面向公众服务的GIS气象预警发布系统设计与实践

引言

气象灾害（如暴雨、台风、暴雪等）频发，对民众生命财产安全和社会经济发展构成严重威胁。准确及时的气象预警信息有助于公众提前采取防范措施，有效降低灾害可能造成的损失。地理信息系统（GIS）具备强大的空间数据处理和分析能力，将 GIS 技术应用于气象预警发布系统，可实现气象数据和地理空间数据的有效融合，从而为公众提供更具针对性、可视化程度更高的气象预警服务。

一、基于公众服务的GIS 气象预警发布系统设计

1.1 系统架构

系统采用分层架构设计，包括数据采集层、数据处理层、GIS 分析层、应用层和用户层。数据采集层通过气象监测站、卫星、雷达等设备采集实时气温、降水等气象数据以及地形、人口分布等地理空间数据；数据处理层对采集到的原始数据进行清洗、校准等预处理，并运用数据挖掘和机器学习算法预测气象灾害趋势；GIS 分析层利用 GIS 平台对气象数据和地理空间数据进行叠加分析，例如识别洪涝频发区、确定大风灾害影响范围等；应用层负责开发气象预警发布模块，提供网站、APP 等多种发布渠道，同时支持灾害信息查询与统计功能；用户层面向公众用户，用户可通过不同终端访问系统，获取实时预警信息，并查询各区域的气象灾害风险状况及历史数据。

1.2 功能模块设计

系统对气象数据实现全生命周期管理，具备多格式数据的录入、存储、查询与更新功能。依托气象数据与预测模型，系统可自动生成针对暴雨、台风等灾害的预警信息，预警内容涵盖灾害种类、强度、波及范围及预计发生时间。利用 GIS 可视化技术，可在电子地图上通过色彩、标记展示气象要素数值及预警等级，并借助动态图层展示灾害发展态势。预警信息通过短信、邮件、社交媒体、网站以及手机APP 等多种途径精准推送，支持按区域、人群进行定向发布。同时系统建立了用户反馈机制，公众可上报预警接收情况和受灾信息等，为后续预警优化提供数据支持。

1.3 关键技术实现

系统综合采用多种技术实现其功能。在 GIS 技术使用方面，利用 ArcGIS、QGIS 等软件平台，实现地理空间数据矢量化、执行拓扑检查与投影转换；应用空间插值算法处理离散的气象监测数据，运用GIS 空间分析功能评估灾害风险，并生成气象专题可视化地图。数据融合技术通过数据接口与 ETL 工具，对气象以及地理空间数据进行抽取、转换和加载（ETL）整合至统一数据库，进而通过数据融合算法优化数据质量。预警模型构建基于气象学原理与历史数据，利用统计模型或机器学习模型预测灾害，并通过训练与验证优化模型参数。多渠道发布技术通过开发短信、邮件、社交媒体等标准化接口，结合推送通知技术、官方网站及移动网站相结合，实现预警信息的快速传播。

二、基于公众服务的GIS 气象预警发布系统实践

2.1 系统开发与部署

系统开发阶段，运用 Java 语言结合 SpringBoot 框架构建后端架构，充分利用 Java 跨平台特性及 SpringBoot 的快速开发优势，实现高效稳定的业务逻辑处理；前端采用 Vue.js 框架构建交互界面，通过组件式开发增强用户体验；数据存储方面采用 MySQL 关系数据库管理结构化数据，并选用 MongoDB 文档型数据库存储气象雷达图、卫星云图等非结构化文件。最后系统部署于云服务器，依托云计算的弹性伸缩能力，确保其在面对大量并发访问时稳定运行，同时为后续功能升级提供了良好的扩展性。

2.2 数据采集与处理

为确保气象数据的准确性与时效性，需要构建多层次的数据采集网络，通过对接气象站、卫星监测体系及地面传感器等，实时采集风速、降雨量、气压等关键气象参数；同时地理空间数据（如行政区划、人口分布、交通路网等）也需定时更新。利用 ETL 工具对采集数据进行清理，剔掉异常值及重复记录，再通过数据转换，将多源异构数据统一为标准化格式，进而应用机器学习方法对处理后的数据进行深度分析，挖掘其内在规律，从而为后续精准预警提供坚实的数据支持。

2.3 系统测试与优化

系统上线前需通过全面测试进行验证。功能检测侧重于预警发布、地图展示、用户交互等模块的功能完备性；性能检测模拟极其多发的情况，从而判定系统的回应时间以及吞吐量水平；安全检测则会针对数据传输加密、用户权限管理等环节展开漏洞扫描工作。通过模拟台风、暴雨、寒潮等气象灾害事件，验证预警阈值设置的合理性，并检查预警信息是否及时发布。在检测得到的结果基础之上，针对预警运算公式做调整，改进数据库查询并优化代码实现，在这期间会缩减系统回应所花的时间，进而提升总体运作速率，保证面对突发状况时系统可以迅速而正确地发出预警消息。

2.4 系统应用与推广

为确保系统有效满足公众实际需求，采用“试点先行、逐步推广”策略，在选定地区部署系统，邀请当地民众及应急管理部门参与试用体验。通过线上问卷调查、线下面对面访谈等方式收集用户使用体验及改进建议，针对这些反馈优化预警信息推送策略，提升地图可视化效果，增强系统易用性。通过政府官方网站、社交平台、社区宣传等多种途径展开推广，安排专门培训以增进大家对气象预警的认识，逐渐地扩大系统的覆盖范围，最终构建覆盖全社会的气象灾害防护网络。

三、结论

本文设计的面向公众服务的 GIS 气象预警发布系统，将 GIS 技术与气象预警业务深度融合，实现了气象数据的快速处理、精准预警及可视化发布。实践证明该系统能够为公众及时提供精准的气象预警信息，有效提升公众气象灾害防范意识及应对能力。未来可进一步扩展系统功能，例如引入人工智能技术以提升预警智能化水平，实现与其他应急系统的高效联动，为提升公共安全水平和灾害防御能力提供更强有力的支撑。

参考文献：

[1] 曾彦彦 ， 张建军 ， 李有朋 . 首次向公众靶向发布“霸屏”预警 [N]. 中国气象报 ，2025-06-20（002）.

[2] 刘轻扬 ， 郑巍 ， 鲁礼文 ， 等 . 新媒体公众气象预警产品制作发布关键技术研究与应用 [J]. 数字通信世界 ，2024，（12）：144-147+159.