国家气象业务内网设计与实现

张志强， 张 强， 胡 星， 倪学磊　(国家气象信息中心，北京 100081)



国家气象业务内网设计与实现

张志强， 张 强， 胡 星， 倪学磊(国家气象信息中心，北京 100081)

摘要为改变气象系统内部服务平台分散的现状，国家气象信息中心对各国家级气象业务中心原先自建的气象、气候、观测、服务等若干小系统进行整合，构建国家气象业务内网，形成气象系统内部统一的国家级气象服务平台，提供一个能浏览、检索与综合显示实况监测、预报预测、预警信息、历史气候资料以及信息网络等业务信息的共享平台。国家气象业务内网使用MVC模式设计，为适应气象应用的特点，在J2EE应用架构(Struts+Spring+Hibernate)的基础上，对底层数据交互模块进行了封装，有效提高了系统的灵活性和开发效率。2015年3月国家气象业务内网2.0版业务运行，目前涵盖了探测、天气、气候等6大核心服务栏目、近100个子模块、近2 000余种业务产品，对各类气象业务起到了有效的支撑作用。

关键词气象业务内网；服务平台；可视化；J2EE

Design and Implementation of National Meteorological Service Platform

ZHANG Zhi-qiang, ZHANG Qiang, HU Xing et al

(National Meteorological Information Centre, Beijing 100081)

AbstractIn order to change the distributed status of the meteorological service platform, based on the integration of the self-built service platforms including meteorology, climate, observation and service, National Meteorological Information Center(NMIC) constructs National Meteorological Service Platform(NMSP). NMSP is a unified national meteorological service platform to provide browsing, searching and displaying of observation, weather forecasting, warning information, historical climate data and network information. NMSP uses the MVC design pattern. For adapting the characteristics of meteorological application, above J2EE application framework(Struts+Spring+Hibernate), NMSP encapsulates data exchange module which improves flexibility and efficiency of the system development. On March 2015, NMSP(version2.0) has been on operational running, which covers six core column, nearly 100 sub-modules,2 000 kinds of business products. It plays an effective supporting role on various types of meteorological service.

Key wordsMeteorological service network; Service platform; Visualization; J2EE

随着气象业务的快速发展，新增探测资料得到广泛应用，数值化预报产品的时效性和空间分辨率越来越高，各类业务产品日益丰富，业务产品的共享与服务需求日益迫切。气象系统内部各业务单位面向核心业务整合产品资源，开展了内部信息资源整合工作，开始构建内部“业务内网”系统[1-3]，并初见成效。国家气象中心建设了面向实况监测、预报预测与灾害预警的天气业务内网系统，国家气候中心建设了面向气候预测、气候变化与气候服务的气候业务内网系统。

随着中国气象局各单位业务内网系统的建设，业务产品的集成与共享服务水平明显提升，但业务产品服务的系统和平台的集成力度仍然不够、IT资源重复建设、服务渠道分散、服务规范不统一、集约化程度低、缺乏统一的业务产品共享平台，导致服务效率低下，数据与产品存在不一致甚至矛盾的情况，“信息孤岛”现象依然存在。另一方面，国家级对省、地市的业务指导与实际需求仍存在一定的差距，上下沟通、交互机制的建设刚刚起步，尚未形成基于广域网络、上下一体、统筹集约的业务系统布局。基于上述原因，为满足现代气象业务发展的需要，中国气象局制定了气象业务内网系统建设任务，即整合相关业务单位的业务产品资源，建立集约化的数据环境，提供一个能浏览、检索与综合显示实况监测、预报预测、预警信息、历史气候资料以及信息网络等业务信息的共享平台，使得业务人员能快捷获取各类信息，从而有效支撑观测、监测、预报、预警及服务等业务。经过近3年的发展，国家级气象业务内网系统建设初现成效，集成了气象、气候、信息网络及其资料服务上千种重点业务产品及服务。笔者基于目前气象业务内网的建设情况，从功能需求、底层架构、实现功能、应用效果等方面进行介绍，并对目前的成效及后续发展目标进行了论述。

1功能需求

国家气象业务内网的定位为气象系统内部统一的气象产品展示与服务，业务管理信息共享服务，涵盖气象中心、气候中心、卫星中心、信息中心、探测中心、人工影响天气中心、中国气象科学研究所、公共服务中心等单位的业务数据和产品，同时支撑国、省、地、县4级用户统一访问。从气象业务内网的定位可以梳理出以下几类业务需求。

1.1气象数据服务需求气象数据服务的对象主要为国家级、省级、地市级、县级各级气象部门业务单位的业务用户。业务人员可以根据需求在气象业务内网上查看权限范围内的最新气象资料、数据文件以及可视化产品，还可对实时与历史气象数据进行数据检索、数据下载等操作，满足不同层级、不同业务单位业务人员的气象天气预报、气候监测预测、气象服务的业务需求。

1.2数据可视化展示需求气象数据可视化展示主要应用气象数据分析和图形处理技术，配合GIS地理信息，为气象业务用户提供在线统计和数据可视化服务。借助于数据的可视化可以使业务用户更加全面获取气象数据全貌。

1.3业务信息管理需求构建信息上传下达的渠道和功能完善的业务管理平台，围绕数据管理与应用服务为各级业务管理部门提供在线信息服务、统计分析以及辅助决策功能，包括全球、周边、中国资料的收集，业务传输质量通报、高性能计算资源管理、业务技术文档、会议在线以及业务进展等相关信息。

2软件框架

基于国家级气象业务内网系统(2.0版)的应用特点，其技术路线决策从整体规划、业务驱动、数据支撑多样化、数据服务效率、访问安全和性能优化等多方面进行考虑。国家级气象业务内网系统(2.0版)软件设计的技术路线体现在以下几个方面：采用B/S架构进行设计[1，4]，基于J2EE的SOA架构体系进行业务和数据资源的整合及集成，采用多层体系架构，保证功能自顶向下合理分解，实现设计单元的高内聚、低耦合(图1)；采用组件化(Component)与插件机制结合进行设计和开发，保证系统强大且灵活的可扩展性、可维护性以及可集成性；采用并行处理与负载均衡技术，保证多种数据的高并发处理效率；采用XML数据封装技术，实现灵活的流程配置；采用关系型数据库与文件系统结合，针对不同气象数据特点进行高效的数据存储管理和统一数据支撑服务；采用HTTP、TCP/IP通信协议和WebService等通信技术实现

组件间的通信，控制数据传输的准确性及时效性，保证在Internet上的数据传输速度；采用Portal(门户)技术实现数据与产品共享服务整合，满足信息集成、个性化的内容聚合和定制分发需求，实现面向不同用户的气象资料服务的集约化、个性化，保证数据共享服务的扩展性。

图1　气象业务内网软件框架Fig.1　Framework of meteorological service network

图2　实况观测版块功能Fig.2　Function of live observation section

气象业务内网底层数据包括4种：①基于API接口获取的结构化以及非结果化数据;②基于数据库获取的结构化气象数据;③基于FTP服务器获取的文件数据;④除气象数据外的其他数据，包括业务材料、规范文档、培训视频文件以及软件更新包等。在架构设计中，考虑气象业务内网支撑数据的特点，基于通用的J2EE应用架构(Struts+Spring+Hibernate)[5-6](如图1红色部分),封装了控制层、服务层、实体层及数据层，实现了基于配置的数据中心，实现了数据获取与前端显示功能的独立分离，屏蔽了大量的后台数据获取复杂逻辑，通过配置即可完成相关数据的获取逻辑，在显示端即可通过制定ID方式获取所需数据，使整个开发更专注于前端展示页面，考虑业务用户需求体验，后端数据源甚至数据结构的变化可以通过一键式配置快速调整，有效应对气象数据多样性特点。

3实现功能及业务应用效果

3.1主要功能

3.1.1实况观测版块。实现包括中国气象局探测中心、国家卫星气象中心、中国环境监测总站、水利部等涉及地面、高空、辐射、农气、海洋、雷达、卫星等10大类近50小类观测数据可视化展示(图2)。

图3　气候业务版块功能Fig.3　Function of meteorology section

3.1.2气候业务版块。实现包括国家气候中心主要业务产品，涉及气候检验、气候预测、影响评估、气候变化、气候模式、气候服务等相关业务产品的发布服务和可视化展示(图3)。同时为了提高气候业务效率，针对过去依靠文档提交的相关填报内容，基于业务内网实现在线填报功能，同时实现了填报结果的自动在线格式检查，提高了填报效率。

3.1.3天气业务板块。实现国家气象中心的主要预报产品的可视化展示。按照时间尺度涵盖中长期预报、短期预报、短时临近预报产品，按照预报方式涵盖主观预报、客观预报产品(图4)。此外，针对灾害预警、决策服务等重要内容设立专题版块提供服务。

3.1.4人工影响天气版块。实现包括人工影响天气中心主要预报与检测产品包的可视化展示，其中预报产品包括GRAPES_CAMS模式产品、MM5_CAMS模式产品等相关模式产品，检测产品包括相关地面观测以及卫星反演产品。

图4　天气业务版块功能Fig.4　Function of weather section

图5　数据服务版块功能Fig.5　Function of data service section

3.1.5数据服务版块。实现包括信息中心收集、整理以及制作的主要中国以及全球数据产品在线服务，涵盖地面、高空、海洋、辐射、农气、数值预报、大气成分、雷达、卫星、气象服务产品、历史气候代用资料、气象灾害、气候产品、交换资料等，提供数据分类导航、定位和数据检索下载以及数据接口服务(图5)。

3.1.6业务管理版块。构建信息上传下达的渠道和功能完善的业务管理平台，围绕数据管理与应用服务为各级业务管理部门提供在线信息服务、统计分析以及辅助决策功能，包括全球、周边、中国资料的收集，业务传输质量通报、高性能计算资源管理、业务技术文档、会议在线以及业务进展等相关信息(图6)。

图6　业务管理版块功能Fig.6　Function of business management section

图7　气象业务内网用户分单位人数统计Fig.7　Statistics of users of meteorological service platform

3.2应用效果气象业务内网于2012年7月启动建设，2013年5月气象业务内网1.0版本业务试运行，经过5次版本升级，2015年3月2.0版本正式业务运行。目前气象业务内网包括实况观测、天气业务、气候业务、人工影响天气、数据服务、业务管理等6大版块近100个子模块，涵盖了包括探测中心、卫星中心、气象中心、气候中心、人工影响天气中心、信息中心等超过2 000种业务产品，数据资源超过20 TB, 国家级和省级核心业务用户超过8 000人，业务内网用户人数分单位分布如图7所示。4结语

国家气象业务内网的定位不仅是一个网站，其定位是业务辅助支撑平台，配合MICAPS、CIPAS等专业的气象业务平台，提供业务用户一站式的产品查看、数据获取以及业务管理辅助支撑。同时气象业务内网是国家级单位发挥对地方指导作用，完善国家和地方“上下互动”机制的一个重要支撑平台，是国家级气象业务现代化的重要组成部分。气象业务内网的建设工作是随着气象业务发展不断改进的过程，随着云计算、大数据技术的应用，气象业务内网将不断提升其业务支撑能力，有效提升气象业务工作的效率。

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中图分类号S 163+.1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)06-224-04

收稿日期2016-02-10

作者简介张志强(1982- )，男，河南郑州人，高级工程师，博士，从事气象数据服务技术研究。

基金项目公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306044)；公益性行业(气象)科研专项(重大专项)(GYHY201506001-7)。