突发灾害性天气监测报警短信发布技术——以宁波市为例*

丁烨毅 姚日升 王 焱 赵伍杰

(宁波市气象台，浙江宁波315012)

0 引言

随着社会经济的快速发展，气象灾害造成的经济损失越来越重，提高全社会应对突发自然灾害的响应能力，是减少人民生命财产损失的重要保证［1］。宁波地处中国东南沿海地区，经常受到台风、暴雨、洪涝等突发气象灾害的影响［2］，短时暴雨、飑线、雷雨大风等中小尺度灾害性天气系统水平尺度较小，生命史十几分钟到数小时，具有局地性强、历时短、来势猛、破坏性大等特点，因此对灾害性天气监测发布的时效要求很高，需要在很短时间内将灾害性天气实况信息上报以作领导决策。随着大气监测自动化技术的不断发展，区域气象站已成为目前气象观测的主要手段之一，大大提高了观测的时空密度，有效增强了对灾害性天气监测的能力［3－4］，结合手机短信平台实时信息发布优势［5－9］，势必提高应对气象灾害的响应速度，让有关部门及人民群众及时采取相应措施［10－12］。

宁波全市现已有近200个区域气象站建成并投入业务运行，所有观测数据均实时保存到数据库中，为基于区域气象站的突发灾害性天气监测发布技术研究奠定了扎实的数据基础。为满足突发灾害性天气监测发布的需求，我们开发了“基于区域气象站的灾害性天气监测发布系统”，采用Ajax+Web服务技术架构、Visual Studio.NET 2010作为开发工具，数据库为SQL Server 2005。本文主要介绍该系统的设计思路及主要技术实现。

1 系统设计思路

本系统将区域气象站监测与短信发布技术优势有机地融合在一起，达到突发灾害性天气快速识别、实时发布的目标，实现监测信息简明扼要，减少信息内容与数量冗余，具体实现如下:由各部门自行设置灾害性天气指标条件及系统有关参数，建立一个任务列表，列表中主要包括短信发送对象、灾害性天气种类及级别，系统将循环扫描各任务，一旦有任务需要执行，则对观测数据进行质量控制检查，若无异常启动灾害性天气自动识别机制，检查是否满足该任务所要求的灾害性天气指标条件，并在经再次发送时效和屏蔽时间限制的检查后快速组织成短信形式的灾害性天气服务产品，相关信息存入数据库，及时按需启动发布流程，按要求确定发布对象，触发短信发布平台完成发布任务，如果该任务需要人工确认，则短信通知值班人员，经人工确认、修改后再决定是否发送。整个系统实现流程图如图1所示。

2 系统设置和任务定制

2.1 系统设置

1)通讯簿管理:分组管理，方便自定义用户选择。

图1 系统流程图

2)要素极值控制:对区域气象站观测数据进行极值质量控制，避免因观测野值“误发”信息，同时能及时通知相关人员进行设备维护处理。

3)站点要素阈值调整:部分区域气象站间观测要素因地理位置等原因存在较明显偏差，比如高山站较平原站风速偏大、气温偏低，若所有站点采用同样的阈值会因个别区域气象站“空发”信息。针对这一情况设置站点要素差值订正，以平衡各站点间灾害性天气阈值条件的差异，进而增强信息的实用性。

4)发布内容站点数量:组织发布短信内容时，定义输出区域气象站的个数，可一定程度上控制发布内容的字数，达到简明扼要的目的。

5)值班号码:采用人工确认发送方式时，首先将信息发送至该号码，由值班人员确认后再通过系统平台发送到指定用户;当要素极值控制出现异常时，不启动发布流程，改向值班号码发送测值异常信息提示。

2.2 任务定制表

任务定制主、副表为灾害性天气监测发布数据库中主要数据表，用于设置灾害性天气监测条件，主要包括部门、发送号码、参考区域气象站点、阈值条件、相关时间(条件触发、再发时效、屏蔽时段)等字段。任务定制主、副表关联，主表用于存储任务列表，每个任务一条记录，副表用于存储各任务具体的触发条件。

2.2.1 任务定制主表

任务ID:数据表主键，系统自动增1。

定制部门:任务的责任单位标识。

发送号码:信息发送的目标用户手机号码。

参考站点:目标用户关注地理范围的区域气象站点。

有效定制:是否为有效定制，用于阶段性启动或取消该任务。

手工确认:设置该任务短信服务产品是否采用人工确认发布方式。

任务说明:任务的简单说明。

2.2.2 任务定制副表(触发条件表)

ID:数据表主键，系统自动增1。

任务ID:与任务定制主表关联，同一任务定制下，可多任务定制项目。

定制项目:任务定制项目标识，气温(最高、最低)、雨量(小时、分钟)、风力、能见度等。

定时时间:定制项目启动时间，可特定时刻，也可循环启动(用*表示)。定时时间设置为循环启动时，除雨量项目外，其余项目启动时间均为每时。雨量项目分小时和分钟启动，小时表示每时启动，按整点统计雨量值，分钟表示每10 min启动，按分钟统计雨量值。一般情况下，短时间(1～3 h)的雨量按分钟统计，长时间(6～24 h)的雨量按整点来统计。

统计时间:定制项目要素累积或极值统计时间，从定时时间往前多少时间内。

比较符:用于设置与阈值关系的比较符。阈值:用于设置监测阈值数值。

达标站数:本触发条件达标所需的区域气象站数。

再发时效:同类信息再次发布的时间间隔。

输出类型:信息具体输出类型(共3种类型，表1给出实例)。

屏蔽时段:对信息的关注时间进行设置，可 屏蔽非关注时段。

表1 输出类型实例

3 模块设计

3.1 灾害性天气实时监测

灾害性天气实时监测是系统的核心模块，具有对所有参考区域气象站观测资料进行实时跟踪分析处理的功能，采用多线程设计。该模块在规定时间启动分析用户关注地理范围内各站点相应要素数据，分析结束后，判断是否符合该定制项目规定要求，若是，进入该项目信息发布流程。

3.1.1 实时监测的气象要素

1)温度:最高、最低气温。

2)雨量:1、3、6、12、24 h 累计雨量。

3)风力:最大风速、极大风速，两者是或的关系。

4)能见度:能见度、相对湿度，两者与的关系(考虑到区域气象站能见度探测设备的稳定性，增加相对湿度，以保证信息的正确性)。

3.1.2 灾害性天气条件判断

若当前时间为项目定时时间，触发线程启动检查各具体项目条件，利用SQL(Structured Query Language)查询技术，通过具体查询代码，得到指定时段、指定站点的降水累计、气温或风速的极值等与灾害性天气有关的气象要素，并进行必要的要素调整，进而逐站数据与当前项目条件阈值比对，当数据达到条件阈值时，该站定义为达标，达标站数累积增1，在分析完所有站点后，判断达标站数是否合格，至此项目条件线程结束。

3.2 灾害性天气发布内容组织

当实时监测结束后，即启动信息组织工作，逐部门进行发布内容的信息组织。由于信息字数过多容易造成阅读和理解的困难，同时，一次灾害性天气过程中频繁发送类似实况信息，容易降低信息接收者对灾害性天气的敏感性，因此在发布内容的信息组织上，需要考虑在不减少信息内涵的基础上，应尽量减少信息字数，尽可能发布重点关注内容。内容组织简约和输出具体规则如下:

1)仅阈值不同，其它条件均相同，短信组织时，按阈值强弱排列，且仅输出最强阈值具体信息，其它采用概述，如“日湖公园出现40℃以上高温，另外，31站出现38℃以上高温，84站出现35℃以上高温”。

2)仅达标站点不同，其它条件均相同，短信组织时，达标站点少者不输出，因为达标站数少者信息已包含在达标站数多者内，这样可减少信息冗余。

3)同类气象要素多条定制项目同时达标时，按就高原则，仅输出最高级别的信息(相同统计时间，取最大(小)阈值;相同阈值，取最小统计时间)。如表2所示的雨量触发条件，如果有2站1 h雨量同时超过50 mm，表2中序号1—5、7同时满足条件，按照前面所述阈值由强到弱原则，只发布“有2站1 h雨量达到50 mm”。

表2 触发条件示例

4)是否发送:再发时效、屏蔽时段、人工确认等3个参数都会影响信息是否发送。，当且仅当最新监测信息时间距同一触发条件监测信息最近发送时间大于等于再发时效，才确认为可发送信息，从而达到控制重复信息数量的目的;对信息的非关注时间进行设置屏蔽时段，如最低气温考虑只在早晨发送，白天忽略最低气温是否达标;人工确认由值班人员审核后根据需要发送，也可进行修改后再发送，从而提高发送信息的质量。

5)输出类型:灾害性天气和统计输出，灾害性天气是达标站名和达标条件概述的输出，又分为是否同时输出具体数值的两种情况，见表1。

6)输出站数:即发布内容站点数量，若达标区域气象站数大于输出站数，仅输出具体数值排序前“输出站数”的区域气象站信息，如表1中的高温和雨量。

3.3 信息发布

灾害性天气信息发布是系统的通信模块，目前采用手机短信发布方式，当然也可以发送到LED显示屏或语音广播。

3.3.1 短信网关接口

目前宁波市气象局及其下属各县(市)、区使用的短信平台多达4种(表3)，分别为中国移动的企信通(信息机或MAS)、Openmas，中国联通的集信通、华为的INFOX-EIE等4个短信发布平台。

表3 各类短信发布平台简介

3.3.2 短信接口封装

各类短信发布平台间短信实现机制、短信定义、回执及后台数据库均存在较大差别，针对这一现状，我们采用Factory Method设计模式将各平台接口进行封装，为这些平台抽象出统一的接口、界面，实现了短信的跨平台发送。接口提供的功能包括:支持安全验证，支持MT短信的回执确认，提供了短信发送记录、发送失败短信重发等功能。经过封装后的短信发送接口生成DLL文件，这样做的优势在于C/S程序(EXE)和B/S程序(网页方式)都能直接使用该接口。

4 业务应用效果

系统于2011年7月开发完成，8月进行推广试用，期间出现了多次暴雨、高温和大风等天气，系统均能正确快速识别并自动发送相应服务信息至用户手机，特别是8月25日受东风波影响全市出现大到暴雨，慈溪北部地区出现特大暴雨，系统及时发布了灾害性天气产品，提醒相关用户;2011年10月11日北仑某区域气象站雨量计由于线路遭蚂蚁破坏出现1 h近1000 mm的雨量值，系统及时提示值班人员，使该站设备在最短时间得到维护，取得了很好的效果。目前该系统已成为服务人员的得力助手，实现了对灾害性天气自动实时监控功能，在预警预报等服务方面发挥了很好的作用。

5 结语

本系统能主动及时为决策用户、专业用户、天气预报人员发送定制的灾害性天气实况信息，其建成将进一步完善宁波市气象灾害应急预警系统，对及时掌握全市各地实时气象灾害信息、做好应急气象服务起到不可代替的作用。系统基于区域气象站所监测的各类气象资料，且可自定义具体指标条件，使信息产品更符合用户的关注点，及时为他们提供各自关注的突发灾害性天气情况，达到更好的服务效果。

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