湖北省级气象服务一体化业务平台开发与应用

崔新强 唐 俊 付 佳 卢高昇 杨文意 徐 静

1(湖北省气象服务中心 湖北 武汉 430205) 2(华云信息技术工程有限公司 北京 100081)

湖北省级气象服务一体化业务平台开发与应用

崔新强1唐 俊1付 佳1卢高昇2杨文意2徐 静1

1(湖北省气象服务中心 湖北 武汉 430205)2(华云信息技术工程有限公司 北京 100081)

在分析省级气象服务业务系统现状的基础上，按照“集约化、规范化、标准化”的理念，开发建成了基于GIS的湖北省级气象服务产品共享平台、气象服务产品制作平台构成的湖北省级气象服务一体化业务平台，并对核心业务功能进行了简要介绍。应用结果表明：湖北省级气象服务一体化业务平台的开发建成，结束了长期以来省级气象服务单位缺乏真正意义上的业务平台的历史，极大地提高了气象服务系统的自动化和集约化程度，大大减少了气象预报服务人员不必要的重复劳动，实现了业务流程的可视化管理，为气象服务业务管理和质量考核提供了重要技术支撑。

气象服务 业务平台 一体化 开发应用

0 引 言

近些年来，各级气象部门不断拓展领域，开发了一系列预报服务产品。但是，这些产品大都分散在不同单位，甚至分散在不同科室的不同系统中，并未进入省级气象部门已有的气象数据库。由于这些产品大都来源于不同课题或项目，缺乏统一规划，造成系统功能单一、产品分散、没有统一的产品命名规则和存放地址，导致众多产品难以实现共享。如何让这些分散的产品在第一时间到达服务人员的桌面，急需建立省级气象服务产品库和共享平台，这也是省级气象服务亟待解决的一个重大问题。另一方面，长期以来，气象服务单位为不断满足不同行业和不同用户的不同需要，开发了很多小的系统。这些系统分散、独立、自动化程度低，服务人员在业务值班时往往要在不同的系统中重复做同样的工作。这些重复性、事务性工作浪费了服务人员大量的时间和精力，使服务人员难以有更多的时间去考虑服务产品的精细化和针对性问题。因此，设计开发高效的省级气象服务一体化业务平台显得极为迫切。

2012年-2013年，中国气象局先后分两批支持建设省级公共气象服务业务系统，但由于经费所限，多数省份只是在原有系统的基础上扩展了一些功能，统筹规划开发省级一体化气象服务平台的并不多见。据文献检索，张正文[1]等研制了适合新媒体图文发布的产品制作平台，李建[2]等开发了基于WebGIS技术的公共气象服务业务平台，实现了气象信息的快速查询；柳锦宝[3]等结合地网GeoBeans平台实现了网页的快速浏览；李超[4]、刘世学[5]、姜燕敏[6]等分别设计开发了专业气象服务系统，提高了专业气象服务产品加工的自动化程度；宋智等[7]研制了区域气象服务产品共享平台，实现了产品上传、查询、下载等功能。河南、海南、宁夏、丽水等地的气象服务工作者也在气象服务平台开发方面作了一些卓有成效的工作[8-15]。然而，这些平台和系统开发往往只是针对气象服务系统的某个方面，有的虽然在系统集成方面做了一些工作，但多数限于简单的物理集成，不能从根本上提高系统平台的效率。

本研究从整体上对省级气象服务系统平台进行了系统性的规划设计，结束了长期以来省级气象服务单位缺乏真正意义上的业务平台的历史，在全国范围内，率先建成了涵盖所有省级业务单位加工制作的公共气象服务产品共享平台和一体化的气象服务产品制作平台，并成功实现了业务化运行，其技术思路和方法对全国其他省市具有一定的借鉴作用。

1 平台设计

1.1 平台架构

采用模块化功能和层次化结构体系，以此来提高通用模块的重用性和系统的健壮性，通过多层架构体系对系统进行支撑，实现整个系统的可靠运行与一体化、集约化管理。自右向左由标准与规范体系、基础设施层、数据资源层、应用支撑层和业务应用层等五个层次结构组成，如图1所示。

图1 湖北省级气象服务一体化业务平台总体架构图

1) 标准与规范体系。保障平台系统的规范性和运行质量，对系统建成后的运行保障和考核管理提供规范和标准支持，保障系统长期高效运行。包括服务产品文件命名规范、GIS数据交换格式规范、气象数据库规范、数据接口规范和运行管理规范，部门间数据共享、业务协作的运行体系和考核管理体系。

2) 基础设施层。为各类应用提供基础支撑环境，主要包含数据处理服务器、数据库服务器、文件服务器、应用服务器、存储设备、防火墙、路由器和交换机等硬件设备；网络、机房、供电等网络环境；操作系统、数据库管理系统、GIS等基础软件。

3) 数据资源层。为平台提供据提供数据环境、数据存储与管理，主要包括基础信息资源、系统运行产生的各类数据、产品资源等。以文件形式存放的各种产品及相关的策略文件，以数据库表形式存放各种数据。提供数据整合及数据服务接口，为上层提供统一的数据模型、统一的数据编目机制及统一的数据存档与服务。

4) 应用支撑层。为最终应用提供通用支持，主要包括统一的系统管理、报表服务、GIS服务、FTP服务、邮件服务和日志服务等。使开发人员能够快速建立和修改上层应用服务环境和应用服务，完成数据的获取和分析、业务流程的调度、产品的制作与分发、系统与业务管理，是业务应用层和数据资源层的中间桥梁。

5) 业务应用层。通过菜单、工具条、对话框等图形界面元素，为用户提供最终服务，是系统中直接与各类用户进行人机交互、完成日常任务的工具。主要包括产品制作平台、产品共享平台、数据库管理系统、产品分发系统、业务管理系统等。在各子系统和服务层之间通过Web Service连接，在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用的与平台无关、语言无关的技术层，实现跨平台跨系统无缝对接。

1.2 功能结构

省级气象服务一体化业务平台由两大平台和三大系统构成，即产品制作平台、服务产品共享平台、数据库管理系统、产品分发系统、后台业务与管理系统等。平台功能关系见图2。

图2 湖北省级气象服务一体化平台功能关系图

1.3 软件环境

整体采用基于J2EE的B/S软件结构，以便于统一的维护管理及数据安全的控制、有效地保护原有硬件投资、减少开发成本、提高开发效率。

1) 操作系统：采用Windows 平台，服务器使用Windows Server 2008 R2版，客户机采用Windows7系统。

2) 开发工具：使用C/C++、C# 、Java、Silverlight4.0、ActionScript、Flex 、FlashBuilder等程序设计开发环境与相关开发工具，集成开发环境使用Eclipse；外部调用接口使用Web Service；开发过程中的版本管理工具为SVN Client；系统管理采用Microsoft Enterprise Library来实现。

3) 基础软件及中间件：数据库管理系统采用SQL Server 2008 R2；应用服务器采用Tomcat6.0；GIS软件采用ArcGIS10.0；文件共享软件采用Super Flexible File Synchronize。

2 平台核心功能与实现

2.1 存储管理

2.1.1 文件库

省级各业务单位加工制作的预报服务产品，在原有系统基础上增加产品另存功能，并遵循统一命名规则，以FTP方式主动推送到指定的文件库服务器，文件库设计尽可能地简化目录结构、减少目录级别，便于对文件的有效管理和应用，并遵循如下原则：

(1) 为满足各软件配置项的独立性和各类文件的不同安全性要求，在进行文件库设计时按照业务规则、功能属性和权限要求对文件存储区进行规划设计。

(2) 根据气象资料时效性要求，气象资料数据文件的存储目录主要按照要素进行划分，便于系统对文件的使用和管理。

(3) 综合考虑文件数量、磁盘容量、使用时效和系统性能等因素，设计合理有效的文件库维护管理策略，使文件库满足系统对文件的使用时效要求和快速检索要求。

2.1.2 数据库

对于规则数据，如气象实况产品、数值预报产品等，采用数据库拷贝的方式存入服务产品数据库，数据库设计除了遵循完整性、一致性、可扩展性等通用原则外，遵循如下原则：

(1) 数据库逻辑模型设计遵循关系型数据库设计理论的第三范式，具有应用系统需要表达的所有信息并且消除数据冗余。

(2) 数据库物理模型设计是在逻辑模型的基础上，为了优化应用系统的性能而采用增加冗余、创建索引等设计方法和技术。

(3) 在设计数据库表时，估算数据库表的大小和数据增长量，以便创建数据库时合理分配空间，减少磁盘碎片的产生。

(4) 为实现数据的快速检索，遵循拆分数据量大的数据库表、对查询频繁的字段进行索引设计。

2.1.3 主要功能

湖北省级气象服务产品存储管理系统由数据采集、数据解析、数据传输、数据入库、数据清理、数据来源监控、日志管理等构成，见图3。数据采集支持文件、数据库、XML、FTP、HTTP等多种接口方式。

图3 气象服务产品数据库管理功能结构图

2.2 气象服务产品制作平台

气象服务产品制作平台包含决策气象服务产品制作、公众气象服务产品制作、专业气象服务产品制作三个分平台。以专业气象服务产品制作为例，对业务设置、制作流程、流程管理和产品制作等主要功能进行简要介绍。

2.2.1 业务设置

专业气象服务用户的需求是动态变化的，相应的业务制作任务和业务流程也是随时需要变更的。以往通过纸质任务通知单交班方式实现，随意性大，容易产生疏漏。本平台采用管理人员在系统中对新增用户或老用户新增服务内容进行业务设置，以提高管理的科学性，保障产品制作规范性和标准化。业务设置主要内容包括用户信息、制作模板、存放地址、产品命名、所需资料、服务对象、服务方式、签发流程、流程记录等。业务设置完成后，系统会自动生成新的业务制作流程，制作人员只要按照流程去做即可。

2.2.2 制作流程

由于流程管理的自动化和可视化，保障了业务制作的规范化和科学化，制作流程的各个环节均有日志记录，方便制作者和管理者随时查阅。专业气象服务产品制作流程见图4。

图4 专业气象服务产品制作流程图

2.2.3 流程管理

流程管理是实现业务规范化和标准化的重要手段。本平台对流程管理具有两个特点：一是动态配置流程，可动态配置一般岗和关键岗业务流程。二是流程管理可视化。每项任务开始制作时间、应完成时间，制作开始时间、实际完成时间都有日志记录，方便对每日工作流程及完成情况实时查阅，为业务考核提供直接依据。专业气象服务产品制作流程管理功能见表1。

表1 专业气象服务产品制作流程管理功能一览表

2.2.4 产品制作

为最大限度减少制作人员不必要的重复劳动，提高系统自动化程度和产品的个性化水平，根据多年经验积累，设计了专业气象服务产品制作如下三个功能模块。

(1) 行业产品粗加工：在订正预报基础上，调用行业影响与对策库，自动完成农业、林业、渔业、水利、电力、交通、保险、商业、物流、仓储、旅游、城市等12个行业的粗加工产品，主要内容包括过去天气实况、未来天气预报、行业影响、防范对策等4部分内容。

(2) 行业产品精加工：在粗加工产品基础上，分12个行业对粗加工产品进行精加工，以人工方式进行修改完善。

(3) 个性化产品加工：加工某一用户指定的专门产品，具有模版设置、插入文本、表格、图片、色斑图、等值线图、编辑、修改、查询等功能。

2.3 气象服务产品共享平台

2.3.1 产品分类

科学的产品分类是实现产品共享和快速检索查询的关键。为尽可能减少产品交叉，方便用户快速查询，将湖北省级气象服务产品分为10类，见表2。

表2 湖北省级气象服务产品分类表

2.3.2 产品格式

各省级业务单位加工制作的产品均以文件方式推送，主要文件类型有Txt、Doc、Csv、Jpg、Gif、Png、Mpg、Xml，以及气象部门独有的Micaps格式文件，涵盖了本文、图形图像、多媒体等诸多类型的气象服务产品文件。

2.3.3 主要功能

气象服务产品共享平台是湖北省级气象服务一体化业务平台的核心业务平台之一，平台主要功能结构见图5。平台除具备产品检索查询、产品上传、产品下载、产品定制、产品收藏、用户反馈等功能外，还具备如下三项特色功能：一是多方式查询。为方便用户快速查询所需产品，平台提供了按产品分类查询、按制作单位查询、按产品格式查询等三种查询方式。二是提供各业务单位产品推送日志，以便职能处室对业务单位产品推送情况进行考核。三是分单位、分业务查询用户点击浏览量，以方便制作单位改进服务产品，更好地满足用户需要。

图5 气象服务产品共享平台功能结构图

3 关键技术解决方案

3.1 文件格式转换

面对多格式的服务产品，系统开发了专用数据格式转换模块。该模块获取系统采集到的各类数据，包括观测数据、预报预测数据和服务产品数据，标准格式配置信息等；解析需要转换的数据内容，根据标准格式要求转换为PDF格式；输出经过格式转换的观测数据、预报预测数据和服务产品数据，进行质量控制或者直接入库存储，最后将日志信息存储到指定目录中。

3.2 缓存实现

本系统将众多数据保存到RDBMS(关系型数据库)中，系统网站从中读取数据并在浏览器中显示。但随着数据量的增大、访问的集中，就会出现RDBMS的负担加重、数据库响应恶化、 网站显示延迟等重大影响。Memcached是高性能的分布式内存缓存技术，通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，以提高动态Web等应用的速度、提高可扩展性。本系统通过使用该项技术作为Web网站的缓存实现。

3.3 文件同步

使用技术先进的文件同步工具Super Flexible File Synchronizer，实现本地驱动器或网络驱动器等不同服务器之间数据文件备份或文件实时同步，同步模式包括标准复制、提取镜像、快速跟踪等。可按系统需要设置多个任务，手动运行或自动调度同步，检测到被修改的文件立即在镜象中完成同样的修改，而且修改的每一次动作都自动记录到日志文件中。该工具支持FTP、SSH、HTTP、WebDAV等传输方式，并且可以使用ZIP压缩和数据加密。

4 应用情况

湖北省级公共气象服务产品共享平台(见图6)2012年12月投入业务试运行，2014年7月，湖北省气象局以鄂气减函[2014]6号文明确该系统正式投入业务化运行，由此结束了我省省级气象服务产品无法共享共用的历史，率先实现了省级公共气象服务产品在省、市、县三级气象业务单位的共享共用。现已成为上对中国气象局上传服务产品、下对全省各级气象部门提供服务产品共享服务的重要业务平台。湖北省级公共气象服务产品制作发布平台之华中电力气象服务网站发布平台(见图7)2013年9月正式投入业务运行，现已成为服务华中电网的新方式。

图6 湖北省级气象服务产品共享平台页面

图7 华中电力气象服务网站发布平台页面

四年多的业务应用表明：湖北省级气象服务一体化业务平台的开发建成，极大提高了气象服务系统的自动化和集约化程度，大大减少了气象服务人员不必要的重复劳动；实现了业务流程的可视化管理，为气象服务业务管理和质量考核提供了重要技术支撑。

5 结 语

本平台的开发应用开创了全国省级公共气象服务一体化业务平台的先河，填补了湖北省级公共气象服务产品不能共享共用的历史，在多格式文件的自动转换、文件快速同步、缓存高效实现等方面具有一定的创新性，为全国其他省份提供了一定的借鉴，具有良好的推广应用前景。

平台系统在以下两个方面还需进一步改进。一是随着气象信息化工作的不断深化，原有的气象业务流程正在发生新的变化，新的气象资料来源将主要依赖CIMISS系统，需要按照新的资料存储要求对本平台系统进行一定的改进。二是随着新的气象服务领域的不断拓展，也需要对平台系统进行不断完善。

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DEVELOPMENTANDAPPLICATIONOFHUBEIPROVINCIALMETEOROLOGICALSERVICESINTEGRATEDBUSINESSPLATFORM

Cui Xinqiang1Tang Jun1Fu Jia1Lu Gaosheng2Yang Wenyi2Xu Jing1

1(HubeiMeteorologicalServiceCenter,Wuhan430205,Hubei,China)2(HuayunInformationTechnologyEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100081,China)

In accordance with the concept of “intensification, regulation, standardization”, based on the analysis of the status of provincial meteorological service system, we built a Hubei provincial meteorological service business integration platform, which was composed of GIS of the Hubei provincial meteorological service product sharing platform and meteorology product platform, and the core business function were introduced briefly. The application result shows that the completion of the Hubei provincial meteorological service integration platform has ended the long history of the lack of real business platform at the provincial meteorological service units. The platform greatly improves the automation and intensification of the meteorological service system, and greatly reduces unnecessary duplication of labor by the meteorological forecasting service personnel. It realizes the visual management of business process, and provides important technical support for the management and quality assessment of meteorological service.

Meteorological service Business platform Integration Development and application

2017-01-19。崔新强，高工，主研领域：公共气象服务。唐俊，高工。付佳，高工。卢高昇，工程师。杨文意，工程师。徐静，高工。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.11.024