國家氣象業務內網設計與實現

張志強， 張 強， 胡 星， 倪學磊　(國家氣象信息中心，北京 100081)

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國家氣象業務內網設計與實現

張志強， 張 強， 胡 星， 倪學磊(國家氣象信息中心，北京 100081)

摘要為改變氣象系統內部服務平臺分散的現狀，國家氣象信息中心對各國家級氣象業務中心原先自建的氣象、氣候、觀測、服務等若干小系統進行整合，構建國家氣象業務內網，形成氣象系統內部統一的國家級氣象服務平臺，提供一個能瀏覽、檢索與綜合顯示實況監測、預報預測、預警信息、歷史氣候資料以及信息網絡等業務信息的共享平臺。國家氣象業務內網使用MVC模式設計，為適應氣象應用的特點，在J2EE應用架構(Struts+Spring+Hibernate)的基礎上，對底層數據交互模塊進行了封裝，有效提高了系統的靈活性和開發效率。2015年3月國家氣象業務內網2.0版業務運行，目前涵蓋了探測、天氣、氣候等6大核心服務欄目、近100個子模塊、近2 000余種業務產品，對各類氣象業務起到了有效的支撐作用。

關鍵詞氣象業務內網；服務平臺；可視化；J2EE

Design and Implementation of National Meteorological Service Platform

ZHANG Zhi-qiang, ZHANG Qiang, HU Xing et al

(National Meteorological Information Centre, Beijing 100081)

AbstractIn order to change the distributed status of the meteorological service platform, based on the integration of the self-built service platforms including meteorology, climate, observation and service, National Meteorological Information Center(NMIC) constructs National Meteorological Service Platform(NMSP). NMSP is a unified national meteorological service platform to provide browsing, searching and displaying of observation, weather forecasting, warning information, historical climate data and network information. NMSP uses the MVC design pattern. For adapting the characteristics of meteorological application, above J2EE application framework(Struts+Spring+Hibernate), NMSP encapsulates data exchange module which improves flexibility and efficiency of the system development. On March 2015, NMSP(version2.0) has been on operational running, which covers six core column, nearly 100 sub-modules,2 000 kinds of business products. It plays an effective supporting role on various types of meteorological service.

Key wordsMeteorological service network; Service platform; Visualization; J2EE

隨著氣象業務的快速發展，新增探測資料得到廣泛應用，數值化預報產品的時效性和空間分辨率越來越高，各類業務產品日益豐富，業務產品的共享與服務需求日益迫切。氣象系統內部各業務單位面向核心業務整合產品資源，開展了內部信息資源整合工作，開始構建內部“業務內網”系統[1-3]，并初見成效。國家氣象中心建設了面向實況監測、預報預測與災害預警的天氣業務內網系統，國家氣候中心建設了面向氣候預測、氣候變化與氣候服務的氣候業務內網系統。

隨著中國氣象局各單位業務內網系統的建設，業務產品的集成與共享服務水平明顯提升，但業務產品服務的系統和平臺的集成力度仍然不夠、IT資源重復建設、服務渠道分散、服務規范不統一、集約化程度低、缺乏統一的業務產品共享平臺，導致服務效率低下，數據與產品存在不一致甚至矛盾的情況，“信息孤島”現象依然存在。另一方面，國家級對省、地市的業務指導與實際需求仍存在一定的差距，上下溝通、交互機制的建設剛剛起步，尚未形成基于廣域網絡、上下一體、統籌集約的業務系統布局。基于上述原因，為滿足現代氣象業務發展的需要，中國氣象局制定了氣象業務內網系統建設任務，即整合相關業務單位的業務產品資源，建立集約化的數據環境，提供一個能瀏覽、檢索與綜合顯示實況監測、預報預測、預警信息、歷史氣候資料以及信息網絡等業務信息的共享平臺，使得業務人員能快捷獲取各類信息，從而有效支撐觀測、監測、預報、預警及服務等業務。經過近3年的發展，國家級氣象業務內網系統建設初現成效，集成了氣象、氣候、信息網絡及其資料服務上千種重點業務產品及服務。筆者基于目前氣象業務內網的建設情況，從功能需求、底層架構、實現功能、應用效果等方面進行介紹，并對目前的成效及后續發展目標進行了論述。

1功能需求

國家氣象業務內網的定位為氣象系統內部統一的氣象產品展示與服務，業務管理信息共享服務，涵蓋氣象中心、氣候中心、衛星中心、信息中心、探測中心、人工影響天氣中心、中國氣象科學研究所、公共服務中心等單位的業務數據和產品，同時支撐國、省、地、縣4級用戶統一訪問。從氣象業務內網的定位可以梳理出以下幾類業務需求。

1.1氣象數據服務需求氣象數據服務的對象主要為國家級、省級、地市級、縣級各級氣象部門業務單位的業務用戶。業務人員可以根據需求在氣象業務內網上查看權限范圍內的最新氣象資料、數據文件以及可視化產品，還可對實時與歷史氣象數據進行數據檢索、數據下載等操作，滿足不同層級、不同業務單位業務人員的氣象天氣預報、氣候監測預測、氣象服務的業務需求。

1.2數據可視化展示需求氣象數據可視化展示主要應用氣象數據分析和圖形處理技術，配合GIS地理信息，為氣象業務用戶提供在線統計和數據可視化服務。借助于數據的可視化可以使業務用戶更加全面獲取氣象數據全貌。

1.3業務信息管理需求構建信息上傳下達的渠道和功能完善的業務管理平臺，圍繞數據管理與應用服務為各級業務管理部門提供在線信息服務、統計分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業務傳輸質量通報、高性能計算資源管理、業務技術文檔、會議在線以及業務進展等相關信息。

2軟件框架

基于國家級氣象業務內網系統(2.0版)的應用特點，其技術路線決策從整體規劃、業務驅動、數據支撐多樣化、數據服務效率、訪問安全和性能優化等多方面進行考慮。國家級氣象業務內網系統(2.0版)軟件設計的技術路線體現在以下幾個方面：采用B/S架構進行設計[1，4]，基于J2EE的SOA架構體系進行業務和數據資源的整合及集成，采用多層體系架構，保證功能自頂向下合理分解，實現設計單元的高內聚、低耦合(圖1)；采用組件化(Component)與插件機制結合進行設計和開發，保證系統強大且靈活的可擴展性、可維護性以及可集成性；采用并行處理與負載均衡技術，保證多種數據的高并發處理效率；采用XML數據封裝技術，實現靈活的流程配置；采用關系型數據庫與文件系統結合，針對不同氣象數據特點進行高效的數據存儲管理和統一數據支撐服務；采用HTTP、TCP/IP通信協議和WebService等通信技術實現

組件間的通信，控制數據傳輸的準確性及時效性，保證在Internet上的數據傳輸速度；采用Portal(門戶)技術實現數據與產品共享服務整合，滿足信息集成、個性化的內容聚合和定制分發需求，實現面向不同用戶的氣象資料服務的集約化、個性化，保證數據共享服務的擴展性。

圖1　氣象業務內網軟件框架Fig.1　Framework of meteorological service network

圖2　實況觀測版塊功能Fig.2　Function of live observation section

氣象業務內網底層數據包括4種：①基于API接口獲取的結構化以及非結果化數據;②基于數據庫獲取的結構化氣象數據;③基于FTP服務器獲取的文件數據;④除氣象數據外的其他數據，包括業務材料、規范文檔、培訓視頻文件以及軟件更新包等。在架構設計中，考慮氣象業務內網支撐數據的特點，基于通用的J2EE應用架構(Struts+Spring+Hibernate)[5-6](如圖1紅色部分),封裝了控制層、服務層、實體層及數據層，實現了基于配置的數據中心，實現了數據獲取與前端顯示功能的獨立分離，屏蔽了大量的后臺數據獲取復雜邏輯，通過配置即可完成相關數據的獲取邏輯，在顯示端即可通過制定ID方式獲取所需數據，使整個開發更專注于前端展示頁面，考慮業務用戶需求體驗，后端數據源甚至數據結構的變化可以通過一鍵式配置快速調整，有效應對氣象數據多樣性特點。

3實現功能及業務應用效果

3.1主要功能

3.1.1實況觀測版塊。實現包括中國氣象局探測中心、國家衛星氣象中心、中國環境監測總站、水利部等涉及地面、高空、輻射、農氣、海洋、雷達、衛星等10大類近50小類觀測數據可視化展示(圖2)。

圖3　氣候業務版塊功能Fig.3　Function of meteorology section

3.1.2氣候業務版塊。實現包括國家氣候中心主要業務產品，涉及氣候檢驗、氣候預測、影響評估、氣候變化、氣候模式、氣候服務等相關業務產品的發布服務和可視化展示(圖3)。同時為了提高氣候業務效率，針對過去依靠文檔提交的相關填報內容，基于業務內網實現在線填報功能，同時實現了填報結果的自動在線格式檢查，提高了填報效率。

3.1.3天氣業務板塊。實現國家氣象中心的主要預報產品的可視化展示。按照時間尺度涵蓋中長期預報、短期預報、短時臨近預報產品，按照預報方式涵蓋主觀預報、客觀預報產品(圖4)。此外，針對災害預警、決策服務等重要內容設立專題版塊提供服務。

3.1.4人工影響天氣版塊。實現包括人工影響天氣中心主要預報與檢測產品包的可視化展示，其中預報產品包括GRAPES_CAMS模式產品、MM5_CAMS模式產品等相關模式產品，檢測產品包括相關地面觀測以及衛星反演產品。

圖4　天氣業務版塊功能Fig.4　Function of weather section

圖5　數據服務版塊功能Fig.5　Function of data service section

3.1.5數據服務版塊。實現包括信息中心收集、整理以及制作的主要中國以及全球數據產品在線服務，涵蓋地面、高空、海洋、輻射、農氣、數值預報、大氣成分、雷達、衛星、氣象服務產品、歷史氣候代用資料、氣象災害、氣候產品、交換資料等，提供數據分類導航、定位和數據檢索下載以及數據接口服務(圖5)。

3.1.6業務管理版塊。構建信息上傳下達的渠道和功能完善的業務管理平臺，圍繞數據管理與應用服務為各級業務管理部門提供在線信息服務、統計分析以及輔助決策功能，包括全球、周邊、中國資料的收集，業務傳輸質量通報、高性能計算資源管理、業務技術文檔、會議在線以及業務進展等相關信息(圖6)。

圖6　業務管理版塊功能Fig.6　Function of business management section

圖7　氣象業務內網用戶分單位人數統計Fig.7　Statistics of users of meteorological service platform

3.2應用效果氣象業務內網于2012年7月啟動建設，2013年5月氣象業務內網1.0版本業務試運行，經過5次版本升級，2015年3月2.0版本正式業務運行。目前氣象業務內網包括實況觀測、天氣業務、氣候業務、人工影響天氣、數據服務、業務管理等6大版塊近100個子模塊，涵蓋了包括探測中心、衛星中心、氣象中心、氣候中心、人工影響天氣中心、信息中心等超過2 000種業務產品，數據資源超過20 TB, 國家級和省級核心業務用戶超過8 000人，業務內網用戶人數分單位分布如圖7所示。4結語

國家氣象業務內網的定位不僅是一個網站，其定位是業務輔助支撐平臺，配合MICAPS、CIPAS等專業的氣象業務平臺，提供業務用戶一站式的產品查看、數據獲取以及業務管理輔助支撐。同時氣象業務內網是國家級單位發揮對地方指導作用，完善國家和地方“上下互動”機制的一個重要支撐平臺，是國家級氣象業務現代化的重要組成部分。氣象業務內網的建設工作是隨著氣象業務發展不斷改進的過程，隨著云計算、大數據技術的應用，氣象業務內網將不斷提升其業務支撐能力，有效提升氣象業務工作的效率。

參考文獻

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中圖分類號S 163+.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-224-04

收稿日期2016-02-10

作者簡介張志強(1982- )，男，河南鄭州人，高級工程師，博士，從事氣象數據服務技術研究。

基金項目公益性行業(氣象)科研專項(GYHY201306044)；公益性行業(氣象)科研專項(重大專項)(GYHY201506001-7)。