國家級手機決策氣象服務客戶端研發與應用簡介

梁樂寧 劉輕揚 盧大維 孫曉明 冀藝

（中國氣象局公共氣象服務中心，北京 100081）

0 引言

隨著新媒體技術高速發展和智能手機全面普及應用，用戶的信息接收方式有了極大的轉變[1]。原有決策氣象服務材料提供方式和手段多以內參材料、文件傳真、電子郵件、短信等方式為決策用戶提供服務，上述服務手段已不能適應新媒體時代用戶使用習慣，需要應用新的技術和實現方式進一步提升決策服務技術支撐能力。以創新氣象防災減災決策服務手段和形式第一時間為國家、政府和行業主管部門決策人員提供科學、有價值的防災減災氣象服務信息為目標，打造面向國務院各部委的決策氣象服務手機客戶端。客戶端面向中國氣象局和國務院部委辦局提供決策氣象服務保障，它可以協助各級決策用戶快速獲取氣象服務信息，是決策用戶及時進行分析、研判的便捷式應用工具。

2014年年底，中國氣象局公共氣象服務中心正式推出手機決策客戶端第一代版本——“中國氣象”，客戶端擁有11個頻道，整合展示33項氣象服務產品。客戶端覆蓋iOS和Android兩大主流移動端操作系統[4-5]，客戶端實現中國氣象局各級業務單位的數據和服務產品的自動化接入，接入CIMISS系統全國自動氣象站實況監測數據；信息發布高效及時，保證系統發布的氣象數據和氣象服務產品第一時間同步顯示到手機客戶端；提升氣象服務產品可視化展示效果。客戶端業務運行兩年來，累計更新迭代十余版。

截至目前，決策客戶端已為中國氣象局和國務院部委辦局提供服務，并在第九次氣象災害預警服務部際聯絡員會議上做了重點推廣。經過兩年多的運行，通過用戶需求反饋，了解到目前的客戶端在氣象專業數據查詢和產品展示等方面還不能滿足決策用戶的需求。在此基礎上需針對決策氣象服務客戶端進行升級和優化，加強實時監測信息的展示和發布，提高服務支撐的針對性，充分發揮決策客戶端的服務應用能力。

為進一步提升手機決策氣象服務客戶端的服務能力，加強氣象基礎觀測信息、災情信息和極端天氣事件監測產品的展示能力，滿足決策用戶在重大氣象災害及突發事件發生的情況下可以通過決策客戶端查詢信息的要求[6-9]，需對客戶端1.0版進行進一步優化，實現功能升級。2016年起中國氣象局公共氣象服務中心正式對決策氣象服務客戶端進行改版，打造新版“中國氣象”手機決策氣象服務客戶端。新版客戶端后臺支撐系統增加用戶權限的管理功能，實現不同用戶登錄后查看的服務頻道不同，為決策用戶提供專屬氣象服務產品查詢通道；對接上游業務單位全國自動氣象站實時觀測數據，實現在決策客戶端實時查詢最新的氣象監測數據及歷史實況；對接國家氣象中心災情直報系統和民政部災情信息數據，做好災情信息在決策客戶端的展示；陸續推出分鐘級雷達降水估測、等風來、實景天氣、天氣統計、社會化觀測和全國空氣質量等創新型氣象服務產品，優化了軟件使用的操作體驗和視覺展示效果，豐富了決策客戶端產品種類和展現方式。

1 決策客戶端軟件總體架構設計

“中國氣象”手機決策氣象服務客戶端系統軟件總體架構采用模塊化和組件化的方式進行設計，在保證系統運行安全的基礎上[4-5]，提升業務運行效率和獨立性，便于系統的后續升級和擴展。系統的架構由六層兩體系組成，“六層”分別是：表現層、應用層、傳輸層、支撐層、資源層、基礎層；兩體系分別為：身份認證和安全體系、運行維護保障體系。系統總體架構如圖1所示。

1）表現層。主要為手機客戶端，具體為“中國氣象”手機決策氣象服務客戶端iOS版和Android版。

2）應用層。本部分為決策客戶端后臺管理系統，app統一的功能管理和權限控制都是通過后臺管理系統進行配置管理。提供權限控制模塊，賦予管理員、決策用戶和普通用戶等角色不同的用戶權限，實現有權限控制的管理系統。

3）傳輸層。用來負責數據與管理后臺和客戶端直接的數據交互傳輸，通過這一層的傳輸協議可以將后臺的各種超文本標記語言文檔傳輸、文件數據、消息數據、郵件數據等。通過數據接口模塊，為iOS客戶端和Android客戶端可提供格式規范的數據接口，客戶端通過HTTPS協議請求獲得各種XML、JSON數據格式的業務數據，實現各種業務需求。

4）支撐層。主要為系統提供地理信息服務和管理、業務數據管理、業務數據計算及專項服務產品的制作，以及對歷史數據資源進行挖掘分析，還有預警和其他重要信息的推送服務。

5）資源層。提供為客戶服務、管理者分析的最基礎的數據資源。數據庫方面，具備基礎數據庫作為支撐，另外還需要決策服務平臺自己組建數據庫存儲與基礎數據相關的統計信息以及人員信息等數據。

6）基礎層。是平臺的基本構架環境，包括數據庫服務器、應用服務器/web服務器、交換機、存儲設備、計算機網絡、呼叫中心接入、有/無線通信服務等。

7）身份認證和安全體系。平臺安全系統設計除了包含計算機網絡、主機、應用系統等進行安全規劃之外，系統運行的安全設計也是安全規劃的重要內容之一。

8）運行維護保障體系。運行維護保障機制包含統一性和標準性、公眾服務性、專業性、權威性。

2 決策客戶端軟件技術實現

2.1 客戶端軟件系統技術架構

新版決策客戶端系統主要分為四個部分：數據存儲系統（數據庫和文件系統）、中心服務器、web服務系統和移動客戶端。數據存儲系統及中心服務器部署在公共氣象服務中心北方站機房，業務服務系統部署在騰訊云。根據建設原則，四個部分均采用成熟的架構進行開發。系統軟件技術架構如圖2所示。

1）應用層。以友好的用戶界面為用戶提供所需的各項應用軟件和服務，本系統應用層主要完成前后端之間的業務交互，對系統的各個細小模塊和功能層分解出來的功能進行統一的管理，并協調各個功能之間的關系。應用層也是整個系統和外部交互的主要渠道。

2）功能層。主要對整個系統進行了分解，把功能分為公共功能和業務應用場景功能。公共功能比如：用戶管理功能、權限管理功能，欄目管理功能等；業務應用場景功能如即時通信（IM）功能、統計功能、查詢功能，推送功能等。各自獨立實現。

圖1 “中國氣象”手機決策氣象服務客戶端系統軟件總體架構Fig. 1 National mobile decision meteorological service client system software architecture

3）接口層。是數據層與其他層的進行數據交換唯一途徑，也是進一步對系統進行解耦，接口的設計具有以下原則：滿足應用要求、面向對象設計、滿足高容錯性及高健壯性、具有可擴展性、接口規范盡量與業內的標準數據接口規范相符。

2.2 客戶端軟件系統核心功能組成

1）數據存儲系統。主要存儲來自上游業務單位提供的實況監測數據、天氣預報數據和決策服務材料等數據，將數據提供給中心服務器。系統還需保存系統運行所需的各種數據，比如：客戶端定位信息、上傳圖片、用戶信息等。數據存儲系統可劃分為兩個部分，包括數據庫和文件系統。

2）中心服務器。完成數據處理功能，完成所有的業務上的計算、數據的處理和邏輯的判斷。并針對客戶端功能模塊需要的多種氣象產品進行加工，處理后的結果提供給web服務系統進行訪問。

3）Web服務系統。分為內網服務系統和云服務系統，其中內網服務系統部署在公服中心北方站機房，云服務系統部署在騰訊云。Web服務系統向手機客戶端提供基于HTTP連接的請求和應答web服務應用程序，系統基于IEF（智能擴展框架）技術開發，提供所有客戶端系統搭建的基礎框架，實現所有模塊化的動態升級，主要提供以下主要業務功能。

①與氣象服務數據庫連接，提供API接口，為客戶端提供各類專業信息和客戶端定制化展現服務，提供定制化服務及推送的發布，實現自動化信息推送。

②獲取客戶端定制化展現數據、定位等應用信息，上傳用戶反饋數據，提供登陸、注冊和用戶數據應用接口，提供用戶統計數據獲取功能，上傳用戶基本屬性和用戶行為數據。

圖2 “中國氣象”手機決策客戶端軟件系統整體結構Fig. 2 National mobile decision meteorological service client software system overall structure

③管理用戶權限和用戶資料，并提供驗證用戶身份功能，收集用戶基本屬性和用戶行為數據的歷史記錄信息，然后將用戶數據獲取模塊收集到的信息，以用戶和設備為單位進行匯總、整理和初步分析，為統計報表模塊提供數據支持。

④對系統產品等方面提供管理，針對相關業務的管理。

4）移動客戶端。移動客戶端應用3G/4G/Wi-Fi通信網絡快速的數據傳輸能力實現數據服務和決策服務產品快速訪問和查看。客戶端支持用戶鑒權、手勢、自動旋轉、在線版本自動升級、信息反饋等功能。

版本開發平臺包括iOS和Android兩個平臺，iOS版本使用官方公司蘋果賬號進行決策客戶端軟件發布。Andoid版本在華為、騰訊、360等應用市場或指定商店發布。

2.3 客戶端軟件關鍵技術

1）數據權威、全面

本系統對接國家氣象中心、國家氣候中心、國家衛星氣象中心、國家氣象信息中心、中國氣象局氣象探測中心和公共氣象服務中心等上游業務單位的數據和服務產品。并實現對MICAPS系統和CIMISS系統的數據解析、調用和產品再加工。

2）統一數據標準

統一的數據標準體系建設是“中國氣象”手機決策氣象服務客戶端建設的技術支撐和基礎性工作。通過規范統一的數據指標、數據采集和數據交換標準，定義規范統一的接入數據和服務產品字典表，構建統一的氣象服務平臺，實現數據信息統一、標準統一、接口統一。

3）信息發布高效及時

系統可根據用戶所在位置、所有客戶端版本和種類等特點，精確地推送用戶所需信息，保證信息無冗余。并提供用戶自定義推送策略的制訂，可以將用戶關注度高或使用頻次較高的氣象預警和決策氣象服務產品推送給訂閱用戶。

4）建立身份認證和安全體系

根據客戶端支撐管理系統配置的用戶群組和產品對應關系，實現面向不同的決策氣象服務用戶組和用戶查看不同氣象服務產品和氣象預報的服務需求。平臺安全系統設計除了包含計算機網絡、主機、應用系統等進行安全規劃之外，系統運行的安全設計也是安全規劃的重要內容之一。構建了統一管理、運行和安全的系統架構，實現統一管理用戶、統一應用功能界面組裝、統一用戶身份驗證和統一訪問授權控制的功能。同時，根據不同用戶群組的需求可在后臺進行快速配置，實現產品的多樣組合，實現面向不同用戶提供專屬服務。

5）系統響應高效

系統滿足用戶訪問應用的時效性要求，保證提供一致的、可預測的響應，平均延時應小于3 s，并經業務測試實現快速高效的用戶使用響應。界面響應時間小于2 s，數據量大時響應時間小于5 s，服務端接口出問題時客戶端有友好提示，系統具體完整的日志，包括常規日志、系統錯誤日志等。

6）地理信息組件技術

應用調用高德地圖API實現移動終端地圖服務的搭建，在地里信息展示方面實現對中國氣象局MICAPS、CIMISS等業務系統數據的再加工，實現點、線、面等結構性數據的矢量化處理，并完成標準圖形化數據接口的封裝，實現了基于地圖API的氣象數據圖形繪制，基于矢量數據的氣象要素或災害落區圖的繪制可進行無級縮放，確保用戶使用的體驗。

7）產品模塊化技術

系統對所有服務產品進行了模塊化封裝，基于統一的開發平臺可完成系統快速搭建和擴展，并具備移植能力，并對臺風路徑、等風來等自主研發核心模塊進行了SDK的封裝，降低了系統開發的成本，便于后期的升級、迭代和維護。

8）風場可視化技術

采用流體跡線計算，離散點集近似，與UI動畫相結合等前端技術和細膩的動畫逼真的模擬出風場流動效果，實時動態展示全球大氣運動狀態，提供生動直觀的視覺體驗。完成風場動態展示效果在iOS和Android系統的技術實現。

3 決策客戶端軟件

3.1 決策客戶端軟件設計

1）決策客戶端界面設計

新版“中國氣象”手機決策氣象服務端設計風格以莊重、大氣為主導思路，突出服務重點，首頁以九宮格的方式進行各主要服務頻道的劃分。整體視覺效果進行統一，確保服務的品質和效果。

2）決策客戶端功能設計

針對決策客戶端原有頻道劃分方法及展示效果進行調整，簡化首頁展示，更改為模塊化的九宮格形式進行展示。九個頻道排序依次為：實況監測、天氣預報、預警信息、決策專報、災情信息、天氣資訊、天氣會商、農業氣象和專業服務。頻道功能劃分和子模塊功能劃分詳見表1。

表1 “中國氣象”手機決策客戶端后臺支撐系統主要功能列表Table 1 National mobile decision meteorological service client support system main function list

3.2 決策客戶端軟件功能

1）全國自動站實況監測

提供全國區域自動站實況監測數據顯示，實現降水量、溫度、風速、相對濕度、能見度和氣壓6要素等值面填圖和單站氣象要素歷史變化趨勢的查看，并可對全國各省（市）國家級自動站和區域自動站站點顯示進行選擇，點擊后可查看單站詳情。

單站詳情頁提供轉屏功能，橫屏時顯示過去24 h要素變化趨勢，有預警信號生效時，同步顯示預警信息類型和發布時間，方便決策用戶進行綜合信息查閱。提供國家級自動氣象站觀測數據排行，可查看降水量、溫度、風速、相對濕度、能見度和氣壓6要素逐小時和過去24 h排行，并可查詢任意時段不同地區的降水量、溫度和風速排行。

2）臺風路徑

臺風路徑模塊支持多臺風顯示，可查詢歷史臺風路徑，有臺風影響時實現風流場、雷達反射率拼圖和衛星云圖多圖層疊加顯示。

3）分鐘級降水估測

提供中國區域未來120 min精細化降水預報，通過在線地圖實時顯示降水區域動態雷達監測圖，點擊（搜索）任意地點之后，可查詢當地未來2 h的分鐘級降水預報，并匹配智能預報服務提示語言。

4）等風來

運用流線表達風的強度和運動軌跡，將風向、風速的數據矢量化、圖形化展示，動態模擬全球風場。以流線的動態變化表達天氣系統及區域風力強弱變化，點擊（搜索）任意地點之后，可查詢當地未來24 h風力預報。

5）預警信息

預警信息頻道首頁顯示全國正在生效的預警信息，提供全部生效預警信息生效數量和全國省、市、縣預警信息生效數量，可對地圖上預警信號等級顯示進行選擇，點擊預警信號圖標可查看預警信息詳情。

4 手機決策氣象服務客戶端應用

本文介紹的手機決策氣象服務客戶端在2016年已完成功能和穩定性測試，新版客戶端加強了氣象基礎觀測信息、災情信息和極端天氣事件監測產品的展示能力，滿足中國氣象局就手機決策氣象服務客戶端的功能實現提出的新要求，并完成手機決策氣象服務客戶端軟件iOS和Android版的改版和升級研發，完成手機決策氣象服務客戶端后臺支撐系統建設。

該客戶端系統命名為“中國氣象”，已在2016年汛期前完成測試和準業務化應用，汛前正式開展了面向決策層的汛期氣象服務支撐保障，為中國氣象局司局級以上領導和國務院相關部委辦局的決策指揮者提供服務支撐，取得了較好的業務應用效果，獲得了上級領導單位和決策用戶的廣泛認可。

2016年11月8日，決策客戶單端改版正式通過了上級單位驗收，新版客戶端使用地理信息組件技術、產品模塊化技術、移動終端定位技術、后臺支撐系統數據緩存等技術，實現了客戶端數據和服務產品快速加載顯示，確保業務穩定運行的同時提升了產品顯示效果和用戶體驗。

“中國氣象”手機決策氣象服務客戶端2016年11月正式在蘋果應用市場AppStore和華為應用市場、騰訊應用寶、360等安卓應用市場發布，面向決策用戶提供服務支撐。