付會明 江西省氣象信息中心 南昌市 330046

0 引言

隨著氣象現(xiàn)代化深入推進，氣象信息系統(tǒng)一方面規(guī)模越來越大功能越來越強，另一方面結(jié)構(gòu)越來越精細形式越來越豐富。與此同時現(xiàn)代計算機技術(shù)快速發(fā)展，移動應(yīng)用大量普及，網(wǎng)絡(luò)計算能力空前提高。使得建立在氣象信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上的氣象業(yè)務(wù)和氣象服務(wù)中的信息活動變得極為頻繁和寬泛，機器語言之間、應(yīng)用模組之間、服務(wù)設(shè)備之間的快速數(shù)據(jù)交換成了氣象信息系統(tǒng)建設(shè)的非常關(guān)切的需求。在眾多新技術(shù)中JSON數(shù)據(jù)技術(shù)提供了便捷數(shù)據(jù)交互能力。JSON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，采用完全獨立于編程語言的文本格式來存儲和表示數(shù)據(jù)。簡潔和清晰的層次結(jié)構(gòu)使得JSON 成為理想的數(shù)據(jù)交換語言，易于人閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成，并有效地提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，在數(shù)據(jù)傳輸方面具有明顯優(yōu)點：數(shù)據(jù)格式比較簡單，易于讀寫，格式都是壓縮的，占用帶寬小。氣象數(shù)據(jù)有別于其他數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜種類多樣，實時性強動態(tài)多變，具有極強的專業(yè)特征。氣象信息系統(tǒng)承載各類氣象數(shù)據(jù)傳輸處理加工等業(yè)務(wù)功能，在系統(tǒng)建設(shè)與運行中各種數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)緊密交流活躍。在氣象信息系統(tǒng)建設(shè)中各個場合與界面中需要完成各種數(shù)據(jù)交互工作，JSON提供了極強的技術(shù)支撐，應(yīng)用好JSON技術(shù)能為業(yè)務(wù)帶來極大便利。

1 JSON技術(shù)與其他技術(shù)的分析比較

1.1 簡介

JSON(JavaScript Object Notation, JS 對象標記) 是一種用于傳輸和生成數(shù)據(jù)的協(xié)定，其基本是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。JSON語法來源于C家族的語言（包括C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、Python等）。它基于JavaScript（Standard ECMA-262 3rd Edition - December 1999）的一個子集。JSON 可以將應(yīng)用對象中表示的一組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，然后就可以在函數(shù)之間輕松地傳遞這個字符串，或者在異步應(yīng)用程序中將字符串從 Web 客戶機傳遞給服務(wù)器端程序。JSON輕量型對象跟語言無關(guān)用于傳輸實現(xiàn)共享，幾乎所有語言都直接支持，用于不同語言共享數(shù)據(jù)，如可以讓asp,php等與前臺js很好的交互。

JSON對象是一系列以逗號分隔的名稱／值對（name：value），最外面用一對花括號括起來。其簡潔性是XML無法比擬的，在數(shù)據(jù)傳輸時，減少的數(shù)據(jù)量可以帶來性能上的提升，裝載后，就可以通過名稱直接訪問任何字段了，相對于DOM極大地提高了效率。JSON還提供數(shù)據(jù)類型的支持，并通過使用對象和數(shù)組可以表現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，占用空間小。在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，對于相同的信息量在相同帶寬環(huán)境下，JSON會以更小的體積更快速地發(fā)送。這些特性使JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語言，易于人閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成而無平臺之分。

1.2 JSON與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的對比

兩者應(yīng)用領(lǐng)域不同，數(shù)據(jù)庫用于持久化保存大量數(shù)據(jù)其主要的功能目的是數(shù)據(jù)保存和共享，而JSON是一種規(guī)則化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?，有保存?shù)據(jù)的功能，但是并不持久。一般情況下都是存在于內(nèi)存，一旦程序退出了，JSON數(shù)據(jù)就沒有了。JSON特別適于網(wǎng)際快速數(shù)據(jù)交換如程序后端與前臺界面之間進行交互，而在此方面數(shù)據(jù)庫技術(shù)是不適應(yīng)的。

1.3 JSON與XML的對比

本質(zhì)上JSON與XML都是一種數(shù)據(jù)交換格式，現(xiàn)在兩者都成為常用的數(shù)據(jù)格式標準，支持多種語言，包括C、C#、ColdFusion、Java、JavaScript、Perl、PHP、Python、ActionScript、Ruby等客戶端和服務(wù)器端語言。

XML（Extensible Markup Language）擴展標記語言，用于標記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標記語言，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。XML使用DTD(document type definition)文檔類型定義來組織數(shù)據(jù);具有格式統(tǒng)一，跨平臺和語言，符合標準；容易與其他系統(tǒng)進行遠程交互，數(shù)據(jù)共享比較方便等優(yōu)點。但其缺點也是明顯的：首先XML文件龐大，文件格式復(fù)雜，傳輸占帶寬；其次服務(wù)器端和客戶端都需要花費大量代碼及資源和時間來解析XML，導(dǎo)致服務(wù)器端和客戶端代碼變得異常復(fù)雜且不易維護；另外客戶端不同瀏覽器之間解析XML的方式不一致，需要重復(fù)編寫很多代碼。

JSON沒有XML歷史久遠但正在迅速得到普及。XML和JSON都使用結(jié)構(gòu)化方法來標記數(shù)據(jù)，但JSON簡單的語法格式和清晰的層次結(jié)構(gòu)明顯要比 XML 容易閱讀，并且在數(shù)據(jù)交換方面，由于 JSON 所使用的字符要比 XML 少得多，可以大大節(jié)約傳輸數(shù)據(jù)所占用得帶寬。

總的來看XML復(fù)雜，適合于較大信息組織處理如配置文件的編輯保存。而JSON簡潔，通信編碼效率高便于數(shù)據(jù)交換，傳輸相同的數(shù)據(jù)JSON要比XML更小巧，而這正是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化氣象應(yīng)用所需要的。

2 JSON技術(shù)在各種氣象信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用實踐

2.1 在B/S模式氣象數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)應(yīng)用開發(fā)中的實例

依托Internet以B/S模式向用戶發(fā)布氣象服務(wù)信息，是現(xiàn)代氣象信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)的重要組成部分。B/S模式中需要Web前端腳本語言（如Javascript）與后端腳本語言(asp，php,jsp)協(xié)同工作, Ajax和RIA（Rich Internet Applications豐富的因特網(wǎng)應(yīng)用程序）等技術(shù)流行增強了Web應(yīng)用的交互性。而JSON可以封裝各種類型格式的數(shù)據(jù)包括網(wǎng)頁中的數(shù)組對象表單等，在其中能發(fā)揮關(guān)鍵作用，提供服務(wù)器到客戶端瀏覽器之間的實時數(shù)據(jù)交互，這對于實時性很強的氣象服務(wù)是很重要的。這里展示的是GPS/MET文件傳輸實時監(jiān)控的應(yīng)用實例，主要代碼如下：

前臺數(shù)據(jù)提交與獲取腳本：

后臺的關(guān)鍵代碼：

用戶瀏覽器監(jiān)控界面：

圖1 用戶瀏覽器監(jiān)控界面

JSON在業(yè)務(wù)流程中起到了數(shù)據(jù)載體的作用，應(yīng)用系統(tǒng)能直接將后臺信息反饋的前臺監(jiān)視界面，用戶無需反復(fù)刷新瀏覽器頁面，就能實時獲取文件傳輸狀態(tài)信息。在氣象業(yè)務(wù)中使用JSON技術(shù)讓應(yīng)用開發(fā)變得簡單規(guī)范，提高了效率，若沒有使用JSON在有大量信息傳送時系統(tǒng)效率和用戶體驗將大打折扣。特別是在AJAX應(yīng)用中使用JSON作為數(shù)據(jù)交換的載體，可以有效提高系統(tǒng)響應(yīng)速度降低等待時間，對于提高系統(tǒng)資源利用率有著很大的貢獻價值。

2.2 在氣象業(yè)務(wù)團隊開發(fā)中的應(yīng)用實例

氣象信息系統(tǒng)不斷向高復(fù)雜度、細粒度化方向發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有原來的模塊化向更細的組件、器件、接口分化。隨之氣象信息系統(tǒng)建設(shè)團隊規(guī)模變大，分工變細，其中每個團隊成員使用的開發(fā)語言與工具必能存在差異，如使用的開發(fā)語言有C++、Python、Java、C#、PHP、Asp.net、Perl、Pascal、VB等等，這樣在團隊開發(fā)中語言之間數(shù)據(jù)交流成了系統(tǒng)建設(shè)的巨大障礙。直到JSON出現(xiàn)這個問題才被根本解決，數(shù)據(jù)交互障礙不再存在，每個團隊成員不再要為各個功能塊之間的數(shù)據(jù)交互花大量時間進行信息編碼，而可以將主要力量花在核心的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)上。本文以長江流域氣象服務(wù)綜合業(yè)務(wù)平臺項目為實例，介紹JSON在大規(guī)模團隊分工與合作中的應(yīng)用。長江流域氣象服務(wù)綜合業(yè)務(wù)平臺項目由長江流域內(nèi)十二個?。ㄊ校┖献魍瓿?，平臺分信息收集與處理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲管理分系統(tǒng)、信息共享服務(wù)分系統(tǒng)、云平臺支撐分系統(tǒng)構(gòu)成。這里展示了系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖和為最終用戶提供服務(wù)的關(guān)鍵“信息共享服務(wù)分系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)，如圖2、圖3所示：

圖2 長江流域氣象服務(wù)綜合業(yè)務(wù)平臺數(shù)據(jù)流程

圖3 共享服務(wù)分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

綜合業(yè)務(wù)平臺的數(shù)據(jù)流程圖和功能結(jié)構(gòu)圖顯示，系統(tǒng)高度細化各功能塊之間聯(lián)系緊密數(shù)據(jù)交換頻繁，JSON技術(shù)在系統(tǒng)建設(shè)運作和成員協(xié)同開發(fā)方面發(fā)揮了作用。首先對于使用各種開發(fā)語言的編程人員JSON支持多種語言能封裝機器語言中的數(shù)組(Array)、布爾值（Boolean）或復(fù)雜的對象（Object）,而且是基于純文本的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，易于閱讀和編寫。其次JSON是跨平臺的，易于機器解析和生成，幾乎所有語言都有相應(yīng)的 JSON包支持，能輕易承載數(shù)據(jù)實現(xiàn)跨平臺傳遞，如讓java程序和asp.net程序互相傳遞包含數(shù)據(jù)的數(shù)組等;而客戶端JavaScript可以簡單的通過eval()進行JSON數(shù)據(jù)的讀取;并且易于維護。使得業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中編程語言間的障礙不再存在，提高了團隊多人協(xié)同工作效能。

2.3 在多業(yè)務(wù)融合中的應(yīng)用實例

氣象信息系統(tǒng)是一個巨大的異構(gòu)系統(tǒng)，不斷有新系統(tǒng)加入如CIMISS、各種基于地理信息系統(tǒng)的服務(wù)系統(tǒng)、MICAPS預(yù)報系統(tǒng)等，而且各省市還有自己的子業(yè)務(wù)系統(tǒng)，融合各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮最大綜合效益是氣象信息系統(tǒng)建設(shè)的一項重要工作。JSON技術(shù)也可以在其中發(fā)揮重要作用，目前通過API接口，中間件結(jié)合JSON數(shù)據(jù)格式規(guī)范集約或融合系統(tǒng)的方法證明是有效的，取得了很好成果，如縣級MICAPS預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)平臺與CMISS系統(tǒng)融合實現(xiàn)等案例，由于篇幅有限在此不做展開闡述。

3 前景展望

JSON技術(shù)不僅促進了數(shù)據(jù)快速交換能力，而且推動了數(shù)據(jù)和應(yīng)用標準，使得信息交流更規(guī)范共享更容易。

采用JSON數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)交換將運行程序所需一些資源文件放置于應(yīng)用之中,運行時只需下載核心數(shù)據(jù),這樣有效地降低了訪問流量,并且提高了處理速度，降低了開發(fā)和使用門檻。

JSON技術(shù)將加速氣象信息社會化應(yīng)用，許多機構(gòu)如中國天氣網(wǎng)提供了基于JSON數(shù)據(jù)格式的API應(yīng)用接口，使得獲取氣象數(shù)據(jù)和預(yù)報變得極為簡單容易，各種平臺Windows、Android等都可以向中國天氣網(wǎng)發(fā)送GET請求獲取JSON數(shù)據(jù)，許許多多包括桌面、手機、移動平板的氣象應(yīng)用APP如雨后春筍般出現(xiàn)，極大豐富了氣象信息的應(yīng)用領(lǐng)域，如下圖的一些氣象APP展現(xiàn)了豐富多彩的應(yīng)用。

圖4 氣象APP社會化應(yīng)用

可見在JSON等新技術(shù)推動下，氣象信息被大眾更深入接受并在更廣泛領(lǐng)域取得了很好社會經(jīng)濟效益，氣象信息生態(tài)已在初步形成。

[1]姜宇.JSON在電子政務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換中的研究與應(yīng)用.科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2012,5

[2]劉志雄.基于B／S模式的氣候資料處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息.2008,12

[3]付會明.長江流域氣象服務(wù)綜合業(yè)務(wù)平臺延伸服務(wù)探討.長江流域中下游大氣探測、通信與信息技術(shù)交流會文集，2014,11