山东省现代农业智慧气象服务支撑系统的设计与实现

李玉华 褚希 徐彩艳 李文科 李旭旭

摘要：为适应现代农业气象服务的需要，提升现代农业气象服务支撑能力，利用LBS、数据加密同步、Web API接口和HTML5等技术，设计开发了山东省现代农业智慧气象服务支撑系统，包括气象服务数据自动采集模块、气象服务信息数据维护与管理模块、气象服务信息数据发布接口、气象服务数据应用接口、用户和API管理模块、气象服务信息监控模块。研发了基于API的农业气象服务数据发布平台，统一管理气象应用服务和数据接口资源，为农业智慧气象服务终端提供了有力的支撑，也有效地提升了为农气象服务水平。

关键词：农业智慧气象;API;支撑系统;山东省

中图分类号：P49

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 20-0159-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.036

中国是农业大国，农业生产的稳定发展至关重要，农业生产受气象因素的影响较大，气象灾害直接影响农业增产和农户增收，农业气象灾害防御离不开气象服务的保障[1-4]。农产品的产量、品质和种植结构与气象条件密切相关，生产者对农作物日常管理和农事活动的安排也需要精细化的气象服务支撑。目前，气象为农服务手段相对滞后，传统的气象服务方式过于粗犷，主要是以广播、电视、报纸、网站、大喇叭、短信、12121电话等方式单向发布气象服务产品[5-8]。移动互联网高速发展的同时，气象服务方式也在发生深刻的变革，气象服务如何利用现代移动互联网技术实现智慧化服务[9-12]，是现代农业气象服务急需解决的问题。

为适应现代农业气象服务的需要，研发了山东省现代农业智慧气象服务支撑系统，其主要目的是建立标准化的为农气象服务数据接口[13，14]，为农业智慧气象服务终端搭建基础数据环境，同时能够为各级气象部门和社会企业提供农业气象数据支持。该系统依托大数据、云计算、移动互联网技术搭建[15-17]，是山东省现代农业精准化气象服务转型升级的关键。该系统搭建了稳定、高效的为农气象服务信息数据环境，开发了API气象服务数据发布系统，该系统进行了诸多后端平台建设，为构建农业智慧气象服务终端提供后台支持，同时为开展深层次的为农智慧气象服务提供了有力的技术支撑。

1 系统架构

1.1 总体设计

山东省现代农业智慧气象服务支撑系统以数据和业务流程整合应用为核心，分析农业气象服务需求，采用“搭建平台一制定规范一业务开发一应用集成”面向服务架构（SOA）的系统建设模式，分为应用接口和数据接口两种类型的服务搭建基于API的农业气象数据发布平台（API平台），统一管理系统中的应用服务及数据接口资源。開发气象服务数据自动采集模块、气象服务信息数据维护与管理模块、气象服务信息数据发布接口、气象服务数据应用产品接口、用户和API管理模块、气象服务信息监控模块，实现智慧化气象服务的注册、发布、检索、管控、统计分析等功能，构建农业智慧气象服务的支撑基础。

1.2 技术路线

该系统的搭建环境是基于山东省气象部门的虚拟化资源池，使用气象虚拟化资源池的DMZ区和气象虚拟化资源池专网区作为基础资源。在资源池专网区建立数据采集服务器和同步服务器。通过MU-SIC接口对接全国综合气象信息共享平台（CIMISS）接口[18，19]，利用数据采集服务器进行数据采集;开发数据同步传输系统，利用数据同步服务器，实现采集数据与基于API的农业气象服务数据发布平台数据的同步传输。

该系统采用B/S架构，利用RESTful技术搭建Web API数据服务接口[20-22]，在气象虚拟化资源池DMZ区部署基于API的农业气象数据发布平台，建设API授权管理系统，实现基于API的农业气象服务数据和产品的发布及用户管理。后端服务系统采用Spring MVC+ Netty架构，数据库采用PostgreSQL、Redis和Mongo。

1.3 技术架构

山东省现代农业智慧气象服务支撑系统架构分为数据来源层、原始数据层、数据存储层、计算层、微服务层、应用服务层、监控管理层、可视化层（图1）。

1）数据来源层。采集所需的山东省气象部门CIMISS数据和为农气象服务数据源，如农业精细化格点数据集、农业气象服务产品集等数据源。

2）原始数据层。汇集和处理实况观测信息数据、预报预警数据、精细化格点预报数据、农业气象服务数据等各类气象数据。包括日常天气预报、天气实况、灾害性天气实况、灾害性天气预警信号、农业气象灾害预警，农业气象旬月报、干旱监测、作物长势监测，月、季、年气候预测和气候评价等服务产品。

3）数据存储层。对解码处理后的文件存储和结构化数据库数据进行标准化存储，便于系统上层的计算和应用开发。

4）计算层。提供各类产品算法分析，主要包含数值预报的解释应用、数据统计分析、信息融合技术、气象变量诊断分析、格点（站点）插值分析、等值线平滑、数据空间分析、各类预警计算算法、农业气象要素阈值分析等主要算法。

5）微服务层。提炼基础底层功能模块，改造复用性较高的组件服务。

6）应用服务层。用底层功能组件构建所需不同功能的服务，业务应用提供天气信息、灾害信息、数据发布，数据接口提供对各类数据资源进行访问的数据接口服务，服务管理提供服务注册、服务发布、服务检索，安全认证提供用户目录服务、认证服务、权限服务，其他服务还有用户审计、日志分析等。

7）监控管理层。实现业务流程监控、数据流程监控、业务权限管理、系统日志管理，将流程、用户及权限、服务的数据进行整合，建立多级用户管理模块。

8）可视化层。实现应用系统可视化，对用户交互的应用、服务、数据进行展示。

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作者简介：李玉华（1965-），男，山东莱阳人，高级工程师，主要从事气象服务与应用气象研究，（电子信箱）1yh15666976863@sohu.com;通信作者，褚希（1982-），女，山东临沂人，高级_r‘程师，主要从事气象服务研究，（电话）15666973009（电子信箱）sdchuxi@163.com。