基于GIS的气象预警短信自动发送系统

廖桉桦

(宁波市鄞州区气象局，浙江宁波315100)

随着新一代天气观测网络的投入使用，雷达卫星等资料开始广泛地应用，中尺度自动气象站分布越来越广泛，间隔为5～10 km，对小尺度的天气现象有了更清楚直观的认识。当前气象灾害频发，气象局承担着政府决策气象服务、公共气象服务和为农气象服务3个方面的职责，在遇到突发灾害性天气情况时，如何让民众及时收到气象信息并有效地做好防范措施，实现气象资料最后一公里的传输，是一个值得关注的问题。随着科技的发展和人民生活水平的日益提高，手机的使用越来越普遍，因此当前最简单易行的方式是通过手机短信发送，实现极端、突发性、灾害性天气预警信息的自动发送。

地理信息系统(GIS)由软件系统、地理数据和用户构成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务的计算机系统[1]。其本质为由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型[2－4]。把用户的需求集成到地理信息系统中，日常工作中就能提供更有针对性的公共气象服务。基于GIS平台进行二次开发，借助其强大的地理信息、空间分析功能，其优势不言而喻，基于这个理念，笔者设计了基于GIS的气象预警短信系统，实现了气象预警短信的分区自动发送。

1 需求分析

由于下垫面的差异，各类气象要素在时空分布上存在着较大的不连续性，就温度而言，夏季陆面温度要高于水体温度，而冬季陆面温度则低于水体温度，山区与平原也存在很大差异;对于风速，沿海、山地风速要明显大于内陆平原;而对于日常最容易产生气象灾害的降水，“东边日出西边雨”的情况在目前的高密度的气象观测中更是越来越多地被观测到，尤其是夏季的局地强对流天气，宁波市曾经出现30 km范围内，部分地区3 h降水180 mm，而附近却几乎没有降水的情况。由于局地强降雨时间集中、强度大，对人民的生命财产有较大的影响。此外，不同的用户对于气象消息的需求不同，例如渔民出海最关心风力的大小，葡萄种植户最关心引起落果的高温。因此在气象信息的发送上，有必要根据需求将不同的短信发送到不同的用户手上。由于降水相对气温、风速等局地性和突发性更为明显，且更容易致灾，因此主要以短时强降水为例，介绍暴雨等气象预警短信自动发送系统的实现。

2 系统设计与实现

本系统是在充分利用现有移动代理服务器以及气象资料观测网络的前提下进行的二次开发。硬件主要由气象信息服务器、信息处理服务器以及移动代理服务器3部分组成(图1)。其中气象信息服务器用于实时收集和储存气象信息数据;信息处理服务器用于储存地理信息资料和用户，同时对气象信息进行分析和处理，生成气象预警短信;移动代理服务器用于发送手机短信，通过开放接口与信息处理服务器对接。

2.1 移动代理服务器

移动代理服务器(MAS)是针对集团客户设计开发的产品，其将软硬件一体化封装，只需要有稳定的电源及网络便能正常工作，在同一网络中其他PC机可通过浏览器访问MAS。由于其接口开放，其他程序可方便地通过MAS进行短信发送等操作。

图1 系统的硬件构成

2.2 信息处理服务器

系统运行在信息处理服务器上，主要由气象预警信息生成子系统以及短信发送子系统组成。气象预警信息生成子系统负责监控实时气象实况资料以及雷达外推等预报资料，根据设定的阈值并生成带有地理信息的预警信息。短信发送子系统负责将带有地理信息的预警信息与用户资料数据库联合分析，生成手机短信，通过开放接口提交到移动代理服务器，最终发送到用户手上。

3 系统实现原理

气象观测网络上建有气象信息服务器，气象观测资料存储在Microsoft SQL Server数据库内。移动代理服务器内部使用MySQL数据库，支持通过数据库接口或API接口等方式提交短信发送请求，本系统直接使用数据库接口。为了方便后期维护和二次开发，系统采用C#作为开发语言。由于Microsoft.NET Framework本身已经集成了Microsoft SQL Server操作类，因此只需把MySQL的动态链接库包含在内即能正常运行(图2)。

图2 系统的原理

3.1 服务需求分析

将现有气象服务通讯录进行需求划分，添加乡镇信息，同时将乡镇内气象站与乡镇进行关联。例如三防部门承担着全市的防汛抗旱任务，对气象信息要求较高，因此将三防部门人员设置为所有气象站信息均发送;各乡镇农业镇长对所管辖区域的气象信息较为敏感，遇突发状况时及时指挥乡镇人员作出相关应急措施，所以只发送相对应乡镇的气象信息;各大户也是仅发送所在地的气象信息。

3.2 实时数据查询

气象观测数据均为定时生成，例如中尺度自动站为10 min上传1次数据。实时资料采集、统计、入库，后台定时对资料进行及时处理，实现实时资料的迅速获取，气象预警信息生成子系统采用定时查询的方式，在没有人工干预的情况下，每5 min查询1次数据库，统计辖区内各个自动站的1，3，6和12 h雨量等数据。

3.3 预警信息生成

综合实际应用情况以及日常对于小雨、中雨、大雨、暴雨的量值划分，选取阈值范围为1 h降水16 mm，2 h降水30 mm，3 h降水50 mm，6 h降水50 mm，12 h降水100 mm，阈值优先情况示表1。

表1 气象预警的阈值等级

优先等级从表1上到下、从左到右逐渐增加，实际执行时将实况值按照从下到上，从左到右与阈值比较，达到阈值范围时自动生成预警信息。生成预警信息时会根据相应的经纬度，通过查询地理信息系统中的行政边界资料，计算出超过阈值的数据出现在哪个乡镇甚至是哪个村。最后将带有区域信息的预警信息提交到短信发送子系统中。发送短信时标注发送时间，如果超过前1次预警短信时效，或本次阈值优先级更高，则考虑再次发送。

3.4 预警短信的分区、分类发送

用户资料数据库中每个用户均包含了区域信息，包含县市区、乡镇、村社区三级，因此短信发送子系统在气象预警信息生成子系统提交预警信息后，可以根据用户资料数据库自动分析出预警信息指定区域内的用户。同时为了进一步优化服务，用户资料数据库还包含了警报类型信息，如大风、高温、降水等，可以指定用户接收其中的一种信息或者多种信息。在确定了接收用户和内容后，短信发送子系统会将用户号码和手机短信内容提交到移动代理服务器上，实现方法为将短信号码和内容写入到数据库对应的发送队列表中。

4 系统实用性分析

传统的短信发送采取人工方式，需要人工监控气象资料，根据资料编写短信内容，选择接收用户，这个过程耗时长，而且容易输入错误数据或者选错发送对象，在使用新系统后能有效解决上述问题。

由于本地紧急异常短信服务用户数超过3 000个，如果某次发送选择了发送到全部用户，尽管提交到移动代理服务器的速度较快，但是通过测试发现，全部发送到用户手上需要30 min，在连续发送多条短信时，队列后面的短信发出时间相应累加，导致部分短信失去时效性。在使用此系统后，因为明确了某个镇、村(社区)以及相关部门发送对象，该组短信服务用户数在200个以内，能有效缩短短信发送时间。

5 小结

在充分利用现有平台并且不影响原有业务的基础上，搭建起了基于GIS的气象预警短信系统。采取机器自动分析发送，有效地解决了暴雨等气象预警信息漏发误发的问题，同时由于集成了地理信息系统，能够提高气象预警短信发送的针对性，同时提高了气象预警短信的时效性。目前基于GIS的气象预警短信自动发送系统，已经投入实际业务应用，通过几次大的降水过程，检验发现，运行效率较好，符合日常业务的需要。

[1]陈鹏述.地理信息导论[M].北京:科学出版社，1999:12－24.

[2]沈鹏.基于GIS的110短信报警系统[D].吉林:吉林大学，2007.

[3]张勇，杨邦荣，蒋觉先.基于GSM/GIS的火灾自动报警系统[J].计算机工程，2006，32(2):243－247.

[4]Mary Kirtland.基于组件的应用程序设计[M].北京:北京大学出版社，1999:12－16.