上海市气象局气象服务系统数据应用研究

董 超

(上海市气象局信息中心，上海 200030)



上海市气象局气象服务系统数据应用研究

董 超

(上海市气象局信息中心，上海 200030)

针对上海市气象局及下属区县单位气象服务内容、数据来源不统一，部分区县局服务资源不足的现状，对各类数据的运用进行严格的控制监管，开发完成了上海市气象局气象服务系统，该系统包括数据传输、数据采集、数据交换、质量控制等方面的应用，具有提供5日天气预报、多普勒雷达图、灾害预警、天气实况、气象报告、卫星云图等功能，用于规范数据来源，通过各业务单位共享的可靠的多种气象数据，形成市局统一管理监控下属区县单位，提供准确的气象数据服务。

数据应用；气象服务；质量控制

随着信息时代的到来，信息传播的途径广泛而又迅速。又快又好地发展公共气象服务，是我国气象事业的战略决策。多年来上海市气象局努力实现气象信息现代化，并取得了一定的成就。但在信息化建设过程中，由于各单位立足点不同、服务对象不同、目标不同，形成了各自为政的局面混乱。公共气象服务首要的目标是保证数据的准确性、时效性、权威性。上海市气象局气象服务系统的开发可以更好地保证及时准确的数据来源。系统整合上海市市局以及各区县局气象服务数据，规范完善数据源，通过网络为载体，以天气预报、重大灾害天气预警等公共气象服务为内容，为广大群众提供服务[1]。同时系统丰富了内部人员多渠道获取信息的途径，获取的信息途径均来自自动设备，不存在人工观测，与国家局所提出的气象现代化目标相一致。笔者从系统环境、数据应用和功能方面对该系统进行了简要分析。

1 系统环境简介

图1 系统构架Fig.1 System architecture diagram

1.1 系统环境配置 系统安装了Windows2008 R2操作系统，配置了SqlServer2008数据库，支持HTTP和FTP发布服务的IIS7.0 Web服务器，FileZilla Server软件用于服务器开设FTP传输以及后台数据入库软件、文档转换软件、PDF转换插件。系统采用B/S结构，客户端通过普通PC机网页浏览。系统前台界面部分采用jQuery EasyUI技术，jQuery EasyUI提供了大多数用户界面控件的使用。后台采用C#/Asp.net语言MVC4框架开发。整体系统设备构架图如图1所示。1.2 系统层次划分 系统分为表示层、功能控制层、基础数据层。页面属于表示层。功能控制层包括数据服务、应用服务，其中，数据服务包括数据交换接口、数据转换接口、数据发布传输、数据搜索引擎、数据内部访问接口，应用服务包括用户管理权限、文本编辑控件、文件浏览引擎、流程管理引擎。基础数据层包括气象信息数据库、文字信息数据库以及资源信息库。

2 气象服务系统数据应用

2.1 数据传输 对气象服务过程中使用的综合基础观测数据、天气形势分析数据、基础观测数据均由基础数据库统一提供，数据接口以实际上线业务模块为准，接口采用WebService方式提供，以json格式作为主要数据输出格式，数据调用方式依据基础数据库数据接口的调用规则与使用规范。对系统加工处理的入库数据，采集数据的来源分手动录入、远程接入和监控入库3种方式。手动录入的方式是提供数据录入页面，手动制作。监控入库的方式是要求把文件传入到监控的FTP目录，通过配置表达式来匹配文件名规则。远程接入的方式是直接接入在其他服务器存储的数据。

2.2 数据采集 数据采集通过与信息中心一体化数据库、产品数据库、文件系统、系统支撑数据库之间建立稳定高效的数据访问接口，通过接口可以高效地访问系统所需的各类数据。数据访问接口可以满足系统、智能终端的数据访问需求。根据不同的数据类型及存储方式，对部分数据可以考虑建立中间数据库，定时同步信息中心数据库，减少同步信息中心数据库访问压力；对于文件类型的数据，可同步文件到文件服务器。对于所有同步及入库的数据，建立数据类型表，主要包括数据时间策略配置、入库规则。入库的同时记录日志，统计数据的到达率，提供漏传产品和迟到产品查询并提醒。根据不同数据类型，定时清除历史数据。

2.3 数据交换功能 数据交换区将成为基础数据的存放中心和各业务系统之间的数据交换平台。通过数据交换区，将系统的基本需求、共享提供的安全机制、数据存储层与应用层的有效隔离有机地结合在一起，使气象应用与其底层的数据结构和存储方式无关。各应用系统与数据交换区相连，通过数据交换区来实现数据共享和路由，实现数据的无缝交换和共享访问。数据交换区保证平台无关性，使采用不同平台技术开发的应用系统均可以实现无缝的数据交换。另外，通过数据交换区的数据服务管理功能，即可进行相应的设置调整。而新的应用系统需按照数据交换区的接口标准开发相应的数据交换接口。数据请求方将数据请求提交到数据交换区，如该数据是存储在数据交换区的本地数据库中，则数据交换区从本地数据库中获取请求的数据，并按照规定的格式发送给请求方；如该数据是由其他应用系统(下称“数据提供方”)提供，则数据交换区将把数据请求转发给数据提供方，数据提供方按照规定的格式向数据交换区发送请求的数据，数据交换区再把该数据发送给数据请求方。数据请求方和数据提供方(统称“数据交换节点”)均应在数据交换区进行，由数据交换区进行统一管理。在数据交换发生时，数据交换区根据信息进行数据的路由，主动调用数据交换节点的数据访问服务来向数据交换节点传送数据或从数据交换节点获取数据。

2.4 质量控制 质量的控制有前端控制、服务端显示控制或过程结合质量控制3种方式，系统中增加“信息质控”运维功能，就是对所关注的气象服务信息获取时间、信息准确性、信息一致性、站点预报等信息进行质量控制。对站点监测数据接收、转换入库，可以基于MICAPS对预报和实况信息对比，对所获的信息手工可修改。通过多种数据源不同渠道采集到的数据，限定了数据的质量，同时，由于之前缺乏统一的数据规范与标准，不同行业部门对气象服务数据有不同的标记形式与理解，从而形成了语义层次的差异。如何对采集到的原始数据进行加工处理，满足不同层次的应用需求、传输需求与交换需求，是信息平台的工作重点。采集到的原始数据质量参差不齐，必须对数据进行规范化处理，剔除掉不符合标准的无效数据。对有意义的数据，因为只是表达方式的差异，可以按照标准进行自动纠正与转换。对于原来存在于多个系统的重复记录，整合后要对重复记录进行合并处理，保证记录唯一性。

为了满足信息交换的需求，即系统需要与其他平台或外部机构进行数据交换，将来更可能在全省应急指挥等层面进行信息交换与整合，需要将平台内部交换的数据按照不同需求发布成不同的格式，因此采用可扩展标记语言(XML)及扩展样式表转换语言(XSLT)用于标准化、结构化数据的格式转换，2种语言非常适合这方面的工作，通过配置不同的数据模板，将数据转换成相关标准的可交换数据格式。另一方面，统计分析也是气象服务及监控反馈管理的重要内容之一。考虑到系统的数据量级及性能的要求，需要对数据预先进行加工处理，按类别、时间、事件等要素进行统计分析，为进一步生成报表预先准备好所需的数据，尤其是聚合类统计信息。

3 气象服务系统功能

3.1 5日天气预报 将当日及未来5 d的天气现象、温度、风向、风速等气象要素，由每日2次发布的城镇预报以ftp方式同步上传到服务器，根据不同时次的时段数据变更微调同步到系统，区县局可以根据实际情况，在整点前重新微调上传数据，后台系统将根据上传数据每2 min做一次同步处理,保证了数据的准确性。由于现在存有大量其他预报部门天气软件、数据来源混乱、数据偏差大、数据不准确等问题，5日天气预报可以准确了解当日及未来天气状况。

3.2 多普勒雷达图 常规天气雷达的信号测量仅限于气象目标的强度，而多普勒天气雷达除具备常规天气雷达的全部功能外，还能同时提供大气风场的信号对气象回波进行多普勒速度的分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况，系统中雷达回波动态图可以及时准确地预测短期内降雨情况、分布状态，提高了雨情的时效性、直观性。如上海南汇雷达站多普勒雷达图(图2)，其右上角数据为回波图数据信息：PPI平面位置显示，Elevation表示仰角为0.50°，range表示范围是230 km，resolution表示探测分辨率为1 km，RDA和Site表示雷达站号是Z9210，lat表示纬度，lon表示经度，hgt表示雷达站海拔高度44 m，task表示采用VCP21的扫描模式,date和time表示2016年7月19日15：51：58，reflectivity表示反射率，颜色分布由弱到强，随着反射率强度提升，降雨可能性增大。多普勒雷达设备通过多年的使用，数据准确性已经达到很高程度。

3.3 灾害预警 系统实时读取上海气象局中心台灾害预警，保证预警的时效性，作为对外使用的信息发布平台，及时准确地发布信息是灾害预警的首要目标[2]。通过实时同步数据，在一些不具有气象短信预警服务的用户，可以通过网络查看预警信息，使得应用面更广，获取信息途径更多。预警分为黄、蓝、橙、红四级预警，预警级别由低到高。

3.4 天气实况 天气实况获取上海10个一般站以及1个基本站自动站数据，由服务器每小时整点同步上传1次，以曲线图形式显示当日的气象变化数据情况[3]。天气实况显示的为温度和降水变化曲线，在右上角选项中可切换不同站点查看本站相应的曲线图(图3)。以徐家汇站为例，点击曲线上的点，具有显示温度、气压、风向、风速、相对湿度、降水量等数据(图3)。

3.5 气象报告 气象报告提供华东及沿海地区天气预警报告、海面降雨、风向风速报告。其中主要天气预警包括大风预警、高温预警、降雨预警等预警信息。气象报告同时提供上海市市区气象数据的详细报告。

图2 上海南汇雷达站雷达回波Fig. 2 Radar echo map in Shanghai Nanhui Radar Station

图3 天气实况Fig.3 Weather map

3.6 卫星云图 系统中使用的是FY2E卫星云图为预报提供云参数、大气流场和各种大气物理过程等重要的气象信息，监控常规天气图上无法观测到的中小尺度灾害性天气现象[3]。

4 关键技术

4.1 net 系统采用.net架构，使用中间件技术实现，支持多种流行服务器软硬件平台、构件化和面向对象。其中，XML国际标准作为数据交换接口规范，具备良好的开放性，具备纵向和横向的功能扩展及应用系统集成。

4.2 B/S 系统采用全B/S结构在安装服务器相关系统配置环境、软件，完成服务器安装后，通过网络连接，在其网络下的计算机均可以通过网络访问系统[4]。B/S结构优点：系统管理简单，大大减少客户机维护工作量；具有灵活的软、硬件系统构成；提高程序的可维护性和可扩展性；增加系统的安全性。

4.3 Web Service Web Service是由企业发布的完成其特定需求的在线应用服务，其他公司或应用软件能够通过互联网来访问并使用这项在线服务。Web Service主要有跨防火墙通信、应用程序集成、B2B集成、软件和数据重用等优点，主要目标是跨平台的可互操作性，使得异构的应用程序能够彼此通信并共享信息，其主要标准本身是建立在进一步的标准http和xml的基础之上，它逻辑性地为其他应用程序提供数据与服务[5]。各应用程序通过网络协议和规定的一些标准数据格式(http、xml、soap)来访问Web Service，通过Web Service内部执行得到所需结果。Web Service可以执行从简单的请求到复杂处理的任何功能，它定义了应用程序如何在Web上实现互操作性，具有平台无关性、编程语言无关性。在系统中对异构环境及跨网络其他业务系统的通信与协作采用Web Service实现。

5 小结

该系统结合上海气象局公共服务内容、数据来源不统一以及部分区县服务资源不足的现状，整合市局及区县局气象服务数据，包括数据传输、数据采集、数据交换、质量控制等方面的应用，对区县统一管理、统一监控，设置权限主次应用于同一平台。在开发系统的基础上，有效地结合各个业务单位系统平台，提供5日天气预报、多普勒雷达图、灾害预警、天气实况、气象报告、卫星云图等多种气象服务，提高气象服务人员的工作效率，提高气象服务工作的质量。

[1] 骆月珍，吴利红.关于公共气象服务的几点思考[J].浙江气象,2008(1):27-31.

[2] 王赟,段燕楠，姚愚，等.基于Web Service的气象预警短信发布系统设计与实现[J].气象科技,2012(3)：384-387.

[3] 陈渭民.卫星气象学[M].北京：气象出版社,2005.

[4] 李云云.浅析B/S和C/S体系结构[J].科学之友,2011(2)：6-8.

[5] 杨伟明. 基于web的气象信息共享平台的设计与实现[D].大连：大连理工大学,2014.

Data Application of Meteorological Service System of Shanghai Meteorological Bureau

DONG Chao

(Information Center of Shanghai Meteorological Bureau, Shanghai 200030)

Current status of Shanghai Meteorological Bureau and units of its subordinate counties has the characteristics of not unified meteorological service content and data source, and shortage of service resources. Based on these, strict control and supervision of data were carried out. Meteorological service system of Shanghai Meteorological Bureau was developed, which included the data transmission, data collection, data exchange and quality control. It had the functions of five day weather forecast, Doppler radar map, disaster warning, weather reports, satellite cloud picture and so on. This system was used to regulate the data source. Through the various and reliable meteorological data shared by business units, we formed the units of its subordinate counties under the management of city public security organs. And the accurate meteorological data service was provided.

Data application; Meteorological service; Quality control

董超(1986- )，男，上海人，助理工程师，从事气象服务工作。

2016-08-10

S 16

A

0517-6611(2016)28-0191-03