何 林，鄧?guó)P東，李亞麗，郭江峰

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

何 林1，鄧?guó)P東1，李亞麗1，郭江峰2

(1.陜西省氣象信息中心，西安 710014；2.陜西省氣象局，西安 710014)

依托以全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡(jiǎn)稱(chēng)CIMISS)為核心的省級(jí)集約化數(shù)據(jù)環(huán)境，研發(fā)B/S架構(gòu)的陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CIMISS所接入的各類(lèi)資料及本地特色數(shù)據(jù)的查詢(xún)下載、統(tǒng)計(jì)分析、可視化展示、離線定制等功能。該系統(tǒng)的建成對(duì)于提高陜西省氣象部門(mén)省級(jí)數(shù)據(jù)環(huán)境的共享服務(wù)能力，解決基層用戶(hù)“看不到數(shù)據(jù)”的問(wèn)題具有重要意義。

CIMISS；數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)服務(wù)

隨著氣象觀測(cè)體系的日漸成熟和氣象信息化水平的不斷提高，氣象資料的種類(lèi)更加豐富、頻次更加密集，數(shù)據(jù)量越來(lái)越大。而全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)(China Integrated Meteorological Information Sharing System,簡(jiǎn)稱(chēng)CIMISS)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為氣象部門(mén)建立規(guī)范的國(guó)省兩級(jí)氣象數(shù)據(jù)環(huán)境，將各類(lèi)數(shù)據(jù)納入集約化管理，為氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與研究奠定了基礎(chǔ)。雖然CIMISS提供了權(quán)威、豐富的數(shù)據(jù)源，而且為專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)人員提供了調(diào)用數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口，但由于資料門(mén)類(lèi)繁多、本地特色數(shù)據(jù)不足、接口調(diào)用的專(zhuān)業(yè)性要求較高，導(dǎo)致基層業(yè)務(wù)用戶(hù)仍然面臨“看不到數(shù)據(jù)”的困擾。因此，研發(fā)面向一線業(yè)務(wù)人員的統(tǒng)一氣象數(shù)據(jù)共享和展示門(mén)戶(hù)——陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)迫在眉睫。

1 系統(tǒng)定位

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)面向省、市、縣三級(jí)用戶(hù)，以省級(jí)集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境及其訪問(wèn)接口為依托，通過(guò)整合現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)查詢(xún)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的常用功能及用戶(hù)習(xí)慣，建成一個(gè)集全面、多樣的氣象數(shù)據(jù)分析檢索，保存下載，可視化展示，個(gè)性化定制等為一體的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。系統(tǒng)集成了CIMISS所提供的地面、高空、農(nóng)氣、輻射、雷達(dá)、衛(wèi)星等十四大類(lèi)數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充CIMISS中缺少的陜西省自有特色數(shù)據(jù)及專(zhuān)題數(shù)據(jù)集，提供完整、及時(shí)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的對(duì)內(nèi)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)，定期發(fā)布數(shù)據(jù)清單及管理辦法，建立完善、權(quán)威的陜西省氣象部門(mén)內(nèi)一站式數(shù)據(jù)共享中心[1-2]。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 以用戶(hù)為中心

需求牽引，充分考慮業(yè)務(wù)人員的操作習(xí)慣，突出高效、實(shí)用、易用的理念。進(jìn)行針對(duì)性的功能設(shè)計(jì)。同時(shí)做到界面友好，操作響應(yīng)快速。

2.2 集約整合

分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)查詢(xún)系統(tǒng)的功能，以及當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)中存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，整合各類(lèi)數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布設(shè)各項(xiàng)系統(tǒng)功能。

2.3 開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)性相結(jié)合

軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程遵循軟件工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在調(diào)取數(shù)據(jù)時(shí)采用氣象部門(mén)內(nèi)的開(kāi)放性接口，氣象數(shù)據(jù)特征值標(biāo)識(shí)、統(tǒng)計(jì)分析規(guī)則等嚴(yán)格按照中國(guó)氣象局、陜西省氣象局發(fā)布和制定的相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

2.4 可擴(kuò)展和易維護(hù)

考慮到未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展和變化，采用較為靈活的分模塊設(shè)計(jì)[3]。降低模塊間的耦合性，根據(jù)資料和元數(shù)據(jù)的變化及時(shí)研發(fā)或屏蔽相應(yīng)功能模塊。保證系統(tǒng)的可用性，出現(xiàn)故障時(shí)易于排查，維護(hù)管理操作簡(jiǎn)便。

3 總體架構(gòu)

系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，采用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，總體分為五層，如圖1所示?；A(chǔ)設(shè)施層為整個(gè)系統(tǒng)提供運(yùn)行所需的網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬服務(wù)器、操作系統(tǒng)軟件等基礎(chǔ)支撐。數(shù)據(jù)中心為CIMISS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、緩存數(shù)據(jù)庫(kù)提供的多源基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并提供統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理、服務(wù)和交換。數(shù)據(jù)服務(wù)層以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)CIMISS數(shù)據(jù)服務(wù)接口的二次封裝實(shí)現(xiàn)對(duì)MySQL、Oracle等主流數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的兼容，為業(yè)務(wù)應(yīng)用(Application Programming Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)“API”)層提供各類(lèi)應(yīng)用程序編程接口。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用的邏輯實(shí)現(xiàn)。用戶(hù)界面(User Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)“UI”)層表示系統(tǒng)以web網(wǎng)站的形式與用戶(hù)進(jìn)行交互[4]。

圖1 陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 功能設(shè)計(jì)

如圖2所示，陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)分為首頁(yè)、天氣實(shí)況、歷史數(shù)據(jù)、站點(diǎn)數(shù)據(jù)、省際數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析、專(zhuān)題數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、用戶(hù)指南和用戶(hù)登錄等功能模塊。

4.1 首頁(yè)

提供最新實(shí)況快報(bào)(10 min滾動(dòng)監(jiān)測(cè))，分類(lèi)資料查詢(xún)導(dǎo)航，溫度、降水等最受關(guān)注氣象要素的最新實(shí)況的色斑圖、等值線圖展示，最新重要報(bào)和預(yù)警信號(hào)提示，更新監(jiān)測(cè)及語(yǔ)音提醒設(shè)置，以及常用網(wǎng)站鏈接。

圖2 陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)功能模塊

4.2 天氣實(shí)況

提供近3 d地面、高空、衛(wèi)星、雷達(dá)、農(nóng)氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關(guān)注要素?cái)?shù)據(jù)查詢(xún)。支持按地市級(jí)、臺(tái)站級(jí)查詢(xún)，渲染圖展示，按要素值排序，數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel，圖片下載，表格在線打印等功能。此外，展示了省內(nèi)7個(gè)多普勒雷達(dá)圖以及FY系列衛(wèi)星云圖等最新圖片。

4.3 歷史數(shù)據(jù)

超過(guò)3 d的數(shù)據(jù)定義為歷史數(shù)據(jù)。提供地面、高空、農(nóng)氣、輻射、大氣成分等常用資料最受關(guān)注要素的分要素、分站點(diǎn)查詢(xún)，支持查詢(xún)結(jié)果導(dǎo)出Excel功能。提供雷達(dá)、衛(wèi)星等非結(jié)構(gòu)化資料的原始產(chǎn)品文件下載。其中，地面資料支持小時(shí)、日、旬、月、年不同時(shí)間維度的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)，空間范圍為全省，時(shí)間范圍為1951至今(國(guó)家級(jí)自動(dòng)站)、建站至今(國(guó)家級(jí)考核區(qū)域站)。歷史數(shù)據(jù)量較多時(shí)，將影響頁(yè)面加載速度，為保證用戶(hù)體驗(yàn)，建議下載Excel查看，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間序列歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)建議轉(zhuǎn)到離線數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行線上申請(qǐng)。

4.4 站點(diǎn)數(shù)據(jù)

針對(duì)最常用的地面資料，可根據(jù)站點(diǎn)類(lèi)別(國(guó)家級(jí)自動(dòng)站、區(qū)域站)和時(shí)間、空間范圍，按同一站多個(gè)要素，或者多站同一要素進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)，并繪制曲線圖對(duì)要素值的走勢(shì)進(jìn)行對(duì)比。綜合查詢(xún)功能提供選取任意站點(diǎn)組合的常用要素(氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水等)日值查詢(xún)和下載。分區(qū)查詢(xún)提供按選定的省、市、縣三級(jí)所轄范圍內(nèi)的國(guó)家站和區(qū)域站任意時(shí)段內(nèi)的單要素或全要素的數(shù)據(jù)查詢(xún)。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制，對(duì)于不同的質(zhì)控結(jié)果(不觀測(cè)、缺測(cè)、可疑、錯(cuò)誤等)按字體、顏色等分類(lèi)標(biāo)識(shí)。

4.5 省際數(shù)據(jù)

提供中國(guó)氣象局規(guī)定的陜西與周邊9省、市交換共享數(shù)據(jù)的展示，包括近3 d地面、雷達(dá)資料實(shí)況數(shù)據(jù)的查詢(xún)及部分歷史數(shù)據(jù)的常用要素綜合查詢(xún)，其中共享的國(guó)家級(jí)自動(dòng)站為443站，共享的雷達(dá)為44部。

4.6 統(tǒng)計(jì)分析

針對(duì)地面資料，提供距平分析、常規(guī)統(tǒng)計(jì)、歷史排位功能。所有統(tǒng)計(jì)項(xiàng)的時(shí)段、規(guī)則、算法皆遵循中國(guó)氣象局《地面氣象資料實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)處理業(yè)務(wù)規(guī)定》的要求[5]。

4.7 離線數(shù)據(jù)

將傳統(tǒng)線下的對(duì)內(nèi)資料服務(wù)工作流程化，采用網(wǎng)上辦公的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)申請(qǐng)、審核、上傳、下載、短信提醒、管理等。減免了冗余繁瑣的步驟，業(yè)務(wù)流程更加清晰，服務(wù)更加便捷。由于涉及數(shù)據(jù)申請(qǐng)，該模塊需注冊(cè)用戶(hù)登入系統(tǒng)后才可使用。

4.8 專(zhuān)題數(shù)據(jù)

提供省內(nèi)特色數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)集的展示。如地面三十年整編數(shù)據(jù)集、閃電定位數(shù)據(jù)、環(huán)保部共享空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、農(nóng)田小氣候站、大氣負(fù)離子站和公路交通站數(shù)據(jù)等。專(zhuān)題模塊可按需擴(kuò)展，以表格、色斑圖、地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，簡(jiǎn)稱(chēng)“GIS”)疊加等多種方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)[6]。

4.9 用戶(hù)指南

用于發(fā)布面向全省氣象部門(mén)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享手冊(cè)和開(kāi)放清單，同時(shí)提供本系統(tǒng)的介紹、版本說(shuō)明、用戶(hù)注冊(cè)方式、用戶(hù)反饋、聯(lián)系方式等信息。

4.10 用戶(hù)登錄

對(duì)注冊(cè)用戶(hù)的操作記錄進(jìn)行管理。采用單點(diǎn)登錄(Single Sign On，簡(jiǎn)稱(chēng)“SSO”)方式，由登錄信息輸入插件、統(tǒng)一身份驗(yàn)證模塊以及統(tǒng)一授權(quán)管理模塊構(gòu)成。

5 主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)

5.1 CIMISS數(shù)據(jù)服務(wù)接口

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(Meteorological Unified Service Interface Community，簡(jiǎn)稱(chēng)“MUSIC”)，基于國(guó)家級(jí)-省級(jí)統(tǒng)一的CIMISS數(shù)據(jù)環(huán)境，面向氣象業(yè)務(wù)和科研，提供了統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、豐富、具有多種調(diào)用形式的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)和應(yīng)用編程接口，為各級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)提供直接支撐的數(shù)據(jù)接入服務(wù)[7]。目前MUSIC提供了多協(xié)議、跨平臺(tái)、多語(yǔ)言的服務(wù)方式，國(guó)省兩級(jí)元數(shù)據(jù)同步和應(yīng)急備份流程，有效保證了對(duì)CIMISS及兼容CIMISS標(biāo)準(zhǔn)的各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)入。系統(tǒng)采用MUSIC的C#客戶(hù)端和REST(Representational State Transfer，表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移)服務(wù)調(diào)用數(shù)據(jù)，屏蔽了底層業(yè)務(wù)庫(kù)變更帶來(lái)的影響，使功能模塊的移植更加方便，標(biāo)準(zhǔn)化程度更高。

5.2 AngularJS框架

AngularJS是Google推出的一款Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，是以Java腳本編寫(xiě)的一個(gè)類(lèi)庫(kù)。它提供了一系列兼容性良好并且可擴(kuò)展的服務(wù)，包括自動(dòng)化雙向數(shù)據(jù)綁定、語(yǔ)義化標(biāo)簽、MVC設(shè)計(jì)模式和模塊化加載等[8]。系統(tǒng)采用AngularJS實(shí)現(xiàn)前臺(tái)頁(yè)面，可以使數(shù)據(jù)查詢(xún)結(jié)果的展示更加靈活，多個(gè)頁(yè)面使用同一個(gè)模板加載數(shù)據(jù)，化繁為簡(jiǎn)，實(shí)現(xiàn)代碼重用。

5.3 WebService技術(shù)

WebService是一種跨編程語(yǔ)言和跨操作系統(tǒng)平臺(tái)的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，通過(guò)采用HTTP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)并使用標(biāo)準(zhǔn)的XML格式對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行封裝，并向外界暴露出一個(gè)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)用的應(yīng)用程序接口[9]。系統(tǒng)采用WebService提供組件式的數(shù)據(jù)服務(wù)，屏蔽了數(shù)據(jù)中心跨平臺(tái)帶來(lái)的不一致性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議訪問(wèn)數(shù)據(jù)，也有利于系統(tǒng)的維護(hù)完善和功能擴(kuò)展。

5.4 緩存技術(shù)

氣象數(shù)據(jù)的訪問(wèn)有明顯的時(shí)間、空間規(guī)律，例如：整點(diǎn)過(guò)后省內(nèi)及周邊區(qū)域的地面實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)是訪問(wèn)熱點(diǎn)，有天氣過(guò)程的區(qū)域數(shù)據(jù)是訪問(wèn)熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)采用緩存技術(shù)，基于訪問(wèn)時(shí)間和頻率兼顧的策略，將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)MUSIC接口的一次性調(diào)取，并加載進(jìn)入緩存，當(dāng)用戶(hù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)優(yōu)先與速度更快的緩存交互，命中緩存后極大地提升了響應(yīng)時(shí)效和用戶(hù)體驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

陜西省氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)自2016年投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來(lái)，逐漸成為基層用戶(hù)訪問(wèn)全省氣象數(shù)據(jù)資源的重要門(mén)戶(hù)。該系統(tǒng)的建成對(duì)以CIMISS為核心的省級(jí)集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境發(fā)揮服務(wù)效益起到了示范作用，可為其他省級(jí)氣象部門(mén)開(kāi)展CIMISS本地化應(yīng)用、建設(shè)氣象數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)提供思路和借鑒。

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1006-4354(2017)06-0032-04

2017-09-07

何林(1987—)，男，漢族，陜西武功人，碩士，工程師，主要從事氣象信息軟件研發(fā)、集約化氣象數(shù)據(jù)環(huán)境建設(shè)。

陜西省氣象局研究型業(yè)務(wù)重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2015Z-6)；陜西省氣象局青年科研基金(2016Y-11)；中國(guó)氣象局氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)(YBGJXM(2017)03-13)