青海气象服务移动应用系统设计与实现

李永花　(青海省气象信息中心，青海西宁 810001)



青海气象服务移动应用系统设计与实现

李永花(青海省气象信息中心，青海西宁 810001)

摘要针对青海气象公共服务的现状，研究并实现了一套气象服务移动应用系统。该系统通过将ArcGIS技术、Sqlite.Swift技术、Alamofire、流量压缩、数据加密技术等应用于设计与研发过程，实现了青海气象天气预报、天气实况、灾害预警、卫星云图、公共气象服务产品等实时信息的动态展示、快速查询，将基于互联网+移动APP服务模式应用于气象公众服务领域，丰富了气象服务手段，提高了青海气象公众服务质量。

关键词移动APP；气象服务；Swift

随着3G/4G应用和智能手机的普及，借助飞速发展的移动互联网技术，将PC应用移植到移动端，在提高信息传递效率的同时，有效保障气象灾害快速预警能力是目前气象公共服务的研究热点和重点应用领域。目前移动互联网已在气象行业开始应用，但这些应用主要集中在普通的气象预报信息的发布[1-4]，缺乏针对专有行业服务、政府决策服务的实时气象观测数据以及专业气象服务产品的移动应用系统。

青海省气象信息中心承担全省气象信息的加工处理、气象灾害的监测预警以及气象信息的实时发布等工作，根据现有信息中心业务的现实情况，在满足信息中心业务实时性与灵活性需求的同时，针对各类业务与气象数据集成环境下的应用，定制个性化的需求，并保障技术的可行性，从而提高气象公众服务的业务处理效率和信息化水平。该研究通过对气象行业基于移动应用的国内外现状[1-5]调研分析，研究了青海省气象信息化水平及目前公众服务需求，设计并实现了青海气象服务移动应用系统，为政府防汛办、应急办进行气象防灾减灾提供了较为精确的决策支持和丰富的气象服务手段。

1系统体系架构

以青海省气象信息中心为试点，根据其业务的需求，主要针对天气预报、天气实况、灾害预警、卫星云图、服务产品5部分功能进行规划，并选用IPad终端进行设计和实现，采用基于IOS的移动应用开发技术对多个版本的IOS操作系统实现了兼容，应用与后台服务之间协议统一[6]。

系统在基础应用软件(包括操作系统软件、数据库软件、WEB服务器软件)的支撑下，通过系统综合平台高质量的代码保证其上的各种复杂的管理功能和业务功能的长时间连续稳定运行，有效满足业务处理对实时性及并发访问的需要，对软件开发涉及的开发工具、技术路线及运行环境进行了全面分析，在考虑技术先进性的同时，选择了成熟稳定的技术，保障平台的可靠实施运行[7]。

该系统根据其具体需求的复杂度，选用C/S(Client/Server)结构，应用MVC模式得以实现，降低了软件的开发工作量，这样不但具备了系统稳定、安全、处理能力高等特性，同时拥有了可扩展性强、开发周期短等优点。该系统体系结构如图1所示。

该IOS客户端主要包含控制器、页面、服务器端、手机数据库、服务器端数据库、模型等6部分。按照MVC模式划分层次结构，页面属于表示层，控制器和服务器端属于控制层，手机数据库、服务器端数据库和模型属于业务逻辑层。表示层通过采用继承界面父类(UIView类)的各种扩展子类所形成的界面来控制数据的显示和接收。控制层采用了继承控制器父类(UIViewController类)的各种扩展子类所形成的控制器来加载表示层的页面，通过控制业务层与服务器进行交互等流程上的处理。业务逻辑层采用了继承父类NSObject的各种子类，是具体业务逻辑的方法实现，主要功能包括数据持久化(包括对数据库、文件的操作)、业务逻辑处理等。表示层和控制层之间使用代理(Delegate)模式进行实现，代理模式主要负责实现表示层与控制层之间的数据传输。业务逻辑层与控制层之间使用观察者(Observer)模式进行实现，主要负责对特定数据元素进行监听，当数据发生改变时会及时地通知表示层做出相应的展示。

2系统设计原则

2.1系统扩展性在系统设计和开发过程中，采用的基于SOA的系统结构应该是先进的、开放的体系结构。在系统架构设计中采用模块化设计，通过对各个模块进行组合实现业务需求的扩充。

2.2系统安全性在系统设计和开发过程中，对系统安全性和可靠性方面进行了综合考虑，在系统每一阶段均考虑了数据安全性、传输安全性等因素。

2.3运行稳定性系统业务化运行必须保持长时间连续稳定运行，因此在该系统的技术路线选型时选择了当前成熟的Java语言作为系统开发工具。

2.4开放性任何系统都不是孤立的，存在着与其他各种类型系统的接口。在系统设计中均采用业界标准，便于日后与其他系统的连接。

2.5易维护性在满足气象信息类业务的基础上，着重对系统操作维护进行优化设计，最大程度满足对今后维护工作的简便性。

3系统功能简介

3.1实况观测通过数据列表、基于GIS数据的可视化展示，展现了青海气象自动站实时观测资料，展示信息包括天气情况、最高温度、最低温度、风力、风向、湿度、温度、气压、降水等相关信息。该模块通过将各要素与气象预警指标进行比较，为业务人员进行预警提供数据支持，同时以GIS的方式展现当前时段全省的降水分布图、全省最高温度实况分布图、全省最低气温实况分布图等[7]。同时提供当前时间点的日降水、1～12 h常规降水、旬降水、月降水、年降水等，气温则可以展现当前时间点的小时温度、1～12 h常规变温、日变温、日最高温度、日最低温度、月平均温度、年最高温度、年最低温度等的色斑图[8]。

3.2灾害预警该模块实现基于GIS地图的灾害预警信息展示，并按灾害的不同等级在地图上对灾害预警的行政区域进行高亮闪烁预警提示，同时在GIS地图上显示灾害预警概况信息，点击详细信息提示按钮可查看相关预警的详细信息[9]。

3.3查询统计该模块按地市、按时间等条件查询或统计各观测站点的实时数据，并以GIS地图的方式进行查看。同时，还支持相关报表的导出。

3.4卫星云图该模块提供红外1、红外2、红外3、可见光等卫星云图数据的播放、暂停、单帧播放等功能。

3.5气象服务该模块按照气象公共服务产品类别，提供对气象预报、中长期气候分析报告及针对农业、交通、水利、电力、国土地质等行业的专业服务产品的展示和查询功能。

4关键技术分析

为了保障气象服务移动应用系统的业务化运行，提升青海省气象局公共气象服务水平，在该系统的设计与开发过程中使用了以下关键技术。

4.1ArcGIS for IOSArcGIS for IOS结合ArcGIS Server或ArcGIS Desktop的强大GIS功能，能够将移动应用与企业内GIS系统集成进行数据展示、空间分析，使用户可通过多元的移动终端(智能手机、掌上电脑、平板电脑等)访问公共或企业内部的空间信息资源，同时基于集成的定位技术提供数据采集的高效性和准确性[10]。该系统使用了ArcGIS for IOS的第三方技术，实现了天气预报、灾害预警等气象查询业务在GIS方面的需求。

4.2SQLite.SwiftSQLite.Swift是一个使用纯Swift语言封装SQLite3的操作框架，通过简单的查询和参数绑定接口进行安全的数据访问[11]。该系统通过使用SQLite.Swift技术，将数据在IPad终端上进行存储和缓存，有效地提高了使用上的连续性，减少了卡顿等不良的体验，同时也一定程度上减少了对服务端请求对频率，提高系统的整体性能。

4.3AlamofireAlamofire是Swift语言的HTTP网络开发工具包，功能强大，支持各种HTTP Method、JSON、文件上传、文件下载和多种认证方法，这些方法基本可以满足Swift平台上的网络编程开发[12]。该系统使用了Alamofire技术实现了高性能、高效率、高可靠性的HTTP请求，应用于从服务器上获取数据和文件。

4.4流量压缩该系统为了增强数据传输效率，在传输内容上尽可能地压缩数据流量。在实现技术上通过判断应用连接网络的质量，根据网络特点，针对网络状态不良的情况使用GZip压缩技术自动进行数据压缩，提高数据传输效率和减少流量，并采用适合的传输协议提高协议有效载荷。

4.5数据加密系统为保证传输数据的信息安全，对传递数据进行加密，主要采用信息—摘要算法(Message-Digest Algorithm 5，MD5)与TEA加密结合的方式进行加密。MD5算法作为一种不可逆的加密手段，采用让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被“压缩”成一种保密的格式，同时基于二次MD5加密密钥与明文组合后，再进行Base64编码和TEA加密，从而提高密文的复杂度和安全性。TEA加密算法作为一种分组密码算法，利用不断增加的Delta(黄金分割率)值作为变化，使得每轮的加密不同，该加密算法的迭代次数可以改变，建议的迭代次数为32轮，具有很强的抗差分分析能力，安全性较高。

5结论

该研究针对青海气象公共服务的现状，研究并实现了一套气象服务移动应用系统。该系统通过将ArcGIS技术、Sqlite.Swift技术、Alamofire、流量压缩、数据加密技术等应用于设计与研发过程，实现了青海气象天气预报、天气实况、灾害预警、卫星云图、公共气象服务产品等实时信息的动态展示、快速查询，将基于互联网+移动APP服务模式应用于气象公众服务领域，在气象领域智能化和信息化建设方面进行了有效的探索，丰富了气象服务手段，极大地提高了公共气象服务业务人员的日常工作效率，提高了青海气象公众服务质量。

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esign and Realization of Meteorological Service Mobile Application System in Qinghai Province

LI Yong-hua

(Qinghai Meteorological Information Center，Xining，Qinghai 810001)

Key wordsMobile APP; Meteorological service; Swift

AbstractAccording to the status of meteorological public service in Qinghai Province，a meteorological service mobile application system was researched and realized.ArcGIS technology，Sqlite.Swift technology，Alamofire，flow compression and data encryption technique were applied in the design and development process，so as to realize the dynamic display and quick query of weather forecast，practical weather，disaster warning，satellite cloud image，public meteorological service products and so on. Internet + mobile service mode was applied in the field of public meteorological service，so as to enrich the means of meteorological service，and to enhance the meteorological public service quality of Qinghai Province.

作者简介李永花(1970-)，女，土族，青海互助人，高级工程师，从事气象信息技术应用研究。

收稿日期2016-01-26

中图分类号S 16

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-206-03