梁樂寧 劉輕揚 盧大維 孫曉明 冀藝

（中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081）

0 引言

隨著新媒體技術(shù)高速發(fā)展和智能手機全面普及應(yīng)用，用戶的信息接收方式有了極大的轉(zhuǎn)變[1]。原有決策氣象服務(wù)材料提供方式和手段多以內(nèi)參材料、文件傳真、電子郵件、短信等方式為決策用戶提供服務(wù)，上述服務(wù)手段已不能適應(yīng)新媒體時代用戶使用習慣，需要應(yīng)用新的技術(shù)和實現(xiàn)方式進一步提升決策服務(wù)技術(shù)支撐能力。以創(chuàng)新氣象防災減災決策服務(wù)手段和形式第一時間為國家、政府和行業(yè)主管部門決策人員提供科學、有價值的防災減災氣象服務(wù)信息為目標，打造面向國務(wù)院各部委的決策氣象服務(wù)手機客戶端。客戶端面向中國氣象局和國務(wù)院部委辦局提供決策氣象服務(wù)保障，它可以協(xié)助各級決策用戶快速獲取氣象服務(wù)信息，是決策用戶及時進行分析、研判的便捷式應(yīng)用工具。

2014年年底，中國氣象局公共氣象服務(wù)中心正式推出手機決策客戶端第一代版本——“中國氣象”，客戶端擁有11個頻道，整合展示33項氣象服務(wù)產(chǎn)品?？蛻舳烁采wiOS和Android兩大主流移動端操作系統(tǒng)[4-5]，客戶端實現(xiàn)中國氣象局各級業(yè)務(wù)單位的數(shù)據(jù)和服務(wù)產(chǎn)品的自動化接入，接入CIMISS系統(tǒng)全國自動氣象站實況監(jiān)測數(shù)據(jù)；信息發(fā)布高效及時，保證系統(tǒng)發(fā)布的氣象數(shù)據(jù)和氣象服務(wù)產(chǎn)品第一時間同步顯示到手機客戶端；提升氣象服務(wù)產(chǎn)品可視化展示效果。客戶端業(yè)務(wù)運行兩年來，累計更新迭代十余版。

截至目前，決策客戶端已為中國氣象局和國務(wù)院部委辦局提供服務(wù)，并在第九次氣象災害預警服務(wù)部際聯(lián)絡(luò)員會議上做了重點推廣。經(jīng)過兩年多的運行，通過用戶需求反饋，了解到目前的客戶端在氣象專業(yè)數(shù)據(jù)查詢和產(chǎn)品展示等方面還不能滿足決策用戶的需求。在此基礎(chǔ)上需針對決策氣象服務(wù)客戶端進行升級和優(yōu)化，加強實時監(jiān)測信息的展示和發(fā)布，提高服務(wù)支撐的針對性，充分發(fā)揮決策客戶端的服務(wù)應(yīng)用能力。

為進一步提升手機決策氣象服務(wù)客戶端的服務(wù)能力，加強氣象基礎(chǔ)觀測信息、災情信息和極端天氣事件監(jiān)測產(chǎn)品的展示能力，滿足決策用戶在重大氣象災害及突發(fā)事件發(fā)生的情況下可以通過決策客戶端查詢信息的要求[6-9]，需對客戶端1.0版進行進一步優(yōu)化，實現(xiàn)功能升級。2016年起中國氣象局公共氣象服務(wù)中心正式對決策氣象服務(wù)客戶端進行改版，打造新版“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端。新版客戶端后臺支撐系統(tǒng)增加用戶權(quán)限的管理功能，實現(xiàn)不同用戶登錄后查看的服務(wù)頻道不同，為決策用戶提供專屬氣象服務(wù)產(chǎn)品查詢通道；對接上游業(yè)務(wù)單位全國自動氣象站實時觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在決策客戶端實時查詢最新的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)及歷史實況；對接國家氣象中心災情直報系統(tǒng)和民政部災情信息數(shù)據(jù)，做好災情信息在決策客戶端的展示；陸續(xù)推出分鐘級雷達降水估測、等風來、實景天氣、天氣統(tǒng)計、社會化觀測和全國空氣質(zhì)量等創(chuàng)新型氣象服務(wù)產(chǎn)品，優(yōu)化了軟件使用的操作體驗和視覺展示效果，豐富了決策客戶端產(chǎn)品種類和展現(xiàn)方式。

1 決策客戶端軟件總體架構(gòu)設(shè)計

“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)采用模塊化和組件化的方式進行設(shè)計，在保證系統(tǒng)運行安全的基礎(chǔ)上[4-5]，提升業(yè)務(wù)運行效率和獨立性，便于系統(tǒng)的后續(xù)升級和擴展。系統(tǒng)的架構(gòu)由六層兩體系組成，“六層”分別是：表現(xiàn)層、應(yīng)用層、傳輸層、支撐層、資源層、基礎(chǔ)層；兩體系分別為：身份認證和安全體系、運行維護保障體系。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1）表現(xiàn)層。主要為手機客戶端，具體為“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端iOS版和Android版。

2）應(yīng)用層。本部分為決策客戶端后臺管理系統(tǒng)，app統(tǒng)一的功能管理和權(quán)限控制都是通過后臺管理系統(tǒng)進行配置管理。提供權(quán)限控制模塊，賦予管理員、決策用戶和普通用戶等角色不同的用戶權(quán)限，實現(xiàn)有權(quán)限控制的管理系統(tǒng)。

3）傳輸層。用來負責數(shù)據(jù)與管理后臺和客戶端直接的數(shù)據(jù)交互傳輸，通過這一層的傳輸協(xié)議可以將后臺的各種超文本標記語言文檔傳輸、文件數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、郵件數(shù)據(jù)等。通過數(shù)據(jù)接口模塊，為iOS客戶端和Android客戶端可提供格式規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，客戶端通過HTTPS協(xié)議請求獲得各種XML、JSON數(shù)據(jù)格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)需求。

4）支撐層。主要為系統(tǒng)提供地理信息服務(wù)和管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)計算及專項服務(wù)產(chǎn)品的制作，以及對歷史數(shù)據(jù)資源進行挖掘分析，還有預警和其他重要信息的推送服務(wù)。

5）資源層。提供為客戶服務(wù)、管理者分析的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)庫方面，具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫作為支撐，另外還需要決策服務(wù)平臺自己組建數(shù)據(jù)庫存儲與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計信息以及人員信息等數(shù)據(jù)。

6）基礎(chǔ)層。是平臺的基本構(gòu)架環(huán)境，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器/web服務(wù)器、交換機、存儲設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)、呼叫中心接入、有/無線通信服務(wù)等。

7）身份認證和安全體系。平臺安全系統(tǒng)設(shè)計除了包含計算機網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用系統(tǒng)等進行安全規(guī)劃之外，系統(tǒng)運行的安全設(shè)計也是安全規(guī)劃的重要內(nèi)容之一。

8）運行維護保障體系。運行維護保障機制包含統(tǒng)一性和標準性、公眾服務(wù)性、專業(yè)性、權(quán)威性。

2 決策客戶端軟件技術(shù)實現(xiàn)

2.1 客戶端軟件系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

新版決策客戶端系統(tǒng)主要分為四個部分：數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)）、中心服務(wù)器、web服務(wù)系統(tǒng)和移動客戶端。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)及中心服務(wù)器部署在公共氣象服務(wù)中心北方站機房，業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)部署在騰訊云。根據(jù)建設(shè)原則，四個部分均采用成熟的架構(gòu)進行開發(fā)。系統(tǒng)軟件技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

1）應(yīng)用層。以友好的用戶界面為用戶提供所需的各項應(yīng)用軟件和服務(wù)，本系統(tǒng)應(yīng)用層主要完成前后端之間的業(yè)務(wù)交互，對系統(tǒng)的各個細小模塊和功能層分解出來的功能進行統(tǒng)一的管理，并協(xié)調(diào)各個功能之間的關(guān)系。應(yīng)用層也是整個系統(tǒng)和外部交互的主要渠道。

2）功能層。主要對整個系統(tǒng)進行了分解，把功能分為公共功能和業(yè)務(wù)應(yīng)用場景功能。公共功能比如：用戶管理功能、權(quán)限管理功能，欄目管理功能等；業(yè)務(wù)應(yīng)用場景功能如即時通信（IM）功能、統(tǒng)計功能、查詢功能，推送功能等。各自獨立實現(xiàn)。

圖1 “中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)Fig. 1 National mobile decision meteorological service client system software architecture

3）接口層。是數(shù)據(jù)層與其他層的進行數(shù)據(jù)交換唯一途徑，也是進一步對系統(tǒng)進行解耦，接口的設(shè)計具有以下原則：滿足應(yīng)用要求、面向?qū)ο笤O(shè)計、滿足高容錯性及高健壯性、具有可擴展性、接口規(guī)范盡量與業(yè)內(nèi)的標準數(shù)據(jù)接口規(guī)范相符。

2.2 客戶端軟件系統(tǒng)核心功能組成

1）數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。主要存儲來自上游業(yè)務(wù)單位提供的實況監(jiān)測數(shù)據(jù)、天氣預報數(shù)據(jù)和決策服務(wù)材料等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)提供給中心服務(wù)器。系統(tǒng)還需保存系統(tǒng)運行所需的各種數(shù)據(jù)，比如：客戶端定位信息、上傳圖片、用戶信息等。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)可劃分為兩個部分，包括數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)。

2）中心服務(wù)器。完成數(shù)據(jù)處理功能，完成所有的業(yè)務(wù)上的計算、數(shù)據(jù)的處理和邏輯的判斷。并針對客戶端功能模塊需要的多種氣象產(chǎn)品進行加工，處理后的結(jié)果提供給web服務(wù)系統(tǒng)進行訪問。

3）Web服務(wù)系統(tǒng)。分為內(nèi)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)和云服務(wù)系統(tǒng)，其中內(nèi)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)部署在公服中心北方站機房，云服務(wù)系統(tǒng)部署在騰訊云。Web服務(wù)系統(tǒng)向手機客戶端提供基于HTTP連接的請求和應(yīng)答web服務(wù)應(yīng)用程序，系統(tǒng)基于IEF（智能擴展框架）技術(shù)開發(fā)，提供所有客戶端系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)框架，實現(xiàn)所有模塊化的動態(tài)升級，主要提供以下主要業(yè)務(wù)功能。

①與氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫連接，提供API接口，為客戶端提供各類專業(yè)信息和客戶端定制化展現(xiàn)服務(wù)，提供定制化服務(wù)及推送的發(fā)布，實現(xiàn)自動化信息推送。

②獲取客戶端定制化展現(xiàn)數(shù)據(jù)、定位等應(yīng)用信息，上傳用戶反饋數(shù)據(jù)，提供登陸、注冊和用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用接口，提供用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取功能，上傳用戶基本屬性和用戶行為數(shù)據(jù)。

圖2 “中國氣象”手機決策客戶端軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig. 2 National mobile decision meteorological service client software system overall structure

③管理用戶權(quán)限和用戶資料，并提供驗證用戶身份功能，收集用戶基本屬性和用戶行為數(shù)據(jù)的歷史記錄信息，然后將用戶數(shù)據(jù)獲取模塊收集到的信息，以用戶和設(shè)備為單位進行匯總、整理和初步分析，為統(tǒng)計報表模塊提供數(shù)據(jù)支持。

④對系統(tǒng)產(chǎn)品等方面提供管理，針對相關(guān)業(yè)務(wù)的管理。

4）移動客戶端。移動客戶端應(yīng)用3G/4G/Wi-Fi通信網(wǎng)絡(luò)快速的數(shù)據(jù)傳輸能力實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)和決策服務(wù)產(chǎn)品快速訪問和查看?？蛻舳酥С钟脩翳b權(quán)、手勢、自動旋轉(zhuǎn)、在線版本自動升級、信息反饋等功能。

版本開發(fā)平臺包括iOS和Android兩個平臺，iOS版本使用官方公司蘋果賬號進行決策客戶端軟件發(fā)布。Andoid版本在華為、騰訊、360等應(yīng)用市場或指定商店發(fā)布。

2.3 客戶端軟件關(guān)鍵技術(shù)

1）數(shù)據(jù)權(quán)威、全面

本系統(tǒng)對接國家氣象中心、國家氣候中心、國家衛(wèi)星氣象中心、國家氣象信息中心、中國氣象局氣象探測中心和公共氣象服務(wù)中心等上游業(yè)務(wù)單位的數(shù)據(jù)和服務(wù)產(chǎn)品。并實現(xiàn)對MICAPS系統(tǒng)和CIMISS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解析、調(diào)用和產(chǎn)品再加工。

2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準

統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系建設(shè)是“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端建設(shè)的技術(shù)支撐和基礎(chǔ)性工作。通過規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)指標、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換標準，定義規(guī)范統(tǒng)一的接入數(shù)據(jù)和服務(wù)產(chǎn)品字典表，構(gòu)建統(tǒng)一的氣象服務(wù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一、標準統(tǒng)一、接口統(tǒng)一。

3）信息發(fā)布高效及時

系統(tǒng)可根據(jù)用戶所在位置、所有客戶端版本和種類等特點，精確地推送用戶所需信息，保證信息無冗余。并提供用戶自定義推送策略的制訂，可以將用戶關(guān)注度高或使用頻次較高的氣象預警和決策氣象服務(wù)產(chǎn)品推送給訂閱用戶。

4）建立身份認證和安全體系

根據(jù)客戶端支撐管理系統(tǒng)配置的用戶群組和產(chǎn)品對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)面向不同的決策氣象服務(wù)用戶組和用戶查看不同氣象服務(wù)產(chǎn)品和氣象預報的服務(wù)需求。平臺安全系統(tǒng)設(shè)計除了包含計算機網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用系統(tǒng)等進行安全規(guī)劃之外，系統(tǒng)運行的安全設(shè)計也是安全規(guī)劃的重要內(nèi)容之一。構(gòu)建了統(tǒng)一管理、運行和安全的系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)統(tǒng)一管理用戶、統(tǒng)一應(yīng)用功能界面組裝、統(tǒng)一用戶身份驗證和統(tǒng)一訪問授權(quán)控制的功能。同時，根據(jù)不同用戶群組的需求可在后臺進行快速配置，實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣組合，實現(xiàn)面向不同用戶提供專屬服務(wù)。

5）系統(tǒng)響應(yīng)高效

系統(tǒng)滿足用戶訪問應(yīng)用的時效性要求，保證提供一致的、可預測的響應(yīng)，平均延時應(yīng)小于3 s，并經(jīng)業(yè)務(wù)測試實現(xiàn)快速高效的用戶使用響應(yīng)。界面響應(yīng)時間小于2 s，數(shù)據(jù)量大時響應(yīng)時間小于5 s，服務(wù)端接口出問題時客戶端有友好提示，系統(tǒng)具體完整的日志，包括常規(guī)日志、系統(tǒng)錯誤日志等。

6）地理信息組件技術(shù)

應(yīng)用調(diào)用高德地圖API實現(xiàn)移動終端地圖服務(wù)的搭建，在地里信息展示方面實現(xiàn)對中國氣象局MICAPS、CIMISS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的再加工，實現(xiàn)點、線、面等結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)的矢量化處理，并完成標準圖形化數(shù)據(jù)接口的封裝，實現(xiàn)了基于地圖API的氣象數(shù)據(jù)圖形繪制，基于矢量數(shù)據(jù)的氣象要素或災害落區(qū)圖的繪制可進行無級縮放，確保用戶使用的體驗。

7）產(chǎn)品模塊化技術(shù)

系統(tǒng)對所有服務(wù)產(chǎn)品進行了模塊化封裝，基于統(tǒng)一的開發(fā)平臺可完成系統(tǒng)快速搭建和擴展，并具備移植能力，并對臺風路徑、等風來等自主研發(fā)核心模塊進行了SDK的封裝，降低了系統(tǒng)開發(fā)的成本，便于后期的升級、迭代和維護。

8）風場可視化技術(shù)

采用流體跡線計算，離散點集近似，與UI動畫相結(jié)合等前端技術(shù)和細膩的動畫逼真的模擬出風場流動效果，實時動態(tài)展示全球大氣運動狀態(tài)，提供生動直觀的視覺體驗。完成風場動態(tài)展示效果在iOS和Android系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)。

3 決策客戶端軟件

3.1 決策客戶端軟件設(shè)計

1）決策客戶端界面設(shè)計

新版“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)端設(shè)計風格以莊重、大氣為主導思路，突出服務(wù)重點，首頁以九宮格的方式進行各主要服務(wù)頻道的劃分。整體視覺效果進行統(tǒng)一，確保服務(wù)的品質(zhì)和效果。

2）決策客戶端功能設(shè)計

針對決策客戶端原有頻道劃分方法及展示效果進行調(diào)整，簡化首頁展示，更改為模塊化的九宮格形式進行展示。九個頻道排序依次為：實況監(jiān)測、天氣預報、預警信息、決策專報、災情信息、天氣資訊、天氣會商、農(nóng)業(yè)氣象和專業(yè)服務(wù)。頻道功能劃分和子模塊功能劃分詳見表1。

表1 “中國氣象”手機決策客戶端后臺支撐系統(tǒng)主要功能列表Table 1 National mobile decision meteorological service client support system main function list

3.2 決策客戶端軟件功能

1）全國自動站實況監(jiān)測

提供全國區(qū)域自動站實況監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，實現(xiàn)降水量、溫度、風速、相對濕度、能見度和氣壓6要素等值面填圖和單站氣象要素歷史變化趨勢的查看，并可對全國各省（市）國家級自動站和區(qū)域自動站站點顯示進行選擇，點擊后可查看單站詳情。

單站詳情頁提供轉(zhuǎn)屏功能，橫屏時顯示過去24 h要素變化趨勢，有預警信號生效時，同步顯示預警信息類型和發(fā)布時間，方便決策用戶進行綜合信息查閱。提供國家級自動氣象站觀測數(shù)據(jù)排行，可查看降水量、溫度、風速、相對濕度、能見度和氣壓6要素逐小時和過去24 h排行，并可查詢?nèi)我鈺r段不同地區(qū)的降水量、溫度和風速排行。

2）臺風路徑

臺風路徑模塊支持多臺風顯示，可查詢歷史臺風路徑，有臺風影響時實現(xiàn)風流場、雷達反射率拼圖和衛(wèi)星云圖多圖層疊加顯示。

3）分鐘級降水估測

提供中國區(qū)域未來120 min精細化降水預報，通過在線地圖實時顯示降水區(qū)域動態(tài)雷達監(jiān)測圖，點擊（搜索）任意地點之后，可查詢當?shù)匚磥? h的分鐘級降水預報，并匹配智能預報服務(wù)提示語言。

4）等風來

運用流線表達風的強度和運動軌跡，將風向、風速的數(shù)據(jù)矢量化、圖形化展示，動態(tài)模擬全球風場。以流線的動態(tài)變化表達天氣系統(tǒng)及區(qū)域風力強弱變化，點擊（搜索）任意地點之后，可查詢當?shù)匚磥?4 h風力預報。

5）預警信息

預警信息頻道首頁顯示全國正在生效的預警信息，提供全部生效預警信息生效數(shù)量和全國省、市、縣預警信息生效數(shù)量，可對地圖上預警信號等級顯示進行選擇，點擊預警信號圖標可查看預警信息詳情。

4 手機決策氣象服務(wù)客戶端應(yīng)用

本文介紹的手機決策氣象服務(wù)客戶端在2016年已完成功能和穩(wěn)定性測試，新版客戶端加強了氣象基礎(chǔ)觀測信息、災情信息和極端天氣事件監(jiān)測產(chǎn)品的展示能力，滿足中國氣象局就手機決策氣象服務(wù)客戶端的功能實現(xiàn)提出的新要求，并完成手機決策氣象服務(wù)客戶端軟件iOS和Android版的改版和升級研發(fā)，完成手機決策氣象服務(wù)客戶端后臺支撐系統(tǒng)建設(shè)。

該客戶端系統(tǒng)命名為“中國氣象”，已在2016年汛期前完成測試和準業(yè)務(wù)化應(yīng)用，汛前正式開展了面向決策層的汛期氣象服務(wù)支撐保障，為中國氣象局司局級以上領(lǐng)導和國務(wù)院相關(guān)部委辦局的決策指揮者提供服務(wù)支撐，取得了較好的業(yè)務(wù)應(yīng)用效果，獲得了上級領(lǐng)導單位和決策用戶的廣泛認可。

2016年11月8日，決策客戶單端改版正式通過了上級單位驗收，新版客戶端使用地理信息組件技術(shù)、產(chǎn)品模塊化技術(shù)、移動終端定位技術(shù)、后臺支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)緩存等技術(shù)，實現(xiàn)了客戶端數(shù)據(jù)和服務(wù)產(chǎn)品快速加載顯示，確保業(yè)務(wù)穩(wěn)定運行的同時提升了產(chǎn)品顯示效果和用戶體驗。

“中國氣象”手機決策氣象服務(wù)客戶端2016年11月正式在蘋果應(yīng)用市場AppStore和華為應(yīng)用市場、騰訊應(yīng)用寶、360等安卓應(yīng)用市場發(fā)布，面向決策用戶提供服務(wù)支撐。