唐 沛 袁 靜 王俊驛 萬 欣

（1、四川省遂寧市氣象局，四川 遂寧629000 2、四川省雅安市氣象局，四川 雅安625000 3、中國民用航空飛行學(xué)院廣漢分院，四川 成都618300）

1 研究背景

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日漸成熟，智能手機(jī)用戶的數(shù)量每年都在飛速增加。如今的手機(jī)操作系統(tǒng)主要為谷歌公司推出的Android系統(tǒng)和蘋果公司的ISO 系統(tǒng)。其中Android 手機(jī)具有76%的世界占有率和90%的中國市場占有率，這都彰顯了Android 系統(tǒng)與日俱增的影響力和無可替代的市場地位[1]。2013 年中國手機(jī)用戶人數(shù)第一次超過10 億，到2019 年中國手機(jī)用戶數(shù)量超過16 億，其中4G 手機(jī)用戶近13 億。手機(jī)已經(jīng)成為使用人數(shù)最多，更新速度最快的移動(dòng)科技終端，可以說中國已經(jīng)成為一個(gè)手機(jī)上的國家。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和變化、知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及新技術(shù)的應(yīng)用，手機(jī)APP 從設(shè)計(jì)到內(nèi)容日趨成熟。通過智能手機(jī)人們不僅可以進(jìn)行傳統(tǒng)的撥打和接通電話，還可以通過手機(jī)APP 進(jìn)行社交、上網(wǎng)、拍照、移動(dòng)支付、消費(fèi)娛樂、交通出行、教育醫(yī)療等等，老百姓的生活習(xí)慣被這毫不起眼的手機(jī)徹底改變[2]。

氣象信息技術(shù)飛躍式的進(jìn)步，作為技術(shù)密集型的政府職能部門，氣象部門自身也面臨著新時(shí)代的技術(shù)升級和公共氣象服務(wù)的革新，這不僅是機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)。從目前氣象部門的現(xiàn)實(shí)情況來看，氣象部門原有的公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)體系顯得有些跟不上時(shí)代的發(fā)展，無法滿足社會(huì)對氣象信息精細(xì)化的要求。作為新興信息技術(shù)的代表，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的飛躍式發(fā)展標(biāo)志著“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代到來。要全面實(shí)現(xiàn)氣象現(xiàn)代化的總目標(biāo)，就要率先實(shí)現(xiàn)氣象信息化，我們要高度重視“互聯(lián)網(wǎng)+”與公共氣象服務(wù)的創(chuàng)新發(fā)展。如何將移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)與公共氣象服務(wù)體系相結(jié)合[3]，來跟上新時(shí)代社會(huì)和人們對公共氣象服務(wù)的要求是重要的課題。

氣象防災(zāi)減災(zāi)工作一直是遂寧市委市政府關(guān)注重點(diǎn)，近年來遂寧市的氣象現(xiàn)代化事業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)，遂寧市氣象部門的天氣、氣候分析和預(yù)報(bào)能力以及災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警能力快速提升，為遂寧市的氣象防災(zāi)減災(zāi)工作貢獻(xiàn)了一份力，同時(shí)人民群眾和市委市政府也對遂寧市氣象防災(zāi)減災(zāi)工作給與了高度評價(jià)。氣象部門在氣象災(zāi)害防治方面起著尤為重要的作用，尤其是在防洪抗旱、農(nóng)業(yè)氣象、水庫蓄水、政府決策、重大活動(dòng)氣象保障、人工影響天氣等方面都起著舉足輕重的地位。準(zhǔn)確的天氣和氣候分析預(yù)報(bào)、氣象災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警信息的及時(shí)發(fā)布和傳遞，是氣象災(zāi)害成功防御的關(guān)鍵[4]。通過構(gòu)建氣象部門的氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)，為有效預(yù)測和預(yù)防氣象災(zāi)害，快速有序組織臨災(zāi)避險(xiǎn)、綜合治理、加強(qiáng)應(yīng)急救援工作，減輕氣象災(zāi)害產(chǎn)生的財(cái)產(chǎn)損失同時(shí)避免人員傷亡提供有力保障。

2 需求分析

軟件定義過程中的最終階段是需求分析[5]。統(tǒng)計(jì)表明，軟件開發(fā)過程中遇到的問題有40%～60%是在需求分析時(shí)的錯(cuò)誤造成的。因此需求分析是開發(fā)過程中不可或缺的重要部分。

基于Android 的遂寧市氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)建設(shè)任務(wù)主要包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、手機(jī)客戶端、后臺(tái)管理系統(tǒng)這幾個(gè)方面的建設(shè)。主要目的是實(shí)現(xiàn)氣象服務(wù)業(yè)務(wù)工作集成、統(tǒng)一，提高工作效率，為氣象預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)工作和生活提供有力支撐。

平臺(tái)移動(dòng)客戶端的開發(fā)要與國內(nèi)氣象行業(yè)的發(fā)展趨勢相適應(yīng)[6]，要滿足用戶對氣象信息精準(zhǔn)化、精細(xì)化、專業(yè)化的要求，客戶端的絕大多數(shù)用戶為手機(jī)用戶，用戶通過手機(jī)APP 就能夠獲取預(yù)報(bào)產(chǎn)品、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)警信息等信息，并且要以高效、便捷、及時(shí)的方式為用戶動(dòng)態(tài)展示數(shù)據(jù)信息。

3 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

3.1 總體框架設(shè)計(jì)

遂寧市氣候分析和災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)平臺(tái)采用B/S 架構(gòu)和C/S架構(gòu)混合開發(fā)，其中Web 端基于B/S 架構(gòu)，使得管理員可以在任意連接互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算上進(jìn)行發(fā)布和刪除氣象信息操作等。Android 移動(dòng)客戶端系統(tǒng)基于C/S 架構(gòu)，每個(gè)用戶可以通過手機(jī)終端了解到實(shí)時(shí)氣象信息。平臺(tái)設(shè)計(jì)圖如圖1。

實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)包括預(yù)警信息、天氣實(shí)況信息、災(zāi)情信息、非常規(guī)天氣信息、自動(dòng)站氣象信息、預(yù)報(bào)信息等等通過氣象內(nèi)網(wǎng)由第三方制作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息采集入庫，數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、氣象信息數(shù)據(jù)庫、資源信息數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)GIS 數(shù)據(jù)庫和服務(wù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，其中氣象信息數(shù)據(jù)庫由區(qū)域自動(dòng)氣象觀測站數(shù)據(jù)庫和國家氣象站數(shù)據(jù)庫兩個(gè)子數(shù)據(jù)庫組成，平臺(tái)通過讀取數(shù)據(jù)庫中信息，在軟件中相應(yīng)模塊進(jìn)行信息展示和氣象產(chǎn)品的發(fā)布，用戶包括決策層、應(yīng)急部門、行業(yè)部門以及普通用戶可以通過手機(jī)客戶端了解到各種氣象信息。

圖1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我們將網(wǎng)絡(luò)分為三部分：內(nèi)網(wǎng)、緩沖區(qū)以及外網(wǎng)，他們在防火墻的作用下可以有效的完成隔離。軟件運(yùn)行的區(qū)域定義為緩沖區(qū)，它與內(nèi)網(wǎng)之間用特有的接口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有較好的安全性，氣象數(shù)據(jù)通過采集和數(shù)據(jù)處理進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫保存，用戶可以通過4G 網(wǎng)絡(luò)或Wi-Fi 連接到平臺(tái)服務(wù)器。平臺(tái)的拓?fù)鋱D如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.3 功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)中，Android 移動(dòng)客戶端的設(shè)計(jì)是整個(gè)平臺(tái)的核心部分，下面對Android 移動(dòng)客戶端各個(gè)功能模塊進(jìn)行概要設(shè)計(jì)介紹。各模塊功能如表1 所示。

3.3.1 天氣預(yù)報(bào)模塊設(shè)計(jì)。軟件會(huì)自動(dòng)定位當(dāng)前城市，并且可以添加、刪除其他城市，顯示該城市的氣象信息，展示的氣象信息主要包括七天預(yù)報(bào)、節(jié)假日/節(jié)氣提醒、預(yù)警信號顯示、天氣現(xiàn)象、降水、濕度、風(fēng)速風(fēng)向以及溫度等信息。顯示未來七天城市天氣預(yù)報(bào)，內(nèi)容有氣溫走勢曲線圖、每天最低最高溫度和天氣現(xiàn)象。

3.3.2 氣象監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)。（1）自動(dòng)站監(jiān)測。展示各個(gè)自動(dòng)站和區(qū)域站的氣象要素觀測數(shù)據(jù)，展示內(nèi)容有風(fēng)速風(fēng)向、空氣濕度、降水量、氣溫。氣溫以地圖、列表的方式展示，內(nèi)容有平均、最低、最高、整點(diǎn)四種方式的氣溫統(tǒng)計(jì)顯示。降水量以地圖、列表等多種方式展示，用戶可通過該功能查詢?nèi)我庹军c(diǎn)過去24 小時(shí)、12 小時(shí)、6 小時(shí)、3 小時(shí)、1 小時(shí)的降水量。空氣濕度以地圖、列表的方式展示，內(nèi)容有平均、最低、最高、整點(diǎn)四種方式的空氣濕度統(tǒng)計(jì)顯示。風(fēng)速風(fēng)向子模塊主要顯示最近1 小時(shí)整點(diǎn)風(fēng)速風(fēng)向，以地圖、列表顯示方式展示。（2）衛(wèi)星云圖&雷達(dá)回波。衛(wèi)星云圖&雷達(dá)回波是軟件從氣象局服務(wù)器上提取實(shí)時(shí)資料進(jìn)行展示、由幾張圖連續(xù)播放，并可隨意放大縮小。

3.3.3 預(yù)報(bào)產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)。顯示遂寧市當(dāng)日天預(yù)報(bào)、一周預(yù)報(bào)等短期到中期天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，月預(yù)報(bào)、季度預(yù)報(bào)、年度預(yù)報(bào)等長期氣候預(yù)測和氣候分析產(chǎn)品，以及氣象視頻等信息，除氣象視頻外，其他預(yù)報(bào)產(chǎn)品均為文檔展示。

3.3.4 預(yù)警信息模塊設(shè)計(jì)。（1）預(yù)警信息。以列表形式顯示預(yù)警信息，內(nèi)容包括預(yù)警信號類型、預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間、預(yù)警信號等級以及是否過期，點(diǎn)擊預(yù)警信息標(biāo)題可查閱詳細(xì)內(nèi)容。（2）災(zāi)情上報(bào)。當(dāng)有氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)，用戶可以將災(zāi)情實(shí)況利用手機(jī)拍照功能記錄下來，然后利用軟件的災(zāi)情上報(bào)功能將聯(lián)系方式、姓名、災(zāi)情種類以及災(zāi)情描述等信息填寫完成后上傳照片到服務(wù)器，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取上報(bào)地點(diǎn)、時(shí)間信息。Web 端后臺(tái)管理人員會(huì)在第一時(shí)間收到用戶上報(bào)的信息。

3.3.5 決策服務(wù)模塊設(shè)計(jì)。以文檔展示氣象局發(fā)布的決策服務(wù)產(chǎn)品，包括氣象信息快報(bào)、中小河流風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)、山洪地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)、森林火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)、災(zāi)害性短時(shí)臨近預(yù)報(bào)、中期重要天氣趨勢預(yù)報(bào)、重要天氣預(yù)警、三秋氣候趨勢預(yù)測，汛期氣候預(yù)測等產(chǎn)品。通過預(yù)報(bào)產(chǎn)品、決策服務(wù)兩大模塊的氣象服務(wù)產(chǎn)品起到氣候分析的作用。

3.3.6 旅游氣象模塊設(shè)計(jì)。（1）景區(qū)查詢。系統(tǒng)以列表或GIS圖的方式展示遂寧市著名景點(diǎn)，點(diǎn)擊進(jìn)入可查看景區(qū)詳細(xì)介紹、景區(qū)圖片、出行建議、七天預(yù)報(bào)、旅游指數(shù)、當(dāng)天實(shí)況天氣等相關(guān)內(nèi)容。（2）推薦景點(diǎn)。推薦景點(diǎn)是系統(tǒng)根據(jù)遂寧市各個(gè)景點(diǎn)當(dāng)天的天氣篩選出當(dāng)前最適合觀光的景點(diǎn)進(jìn)行介紹，展示內(nèi)容同景點(diǎn)查詢模塊相同。（3）交通氣象。用戶將出發(fā)地和目的地輸入點(diǎn)擊查詢后系統(tǒng)可為用戶提供上去往目的地的行車路線，并且展示目的地城市的當(dāng)前天氣實(shí)況，為用戶提供參考。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 Android 移動(dòng)客戶端界面

平臺(tái)移動(dòng)端主界面主要是將六大功能模塊整合在一起，這樣不僅界面簡潔并且方便管理。主界面為父窗體容器窗口，其他功能模塊則以子窗體形式在框架中。主界面如圖3 所示。

圖3 平臺(tái)移動(dòng)端主界面

4.2 天氣預(yù)報(bào)模塊的實(shí)現(xiàn)

點(diǎn)擊平臺(tái)APP 圖標(biāo)后，進(jìn)入系統(tǒng)顯示的主界面就是天氣預(yù)報(bào)模塊，該模塊負(fù)責(zé)全國縣級以上城市的天氣實(shí)況以及預(yù)報(bào)的查詢。第一步是要取得天氣預(yù)報(bào)的API，利用接口獲得天氣預(yù)報(bào)所需要的各種信息數(shù)據(jù)，本文使用的是基于百度天氣API 獲取天氣信息，網(wǎng)址為：http://api.map.baidu.com，能夠獲取天氣預(yù)報(bào)，天氣實(shí)況以及氣象指數(shù)等信息。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定位當(dāng)前城市，然后獲取當(dāng)前城市實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)，也可以手動(dòng)添加其他城市，用戶點(diǎn)擊添加城市按鈕即可在城市管理界面輸入想要查詢的城市。

圖4 天氣預(yù)報(bào)曲線界面

圖5 自動(dòng)站查詢界面

4.3 氣象監(jiān)測模塊的實(shí)現(xiàn)

氣象監(jiān)測模塊分為三個(gè)小的功能模塊，包括氣象要素監(jiān)測模塊、衛(wèi)星云圖監(jiān)測模塊以及雷達(dá)回波圖監(jiān)測模塊。

在主界面上點(diǎn)擊氣象監(jiān)測模塊默認(rèn)顯示過去一小時(shí)遂寧所有站點(diǎn)的整點(diǎn)氣溫。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的氣象要素進(jìn)行查詢，氣象要素包括氣溫、降水量、空氣濕度以及風(fēng)向風(fēng)速，并且可以查詢不同的統(tǒng)計(jì)方式。設(shè)置完查詢條件后點(diǎn)擊查詢，平臺(tái)就會(huì)從數(shù)據(jù)庫中查到相應(yīng)的氣象要素信息并且展示在列表中，并且點(diǎn)擊每個(gè)站點(diǎn)會(huì)顯示該站點(diǎn)過去24 小時(shí)的氣象要素變化曲線。

衛(wèi)星云圖監(jiān)測模塊默認(rèn)顯示過去1 小時(shí)的長波紅外（IR1）衛(wèi)星云圖，衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)是從遂寧市氣象局?jǐn)?shù)據(jù)庫中讀取的，點(diǎn)擊刷新按鈕就會(huì)顯示最新時(shí)次的衛(wèi)星云圖信息，并且可以播放近幾個(gè)時(shí)次的衛(wèi)星云圖。

由于遂寧本地沒有建設(shè)雷達(dá)站，遂寧市氣象局一直使用南充雷達(dá)監(jiān)測強(qiáng)對流天氣，因此雷達(dá)回波圖監(jiān)測模塊默認(rèn)顯示南充雷達(dá)過去1 小時(shí)的基本反射率因子雷達(dá)回波圖，雷達(dá)圖數(shù)據(jù)是從遂寧市氣象局?jǐn)?shù)據(jù)庫中讀取的，可根據(jù)用戶需要查看其他類型的雷達(dá)產(chǎn)品，點(diǎn)擊刷新按鈕就會(huì)顯示最新時(shí)次的雷達(dá)圖信息，并且可以播放近幾個(gè)時(shí)次的雷達(dá)圖。

4.4 預(yù)報(bào)產(chǎn)品模塊的實(shí)現(xiàn)

預(yù)報(bào)產(chǎn)品模塊有年度預(yù)報(bào)、季度預(yù)報(bào)、每月預(yù)報(bào)、每日天氣以及氣象視頻，均是以文檔的格式、列表的形式展示遂寧市氣象局發(fā)布從短期到中長期的各類天氣和氣候預(yù)報(bào)預(yù)測，默認(rèn)顯示每日天氣。

圖6 預(yù)報(bào)產(chǎn)品顯示界面

圖7 預(yù)警信息顯示界面

4.5 預(yù)警信息模塊的實(shí)現(xiàn)

預(yù)警信息模塊分為預(yù)警信息和災(zāi)情上報(bào)兩個(gè)子模塊，預(yù)警信息子模塊是以文檔的格式、列表的形式展示遂寧市氣象局發(fā)布的各類氣象災(zāi)害預(yù)警信號/預(yù)警，災(zāi)情上報(bào)子模塊為用戶提供照片實(shí)時(shí)上傳功能。

4.6 決策服務(wù)模塊的實(shí)現(xiàn)

決策服務(wù)模塊以列表、文檔展示氣象局發(fā)布的決策服務(wù)產(chǎn)品。遂寧市氣象臺(tái)會(huì)商后發(fā)布的預(yù)報(bào)產(chǎn)品通過預(yù)報(bào)產(chǎn)品、決策服務(wù)這兩個(gè)模塊進(jìn)行展示，用戶可以點(diǎn)擊查看詳細(xì)內(nèi)容。

4.7 旅游氣象模塊的實(shí)現(xiàn)

旅游氣象模塊中景區(qū)介紹以圖片加文字的列表形式進(jìn)行展示。用戶可以在該模塊界面上看到遂寧市所有的景區(qū)名單，點(diǎn)擊進(jìn)入顯示更加詳細(xì)的景區(qū)信息。推薦景點(diǎn)功能會(huì)為用戶介紹遂寧市境內(nèi)最著名的景點(diǎn)。

圖8 決策服務(wù)產(chǎn)品顯示界面

圖9 景區(qū)氣象查詢界面

5 結(jié)論

遂寧市由于所處地理方位和氣候特點(diǎn)，其地質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，是災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，所以氣象災(zāi)害問題歷來是各級黨政機(jī)關(guān)關(guān)注的重點(diǎn)，同時(shí)也是各行各業(yè)和人民群眾關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，氣象災(zāi)害監(jiān)測、天氣預(yù)測分析和預(yù)警服務(wù)工作是至關(guān)重要的。

本文的主要研究對象是天氣預(yù)測分析和氣象監(jiān)測預(yù)警服務(wù)，針對Android 手機(jī)客戶端用戶開發(fā)了一款綜合天氣預(yù)報(bào)、氣象監(jiān)測、氣候預(yù)測預(yù)報(bào)、氣象災(zāi)害預(yù)警等功能的氣象服務(wù)手機(jī)APP，該軟件可以在一定程度上滿足決策部門工作人員和普通群眾對于手機(jī)移動(dòng)端氣象監(jiān)測、預(yù)警信息等方面信息獲取的需求。