气象数据服务在地质调查安全生产管理保障系统中的应用

范振林，郑宝锋，吴 斌

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定071051)

野外地质调查工作区域往往人烟稀少，自然条件恶劣，特别是高海拔、偏远地区更是气象多变，气象灾害频发，由气象灾害引发的次生灾害种类多、突发性强、范围广、危害大，对野外地质调查工作者的身体健康和生命安全构成了严重的威胁[1]。

气象数据是反映天气的一组数据，虽然不能直接形成生产力，但在野外工作中是不可缺少的生产要素，是防灾减灾、趋利避害的重要依据[2]。气象服务工作不仅在重大灾害性天气预报服务中效益显著，而且在合理规划工作部署方面也发挥着越来越重要的作用。为此，本文对气象数据获取与存储的关键技术、气象数据的服务方式以及气象数据在地质调查安全生产管理保障系统中的应用进行了阐述，以为保障野外地质调查工作者的身体健康和生命安全、降低野外地质调查工作的风险提供技术支撑。

1 气象数据获取与存储的关键技术

1.1 气象数据的数据源

本研究所采用的气象数据主要来自国家气象局公共气象服务中心。气象数据覆盖范围以我国西北、西南地区气象灾害多发地区为主，包括新疆、西藏、青海、云南、贵州、四川6省(自治区)，共计608个县级以上城市。气象数据类型主要包括实时监测数据、常规预报数据和灾害性天气预警数据3类，其观测要素和观测频率见表1。

表1 气象数据类型及其观测要素和观测频率Table 1 Meteorological data types and the observation elements and frequency

1.2 气象数据的获取

通过Web服务接口以标准HTTP的GET请求方式来调用国家气象局公共气象服务中心的气象数据，获得JSON格式的数据结果[3-6]。各类型气象数据提供的数据内容分别如下：

(1) 实时监测数据：包括当前温度、当前湿度、当前风力、当前风向编号、当前天气现象编号、当前累计降水量、实况发布时间等内容。

(2) 常规预报数据:包括区域、城市英文名、城市中文名、城市所在市英文名、城市所在市中文名、城市所在省英文名、城市所在省中文名、城市所在国家英文名、城市所在国家中文名、城市级别、城市区号、邮编、经度、纬度、海拔、雷达站号、预报发布时间、白天天气现象编号、晚上天气现象编号、白天天气温度(摄氏度)、晚上天气温度(摄氏度) 、白天风向编号、晚上风向编号、白天风力编号、晚上风力编号、日出日落时间(中间用“/”分隔)等内容。

(3) 灾害性天气预警数据：包括预警发布单位的省级名称、预警发布单位的市级名称、预警发布单位的县级名称、预警类别编号、预警类别名称、预警级别编号、预警级别名称、预警发布时间、预警发布内容、预警页面等内容。

1.3 气象数据的存储

将所有通过Web服务接口获取的气象数据进行解析后存储到SQL SERVER数据库中，并建立4张对应获取的气象数据类型的基础数据库表，分别为实况气象数据表、预报气象数据表、预警气象数据表和行政区划表；在此基础上，再建立预警行政区划统计表和预警分级统计表，用于存储从时间、区域、预警类型等角度分析与统计的数据结果[7-10]。

2 气象数据服务的实现

2.1 气象数据服务架构

利用微软IIS作为Web应用服务器，选择气象GIS(MeteoGIS)作为地图服务，使用WebAPI技术和C#语言进行开发;服务器端运行环境为Windows 2008 Server平台;在开发模式上采用基于B/S的数据传输层、数据服务层、服务展示层的3层体系结构。气象数据服务架构见图1[11-15]。其中，数据传输层是通过气象局服务中心的Web服务接口，将数据传输入气象服务业务数据库；数据服务层是将服务接口中的数据进行解析后存入气象服务业务数据库，根据实际的业务需求建立业务数据表进行存储，从而为气象服务展示提供数据保障；服务展示层是通过Web浏览器和APP的形式实现气象数据的终端展示和应用。

图1 气象数据服务架构图Fig.1 Architecture diagram of the meteorological data service

2.2 气象数据服务方式

通过对气象数据的统计与分析，结合我国当前地质调查野外生产工作模式和安全保障现状，制定了针对气象数据的文本服务、空间分析服务和APP应用服务3种服务方式。

(1) 气象数据的文本服务：即气象数据分析图表，主要是从行政区划的角度对气象灾害预警数据进行统计与分析，形成以统计图表为主要内容的分析文档，统计图表的数据来自于数据库中的数据分类统计表，根据该表进行行政区划(省、市、县三级)、灾害类型、时间(年、月)3个维度的数据统计，制作成季度、年度的气象灾害预警数据统计表和统计图，对外提供图表的文本数据服务。

(2) 气象数据的空间分析服务：对气象灾害预警数据进行区域分析与统计，制作成区域气象灾害预警空间专题图，提供空间数据分析服务。

(3) 气象数据的APP应用服务：针对气象预报数据、气象灾害预警数据研发了气象数据服务接口并在地质调查安全生产管理保障系统APP中进行集成调用，以提供实时数据服务。气象数据APP服务接口是基于数据库中实时监测数据、常规预报数据和灾害性天气预警数据提供的对外服务API接口。通过气象数据服务接口的研发，扩展了气象数据的应用模式，使气象数据可以在更多的场景下开发应用。

3 气象数据服务在地质调查安全生产管理保障系统中的应用

通过本项目的实施为地质调查的室内工作部署和野外实地调查工作提供了多种气象数据服务方式，填补了气象数据在地质调查安全生产管理应用方面的空白。本文基于气象数据服务对地质调查安全生产管理保障系统进行了功能扩展，增加了气象历史数据分析、气象数据的空间分析与应用、APP版天气预报信息和气象灾害预警信息展示。具体功能如下[16]：

(1) 气象历史数据分析图表：通过对气象数据的分析与处理，可以统计出省、市、县地质灾害多发时段和主要灾害类型，并形成以统计表格和统计图为主的分析文档。该文档可直接提供给工作组和野外工作人员使用，工作组可根据历史气象数据规划最佳的野外工作时段，并制定相应的野外保障措施，做好充分的野外作业准备工作。图2为新疆各个地区5～12月份的地质灾害数量统计图，形象地展示了新疆各个地区不同时段地质灾害发生的数量，参考这些数据可以对野外地质调查工作进行合理部署。

(2) 气象数据的空间分析与应用：在实际工作中，野外地质调查的规划部署工作都会参考空间地图来完成，仅仅提供文本类型的气象数据分析图表在实际使用中不方便也不直观，因此需要根据气象灾害预警数据的区域分析与统计结果制作省、市、县三级的气象灾害预警空间分布专题图。野外工作组可以直接将这些专题图与野外工作区地图叠加在一起，以直观地展示工作区气象灾害的时空分布情况，便于更加合理地部署野外地质调查工作。图3为我国西北、西南六省2016年气象灾害预警空间分布图，野外工作组通过将该图与野外工作区地图进行叠加，可以形象地查看野外工作区各种气象灾害的历史分布情况，从而为野外工作部署提供依据。

图3 我国西北、西南六省2016年气象灾害预警空间分布图Fig.3 Spatial distribution of meteorological disasters warning of six provinces in northwest and southwest of China in 2016

(3) APP版天气预报信息和气象灾害预警信息展示：气象数据主要分为天气预报信息和气象灾害预警信息两大类，通过APP的展示，人们可以及时地了解天气预报信息和气象灾害预警信息。图4为地质调查安全生产管理保障系统APP的应用界面，其左侧可以显示天气预报信息，右侧为气象灾害预警信息。

图4 气象数据APP应用界面Fig.4 Application interface of the meteorological data APP

目前，气象数据服务已经在中国地质调查局及其局属共29个单位的野外地质调查安全生产管理保障系统中取得了很好的应用效果。在实际应用过程中，野外地质调查人员可通过气象数据服务获取气象信息，并依据气象数据文本服务和空间分析服务功能来规划野外工作区和野外最佳工作时段，同时可通过中国地质调查局安全生产管理保障系统APP了解本地实时的观测数据、天气预报以及气象灾害预警信息，利用这些手段保障了野外地质调查工作人员的人身安全，也使得地质调查工作更加安全、合理、高效。

4 结 论

本文介绍了气象数据获取与存储的关键技术，通过在地质调查安全生产管理保障系统中引入气象数据服务，并制定针对气象数据的文本服务、空间分析服务、APP应用服务三种服务方式，从而使气象数据服务能够在野外地质调查工作中得到较好的应用，可为野外地质调查工作提供安全保障和合理的工作部署。随着气象数据服务的深入，今后还将不断地扩展气象数据服务的范围，细化气象数据服务的内容，以更好地为野外地质调查工作提供安全生产保障。

通讯作者：郑宝锋(1978—)，男，高级工程师，主要从事地质环境信息化、GIS方面的研究。E-mail:33310842@qq.com