气象信息综合服务系统设计与研究

摘要

随着气象现代化的飞速发展，气象信息的采集手段、处理技术、分析策略及传播机制正经历着前所未有的深刻转型。各行各业对高质量气象服务的需求持续攀升，对气象产品的精细化、个性化及实时性要求日益严格。鉴于现代社会对气象信息服务需求的急剧增长，特别是针对高度定制化与即时性服务的需求，研发一套高效能、全方位、智能化的气象信息综合服务系统显得愈发迫切，该系统的建立将提升气象部门对气象变化的预测能力和应急响应效率，进而更加有效地支撑社会生活的有序运行与经济建设的稳健发展。

一、需求及必要性分析

近年来，各级气象部门在气象业务系统的开发与创新方面取得了显著进展，然而，这些系统普遍面临分散孤立、缺乏整合、资源共享不足等挑战。为有效应对气象信息数据的监测、统计分析、资料整合等业务需求，本研究聚焦于市县级气象信息数据资源，设计并构建了一套市县级气象信息综合服务系统，该系统是在全面调研并深入理解业务需求的基础上精心打造而成，旨在为气象业务工作的顺利开展提供坚实的技术支撑。该系统具备完善的服务功能模块与高度的可操作性，能够助力业务人员迅速且精准地生成服务产品，可实现气象业务工作及时性、准确性、统一性和稳定性的目标，此外，该系统所展现出的研究成果不仅在实际应用中表现出色，还具备一定的普适性与推广价值，为气象信息服务的全面升级与效能提升开辟了新路径。

二、系统架构设计

本系统为B/S架构，基于前后端分离的架构模式开发，后端部分使用Java编程语言实现，前端利用HTML5+CSS+JS开发技术栈进行开发，前端和后端之间通过HTTP协议进行数据安全交互。系统界面采用目前主流的、能兼容各大主流浏览器、显示效果稳定的浮动网页布局结构。该系统分为六个核心模块：一页通、数据查询、实况监测、站点监控、决策服务、气候资料。每个模块下进一步细分出若干相关子栏目，这种设计便于业务人员查找与操作，也方便了系统维护人员对出现故障的模块快速及时的进行处理。该系统具有较低的代码耦合度，各模块之间保持高度的独立性，彼此间无直接依赖或影响，增加了代码的可维护性、可复用性以及灵活性。为未来导航菜单功能的扩展提供了便利，随着业务需求的不断扩展，系统能够轻松地增加新的模块或在现有模块下增设子栏目。重要的是，无论是模块的增添还是子栏目的引入，均不会对网站的整体架构产生不利影响，确保了系统架构的持续稳定与可扩展性。

本系统的架构主要包括以下部分：

1. 前端展示层：网页端应用，设计友好的交互界面，负责用户界面设计和服务请求接收，用户可查询实况监测、历史记录和站点监控等。

2. 应用逻辑层：处理业务逻辑，包括数据调取、消息推送等功能。

3.数据采集层：利用天擎云数据平台、地面观测站等多种手段收集各类气象原始数据，包括温度、湿度、风向、风速、气压、降水等多种观测数据。

4. 数据处理层：执行数据校验、去除异常值，确保数据质量和可用性。

5. 存储层：存储原始数据和处理后的信息，使用数据库进行独立存储，确保数据安全性和可扩展性。

三、研究内容和解决难题

（一）研究内容

1、数据查询模块实现了对站点气象数据实时查询功能，包括：小时降水（所有站）、分钟降水（所有站）、分钟数据（国家站）、分钟数据（区域站）、小时数据（国家站）、小时数据（区域站）、日数据（国家站）、日数据（区域站）。

2、实况监测模块实现对降水、大风等要素值的实时监测功能，降水量监测以柱状图的形式显示，可以按照时间、区县查询及监测观测站的降水累积量。

3、站点监控模块实现对观测站、天气雷达站的在线情况监控，并动态显示整点到报率。以地图的方式展示各个观测站位置，并用不同颜色显示在线和掉线情况。观测站分为六种分别为国家站、骨干站、单雨量站、一般区域站、天气雷达站、GNSS/MET水汽站。

4、决策服务模块按时间查询各个区县的天气实况包含降水实况和大风实况，通过word模版自动生成雨情风情服务材料，助力业务人员迅速且精准地生成服务产品。

5、气候资料模块整合分析已有气象记录以来的历史极值资料，统计分析历史上的今天国家级气象观测站的日降水量、最高气温、最低气温、极大风速的极值。

（二）解决难题

1.天擎平台气象信息数据的实时获取，后台程序定时访问自动气象站、天气雷达等数据，从而将结果反馈给前端网站，方便了气象业务人员实时获取气象数据。

2.通过天擎平台开放接口或爬虫等手段实时获取观测站在线情况，提高了信息保障工作效率。

3.气象服务材料按word模板自动生成有图片或者无图片的文件，有效助力气象业务人员迅速且精准地生成服务产品。

四、技术路线和实施方案

（一）技术路线

该系统为B/S架构，前后端分离的架构模式开发，前端网页采用HTML5+CSS+JS程序语言完成网站的功能设计，应用层使用HTTP协议与数据层安全交互，使用的开发语言是 Java ，数据主要来源为天擎开放接口，并使用Oracle数据库作为数据储存工具。开发工具为HBuilderX、 Oracle Jdeveloper 12c 和 nami-pack-win64。

1.通过Java程序从天擎数据平台读取气象观测站的降水量、气温、风、相对湿度、气压、能见度等气象要素数据生成接口返回网页。

2.通过Java程序获取雷达基数据判断雷达在线情况生成JSON数据。网页通过AJAX 请求获取JSON数据生成地图显示雷达在线情况，并以环形饼图的形式展示当前时次的到报率。

3.建立Oracle数据库存储气象观测站的小时数据、日数据。通过程序统计分析国家级气象观测站历史上今天的日降水量、最高气温、最低气温、极大风速的极值。

（二）实施方案

1、需求调研：明确系统功能和性能指标，确定开发周期和预算。详细了解建立市县气象信息综合服务系统的需求，根据需求进行合理设计布局。

2、技术选型：选择合适的技术栈，如Web Service或Java+SpringBoot用于后端开发。

3、设计阶段：细化系统架构，绘制流程图和数据库模型。分模块开发，将系统划分为一页通、数据查询、实况监测、站点监控、决策服务、气候资料，分别由开发人员按模块进行开发，需要注意的是模块开发的衔接和测试。

4、编码测试：编码实现各项功能，同步进行单元测试和集成测试。系统集成，经过以上步骤确保系统模块均能正常运行，对集成过程中出现的问题进行处理，完成集成后开始集成测试，做试运行的准备。

5、上线部署：完成压力测试后，上线试运行，收集用户反馈进行调整优化。

五、预期目标

实现对市县级气象信息数据的监测、统计分析、资料整合等功能。

1、实现数据查询模块功能。

2、实况监测模块以柱状图形式显示降水实时监测功能。

3、站点监控模块实现对地面气象观测站、天气雷达站在线情况以及整点到报率。

4、决策服务模块按时间查询各区县天气实况包含降水和大风实况，通过word模版自动生成雨情风情服务材料。

5、气候资料模块整合分析历史极值资料。

6、推广至市县气象业务部门使用该系统。

结语

气象信息综合服务系统是科技发展的重要成果，它的建设和完善将极大地推动气象科学的进步，并为多个行业带来显著的社会经济效益。未来，随着人工智能技术和物联网设备的发展，该系统还将拥有更广阔的应用前景和更高的智能化水平。