基于Android的決策氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傅仁壯，吳坤悌，符傳博，苗衛(wèi)東，陳 亮

(1.海南省氣象服務(wù)中心，海南 海口 570203;2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570203；3.海南省氣象臺，海南 海口 570203)

基于Android的決策氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傅仁壯1,2，吳坤悌1,2，符傳博2,3，苗衛(wèi)東1，陳 亮1

(1.海南省氣象服務(wù)中心，海南 海口 570203;2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570203；3.海南省氣象臺，海南 海口 570203)

隨著智能手機(jī)的迅速普及，人們更加熱衷于通過智能手機(jī)獲取實(shí)時(shí)的氣象信息。但現(xiàn)有的大多數(shù)客戶端氣象產(chǎn)品很難滿足多元化信息服務(wù)的需求，并且海南省還沒有面向決策用戶的氣象客戶端服務(wù)產(chǎn)品。針對這一需求，使用Java編程語言將氣象服務(wù)信息和智能手機(jī)終端相結(jié)合用于開發(fā)決策氣象服務(wù)系統(tǒng)。簡要介紹系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和智能手機(jī)客戶端的設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了開發(fā)智能手機(jī)客戶端所應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括智能云推送管理技術(shù)、版本管理技術(shù)、模塊組件化技術(shù)及GIS和氣象相結(jié)合技術(shù)。該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，結(jié)果表明，該系統(tǒng)包含多種移動(dòng)氣象服務(wù)信息產(chǎn)品，政府部門不再受到時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地都能獲取氣象服務(wù)信息，同時(shí)該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

Android；決策；Java；智能手機(jī)；GIS

0 引 言

近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和智能手機(jī)的迅速普及，人們越來越熱衷于通過手機(jī)獲取實(shí)時(shí)信息。研發(fā)智能手機(jī)氣象客戶端服務(wù)能夠滿足大眾需求，也是氣象科技服務(wù)可持續(xù)性發(fā)展的必然趨勢。

國內(nèi)外氣象科研人員在氣象與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合這方面做了不少工作。劉文等[1]在Android平臺上設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)預(yù)警信息推送系統(tǒng)；張振濤等[2]設(shè)計(jì)的公共氣象產(chǎn)品制作系統(tǒng)在智能手機(jī)氣象服務(wù)中取得了較好的應(yīng)用；錢崢等[3]利用Java等語言開發(fā)了智能終端的氣象信息服務(wù)產(chǎn)品；王瑩等[4]利用VS和Android環(huán)境編程對手機(jī)氣象服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；L.Herrera等[5]在iPhone平臺上開發(fā)了實(shí)時(shí)獲取自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；G.Crowley[6]在Android平臺上開發(fā)了一款能夠展示空間氣象數(shù)據(jù)的軟件。

研究人員對氣象服務(wù)智能手機(jī)客戶端的研究在實(shí)際應(yīng)用中都發(fā)揮了比較重要的作用。但是現(xiàn)有的大多數(shù)客戶端氣象產(chǎn)品功能單一，服務(wù)內(nèi)容相似，已經(jīng)很難滿足多元用戶群體及多元化的信息服務(wù)需求。另外，海南省還沒有面向決策用戶的氣象客戶端服務(wù)產(chǎn)品。因此，開發(fā)一套服務(wù)產(chǎn)品豐富、系統(tǒng)界面友好、全省統(tǒng)一的決策氣象服務(wù)智能手機(jī)客戶端，向政府及相關(guān)部門提供準(zhǔn)確、及時(shí)、高效的決策氣象信息迫在眉睫。

1 系統(tǒng)環(huán)境

智能終端主要包括智能手機(jī)和平板電腦。它可以通過安裝第三方應(yīng)用軟件APP實(shí)現(xiàn)一些特定的功能，從而滿足人們的需求。當(dāng)然，移動(dòng)氣象服務(wù)系統(tǒng)也可以通過它來實(shí)現(xiàn)。Android是由Google和開放手持設(shè)備聯(lián)盟開發(fā)的一個(gè)基于Linux的開源手機(jī)操作系統(tǒng)[7-10]，主要應(yīng)用于智能終端。Android平臺最大的優(yōu)點(diǎn)是對第三方軟件完全開放[11-12],也是移動(dòng)氣象服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最佳選擇。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境是MyEclipse8.5，JDK1.6，采用的開發(fā)語言是Java,因?yàn)镴ava是一種跨平臺應(yīng)用軟件的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，且具有簡單易用等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、Web氣象服務(wù)系統(tǒng)、智能手機(jī)客戶端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

氣象采集系統(tǒng)根據(jù)自身需要的數(shù)據(jù)定時(shí)地獲取數(shù)據(jù)源，然后進(jìn)行相應(yīng)的解析、轉(zhuǎn)換，并存放在SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫或者自定義的文件目錄中。

(2)氣象數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。

氣象數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)兩個(gè)部分。該系統(tǒng)存儲氣象數(shù)據(jù)的主要來源是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集、解析及轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并及時(shí)提供給Web氣象服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

(3)Web服務(wù)系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Web服務(wù)系統(tǒng)是一個(gè)可以向用戶提供請求/應(yīng)答的應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)大小平臺搭建的基礎(chǔ)級框架，也能夠快速實(shí)現(xiàn)模塊化的動(dòng)態(tài)升級，能夠?qū)崿F(xiàn)氣象業(yè)務(wù)功能。它可以和SQL Server數(shù)據(jù)庫連接，提供相應(yīng)的API接口，為客戶端提供各類專業(yè)氣象信息、定制化展現(xiàn)服務(wù)以及實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化氣象信息的推送；它也能夠獲取客戶端定制化展現(xiàn)數(shù)據(jù)、GPS定位等相關(guān)的應(yīng)用信息，上傳反饋數(shù)據(jù)，提供注冊、登陸和用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用接口，提供用戶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲取功能；管理用戶權(quán)限和用戶資料，并提供驗(yàn)證用戶身份功能，收集用戶基本屬性和用戶行為數(shù)據(jù)的歷史記錄信息，然后將用戶數(shù)據(jù)獲取模塊收集到的信息，以用戶和設(shè)備為單位進(jìn)行匯總、整理和初步分析，為統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持；對系統(tǒng)產(chǎn)品等方面提供針對相關(guān)業(yè)務(wù)的管理。

(4)智能手機(jī)客戶端。

這里所指的智能手機(jī)客戶端就是一個(gè)氣象信息App的應(yīng)用程序，客戶端把各種氣象信息產(chǎn)品集合在一起，滿足人們對氣象信息的需求，也可以把用戶的一些請求發(fā)送回服務(wù)器，和其他智能手機(jī)軟件一樣，它也支持用戶鑒權(quán)，地圖的放大縮小，重力感應(yīng)旋轉(zhuǎn)，手勢識別，在線版本自動(dòng)升級，錯(cuò)誤日志自動(dòng)反饋等功能。

該智能手機(jī)客戶端既能充分體現(xiàn)智能手機(jī)的硬件特性，又能為政府提供高性能的氣象服務(wù)信息。客戶端自底向上一共分為三層(見圖2)：后臺管理層、數(shù)據(jù)處理層和基礎(chǔ)應(yīng)用層。

圖2 客戶端功能結(jié)構(gòu)圖

后臺管理層主要包括版本檢測與升級管理模塊、錯(cuò)誤日志管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、信息推送管理模塊、身份授權(quán)認(rèn)證模塊、系統(tǒng)安全監(jiān)控模塊、系統(tǒng)配置模塊、系統(tǒng)分析模塊等；數(shù)據(jù)處理層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、解析、轉(zhuǎn)換、分發(fā)等功能，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)加工模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊等。基礎(chǔ)應(yīng)用層利用Android提供的各種組件API接口進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[13-15],主要是氣象服務(wù)產(chǎn)品的應(yīng)用，包括災(zāi)害預(yù)警模塊、重大快報(bào)模塊、重要專報(bào)模塊、臺風(fēng)路徑模塊、綜合服務(wù)模塊、實(shí)況資料模塊等上百種產(chǎn)品，它們主要以動(dòng)畫、文本文字、Word、圖片加文字等形式展示出來。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的移動(dòng)氣象服務(wù)客戶端大都是用J2ME(Java Platform Micro Edition)平臺開發(fā)。該平臺雖然對硬件設(shè)備的要求較低，但現(xiàn)在智能手機(jī)的性能有大幅度的提高，硬件的要求不再是開發(fā)的主要難題，反而是應(yīng)用J2ME平臺開發(fā)的系統(tǒng)受到了系統(tǒng)架構(gòu)的限制，不能發(fā)揮高性能智能手機(jī)的自動(dòng)放大縮小、重力感性效果、GPS地圖跟蹤以及多線程技術(shù)等的優(yōu)勢。文中系統(tǒng)結(jié)合4 G帶寬網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)特有的高性能硬件特性進(jìn)行開發(fā)，需要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 系統(tǒng)管理技術(shù)

系統(tǒng)管理主要包括推送管理和版本管理。正常情況下推送信息到APP上用的是HTTP輪詢的方式，該方式的缺點(diǎn)是占用流量大，比較耗電。文中采用的智能云推送技術(shù)的原理，是指在智能手機(jī)中采用比APP更底層的中間件來處理與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的連接，有更新信息到來時(shí)，不需要開啟智能應(yīng)用軟件，中間件會自動(dòng)推送信息到相應(yīng)的應(yīng)用軟件。智能云推送技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是電量消耗小，能夠使用戶隨時(shí)隨地享受推送服務(wù)，能將用戶感興趣的消息通知和內(nèi)容實(shí)時(shí)推送到手機(jī)(見圖3)。版本管理主要是指軟件版本的自動(dòng)檢測和更新的管理。從系統(tǒng)研發(fā)到試運(yùn)中內(nèi)容的完善和Bug的修復(fù)需要不斷升級新版本，系統(tǒng)的在線更新是提高研發(fā)效率必不可少的條件。文中系統(tǒng)采用的軟件版本管理的原理是通過自動(dòng)對比移動(dòng)終端和服務(wù)器端的版本號，當(dāng)版本號不一致時(shí)客戶端會自動(dòng)提醒用戶升級。

3.2 模塊組件化技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。如果不將系統(tǒng)切分成多個(gè)獨(dú)立的模塊，那么后期的系統(tǒng)維護(hù)、調(diào)試以及二次開發(fā)等相關(guān)問題很難展開。文中采用的組件技術(shù)是Java的JavaBeans技術(shù)，該技術(shù)比較成熟且應(yīng)用廣泛。利用組件技術(shù)把軟件分為后臺管理層、數(shù)據(jù)處理層，基礎(chǔ)應(yīng)用層三層軟件模型。這是一個(gè)分布式的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理層和面向用戶的基礎(chǔ)應(yīng)用層直接分離，用戶直接可以在基礎(chǔ)應(yīng)用層操作軟件，無需知道具體的數(shù)據(jù)如何處理，存在哪里。組件化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是保證系統(tǒng)的最大復(fù)用能力及擴(kuò)充系統(tǒng)的最小影響性；通過綜合云管理平臺都可以對客戶端進(jìn)行調(diào)整；可以對每個(gè)功能模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析用戶訪問習(xí)慣。

圖3 信息推送圖

3.3 GIS和氣象相結(jié)合的技術(shù)

GIS(地理信息系統(tǒng))是一種非常重要的空間信息系統(tǒng)，能夠更加形象地顯示氣象信息，且氣象信息從根本上講也是地理信息。因此，GIS和氣象相結(jié)合已成為氣象應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。

GIS在Android平臺上的免費(fèi)接口是Google Maps，利用該接口提供的地圖信息，開發(fā)基于GIS的臺風(fēng)路徑信息產(chǎn)品。通過XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲取相應(yīng)的臺風(fēng)信息，采用圖形顏色函數(shù)Color、文本函數(shù)DrawText、圖形繪制函數(shù)DrawCircle、線段繪制函數(shù)DrawLine來組合展示出具體的臺風(fēng)路徑，如圖4所示。

圖4 GIS臺風(fēng)路徑圖

4 結(jié)束語

決策氣象服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合了氣象服務(wù)信息和智能手機(jī)，其上百種產(chǎn)品通過文本文字、圖片、動(dòng)畫、繪圖等形式在智能手機(jī)上展示出來，滿足了海南決策氣象服務(wù)的需求，以及個(gè)性化、本地化的氣象手機(jī)客戶端產(chǎn)品自主研發(fā)的訴求。系統(tǒng)界面友好、可擴(kuò)充性較強(qiáng)、安全性能好，能為各級政府和相關(guān)部門提供準(zhǔn)確、及時(shí)、高效的決策氣象信息。另外，系統(tǒng)具有短信預(yù)警和錯(cuò)誤日志自動(dòng)上報(bào)等監(jiān)控功能，減少了人力監(jiān)控資源。截止目前，該系統(tǒng)已在政府部門正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，運(yùn)行期間系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

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Design and Implementation of Decision Making Meteorological Information Service Platform Based on Android

FU Ren-zhuang1,2,WU Kun-ti1,2,FU Chuan-bo2,3,MIAO Wei-dong1,CHEN Liang1

(1.Hainan Province Meteorological Service Center,Haikou 570203,China；2.Key Laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Hainan Province，Haikou 570203，China;3.Hainan Meteorological Observatory,Haikou 570203,China)

With the rapid popularization of smart-phones,people are more interested in smart-phones for real-time weather information.But most existing client meteorological products are difficult to meet the needs of diverse information service,and Hainan Province has not the client service products of weather oriented decision user.To satisfy this requirement，using the Java language,a decision making meteorological information service platform is developed by a combination of meteorological service information and intelligent mobile terminal.The design of the platform architecture and client applications of this platform is introduced.The key technologies of developing smartphone client application are elaborated.Issues such as intelligent cloud push management,version management,module assembly technology and the combination of GIS and meteorological research techniques are discussed in detail.The system has been put into practice.The result shows that this platform includes a variety of innovative mobile meteorological information service.From that,government departments are no longer limited by time and space to get the meteorological service information at any time and it has high stability and reliability.

Android;decision making;Java;smart phones;GIS

2015-11-23

2016-03-04

時(shí)間：2016-08-01

海南省氣象局科技創(chuàng)新項(xiàng)目(HNQXQN201507)；華南區(qū)域氣象中心科技攻關(guān)項(xiàng)目(GRMC2014M17)；海南省自然科學(xué)基金(20154182)

傅仁壯(1987-)，男，碩士，研究方向?yàn)闅庀髽I(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)及維護(hù)；吳坤悌，高級工程師，研究方向?yàn)閼?yīng)用氣象。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160801.0904.028.html

TP31

A

1673-629X(2016)08-0125-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.08.026