張志強， 張 強， 胡 星， 倪學磊　(國家氣象信息中心，北京 100081)

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國家氣象業(yè)務內網設計與實現

張志強， 張 強， 胡 星， 倪學磊(國家氣象信息中心，北京 100081)

摘要為改變氣象系統(tǒng)內部服務平臺分散的現狀，國家氣象信息中心對各國家級氣象業(yè)務中心原先自建的氣象、氣候、觀測、服務等若干小系統(tǒng)進行整合，構建國家氣象業(yè)務內網，形成氣象系統(tǒng)內部統(tǒng)一的國家級氣象服務平臺，提供一個能瀏覽、檢索與綜合顯示實況監(jiān)測、預報預測、預警信息、歷史氣候資料以及信息網絡等業(yè)務信息的共享平臺。國家氣象業(yè)務內網使用MVC模式設計，為適應氣象應用的特點，在J2EE應用架構(Struts+Spring+Hibernate)的基礎上，對底層數據交互模塊進行了封裝，有效提高了系統(tǒng)的靈活性和開發(fā)效率。2015年3月國家氣象業(yè)務內網2.0版業(yè)務運行，目前涵蓋了探測、天氣、氣候等6大核心服務欄目、近100個子模塊、近2 000余種業(yè)務產品，對各類氣象業(yè)務起到了有效的支撐作用。

關鍵詞氣象業(yè)務內網；服務平臺；可視化；J2EE

Design and Implementation of National Meteorological Service Platform

ZHANG Zhi-qiang, ZHANG Qiang, HU Xing et al

(National Meteorological Information Centre, Beijing 100081)

AbstractIn order to change the distributed status of the meteorological service platform, based on the integration of the self-built service platforms including meteorology, climate, observation and service, National Meteorological Information Center(NMIC) constructs National Meteorological Service Platform(NMSP). NMSP is a unified national meteorological service platform to provide browsing, searching and displaying of observation, weather forecasting, warning information, historical climate data and network information. NMSP uses the MVC design pattern. For adapting the characteristics of meteorological application, above J2EE application framework(Struts+Spring+Hibernate), NMSP encapsulates data exchange module which improves flexibility and efficiency of the system development. On March 2015, NMSP(version2.0) has been on operational running, which covers six core column, nearly 100 sub-modules,2 000 kinds of business products. It plays an effective supporting role on various types of meteorological service.

Key wordsMeteorological service network; Service platform; Visualization; J2EE

隨著氣象業(yè)務的快速發(fā)展，新增探測資料得到廣泛應用，數值化預報產品的時效性和空間分辨率越來越高，各類業(yè)務產品日益豐富，業(yè)務產品的共享與服務需求日益迫切。氣象系統(tǒng)內部各業(yè)務單位面向核心業(yè)務整合產品資源，開展了內部信息資源整合工作，開始構建內部“業(yè)務內網”系統(tǒng)[1-3]，并初見成效。國家氣象中心建設了面向實況監(jiān)測、預報預測與災害預警的天氣業(yè)務內網系統(tǒng)，國家氣候中心建設了面向氣候預測、氣候變化與氣候服務的氣候業(yè)務內網系統(tǒng)。

隨著中國氣象局各單位業(yè)務內網系統(tǒng)的建設，業(yè)務產品的集成與共享服務水平明顯提升，但業(yè)務產品服務的系統(tǒng)和平臺的集成力度仍然不夠、IT資源重復建設、服務渠道分散、服務規(guī)范不統(tǒng)一、集約化程度低、缺乏統(tǒng)一的業(yè)務產品共享平臺，導致服務效率低下，數據與產品存在不一致甚至矛盾的情況，“信息孤島”現象依然存在。另一方面，國家級對省、地市的業(yè)務指導與實際需求仍存在一定的差距，上下溝通、交互機制的建設剛剛起步，尚未形成基于廣域網絡、上下一體、統(tǒng)籌集約的業(yè)務系統(tǒng)布局?；谏鲜鲈?，為滿足現代氣象業(yè)務發(fā)展的需要，中國氣象局制定了氣象業(yè)務內網系統(tǒng)建設任務，即整合相關業(yè)務單位的業(yè)務產品資源，建立集約化的數據環(huán)境，提供一個能瀏覽、檢索與綜合顯示實況監(jiān)測、預報預測、預警信息、歷史氣候資料以及信息網絡等業(yè)務信息的共享平臺，使得業(yè)務人員能快捷獲取各類信息，從而有效支撐觀測、監(jiān)測、預報、預警及服務等業(yè)務。經過近3年的發(fā)展，國家級氣象業(yè)務內網系統(tǒng)建設初現成效，集成了氣象、氣候、信息網絡及其資料服務上千種重點業(yè)務產品及服務。筆者基于目前氣象業(yè)務內網的建設情況，從功能需求、底層架構、實現功能、應用效果等方面進行介紹，并對目前的成效及后續(xù)發(fā)展目標進行了論述。

1功能需求

國家氣象業(yè)務內網的定位為氣象系統(tǒng)內部統(tǒng)一的氣象產品展示與服務，業(yè)務管理信息共享服務，涵蓋氣象中心、氣候中心、衛(wèi)星中心、信息中心、探測中心、人工影響天氣中心、中國氣象科學研究所、公共服務中心等單位的業(yè)務數據和產品，同時支撐國、省、地、縣4級用戶統(tǒng)一訪問。從氣象業(yè)務內網的定位可以梳理出以下幾類業(yè)務需求。

1.1氣象數據服務需求氣象數據服務的對象主要為國家級、省級、地市級、縣級各級氣象部門業(yè)務單位的業(yè)務用戶。業(yè)務人員可以根據需求在氣象業(yè)務內網上查看權限范圍內的最新氣象資料、數據文件以及可視化產品，還可對實時與歷史氣象數據進行數據檢索、數據下載等操作，滿足不同層級、不同業(yè)務單位業(yè)務人員的氣象天氣預報、氣候監(jiān)測預測、氣象服務的業(yè)務需求。

1.2數據可視化展示需求氣象數據可視化展示主要應用氣象數據分析和圖形處理技術，配合GIS地理信息，為氣象業(yè)務用戶提供在線統(tǒng)計和數據可視化服務。借助于數據的可視化可以使業(yè)務用戶更加全面獲取氣象數據全貌。

1.3業(yè)務信息管理需求構建信息上傳下達的渠道和功能完善的業(yè)務管理平臺，圍繞數據管理與應用服務為各級業(yè)務管理部門提供在線信息服務、統(tǒng)計分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業(yè)務傳輸質量通報、高性能計算資源管理、業(yè)務技術文檔、會議在線以及業(yè)務進展等相關信息。

2軟件框架

基于國家級氣象業(yè)務內網系統(tǒng)(2.0版)的應用特點，其技術路線決策從整體規(guī)劃、業(yè)務驅動、數據支撐多樣化、數據服務效率、訪問安全和性能優(yōu)化等多方面進行考慮。國家級氣象業(yè)務內網系統(tǒng)(2.0版)軟件設計的技術路線體現在以下幾個方面：采用B/S架構進行設計[1，4]，基于J2EE的SOA架構體系進行業(yè)務和數據資源的整合及集成，采用多層體系架構，保證功能自頂向下合理分解，實現設計單元的高內聚、低耦合(圖1)；采用組件化(Component)與插件機制結合進行設計和開發(fā)，保證系統(tǒng)強大且靈活的可擴展性、可維護性以及可集成性；采用并行處理與負載均衡技術，保證多種數據的高并發(fā)處理效率；采用XML數據封裝技術，實現靈活的流程配置；采用關系型數據庫與文件系統(tǒng)結合，針對不同氣象數據特點進行高效的數據存儲管理和統(tǒng)一數據支撐服務；采用HTTP、TCP/IP通信協(xié)議和WebService等通信技術實現

組件間的通信，控制數據傳輸的準確性及時效性，保證在Internet上的數據傳輸速度；采用Portal(門戶)技術實現數據與產品共享服務整合，滿足信息集成、個性化的內容聚合和定制分發(fā)需求，實現面向不同用戶的氣象資料服務的集約化、個性化，保證數據共享服務的擴展性。

圖1　氣象業(yè)務內網軟件框架Fig.1　Framework of meteorological service network

圖2　實況觀測版塊功能Fig.2　Function of live observation section

氣象業(yè)務內網底層數據包括4種：①基于API接口獲取的結構化以及非結果化數據;②基于數據庫獲取的結構化氣象數據;③基于FTP服務器獲取的文件數據;④除氣象數據外的其他數據，包括業(yè)務材料、規(guī)范文檔、培訓視頻文件以及軟件更新包等。在架構設計中，考慮氣象業(yè)務內網支撐數據的特點，基于通用的J2EE應用架構(Struts+Spring+Hibernate)[5-6](如圖1紅色部分),封裝了控制層、服務層、實體層及數據層，實現了基于配置的數據中心，實現了數據獲取與前端顯示功能的獨立分離，屏蔽了大量的后臺數據獲取復雜邏輯，通過配置即可完成相關數據的獲取邏輯，在顯示端即可通過制定ID方式獲取所需數據，使整個開發(fā)更專注于前端展示頁面，考慮業(yè)務用戶需求體驗，后端數據源甚至數據結構的變化可以通過一鍵式配置快速調整，有效應對氣象數據多樣性特點。

3實現功能及業(yè)務應用效果

3.1主要功能

3.1.1實況觀測版塊。實現包括中國氣象局探測中心、國家衛(wèi)星氣象中心、中國環(huán)境監(jiān)測總站、水利部等涉及地面、高空、輻射、農氣、海洋、雷達、衛(wèi)星等10大類近50小類觀測數據可視化展示(圖2)。

圖3　氣候業(yè)務版塊功能Fig.3　Function of meteorology section

3.1.2氣候業(yè)務版塊。實現包括國家氣候中心主要業(yè)務產品，涉及氣候檢驗、氣候預測、影響評估、氣候變化、氣候模式、氣候服務等相關業(yè)務產品的發(fā)布服務和可視化展示(圖3)。同時為了提高氣候業(yè)務效率，針對過去依靠文檔提交的相關填報內容，基于業(yè)務內網實現在線填報功能，同時實現了填報結果的自動在線格式檢查，提高了填報效率。

3.1.3天氣業(yè)務板塊。實現國家氣象中心的主要預報產品的可視化展示。按照時間尺度涵蓋中長期預報、短期預報、短時臨近預報產品，按照預報方式涵蓋主觀預報、客觀預報產品(圖4)。此外，針對災害預警、決策服務等重要內容設立專題版塊提供服務。

3.1.4人工影響天氣版塊。實現包括人工影響天氣中心主要預報與檢測產品包的可視化展示，其中預報產品包括GRAPES_CAMS模式產品、MM5_CAMS模式產品等相關模式產品，檢測產品包括相關地面觀測以及衛(wèi)星反演產品。

圖4　天氣業(yè)務版塊功能Fig.4　Function of weather section

圖5　數據服務版塊功能Fig.5　Function of data service section

3.1.5數據服務版塊。實現包括信息中心收集、整理以及制作的主要中國以及全球數據產品在線服務，涵蓋地面、高空、海洋、輻射、農氣、數值預報、大氣成分、雷達、衛(wèi)星、氣象服務產品、歷史氣候代用資料、氣象災害、氣候產品、交換資料等，提供數據分類導航、定位和數據檢索下載以及數據接口服務(圖5)。

3.1.6業(yè)務管理版塊。構建信息上傳下達的渠道和功能完善的業(yè)務管理平臺，圍繞數據管理與應用服務為各級業(yè)務管理部門提供在線信息服務、統(tǒng)計分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業(yè)務傳輸質量通報、高性能計算資源管理、業(yè)務技術文檔、會議在線以及業(yè)務進展等相關信息(圖6)。

圖6　業(yè)務管理版塊功能Fig.6　Function of business management section

圖7　氣象業(yè)務內網用戶分單位人數統(tǒng)計Fig.7　Statistics of users of meteorological service platform

3.2應用效果氣象業(yè)務內網于2012年7月啟動建設，2013年5月氣象業(yè)務內網1.0版本業(yè)務試運行，經過5次版本升級，2015年3月2.0版本正式業(yè)務運行。目前氣象業(yè)務內網包括實況觀測、天氣業(yè)務、氣候業(yè)務、人工影響天氣、數據服務、業(yè)務管理等6大版塊近100個子模塊，涵蓋了包括探測中心、衛(wèi)星中心、氣象中心、氣候中心、人工影響天氣中心、信息中心等超過2 000種業(yè)務產品，數據資源超過20 TB, 國家級和省級核心業(yè)務用戶超過8 000人，業(yè)務內網用戶人數分單位分布如圖7所示。4結語

國家氣象業(yè)務內網的定位不僅是一個網站，其定位是業(yè)務輔助支撐平臺，配合MICAPS、CIPAS等專業(yè)的氣象業(yè)務平臺，提供業(yè)務用戶一站式的產品查看、數據獲取以及業(yè)務管理輔助支撐。同時氣象業(yè)務內網是國家級單位發(fā)揮對地方指導作用，完善國家和地方“上下互動”機制的一個重要支撐平臺，是國家級氣象業(yè)務現代化的重要組成部分。氣象業(yè)務內網的建設工作是隨著氣象業(yè)務發(fā)展不斷改進的過程，隨著云計算、大數據技術的應用，氣象業(yè)務內網將不斷提升其業(yè)務支撐能力，有效提升氣象業(yè)務工作的效率。

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中圖分類號S 163+.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-224-04

收稿日期2016-02-10

作者簡介張志強(1982- )，男，河南鄭州人，高級工程師，博士，從事氣象數據服務技術研究。

基金項目公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY201306044)；公益性行業(yè)(氣象)科研專項(重大專項)(GYHY201506001-7)。