèi)。

比較符:用于設(shè)置與閾值關(guān)系的比較符。閾值:用于設(shè)置監(jiān)測閾值數(shù)值。

達(dá)標(biāo)站數(shù):本觸發(fā)條件達(dá)標(biāo)所需的區(qū)域氣象站數(shù)。

再發(fā)時(shí)效:同類信息再次發(fā)布的時(shí)間間隔。

輸出類型:信息具體輸出類型(共3種類型，表1給出實(shí)例)。

屏蔽時(shí)段:對(duì)信息的關(guān)注時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，可 屏蔽非關(guān)注時(shí)段。

表1 輸出類型實(shí)例

3 模塊設(shè)計(jì)

3.1 災(zāi)害性天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測

災(zāi)害性天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測是系統(tǒng)的核心模塊，具有對(duì)所有參考區(qū)域氣象站觀測資料進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤分析處理的功能，采用多線程設(shè)計(jì)。該模塊在規(guī)定時(shí)間啟動(dòng)分析用戶關(guān)注地理范圍內(nèi)各站點(diǎn)相應(yīng)要素?cái)?shù)據(jù)，分析結(jié)束后，判斷是否符合該定制項(xiàng)目規(guī)定要求，若是，進(jìn)入該項(xiàng)目信息發(fā)布流程。

3.1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測的氣象要素

1)溫度:最高、最低氣溫。

2)雨量:1、3、6、12、24 h 累計(jì)雨量。

3)風(fēng)力:最大風(fēng)速、極大風(fēng)速，兩者是或的關(guān)系。

4)能見度:能見度、相對(duì)濕度，兩者與的關(guān)系(考慮到區(qū)域氣象站能見度探測設(shè)備的穩(wěn)定性，增加相對(duì)濕度，以保證信息的正確性)。

3.1.2 災(zāi)害性天氣條件判斷

若當(dāng)前時(shí)間為項(xiàng)目定時(shí)時(shí)間，觸發(fā)線程啟動(dòng)檢查各具體項(xiàng)目條件，利用SQL(Structured Query Language)查詢技術(shù)，通過具體查詢代碼，得到指定時(shí)段、指定站點(diǎn)的降水累計(jì)、氣溫或風(fēng)速的極值等與災(zāi)害性天氣有關(guān)的氣象要素，并進(jìn)行必要的要素調(diào)整，進(jìn)而逐站數(shù)據(jù)與當(dāng)前項(xiàng)目條件閾值比對(duì)，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到條件閾值時(shí)，該站定義為達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)站數(shù)累積增1，在分析完所有站點(diǎn)后，判斷達(dá)標(biāo)站數(shù)是否合格，至此項(xiàng)目條件線程結(jié)束。

3.2 災(zāi)害性天氣發(fā)布內(nèi)容組織

當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)束后，即啟動(dòng)信息組織工作，逐部門進(jìn)行發(fā)布內(nèi)容的信息組織。由于信息字?jǐn)?shù)過多容易造成閱讀和理解的困難，同時(shí)，一次災(zāi)害性天氣過程中頻繁發(fā)送類似實(shí)況信息，容易降低信息接收者對(duì)災(zāi)害性天氣的敏感性，因此在發(fā)布內(nèi)容的信息組織上，需要考慮在不減少信息內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減少信息字?jǐn)?shù)，盡可能發(fā)布重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。內(nèi)容組織簡約和輸出具體規(guī)則如下:

1)僅閾值不同，其它條件均相同，短信組織時(shí)，按閾值強(qiáng)弱排列，且僅輸出最強(qiáng)閾值具體信息，其它采用概述，如“日湖公園出現(xiàn)40℃以上高溫，另外，31站出現(xiàn)38℃以上高溫，84站出現(xiàn)35℃以上高溫”。

2)僅達(dá)標(biāo)站點(diǎn)不同，其它條件均相同，短信組織時(shí)，達(dá)標(biāo)站點(diǎn)少者不輸出，因?yàn)檫_(dá)標(biāo)站數(shù)少者信息已包含在達(dá)標(biāo)站數(shù)多者內(nèi)，這樣可減少信息冗余。

3)同類氣象要素多條定制項(xiàng)目同時(shí)達(dá)標(biāo)時(shí)，按就高原則，僅輸出最高級(jí)別的信息(相同統(tǒng)計(jì)時(shí)間，取最大(小)閾值;相同閾值，取最小統(tǒng)計(jì)時(shí)間)。如表2所示的雨量觸發(fā)條件，如果有2站1 h雨量同時(shí)超過50 mm，表2中序號(hào)1—5、7同時(shí)滿足條件，按照前面所述閾值由強(qiáng)到弱原則，只發(fā)布“有2站1 h雨量達(dá)到50 mm”。

表2 觸發(fā)條件示例

4)是否發(fā)送:再發(fā)時(shí)效、屏蔽時(shí)段、人工確認(rèn)等3個(gè)參數(shù)都會(huì)影響信息是否發(fā)送。，當(dāng)且僅當(dāng)最新監(jiān)測信息時(shí)間距同一觸發(fā)條件監(jiān)測信息最近發(fā)送時(shí)間大于等于再發(fā)時(shí)效，才確認(rèn)為可發(fā)送信息，從而達(dá)到控制重復(fù)信息數(shù)量的目的;對(duì)信息的非關(guān)注時(shí)間進(jìn)行設(shè)置屏蔽時(shí)段，如最低氣溫考慮只在早晨發(fā)送，白天忽略最低氣溫是否達(dá)標(biāo);人工確認(rèn)由值班人員審核后根據(jù)需要發(fā)送，也可進(jìn)行修改后再發(fā)送，從而提高發(fā)送信息的質(zhì)量。

5)輸出類型:災(zāi)害性天氣和統(tǒng)計(jì)輸出，災(zāi)害性天氣是達(dá)標(biāo)站名和達(dá)標(biāo)條件概述的輸出，又分為是否同時(shí)輸出具體數(shù)值的兩種情況，見表1。

6)輸出站數(shù):即發(fā)布內(nèi)容站點(diǎn)數(shù)量，若達(dá)標(biāo)區(qū)域氣象站數(shù)大于輸出站數(shù)，僅輸出具體數(shù)值排序前“輸出站數(shù)”的區(qū)域氣象站信息，如表1中的高溫和雨量。

3.3 信息發(fā)布

災(zāi)害性天氣信息發(fā)布是系統(tǒng)的通信模塊，目前采用手機(jī)短信發(fā)布方式，當(dāng)然也可以發(fā)送到LED顯示屏或語音廣播。

3.3.1 短信網(wǎng)關(guān)接口

目前寧波市氣象局及其下屬各縣(市)、區(qū)使用的短信平臺(tái)多達(dá)4種(表3)，分別為中國移動(dòng)的企信通(信息機(jī)或MAS)、Openmas，中國聯(lián)通的集信通、華為的INFOX-EIE等4個(gè)短信發(fā)布平臺(tái)。

表3 各類短信發(fā)布平臺(tái)簡介

3.3.2 短信接口封裝

各類短信發(fā)布平臺(tái)間短信實(shí)現(xiàn)機(jī)制、短信定義、回執(zhí)及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫均存在較大差別，針對(duì)這一現(xiàn)狀，我們采用Factory Method設(shè)計(jì)模式將各平臺(tái)接口進(jìn)行封裝，為這些平臺(tái)抽象出統(tǒng)一的接口、界面，實(shí)現(xiàn)了短信的跨平臺(tái)發(fā)送。接口提供的功能包括:支持安全驗(yàn)證，支持MT短信的回執(zhí)確認(rèn)，提供了短信發(fā)送記錄、發(fā)送失敗短信重發(fā)等功能。經(jīng)過封裝后的短信發(fā)送接口生成DLL文件，這樣做的優(yōu)勢在于C/S程序(EXE)和B/S程序(網(wǎng)頁方式)都能直接使用該接口。

4 業(yè)務(wù)應(yīng)用效果

系統(tǒng)于2011年7月開發(fā)完成，8月進(jìn)行推廣試用，期間出現(xiàn)了多次暴雨、高溫和大風(fēng)等天氣，系統(tǒng)均能正確快速識(shí)別并自動(dòng)發(fā)送相應(yīng)服務(wù)信息至用戶手機(jī)，特別是8月25日受東風(fēng)波影響全市出現(xiàn)大到暴雨，慈溪北部地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，系統(tǒng)及時(shí)發(fā)布了災(zāi)害性天氣產(chǎn)品，提醒相關(guān)用戶;2011年10月11日北侖某區(qū)域氣象站雨量計(jì)由于線路遭螞蟻破壞出現(xiàn)1 h近1000 mm的雨量值，系統(tǒng)及時(shí)提示值班人員，使該站設(shè)備在最短時(shí)間得到維護(hù)，取得了很好的效果。目前該系統(tǒng)已成為服務(wù)人員的得力助手，實(shí)現(xiàn)了對(duì)災(zāi)害性天氣自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，在預(yù)警預(yù)報(bào)等服務(wù)方面發(fā)揮了很好的作用。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)能主動(dòng)及時(shí)為決策用戶、專業(yè)用戶、天氣預(yù)報(bào)人員發(fā)送定制的災(zāi)害性天氣實(shí)況信息，其建成將進(jìn)一步完善寧波市氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)及時(shí)掌握全市各地實(shí)時(shí)氣象災(zāi)害信息、做好應(yīng)急氣象服務(wù)起到不可代替的作用。系統(tǒng)基于區(qū)域氣象站所監(jiān)測的各類氣象資料，且可自定義具體指標(biāo)條件，使信息產(chǎn)品更符合用戶的關(guān)注點(diǎn)，及時(shí)為他們提供各自關(guān)注的突發(fā)災(zāi)害性天氣情況，達(dá)到更好的服務(wù)效果。

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