基于物联网的海洋牧场智慧气象APP初步设计

翟少婧

（龙口市气象局，山东龙口 265700）

海洋牧场是指在某个特定海域范围内，采用系统性和规模化渔业设施管理体制，有计划地投放人工鱼礁，对藻、虾、鱼、贝、等海洋资源进行有目的和计划性的海上放养，最终基于自然海洋生态环境形成大型人工海洋渔场，增加海洋渔业资源，提升渔业质量。海洋牧场改变了以往单纯捕捞、设施养殖为主的渔业生产方场式，基本解决了局部污染和过度捕捞带来的资源枯竭、近海养殖引起的病害加剧等问题，是海洋渔业生产方式的重大变革。近年来，由于全球气候变暖、沿海经济扩张等多种原因，鱼类物种减少、渔业产量持续衰退等问题严重影响了海洋生态、渔业、旅游业的可持续发展。致力于海洋牧场的研究、开发和应用已成为主要海洋国家的战略选择，也是世界发达国家渔业发展的主攻方向之一[1-2]。

日本在20世纪70年代率先提出海洋牧场的构想，并作为国家事业“海洋牧场计划”推进海洋牧场建设，每年大规模投入人工鱼礁、藻礁等改善海域生态环境[3-4]。韩国于20世纪90年代中后期制定并实施了《韩国海洋牧场事业的长期发展计划》，委托国家海洋研究院和国立水产科学院成立海洋牧场管理与发展中心，明确了海洋牧场计划的施工和管理主体，也建立了一套专门的基金会和管理委员会班子[5-6]。美国于1968年正式提出了建设海洋牧场的计划，并从1972年开始实施。据调查统计，建设人工鱼礁后，海洋渔业资源是投放前的43倍，渔业产量每年增加500万t[7-8]。近年来，我国经济迅猛发展，技术研究不断更新，作为海洋生态环境的核心技术，海洋牧场的建设理念呈现出了新的特点。然而其在技术研究和发展上还存在诸多不足，特别是相比于日本、韩国、美国等国家还处于落后阶段。海洋牧场技术的发展任重道远，距离“海上蓝色粮仓”的建设要求还有一段路要走[9-10]。

习近平总书记视察山东省时作出重要指示：海洋牧场建设是发展趋势，要大力发展海洋牧场，可以在山东省试点。山东省烟台市作为全国重点渔区和优势水产品主产区，拥有海洋面积大、海岸线长、海洋资源丰富、海洋牧场示范区多、海工装备实力强等建设海洋牧场的独特优势。海洋牧场对海洋生态保护作用日益凸现，据中国海洋大学测算，烟台市有6．7万hm2海洋牧场，每年可吸收碳160万t，相当于植树造林6．7万hm2。烟台市近岸海域一类、二类海水质量保持在90%以上，优于其他沿海城市。基于海洋牧场的休闲海钓产业蓬勃发展，成为滨海旅游业的新亮点。海洋牧场的良性发展与气象条件密不可分，其安全运营在很大程度上受到气象条件、气象灾害及其衍生灾害的影响和制约。如何让海洋牧场方便、快捷、有效地获得气象服务信息，及时掌握海洋牧场的天气情况，针对不利气象因素提前采取措施，对于提高海洋牧场的安全性有着重要意义。

随着通信技术的高速发展，智能手机逐渐普及，许多行业均实现了利用自媒体开展气象服务、传播气象信息，但针对海洋牧场用户群的智慧气象服务APP尚没有面世。本文从烟台海洋牧场实际出发，根据海洋牧场对气象服务实际需求，初步讨论、设计了智慧气象海洋牧场APP系统，可为地方海洋气象防灾减灾提供参考。

1 系统构架

基于物联网的海洋牧场智慧气象APP系统是一种分布式系统，采用客户端/服务器体系，主要由表示层、逻辑层和数据层3部分组成。

1.1 表示层表示层一般基于WAP、Web、J2ME、Zigbee等技术开发，支持安卓、苹果等智能手机、平板电脑等便携式终端系统。表示层主要包括天气预报、天气实况、天气预警、海洋牧场、系统设置5个初始菜单，并拥有多个子菜单，用户通过点击不同的栏目能够获取不同的气象服务产品。

1.2 逻辑层逻辑层包括Web服务器、GIS应用服务器、无线网关、移动定位网关等部分。Web服务器主要处理客户端发出的有关HTTP的请求，调用公用业务处理逻辑组件对数据进行分析与处理，向客户端提供响应”；Web应用服务器以多种中间件技术（COM，NET，J2EE）为基础，包含底层的各种网络资源细节，使开发者能将精力集中于目标系统的业务逻辑，从而简化应用系统的开发和维护。GIS应用服务器处理Web服务器的请求，通过后端的空间数据库管理系统获取空间数据，对空间数据进行各种空间分析与处理，向Web服务器提供空间查询服务响应。无线网关主要有SMS/MMS网关和WAP网关7，功能是提高移动设备的处理能力，把移动终端不能处理的功能放在无线网关上，WAP网关负责WAP与HTTP协议的转换。移动定位网关是提供位置信息的网关，负责从无线网络获取实时的位置信息，实时响应并发送到Web/GIS应用服务器。

1.3 数据层数据层是存储和管理相关气象资料等空间位置和属性数据的数据库管理系统，是Web/GIS应用服务器响应客户端HTTP请求、完成各种数据处理功能的数据源。

2 功能模块

该款APP包含5个主菜单模块，分别为天气预报、气象实况、天气预警、海洋牧场和系统设置。其中，首页显示APP名称、版权所属气象局、日历信息、市/县级常规三天天气预报和市/县级天气预警信息。其他5个模块功能及所含子菜单设计如下。

2.1 天气预报该模块包括未来1～7d的市县级天气预报。全国天气提供未来24h全国各县级以上城市的天气预报。其子菜单分为4部分：乡镇预报、地市预报、山东预报、其他地区。其中，乡镇预报支持获取位置后，提供临近乡镇级别的天气现象、高温、低温、风速、风向等预报，可调整位置获取周边乡镇预报；地市预报含各地市及各县市区，采用列表或区域图显示；山东预报为除该地级市以外其他地市，采用列表或区域图显示；其他地区为外省地区，主要支持手动输入获取。该部分内容来自中国气象数据网（http：//data．cma．cn）提供的相应链接。

2.2 气象实况该模块包括各类气象监测实况数据，主要数据支持1km×1km显示。子菜单分为天气实况、卫星云图、雷达终端、台风路径4部分。其中，天气实况主要显示区域自动站的气象要素，包括气温、风速、风向、降水量等信息，可展示各站点温度、降水、湿度等要素的24h曲线图，并提供最长120h的降水量统计，部分地区还可提供能见度数据。卫星云图主要提供水汽、红外、可见光等，支持轮播显示东亚地区，支持点击查询过去24h云图资料。雷达终端为沿海各地多普勒气象雷达，包括大连市、青岛市、烟台市等，支持轮播显示实时监测，并支持点击查询过去12h的雷达回波图。台风路径来源于中央气象台发布的台风信息系统数据，可及时准确地提供最新的台风实时信息、预报路径。

2.3 天气预警该模块包括各类天气预警，子菜单分为预警查询、预警统计。其中，预警查询为当前本地气象预警信号和周边地区气象灾害预警信号，支持地图显示；预警统计，支持按日期统计各种级别、类别的气象预警信息，支持分类统计用户对预警的查询次数；支持显示各类预警的用户查看情况，包括谁已读、谁未读，列出用户的姓名、手机、电话、所属牧场等信息。判断流程如图1所示。

2.4 海洋牧场该模块能够提供海洋牧场的相关信息。子菜单分为海区概况、牧场实况、牧场管理3部分。其中，海区概况为海洋牧场所属近海海区的天气现象、高温、低温、风速、风向、浪高等预报；牧场实况为海洋牧场区域自动站或相邻自动站插值生成的气温、风速、风向、浪高等。牧场管理为牧场管理者对牧场工作者进行气象灾害防御而开展的通知、统计功能。支持语音预警通知，需要接听的工作者人数和信息，已经接听的人数和信息，未接听的数量和信息，未接听的工作者会以列表的形式显示，并显示姓名、联系电话等。

2.5 系统管理管理人员借助该模块能够管理各级用户。子菜单包括个人设置、集团用户管理和下属管理，主要供集团性用户对海洋牧场工作人员进行预警和工作管理。

图1 灾害性天气预警设计技术路线

3 结语

基于物联网的海阳牧场智慧气象APP初步设计，在基本满足本地化海洋气象服务需求的同时，也丰富了气象服务手段，拓宽了气象服务渠道，提升了服务效率，是气象服务在智能化和信息化领域的有效探索。未来将继续跟进研究，主要是具体技术路线的设计和实施，以及对信息网络新技术的应用。