徐 峰，張 磊，沈元德，劉青松

(1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750000；2.寧夏大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，銀川 750006)

0 引言

隨著氣象科技服務(wù)的發(fā)展，利用現(xiàn)代科技提供公共氣象服務(wù)逐漸變?yōu)闅庀蠓?wù)中的核心要素[1]。氣象大屏以LED顯示器為基礎(chǔ)設(shè)施，以文字等方式向公眾展示溫度、濕度和天氣預(yù)報(bào)等信息。目前利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的氣象科技服務(wù)產(chǎn)品越來(lái)越多，而LED大屏也作為一種重要的氣象服務(wù)形式存在于地市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)[2]。但目前大部分室外氣象大屏只能以文字方式展示信息，室內(nèi)氣象大屏大多為省級(jí)或國(guó)家級(jí)監(jiān)控中心使用。

文章針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于多數(shù)據(jù)源的氣象信息顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)可利用本地氣象站、省級(jí)信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)接口以及第三方接口的數(shù)據(jù)作為支撐，融合顯示不同數(shù)據(jù)源的信息。該系統(tǒng)可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源，與LED大屏結(jié)合，為公眾提供界面美觀，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息發(fā)布系統(tǒng)，能更好地提供氣象科技服務(wù)。

1 相關(guān)工作

自2006年以來(lái)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了很多氣象信息顯示系統(tǒng)。孟令通[3]等在2006年分析了電子信息顯示屏在氣象服務(wù)中的應(yīng)用與其市場(chǎng)前景。劉忠平[4]等設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于GSM的LED氣象信息發(fā)布系統(tǒng)。趙勇[5]等實(shí)現(xiàn)了一種可同時(shí)顯示多個(gè)區(qū)域氣象站點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息的系統(tǒng)。自2010年開始，中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了一系列以GPRS等移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為傳輸手段的LED顯示屏系統(tǒng)[6-8]。LED大屏不僅在公共氣象服務(wù)領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用，在氣象部門內(nèi)部，LED大屏也發(fā)揮著重要的作用[9-11]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，LED大屏系統(tǒng)也越來(lái)越多的采用如HTML5，AJAX，JSP，ARM等新興互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)變得更靈活，能更好地適應(yīng)不同的終端設(shè)備[12-14]。

綜合上述相關(guān)工作可以發(fā)現(xiàn)，隨著LED氣象信息顯示屏技術(shù)的發(fā)展，目前主要有兩大方向，一是室內(nèi)，二是室外。目前室內(nèi)LED氣象信息大屏主要面向氣象部門內(nèi)部，以監(jiān)控為主要用途，界面美觀，信息展示全面，但往往造價(jià)較高。而室外大屏主要面向公眾服務(wù)，提供天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等信息，目前主要為單色LED顯示屏，能顯示的信息有限，數(shù)據(jù)來(lái)源單一[15-17]。

鑒于以上問題，文章設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多數(shù)據(jù)源的LED氣象信息顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使用多種數(shù)據(jù)源，綜合顯示更多的氣象信息。使用C/S架構(gòu)，在客戶端嵌入瀏覽器核心，利用HTML5技術(shù)開發(fā)頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)顯示效果的可定制性。服務(wù)端使用Python開發(fā)，采用Flask Web框架，保證服務(wù)端的可擴(kuò)展性與穩(wěn)定性。該系統(tǒng)目前已在寧夏大氣探測(cè)技術(shù)保障中心穩(wěn)定運(yùn)行1 a，為群眾以及保障中心職工提供實(shí)時(shí)的天氣信息。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

文章主要采用3種數(shù)據(jù)源：1)由信息中心提供的API接口；2)自動(dòng)氣象站Z文件；3)第三方平臺(tái)提供的API接口。

寧夏回族自治區(qū)內(nèi)的任意自動(dòng)氣象站均可通過(guò)省級(jí)信息中心所提供的API接口，獲取該站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)URL發(fā)送包含站號(hào)、時(shí)間和要素等信息的請(qǐng)求，信息中心服務(wù)器會(huì)通過(guò)CIMISS系統(tǒng)，返回所需數(shù)據(jù)。

為展示本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，文章采用了自動(dòng)氣象站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由ISOS軟件生成Z文件，經(jīng)服務(wù)端解析后，生成Json文件。

為展示更準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)信息，文章還采用了來(lái)自第三方的天氣預(yù)報(bào)API接口。通過(guò)請(qǐng)求第三方API，獲得未來(lái)3 d的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，格式為Json。

3種數(shù)據(jù)源均通過(guò)服務(wù)端進(jìn)行處理，并以接口方式提供給客戶端，客戶端中的瀏覽器內(nèi)核可以通過(guò)Restful方式訪問服務(wù)端接口，從而獲取數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章采用C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)端?？蛻舳酥饕?fù)責(zé)從服務(wù)端定時(shí)獲取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)顯示在由HTML/CSS編寫的頁(yè)面中，該頁(yè)面是由嵌入至客戶端中的瀏覽器核心顯示的。服務(wù)端主要負(fù)責(zé)從不同的數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并處理為客戶端可用的數(shù)據(jù)格式，為客戶端提供數(shù)據(jù)接口。在客戶端嵌入的瀏覽器核心結(jié)合了C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用嵌入瀏覽器核心的方式，可以靈活地編寫所要顯示的頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)不同顯示效果，也可以利用客戶端的外殼，實(shí)現(xiàn)瀏覽器頁(yè)面無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，如窗口定時(shí)最大、最小化。系統(tǒng)客戶端采用C#編寫WinForm外殼程序，由HTML/CSS/JS編寫頁(yè)面，嵌入的瀏覽器為CefSharp，內(nèi)核為Chromium。服務(wù)端采用Python開發(fā)，選用Flask Web框架。客戶端與服務(wù)端之間使用Restful方式進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，可以做到客戶端與服務(wù)端分離。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，服務(wù)端主要包含4個(gè)部分：自動(dòng)氣象站Json解析模塊、Z文件解析模塊、第三方天氣解析模塊以及Restful服務(wù)API模塊。Restful服務(wù)API模塊在接收到客戶端請(qǐng)求后，會(huì)調(diào)用其他3個(gè)模塊從不同數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)；自動(dòng)氣象站Json解析模塊會(huì)向省級(jí)CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求，并將返回的Json數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取客戶端所需的數(shù)據(jù)；Z文件解析模塊會(huì)讀取ISOS軟件生成的Z文件，通過(guò)Z文件中保存的數(shù)據(jù)獲取自動(dòng)氣象站最新的氣象要素信息；第三方天氣Json解析模塊會(huì)向第三方天氣API請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并將返回的Json數(shù)據(jù)處理為客戶端所需的數(shù)據(jù)。在獲取到來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)后，Restful服務(wù)API模塊會(huì)將客戶端所需的數(shù)據(jù)返回。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在客戶端中，主要包含兩大部分，一部分是由C#編寫的WinForm程序，用戶可以通過(guò)窗口程序讀取與修改配置文件。該部分也作為Chromium瀏覽器內(nèi)核的容器。另一部分是嵌入的瀏覽器內(nèi)核，該部分主要用于顯示HTML頁(yè)面，并使用JS向服務(wù)端提交請(qǐng)求，文章使用了vue框架，實(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求與數(shù)據(jù)刷新。

在獲取到數(shù)據(jù)并完成頁(yè)面顯示后，需要投影至LED大屏的部分會(huì)在客戶端中展現(xiàn)。通過(guò)LED矩陣控制器，客戶端中的頁(yè)面將投影至LED大屏，即完成了從多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)到LED大屏顯示的全過(guò)程。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)了一種基于多數(shù)據(jù)源的氣象信息顯示系統(tǒng)，通過(guò)省級(jí)CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)氣象站Z文件以及第三方天氣API獲取數(shù)據(jù)，并在LED大屏上綜合顯示，做到了多數(shù)據(jù)源融合，顯示信息豐富，可充分利用彩色LED大屏技術(shù)，從而更好地提供公共氣象服務(wù)。