鄧德文，楊 華，謝克勇

(江西省氣象服務(wù)中心，南昌330096)

0 引言

鄱陽湖地處江西省北部，長(zhǎng)江中下游南岸，為長(zhǎng)江流域一個(gè)重要的具有過水性、吞吐型和季節(jié)性特點(diǎn)的淺水湖泊。鄱陽湖航道地形復(fù)雜，沿途氣候多變，大霧、大風(fēng)、暴雨等災(zāi)害天氣影響著航運(yùn)安全和航道整治工程施工建設(shè)，因天氣原因造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失年年發(fā)生[1-3]。因此，從航運(yùn)安全、智能航道建設(shè)和港口作業(yè)等實(shí)際工作考慮，迫切需要提高航運(yùn)交通氣象服務(wù)時(shí)效性和專業(yè)化水平。

目前長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省、市具備了一定氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警能力，并通過長(zhǎng)江黃金水道及近海航運(yùn)交通氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，在沿江氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查、聚焦氣象導(dǎo)航的航運(yùn)保障氣象服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)以及氣象海事合作機(jī)制構(gòu)建方面取得了一些進(jìn)展。但是，目前江西省鄱陽湖內(nèi)的航運(yùn)交通氣象服務(wù)多為針對(duì)政府與航運(yùn)管理部門提供決策服務(wù)，針對(duì)航運(yùn)公司和船舶的用戶定制專業(yè)氣象服務(wù)尚未有效開展。因此，迫切需要在前期工作的基礎(chǔ)上，完善鄱陽湖流域大風(fēng)、大霧、暴雨(影響能見度)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，建立大風(fēng)、大霧等主要水上交通氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系；搭建鄱陽湖航運(yùn)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)平臺(tái)，重點(diǎn)研發(fā)可向用戶提供定制航運(yùn)交通氣象服務(wù)產(chǎn)品的專業(yè)服務(wù)系統(tǒng)，向航運(yùn)公司、港區(qū)碼頭和運(yùn)營(yíng)船舶試點(diǎn)開展專業(yè)氣象服務(wù)；努力建成結(jié)構(gòu)完善、功能先進(jìn)、集約高效、保障有力的現(xiàn)代化航運(yùn)氣象保障服務(wù)體系。鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，是江西省氣象部門提供專業(yè)化、技術(shù)性和智能化航運(yùn)氣象服務(wù)的平臺(tái)支撐，為提升專業(yè)預(yù)報(bào)服務(wù)能力和預(yù)報(bào)科技水平夯實(shí)了基礎(chǔ)[4]。

1 系統(tǒng)組成與主要功能

1.1 資料收集與處理子系統(tǒng)

鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務(wù)系統(tǒng)資料收集與處理子系統(tǒng)主要包括地圖、航線、港口數(shù)據(jù)以及鄱陽湖流域內(nèi)容，通過人工提取航線點(diǎn)、處理站點(diǎn)、格點(diǎn)以及預(yù)警區(qū)間與航線點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，供后續(xù)計(jì)算通航等級(jí)。系統(tǒng)處理了長(zhǎng)江主干航道與鄱陽湖航道的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系，增加了航線由單一方向到岔路模式的邏輯。通過點(diǎn)擊所關(guān)注的重點(diǎn)航段或港口，可以將當(dāng)前地圖視圖迅速定位到該重點(diǎn)航段或港口，并居中放大顯示，同時(shí)彈出可拖拽的航段港口信息框，展示該航段或港口的實(shí)況數(shù)據(jù)。

1.2 監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警及服務(wù)產(chǎn)品共享子系統(tǒng)

實(shí)況監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)頁面包括鄱陽湖航道及附近長(zhǎng)江干線航道5 km范圍內(nèi)的自動(dòng)氣象站和水文站點(diǎn)監(jiān)測(cè)、鄱陽湖航道過去3 h逐10 min通航等級(jí)實(shí)況、鄱陽湖航道未來10 d逐3 h通航等級(jí)預(yù)報(bào)、預(yù)警信號(hào)、精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)、雷達(dá)、衛(wèi)星和長(zhǎng)江干線航道船舶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。

1.2.1 自動(dòng)氣象站

鄱陽湖水上交通安全氣象保障系統(tǒng)產(chǎn)品共享平臺(tái)通過聚類分析和GIS匹配等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)挖掘，系統(tǒng)通過GIS分析選取江面外推5 km的緩沖區(qū)，再通過聚類分析，剔除相鄰過近的站點(diǎn)，優(yōu)選出歷史到站率高的50多個(gè)站點(diǎn)。

點(diǎn)擊激活控制按鈕，會(huì)在地圖上疊加顯示自動(dòng)氣象站點(diǎn)圖層，包括快捷操作按鈕和菜單欄詳細(xì)展開按鈕。4個(gè)快捷操作按鈕分別為降水、風(fēng)、能見度、溫度4個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)顯隱的控制開關(guān)，地圖上黃色的圓點(diǎn)為顯示的自動(dòng)氣象站點(diǎn)，并且自動(dòng)氣象站點(diǎn)會(huì)根據(jù)地圖的級(jí)別進(jìn)行抽稀顯示。

1.2.2 水文站

鄱陽湖航道水文站點(diǎn)同自動(dòng)氣象站類似，在地圖上由藍(lán)色的點(diǎn)顯示，實(shí)況監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)頁面加載默認(rèn)顯示，并會(huì)實(shí)時(shí)顯示該站點(diǎn)水位和流量數(shù)據(jù)。

1.2.3 雷達(dá)

系統(tǒng)可以將最新雷達(dá)數(shù)據(jù)在地圖圖層上疊加與顯隱，方便實(shí)時(shí)監(jiān)控天氣系統(tǒng)的演變。

1.2.4 衛(wèi)星

系統(tǒng)疊加顯示最新的衛(wèi)星云圖，并提供顯隱功能，操作方便。

1.2.5 精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)

如圖1所示，點(diǎn)擊激活天氣控制開關(guān)，可以控制精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)圖標(biāo)在地圖圖層上的疊加顯隱。

圖1 多時(shí)次精細(xì)化預(yù)報(bào)展示

1.2.6 預(yù)警信號(hào)

點(diǎn)擊激活預(yù)警信號(hào)控制開關(guān)，可以控制臨近預(yù)警圖標(biāo)在地圖圖層上的疊加顯隱。

1.2.7 通航等級(jí)

通過對(duì)本地航運(yùn)數(shù)據(jù)和氣象條件的分析，與當(dāng)?shù)睾竭\(yùn)部門共同確定了通航等級(jí)天氣要素閾值表，從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)格預(yù)報(bào)和服務(wù)預(yù)警3方面進(jìn)行閾值比對(duì)，形成了各時(shí)段、各航段天氣通航等級(jí)，通過不同顏色反演在系統(tǒng)界面上。

1.2.8 港口

點(diǎn)擊激活港口控制開關(guān)，可以控制鄱陽湖航道及周邊各個(gè)港口在地圖圖層上的疊加顯隱，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上的港口圖標(biāo)時(shí)，則彈出該港口的詳細(xì)信息。

1.2.9 船舶

通過和航運(yùn)部門的數(shù)據(jù)共享，點(diǎn)擊激活船舶控制開關(guān)，可以控制長(zhǎng)江干線全航段船舶在地圖圖層上的疊加顯隱。在人為改變船舶開關(guān)狀態(tài)之前，頁面初始化默認(rèn)為當(dāng)?shù)貓D放大到一定級(jí)別，系統(tǒng)自動(dòng)打開船舶開關(guān)，顯示長(zhǎng)江全航段船舶數(shù)據(jù)，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上的船舶圖標(biāo)時(shí)，則彈出該船舶的詳細(xì)信息。

1.2.10 時(shí)間軸

點(diǎn)擊激活時(shí)間軸控制開關(guān)，可以控制時(shí)間軸顯隱。

時(shí)間軸的最小間隔為5 min，支持上翻、下翻以及播放功能，點(diǎn)擊該時(shí)間軸對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，可以查看過去3 h的通航等級(jí)實(shí)況以及未來10 d的通航等級(jí)預(yù)報(bào)。

1.2.11 通航等級(jí)域值修改

點(diǎn)擊通航等級(jí)域值修改按鈕，可以修改首頁顯示的控制通航等級(jí)域值的氣象要素?cái)?shù)值。

1.3 系統(tǒng)意見反饋頁面

系統(tǒng)意見反饋頁面分為反饋瀏覽和提交反饋兩個(gè)模塊，方便用戶交流和意見反饋。在反饋瀏覽頁面，用戶可以查看其他用戶的反饋信息；在提交反饋選項(xiàng)內(nèi)，用戶可以提交反饋信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

2.1 一體化平臺(tái)設(shè)計(jì)

一體化平臺(tái)開發(fā)采取網(wǎng)頁瀏覽和地理信息系統(tǒng)相融合(WebGIS)方式，充分利用中國(guó)氣象中心統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境和計(jì)算資源的智能化眾創(chuàng)型業(yè)務(wù)平臺(tái)(MOAP)，按照“一張網(wǎng)、一張圖”的設(shè)計(jì)，以氣象實(shí)況資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品的智能化、自動(dòng)化快速制作工作場(chǎng)景為支撐，以氣象要素對(duì)賽事影響的信息融合分析評(píng)估應(yīng)用場(chǎng)景為亮點(diǎn)；采取整合集成省級(jí)一體化平臺(tái)的功能、對(duì)接智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)系統(tǒng)、強(qiáng)天氣預(yù)警系統(tǒng)、服務(wù)產(chǎn)品制作系統(tǒng)和專業(yè)氣象服務(wù)制作定制開發(fā)等方式；開展智慧型、自動(dòng)化、模塊化、可定制的Web平臺(tái)設(shè)計(jì)，形成具備實(shí)況分析報(bào)警、信息綜合共享、工作智能提醒、產(chǎn)品自動(dòng)制作、服務(wù)一鍵分發(fā)、流程隨時(shí)監(jiān)控以及即時(shí)反饋等綜合功能軟件系統(tǒng)平臺(tái)。同時(shí)采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)性能的平滑擴(kuò)張，當(dāng)被管理資源增加、系統(tǒng)數(shù)據(jù)量擴(kuò)大或訪問量增大而系統(tǒng)當(dāng)前性能不能滿足要求或出現(xiàn)性能瓶頸時(shí)，能夠通過水平擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能提升，從而適應(yīng)規(guī)模增加對(duì)系統(tǒng)性能的壓力和要求。

2.2 基于瓦片的WebGIS顯示技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)多種氣象服務(wù)信息和航線在客戶端進(jìn)行直觀展現(xiàn)，該系統(tǒng)采取基于瓦片的WebGIS顯示技術(shù)。瓦片數(shù)據(jù)是將各氣象要素格點(diǎn)數(shù)據(jù)與航線或流域地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，依據(jù)交通氣象影響指標(biāo)體系，計(jì)算航線交通氣象等級(jí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理。Web服務(wù)接口采用Rest WebAPI標(biāo)準(zhǔn)，通信的主要內(nèi)容包括用戶查詢請(qǐng)求、返回的氣象信息數(shù)據(jù)結(jié)果和船舶的GPS位置定位信息等。系統(tǒng)采用目前最流行的WebService服務(wù)接口，便于系統(tǒng)功能和第三方對(duì)接。同時(shí)微服務(wù)架構(gòu)的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是水平擴(kuò)展性，相比傳統(tǒng)的多層單一架構(gòu)，微服務(wù)通過分層化、分布式、無狀態(tài)等設(shè)計(jì)思路，確保了系統(tǒng)在運(yùn)行部署時(shí)的彈性擴(kuò)展能力。系統(tǒng)提供目錄訪問接口，向其他應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器或業(yè)務(wù)系統(tǒng)(MICAPS、SWAN等)提供MICAPS、SWAN格式的氣象服務(wù)產(chǎn)品。

2.3 專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品制作系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品共享平臺(tái)

當(dāng)用戶選擇對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行導(dǎo)入、制作、分發(fā)時(shí)，由專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品制作系統(tǒng)發(fā)送系統(tǒng)請(qǐng)求，共享接收用戶選擇的條件，服務(wù)器端響應(yīng)生成所需的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回給專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品制作系統(tǒng)和共享平臺(tái)進(jìn)行分析結(jié)果展示。鄱陽湖航道氣象信息發(fā)布系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)訪問API接口(OLE DB或者JDBC等)，獲取監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品共享平臺(tái)提供的產(chǎn)品和數(shù)據(jù)，接口支持C/C++、Java或.Net等常用開發(fā)工具。

3 結(jié)束語

通過建設(shè)江西省鄱陽湖水上交通安全保障系統(tǒng)，發(fā)展江西省鄱陽湖航運(yùn)智慧氣象保障服務(wù)，產(chǎn)生了很好的服務(wù)效益[5]。主要表現(xiàn)：1)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，通過推廣，航道天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品通過共享平臺(tái)，在江西當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T和重點(diǎn)船務(wù)公司進(jìn)行了試用，受到相關(guān)試用單位的一致好評(píng)；2)擴(kuò)大了服務(wù)影響，首創(chuàng)性地對(duì)鄱陽湖航道及贛江提供一體化、精準(zhǔn)化、智能化水上交通氣象保障服務(wù)，降低了氣象災(zāi)害對(duì)水運(yùn)部門的影響；3)提升了氣象服務(wù)能力，通過該系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了江西省氣象局對(duì)地方政府、航道局、海事局的同平臺(tái)聯(lián)合服務(wù)，充分展示了氣象統(tǒng)一管理的部門優(yōu)勢(shì)，初步建立了結(jié)構(gòu)完善、功能先進(jìn)、集約高效、保障有力的現(xiàn)代化航運(yùn)氣象保障服務(wù)體系。

隨著鄱陽湖水上交通安全氣象保障服務(wù)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大應(yīng)用，現(xiàn)有系統(tǒng)服務(wù)的范圍僅限于長(zhǎng)江流域江西段以及鄱陽湖航道流域，服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)還有待界定，尚不能完全滿足全省實(shí)際業(yè)務(wù)發(fā)展需要，后期將通過邊服務(wù)邊完善的方式進(jìn)一步完善本系統(tǒng)。