(河南省氣象服務(wù)中心， 鄭州 450003)

0 引言

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速的發(fā)展，通過(guò)移動(dòng)智能終端獲取天氣預(yù)報(bào)信息已經(jīng)成為很多用戶(hù)掌握氣象的方式，尤其是對(duì)氣象信息較為敏感的行業(yè)工作者，如農(nóng)業(yè)、電力、水利等。用戶(hù)使用智能終端的操作系統(tǒng)以Android為主流應(yīng)用對(duì)象，為此設(shè)計(jì)基于Android的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用價(jià)值[1]。在天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中分為客戶(hù)端和服務(wù)端，其中客戶(hù)端是指面向廣大用戶(hù)移動(dòng)終端設(shè)備應(yīng)用的APP。因?yàn)橐苿?dòng)智能終端主要以手機(jī)為主，其可視化界面小，這就要求客戶(hù)端設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的UI帶入感，并能夠簡(jiǎn)化和引導(dǎo)用戶(hù)快速掌握天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端的使用方法和流程[2]，這對(duì)于設(shè)計(jì)師提出了更高的要求，所以針對(duì)天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端設(shè)計(jì)的研究就非常有現(xiàn)實(shí)意義。

1 Android系統(tǒng)架構(gòu)及原理

1.1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Android是基于Linux平臺(tái)建立的具有源代碼開(kāi)放特征的移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用操作系統(tǒng)，它由Google公司提供的Dalvik操作運(yùn)行[3]，Android系統(tǒng)架構(gòu)分為四層結(jié)構(gòu)。Android系統(tǒng)主要包含Applications、Applications Framework、Libraries、Linux Kernel層。Applications是安卓系統(tǒng)的應(yīng)用程序端，基于Android SDK開(kāi)發(fā)，用于四大組件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；Libraries為函數(shù)庫(kù)，以中間件的嵌入系統(tǒng)中；Applications Framework基于AOSP(Android Open Source Project)環(huán)境開(kāi)發(fā)，用于系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)；Android runtime為運(yùn)行時(shí)，是Android運(yùn)行環(huán)境ART虛擬機(jī)；Linux Kernel為內(nèi)核，采用Linux平臺(tái)編寫(xiě)的底層環(huán)境。Android系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示[4]。

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Android系統(tǒng)架構(gòu)由上到下分別應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層[5]，其中應(yīng)用程序?qū)影艘苿?dòng)設(shè)備所具有所有功能的應(yīng)用程序，如電話(huà)撥號(hào)程序、短信編輯程序、Web瀏覽程序、衛(wèi)星定位程序等，這使得Android應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)更加的靈活、個(gè)性化。應(yīng)用程序框架層以一種簡(jiǎn)化組件的方式為用戶(hù)提供應(yīng)用程序快速開(kāi)發(fā)的方案，用戶(hù)在程序開(kāi)發(fā)中只需調(diào)用組件便可以實(shí)現(xiàn)組件功能，提高程序開(kāi)發(fā)的效率。系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層包括系統(tǒng)庫(kù)和Android運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)庫(kù)通過(guò)Surface Manager、Media Framework支撐起應(yīng)用程序的框架，可以讓框架層與內(nèi)核層之間進(jìn)行互動(dòng)；Android運(yùn)行時(shí)通過(guò)核心庫(kù)進(jìn)行API應(yīng)用和Dalvik虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。Linux內(nèi)核層進(jìn)行內(nèi)存、進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等方面的管理[6]。

1.2 Android原理

Android應(yīng)用程序采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，使用Android SDK工具將設(shè)計(jì)的程序連同數(shù)據(jù)和資源包一并打包成一個(gè)以.apk為后綴名的文件安裝在Android操作系統(tǒng)設(shè)備上。所安裝的Android應(yīng)用程序在Android系統(tǒng)中都有一個(gè)屬于程序本身的“安全沙盒”，程序在運(yùn)行時(shí)只能夠訪(fǎng)問(wèn)到所需要的設(shè)備組件，進(jìn)而保護(hù)系統(tǒng)的安全。

Android系統(tǒng)包含了Activities、Services、Content Provider、Broadcast receivers四大組件。Activities應(yīng)用組件是一個(gè)人機(jī)交互的組件，它能夠?qū)⒚恳粋€(gè)Activity都賦予一個(gè)窗口，用來(lái)執(zhí)行通話(huà)、拍照、程序應(yīng)用等操作，窗口可調(diào)整懸浮狀態(tài)，用戶(hù)根據(jù)需要選擇放大某一Activity進(jìn)行應(yīng)用，新啟動(dòng)的程序會(huì)被賦予一個(gè)main Activity，此時(shí)原來(lái)的Activity被暫停保留在back stack中。Services組件是用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序后臺(tái)運(yùn)行的組件，在用戶(hù)操作某一Activity時(shí)，需要在后臺(tái)運(yùn)行其他的一些程序，但又無(wú)需跟運(yùn)行程序進(jìn)行交互，這時(shí)便通過(guò)Service隱藏在后臺(tái)為用戶(hù)提供服務(wù)。Content Provider組件為用戶(hù)提供了程序間的數(shù)據(jù)共享服務(wù)，通過(guò)Content Provider組件可以存儲(chǔ)并檢索數(shù)據(jù)，向應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接口。Broadcast receivers組件是一個(gè)接收事件聲明信息的組件，可以將應(yīng)用程序發(fā)起的事件廣播通知給用戶(hù)。

2 天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)既有日常常用的天氣服務(wù)項(xiàng)目，也有針對(duì)于專(zhuān)業(yè)人士提供的氣象服務(wù)項(xiàng)目。為此在天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端的功能劃分方面，既要兼顧日常天氣服務(wù)功能也要兼顧專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)功能。

天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端可以通過(guò)氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取各個(gè)城市7天內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)、實(shí)況信息、預(yù)警信息和生活提示等[7]，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)的信息類(lèi)型和系統(tǒng)操作的應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端功能的劃分，客戶(hù)端功能包括常規(guī)的天氣預(yù)報(bào)服務(wù)功能、天氣預(yù)警服務(wù)功能、專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)功能和輔助服務(wù)功能。每一個(gè)功能模塊下都按照用戶(hù)需要獲取天氣預(yù)報(bào)的應(yīng)用而劃分出子功能模塊，便于用戶(hù)能夠快速將服務(wù)端的氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單易懂的天氣預(yù)報(bào)信息。天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端總體功能結(jié)構(gòu)

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 天氣預(yù)報(bào)功能設(shè)計(jì)

天氣預(yù)報(bào)功能下設(shè)3個(gè)子功能，城市天氣實(shí)況、一周天氣預(yù)報(bào)及旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)。城市天氣實(shí)況通過(guò)用戶(hù)移動(dòng)客戶(hù)端所在位置定位直接定位到移動(dòng)客戶(hù)端所在城市的天氣實(shí)況信息，若移動(dòng)端未開(kāi)啟衛(wèi)星定位功能則通過(guò)用戶(hù)注冊(cè)時(shí)注冊(cè)的手機(jī)號(hào)碼歸屬地確定移動(dòng)客戶(hù)端所在位置。顯示的信息包括當(dāng)天的氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、最高溫度、最低溫度等信息，信息內(nèi)容從氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)直接獲取。用戶(hù)也可以指定城市查看該城市當(dāng)天的天氣情況。一周天氣預(yù)報(bào)功能為用戶(hù)提供了一周內(nèi)每一天的天氣預(yù)報(bào)信息，包括最高溫、最低溫及天氣現(xiàn)象等。旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)為用戶(hù)提供全國(guó)各個(gè)城市的旅游景點(diǎn)天氣預(yù)報(bào)信息，用戶(hù)可根據(jù)城市的景點(diǎn)查看天氣信息。

2.2.2 天氣預(yù)警功能設(shè)計(jì)

天氣預(yù)警功能下設(shè)天氣預(yù)警信息、預(yù)警查詢(xún)及防災(zāi)提醒功能。天氣預(yù)警信息顯示極端天氣情況，用戶(hù)可以自定義預(yù)警接收時(shí)段和預(yù)警提示音，天氣預(yù)警查詢(xún)功能為用戶(hù)供了全國(guó)各地區(qū)極端天氣情況的查詢(xún)服務(wù)。防災(zāi)提醒功能針對(duì)極端天氣的情況為用戶(hù)提供防災(zāi)相關(guān)知識(shí)。

天氣預(yù)警功能是針對(duì)用戶(hù)進(jìn)行差異化服務(wù)的功能，不同類(lèi)型的用戶(hù)對(duì)天氣預(yù)警的側(cè)重方向不同，為此在系統(tǒng)后端會(huì)劃分出例如農(nóng)業(yè)用戶(hù)、電力用戶(hù)、水利用戶(hù)等不同用戶(hù)的類(lèi)型，當(dāng)用戶(hù)注冊(cè)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)會(huì)根據(jù)用戶(hù)的選擇自動(dòng)歸檔用戶(hù)所需的預(yù)警服務(wù)范圍，定向的為用戶(hù)提供可靠的、實(shí)用的極端天氣信息，幫助用戶(hù)解決實(shí)際問(wèn)題。

2.2.3 專(zhuān)業(yè)氣象功能設(shè)計(jì)

專(zhuān)業(yè)氣象功能是為氣象管理專(zhuān)業(yè)人員提供的應(yīng)用功能，專(zhuān)業(yè)氣象功能下設(shè)衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖、雨量圖，可以為專(zhuān)業(yè)人士提供氣象動(dòng)態(tài)服務(wù)。其中衛(wèi)星云圖是通過(guò)氣象衛(wèi)星獲得的地球云層覆蓋和地表特征的氣象圖，通過(guò)衛(wèi)星云圖專(zhuān)業(yè)人員可以分析氣象活動(dòng)中的變化位置、強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)等。本文所設(shè)計(jì)的氣象系統(tǒng)其專(zhuān)業(yè)氣象功能會(huì)通過(guò)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)獲取6張衛(wèi)星云圖，讓用戶(hù)了解衛(wèi)星云圖的變化情況。雷達(dá)圖是通過(guò)氣象雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射的天氣探測(cè)信息所獲得的回波圖像，雷達(dá)回波圖可以通過(guò)顏色回波的顏色變化判斷降雨范圍、降雨量和降雨發(fā)展趨勢(shì)。雷達(dá)圖的設(shè)計(jì)是采用自動(dòng)下載各用于所在城市的天氣雷達(dá)圖為用戶(hù)提供雷達(dá)圖的變化情況。雨量圖為用戶(hù)提供1、3、6、12、24、48和72小時(shí)的雨量圖，讓用戶(hù)了解城市雨量的變化情況。

2.2.4 輔助服務(wù)功能設(shè)計(jì)

輔助服務(wù)功能為用戶(hù)出行、穿衣提供服務(wù)信息和信息反饋通道，為此設(shè)計(jì)服務(wù)輔助功能包含交通氣象服務(wù)功能、穿衣指數(shù)功能、信息反饋功能。其中交通氣象服務(wù)功能為用戶(hù)提供各個(gè)高速公路的氣象情況；穿衣指數(shù)為用戶(hù)提供城市溫度變化對(duì)應(yīng)的穿衣厚度，穿衣指數(shù)由薄到厚分為8個(gè)等級(jí)，指導(dǎo)用戶(hù)外出穿衣；信息反饋功能為用戶(hù)與服務(wù)商進(jìn)行信息溝通開(kāi)辟通道，用戶(hù)可以將系統(tǒng)使用反饋提交給運(yùn)營(yíng)商。

2.3 通信接口設(shè)計(jì)

基于Android的天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端通信接口分為數(shù)據(jù)源接口和用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)接口兩個(gè)部分[8]。數(shù)據(jù)源接口是客戶(hù)端獲取天氣信息的接口，它通過(guò)連接氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得氣象數(shù)據(jù)顯示在客戶(hù)端。用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)接口是用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)端時(shí)通過(guò)用戶(hù)注冊(cè)自動(dòng)生成用戶(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的通信接口。例如：客戶(hù)端向氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取天氣數(shù)據(jù)，基于Android的天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端以XML消息格式向氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求包獲取請(qǐng)求信息：

//實(shí)時(shí)天氣信息(0為實(shí)時(shí)天氣信息，1為一周內(nèi)天氣信息)

城市名稱(chēng) //獲取城市

得到的應(yīng)答顯示在客戶(hù)端信息表現(xiàn)為：

城市名稱(chēng)

若需要獲得一周內(nèi)的天氣信息則值選擇1，在應(yīng)答顯示中會(huì)以、、、、、、的方式顯示出一周7天內(nèi)每一天的天氣預(yù)報(bào)信息。若是要獲取旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)、預(yù)警信息、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖、雨量圖等信息時(shí)則在方法中選擇對(duì)應(yīng)的獲取指標(biāo)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端設(shè)計(jì)完成需要對(duì)功能的銜接關(guān)系，布局的規(guī)范性和界面可視化效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢查客戶(hù)端每一項(xiàng)功能的完整性、流暢性和規(guī)范性。

用戶(hù)使用天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端時(shí)需要先下載并安裝客戶(hù)端APP，首次使用用戶(hù)需要填寫(xiě)手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行驗(yàn)證，注冊(cè)成功后用戶(hù)進(jìn)入系統(tǒng)會(huì)顯示用戶(hù)所在城市的天氣實(shí)時(shí)信息，在操作界面的下方顯示系統(tǒng)的應(yīng)用功能。選擇不同的應(yīng)用功能會(huì)對(duì)應(yīng)顯示功能對(duì)應(yīng)的內(nèi)容?？蛻?hù)端主要功能界面如圖3所示。

圖3 客戶(hù)端主要功能界面

3.1.1 天氣預(yù)報(bào)功能實(shí)驗(yàn)

用戶(hù)選擇天氣預(yù)報(bào)功能可以選擇城市天氣實(shí)況、一周天氣預(yù)報(bào)和旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)3個(gè)子分類(lèi)，進(jìn)入城市天氣實(shí)況功能顯示客戶(hù)所在城市當(dāng)天的天氣信息，用戶(hù)可以根據(jù)需求選擇城市，跳轉(zhuǎn)到各個(gè)城市天氣實(shí)況信息；客戶(hù)點(diǎn)擊一周天氣預(yù)報(bào)顯示客戶(hù)所在城市一周內(nèi)的信息，用戶(hù)可以通過(guò)滑動(dòng)界面選擇顯示日期；用戶(hù)點(diǎn)擊旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)會(huì)讓用戶(hù)選擇旅游景區(qū)，選擇景區(qū)后對(duì)應(yīng)顯示景區(qū)所在地區(qū)的天氣實(shí)況信息。

3.1.2 天氣預(yù)警功能實(shí)驗(yàn)

客戶(hù)選擇天氣預(yù)警功能顯示當(dāng)前天氣預(yù)警信息，若無(wú)預(yù)警則預(yù)警信息內(nèi)容為空；用戶(hù)如果查詢(xún)天氣預(yù)警信息可選擇天氣預(yù)警查詢(xún)功能，通過(guò)選擇城市、選擇時(shí)間來(lái)查看預(yù)警信息；若客戶(hù)端顯示天氣預(yù)警信息，則在防災(zāi)提醒功能中對(duì)極端天氣提出防范措施。

3.1.3 專(zhuān)業(yè)氣象功能實(shí)驗(yàn)

用戶(hù)點(diǎn)擊進(jìn)入專(zhuān)業(yè)氣象功能可以選擇衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖和雨量圖來(lái)對(duì)應(yīng)查看當(dāng)前天氣的情況，信息以圖表的形式呈現(xiàn)給用戶(hù)可以幫助用戶(hù)分析天氣情況的變化。

3.1.4 輔助服務(wù)功能實(shí)驗(yàn)

用戶(hù)點(diǎn)擊進(jìn)入輔助服務(wù)功能可以查看各個(gè)高速公路的交通氣象信息，還可以查看當(dāng)前城市穿衣情況，便于為用戶(hù)出行提供參考。用戶(hù)可以通過(guò)信息反饋功能將建議發(fā)送給運(yùn)營(yíng)商，以便于運(yùn)營(yíng)商能夠更好的為用戶(hù)服務(wù)。

3.2 應(yīng)用分析

天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端的應(yīng)用與后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)功能一一對(duì)應(yīng)，分別對(duì)天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的功能進(jìn)行應(yīng)用，分析系統(tǒng)的實(shí)用性。

3.2.1 天氣預(yù)報(bào)功能應(yīng)用分析

操作天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)功能，調(diào)用所在城市天氣實(shí)況，此時(shí)顯示城市當(dāng)前的天氣情況。選擇上一周的天氣預(yù)報(bào)功能分別顯示上周星期一至星期日每天的天氣情況。選擇旅游景點(diǎn)預(yù)報(bào)，列出省、市所包含的所有景點(diǎn)，分別選擇一個(gè)省市的區(qū)域，選擇該省市景點(diǎn)，此時(shí)顯示該景點(diǎn)的天氣情況。通過(guò)應(yīng)用可以看出，天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端能夠按照既定的要求調(diào)取服務(wù)器的天氣信息顯示在客戶(hù)端。

3.2.2 天氣預(yù)警功能應(yīng)用分析

操作天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的天氣預(yù)警功能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前沒(méi)有預(yù)警信息，查看以往天氣的預(yù)警信息，按照時(shí)間距當(dāng)前時(shí)間的近遠(yuǎn)列出了所有預(yù)警信息。選擇省市進(jìn)行城市天氣預(yù)警信息定位，顯示所選擇的城市天氣預(yù)警信息，選擇天氣預(yù)警信息所對(duì)應(yīng)的防災(zāi)提醒功能，顯示了防災(zāi)提示。通過(guò)該功能的應(yīng)用可以看出，天氣預(yù)警功能可以及時(shí)的提供用戶(hù)極端天氣，并指導(dǎo)用戶(hù)做出應(yīng)對(duì)措施。

3.2.3 專(zhuān)業(yè)氣象功能應(yīng)用分析

操作天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)氣象功能，分別查看衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖和雨量圖，調(diào)用服務(wù)器端圖像數(shù)據(jù)顯示出了專(zhuān)業(yè)的圖像。通過(guò)專(zhuān)業(yè)氣象功能可以查看到專(zhuān)業(yè)的氣象信息，可以通過(guò)該圖像分析出天氣的發(fā)展趨勢(shì)，為未來(lái)的天氣分析做出預(yù)測(cè)。

3.2.4 輔助服務(wù)功能應(yīng)用分析

操作天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的輔助服務(wù)功能，點(diǎn)擊交通氣象服務(wù)功能顯示當(dāng)前城市各條高速公路的天氣情況信息，選擇不同省市對(duì)應(yīng)顯示連接的高速公路天氣情況。點(diǎn)擊穿衣指數(shù)顯示當(dāng)前城市適合穿戴的衣物，選擇不同省市對(duì)應(yīng)顯示該城市適合穿戴的衣物。點(diǎn)擊信息反饋功能彈出留言框，輸入留言后點(diǎn)擊發(fā)送提示信息發(fā)送成功。

4 結(jié)論

1) 基于Android的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)是一個(gè)非常實(shí)用的日常生活工具，在天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端的設(shè)計(jì)方面充分考慮應(yīng)用設(shè)備的適用性和用戶(hù)使用的流暢性進(jìn)行規(guī)劃，保證客戶(hù)端的應(yīng)用可以滿(mǎn)足用戶(hù)的使用習(xí)慣。

2) 在客戶(hù)端功能上充分考慮用戶(hù)的需求劃分出功能模塊，包括天氣預(yù)報(bào)、天氣預(yù)警、專(zhuān)業(yè)氣象和輔助服務(wù)功能，讓客戶(hù)可以快速準(zhǔn)確的獲得所需的天氣信息。

3) 天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端的通信既包括與氣象服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信獲取氣象服務(wù)信息，也包括與用戶(hù)進(jìn)行信息交互的信息，為此通信接口的設(shè)計(jì)可以保證信息通信的完整性和交互的準(zhǔn)確性。

4) 通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用分析，本文所設(shè)計(jì)的天氣預(yù)報(bào)客戶(hù)端基本可以滿(mǎn)足大多數(shù)用戶(hù)對(duì)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)的需求，在功能的使用方面具有較好的流暢性。