浙江省“智慧高速”氣象數據交互網絡設計與實現

李 建 馬琰鋼

(浙江省氣象服務中心，浙江，杭州310017)

0 引言

2013年春運期間，浙江省“智慧高速”已進入項目實施的“過渡期”。“過渡期”在杭州彭埠的高速公路路網中心建立了指揮中心，并設立了高速公路氣象服務專崗，為“智慧高速”提供災害性天氣期間的氣象決策服務。要實現“智慧高速”指揮中心氣象信息的現場決策服務，必須實現氣象數據和路網中心各條高速公路視頻數據的接入、共享。

1 系統間信息交互需求

1.1 氣象決策平臺信息需求

氣象決策平臺是部署在“智慧高速”指揮中心，需要顯示的地理信息數據包括全省高速公路、高速公路服務區、高速公路進出口、行政區劃、山脈、湖泊、河流、正射遙感影像圖等;顯示的氣象信息內容包括全省2000多個氣象自動站實時監測信息、衛星云圖、全省雷達格點資料、臺風信息、高速公路氣象監測站信息［2］、全省5 km×5 km的格點預報信息等，并對相關的氣象信息結合交通氣象服務指標進行分析，如對各氣象實況要素進行5 km×5 km的格點插值，提取高速公路地理信息數據并對照高速公路預警指標對各氣象要素數據進行等級劃分，最終將全省高速公路各要素實況氣象的預警等級用不同的顏色標注在三維的高速公路路段上，對于預報的數據分析也相類似。以上數據都需要連接到氣象業務內網的數據庫服務器、Gis地圖服務器［2］、氣象產品庫等不同網段的服務器實時調取，而氣象業務內網是氣象部門的內部專網無法通過Internet網絡進入。同時在氣象決策平臺還需要調用“智慧高速”系統平臺內的各高速路段實時視頻監控數據。

1.2 “智慧高速”系統平臺信息需求

“智慧高速”系統平臺是一個高速服務的綜合平臺，系統平臺集合了路政部門、高速交警、公安系統、氣象部門等一路多方的相關信息。路政部門信息包括路政巡邏車實時定位信息、高速公路道路施工信息、道路視頻監控信息［3］、道路流量監控數據等;高速交警信息包括道路封道信息、交通事故信息、交通巡邏車實時定位信息等;氣象部門目前提供的是舟山跨海大橋實時氣象自動監測站信息、全省67個市縣5天天氣預報信息及部分信息專報如春運氣象專題等，并隨著“智慧高速”氣象業務的不斷拓展，提供的氣象服務數據將越來越豐富。

1.3 氣象與指揮中心視頻會商需求

隨著“智慧高速”氣象服務的不斷推進，在災害性天氣期間指揮中心和氣象部門之間需要建立視頻會商機制。指揮中心必須建立一套視頻會商網絡和系統接入現有氣象部門內部的會商系統網絡［4］，可實現指揮中心和全省各市縣氣象部門及國家氣象局進行點對點或共同的視頻會商。

2 系統間信息安全需求

2.1 氣象內網系統安全需求

氣象監測數據按照相關要求是保密數據，不能給相關部門提供原始數據［5］，對外部門的網絡接入也必須做相應的控制。由于“智慧高速”指揮中心的氣象工作平臺使用方為氣象工作人員，因此指揮中心的氣象網絡接入必須控制到氣象工作平臺的工作機，其他任何設備接入該網絡都無權訪問和獲取氣象業務內網數據。

2.2 “智慧高速”系統網絡安全需求

“智慧高速”系統網絡是一個依托全省高速公路建立的一個光纖環網，該網絡不僅負責傳輸全省高速公路1000多路視頻監控數據，還接入了路政、交警、公安等部門的敏感數據，因此該網絡對各接入部門的安全要求也是有限制的，其中對氣象工作平臺和氣象業務內容目前開放全省高速公路的視頻監控數據［6］。

3 網絡架構設計

3.1 相關硬件設備配置

通過“智慧高速”指揮中心和氣象部門內部對現有數據交互及未來部分需求的分析，在指揮中心和氣象之間需要搭建一條100 M傳輸速率的專用網絡來保障數據傳輸的安全和穩定。其中10 M帶寬劃分用于指揮中心和氣象之間的高清視頻會商，70 M帶寬用于高速公路視頻監控信息的傳輸，另外20 M帶寬用戶氣象數據的遠程調用。

網絡設備方面，氣象部門方需要一臺帶有3層交換功能的路由器，“智慧高速”指揮中心需要一臺兩層交換機、一臺3層交換機和一臺網閘［7］。另外要建設視頻會商系統需增加視頻會商設備，接入現有氣象會商系統。

3.2 網絡鏈接配置

在氣象部門和“智慧高速”路網中心建立網絡專線的前提下，在氣象方的核心交換機及“智慧高速”指揮中心的交換機都需做訪問權限控制，雙方網絡互通的結構圖如圖1。首先在專線兩端設置一個專用網段。

為滿足氣象席位工作機能訪問氣象業務內網各類數據，在氣象方的核心交換機上進行權限控制，將IP與工作機的Mac地址進行綁定，只允許工作機IP地址能經過核心交換機對氣象業務數據進行訪問。同時氣象席位工作機設置雙網卡，設置一個與“智慧高速”指揮中心視頻流媒體服務器同網段的IP并接入視頻核心交換機，從而實現即能調用到氣象部門業務內網的氣象數據又能獲取視頻監控數據的功能。

“智慧高速”指揮中心通過網閘對網內的數據進行過濾和控制，通過網閘的端口設置只允許訪問流媒體服務的端口，從而進行訪問權限控制，并在專線接入路由器上設置高速監控視頻流媒體服務器地址到專線網段的訪問路由，因此在氣象方的服務器上只要設置了專線IP網絡的地址就可調用到監控視頻。由于在“智慧高速”指揮中心的WEB服務器需要調用氣象的部分數據［8］，為滿足該要求氣象方在專線網段設置了一臺氣象數據中轉服務器，在該服務器建立FTP將智慧中心WEB服務器使用的氣象數據推送到此服務器，指揮中心的網閘開放FTP端口，WEB服務器通過網閘開通的FTP端口獲取所需的氣象數據［9－10］。

視頻會商系統建立，通過雙方在專線網段各放置一臺視頻會商服務器及設備，氣象方另增加一臺MCU視頻數據交換設備，將視頻流接入現有的氣象會商網絡即可實現會商功能。

圖1 “智慧高速”氣象網絡互通結構圖

4 結語

浙江省“智慧高速”氣象數據交互網絡是開展“智慧高速”氣象服務的基礎條件，該網絡的訪問效率及安全性設計直接影響到氣象部門和“智慧高速”指揮中心之間的業務開展。“智慧高速”作為浙江省政府首批啟動的“智慧浙江”的13個試點項目之一，具有較大的影響力，而氣象作為“智慧高速”不可分割的一部分，與氣象部門之間建立一個暢通的網絡才能在災害性天氣期間提供強有力的氣象數據支撐。

［1］ 孟剛.浙江“智慧高速”建設實務研究［J］.信息化建設，2012，12(8):21 －22.

［2］ 黃志強.數據中心統一架構網絡設計構想［J］.信息安全與技術，2012，21(11):10 －12.

［3］ 李豪.校園網絡建設技術與應用研究［J］.數字技術與應用，2012，21(8):8 －10.

［4］ 劉緒啟，梁子賢.高速公路建設項目施工監控的網絡設計［J］.中國交通信息化，2012，22(8):11 －13.

［5］ 喜藝.互聯網數據中心的網絡設計及關鍵技術研究［J］.科技風，2012，20(2):15 －17.

［6］ 王甫棣，姚燕，李湘.基于XML的氣象數據訂閱系統設計［J］.氣象科技，2012，14(4):12 －15.

［7］ 徐灝，鄭逸璇，朱仁杰，周嘉藝.基于GIS的氣象數據探索性分析［J］.硅谷，2012，15(12):14 －18.

［8］ 林月蘭，馬祖勝.淺談氣象數據監控系統的應用［J］.廣東氣象，2012，16(1):8 －10.

［9］ 李濤.省際氣象數據實時共享方案的分析與研究［J］.氣象研究與應用，2011，16(A02):9 －11.

［10］ 何永健，曹蕓，黃勇.GIS氣象數據的管理與表達方法［J］.南京信息工程大學學報:自然科學版，2011，15(3):5－6.