基于SpringBoot框架的氣象風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉櫻 楊明 王銳

摘 要：為簡(jiǎn)化浙江省現(xiàn)有氣象風(fēng)參數(shù)計(jì)算與查詢服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)浙江省風(fēng)參數(shù)已有成果的展示與數(shù)據(jù)庫(kù)資料的直接調(diào)用，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Spring Boot框架的氣象風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)。主要完成了對(duì)Spring Boot框架下相關(guān)功能特性的分析驗(yàn)證，以及平臺(tái)具體框架設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)浙江省氣象風(fēng)參數(shù)查詢平臺(tái)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探討與分析。該平臺(tái)可為重大基建工程中的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：Spring Boot；氣象風(fēng)參數(shù)查詢；服務(wù)平臺(tái)

DOI：10. 11907/rjdk. 191346

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2019）005-0110-04

Abstract： In order to simplify the calculation and query service of the existing meteorological wind parameters in Zhejiang Province， and to realize the display of the existing wind parameters of Zhejiang Province and the direct call of the database data， based on the Spring Boot framework， the key technologies in the meteorological wind parameter query service platform of Zhejiang Province are researched and implemented. The analysis and verification of the functional characteristics under the Spring Boot framework and the framework design of the Zhejiang meteorological wind parameter query platform under the Spring Boot framework are also carried out. Several key technical issues in the wind parameter query platform are discussed and analyzed in depth. The Zhejiang meteorological wind parameter query service platform based on Spring Boot framework is realized， which provides effective data service for wind-resistant design in major infrastructure projects.

Key Words： Spring Boot；wind parameter query；service system

0 引言

風(fēng)數(shù)據(jù)作為一項(xiàng)重要的氣象數(shù)據(jù)，無論是在理論研究還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中都應(yīng)用廣泛[1-3]，涉及領(lǐng)域從天氣環(huán)流背景分析[4]，到重大基礎(chǔ)建設(shè)工程中抗風(fēng)參數(shù)設(shè)計(jì)，如高速公路、橋梁、高層建筑、高壓輸電塔等[5-7]，都離不開各類風(fēng)資料的支持。同時(shí)，風(fēng)能資源作為一種可再生的新能源也備受關(guān)注。浙江近海島嶼眾多、海岸線綿延曲折，沿海、近海及海島都有著十分豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)能資源對(duì)于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境起到重要作用[8-11]。此外，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定等級(jí)后，將對(duì)人類生存與社會(huì)發(fā)展造成損害，其中常見的氣象風(fēng)災(zāi)害有颶風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等[12-13]。可見，風(fēng)數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)氣象研究及氣象服務(wù)中有著極其重要的地位。

隨著現(xiàn)代測(cè)風(fēng)儀器觀測(cè)精度的不斷提高，以及浙江省近30年氣象風(fēng)能服務(wù)業(yè)務(wù)成果的大量累積，傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)歷史氣象風(fēng)參數(shù)查詢方式與手段已不能滿足現(xiàn)代大數(shù)據(jù)量、高并發(fā)及高效查詢的氣象業(yè)務(wù)需求，并且隨著業(yè)務(wù)需求的增加，系統(tǒng)更新也變得更加復(fù)雜。Spring框架是經(jīng)典的MVC分層架構(gòu)設(shè)計(jì)模式，技術(shù)相對(duì)成熟且開發(fā)方便、快捷[14-18]。為了提高浙江省氣象風(fēng)參數(shù)查詢平臺(tái)的查詢性能，并滿足其低耦合性要求，可采用Spring Boot框架重構(gòu)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢方式。

鑒于此，本文以業(yè)務(wù)需求為牽引，結(jié)合多年風(fēng)能與抗風(fēng)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)應(yīng)用成果及需求，基于Spring Boot框架研發(fā)了一套能充分發(fā)揮分層服務(wù)與高并發(fā)優(yōu)勢(shì)、為用戶提供扁平化服務(wù)體驗(yàn)的風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)，從而為準(zhǔn)確、高效地查詢、計(jì)算浙江省風(fēng)資源情況提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，且操作簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)，大大提高了工作效率。

1 Spring Boot技術(shù)研究

Spring Boot是2013年由Pivotal團(tuán)隊(duì)提出的全新框架，其設(shè)計(jì)目的是用來簡(jiǎn)化新Spring應(yīng)用初始搭建、樣板化配置、快速開發(fā)調(diào)試及部署過程[19-22]。Spring Boot可用于多層架構(gòu)體系的模型業(yè)務(wù)層，對(duì)于上層其可以有效地屏蔽底層數(shù)據(jù)庫(kù)操作，提高低層模塊與高層模塊之間的內(nèi)聚，降低多層模塊間的耦合性，具有分層模塊化架構(gòu)應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

Spring Boot主要功能包括：

（1）自動(dòng)配置，快速構(gòu)建應(yīng)用程序。Spring Boot架構(gòu)具有自動(dòng)配置功能，框架自動(dòng)負(fù)責(zé)了大部分常規(guī)配置。通過自動(dòng)配置，Spring Boot可幫助開發(fā)者快速搭建Spring框架，從而快速構(gòu)建應(yīng)用程序。

（2）依賴庫(kù)管理。提供約定的starter POM以簡(jiǎn)化Maven配置，根據(jù)項(xiàng)目的maven依賴配置，Spring Boot自動(dòng)配置Spring、SpringMVC等其它開源框架。

（3）內(nèi)嵌Web服務(wù)器。Spring Boot框架能夠直接使用Java的main方法啟動(dòng)內(nèi)嵌的Tomcat，Jetty服務(wù)器運(yùn)行Spring boot程序，不需要部署War包文件。

（4）應(yīng)用監(jiān)控與健康檢查功能。Spring Boot對(duì)運(yùn)行項(xiàng)目提供基于HTTP、SSH、telnet服務(wù)的監(jiān)控。Spring Boot提供了actuator組件，只需在配置中加入spring-boot-starter-actuator依賴，通過繼承Abstract Health Indicator抽象類，然后利用檢測(cè)服務(wù)健康doHealthCheck方法，實(shí)現(xiàn)服務(wù)監(jiān)控功能。

2 Spring Boot框架應(yīng)用于風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)

Spring Boot框架能夠簡(jiǎn)化應(yīng)用服務(wù)的復(fù)雜性，以簡(jiǎn)單、快速的方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)服務(wù)與部署應(yīng)用，并且具有跨平臺(tái)的互操作性、數(shù)據(jù)重用性等優(yōu)勢(shì)。利用Spring Boot框架可以有效解決快速開發(fā)部署、跨平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)與數(shù)據(jù)重用等問題。將Spring Boot框架應(yīng)用在風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)提供端，并定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)調(diào)用方式和接口，為風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)中氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢、風(fēng)參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算及統(tǒng)計(jì)等提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支撐。

Spring Boot框架對(duì)風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)支撐主要包括以下6點(diǎn)：①負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、增加、編輯、刪除、統(tǒng)計(jì)等操作；②負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的持久化操作；③風(fēng)參數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)清洗及質(zhì)量控制；④系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程邏輯實(shí)現(xiàn)；⑤為系統(tǒng)界面提供Restful數(shù)據(jù)服務(wù)接口支撐；⑥管理系統(tǒng)用戶及日志數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

為了保證浙江省氣象風(fēng)參數(shù)查詢平臺(tái)的高可用性與高擴(kuò)展性，平臺(tái)采用層次化設(shè)計(jì)框架。平臺(tái)總體框架由4部分組成：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層與表現(xiàn)層。總體框架如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境，主要存儲(chǔ)風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)涉及的3類數(shù)據(jù)，包括氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[23]（如氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)、氣象服務(wù)產(chǎn)品等）、風(fēng)參數(shù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理，其中地理信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用地圖切片及JSON方式，氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、風(fēng)參數(shù)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)主要采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，系統(tǒng)配置文件采用JSON方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)層：通過相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，形成最終業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，然后發(fā)布成數(shù)據(jù)服務(wù)接口。將各種類型氣象數(shù)據(jù)加工處理成平臺(tái)前端容易顯示的JSON數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)訪問MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的封裝及傳輸。接口主要采用Restful方式提供服務(wù)。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層主要提供風(fēng)切變推算、測(cè)風(fēng)塔風(fēng)能資源評(píng)估、年風(fēng)況、各月風(fēng)況統(tǒng)計(jì)、用戶管理等操作的實(shí)現(xiàn)邏輯，然后請(qǐng)求相應(yīng)數(shù)據(jù)。該層包括氣象要素空間插值、氣象風(fēng)參數(shù)分析等主要功能，可為業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)提供應(yīng)用層支持。

（4）表現(xiàn)層主要通過HTML5頁(yè)面顯示常規(guī)統(tǒng)計(jì)（如臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)、大風(fēng)統(tǒng)計(jì)等）、定制服務(wù)類統(tǒng)計(jì)、分析顯示與用戶管理等5大類內(nèi)容。

4 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

4.1 常用統(tǒng)計(jì)模塊

用于統(tǒng)計(jì)氣象站的常規(guī)風(fēng)實(shí)況結(jié)果，主要包括兩種統(tǒng)計(jì)方式：

（1）累年風(fēng)實(shí)況統(tǒng)計(jì)值，主要分為1971-2000年及1981-2010年兩個(gè)時(shí)段（各30年）的累年觀測(cè)資料。以國(guó)家基本（基準(zhǔn)）氣象站為主，建立累年歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊，顯示累年某站16象限風(fēng)向玫瑰圖，如圖2所示。

（2）建站開始至任意時(shí)間或指定時(shí)間段內(nèi)單站觀測(cè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)。主要采用HTML結(jié)合HightChart圖表的方式實(shí)現(xiàn)。

4.2 臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)模塊

通過對(duì)臺(tái)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)可輸出各月臺(tái)風(fēng)影響統(tǒng)計(jì)表（1949年起，統(tǒng)計(jì)時(shí)間可選擇），包括5～12月影響臺(tái)風(fēng)（指對(duì)選定區(qū)域產(chǎn)生影響的臺(tái)風(fēng)）的次數(shù)及頻率，以及登陸臺(tái)風(fēng)（指在選定區(qū)域內(nèi)登陸的臺(tái)風(fēng)）的次數(shù)及頻率，繪制多年影響臺(tái)風(fēng)及登陸臺(tái)風(fēng)數(shù)量圖。根據(jù)臺(tái)風(fēng)編號(hào)搜索臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)表，查詢與導(dǎo)出相關(guān)臺(tái)風(fēng)文字描述信息，包括登陸時(shí)間、影響范圍、造成災(zāi)害等，并顯示某臺(tái)風(fēng)期間（選擇日期）全省自動(dòng)站點(diǎn)最大風(fēng)速與極大風(fēng)速分布特征圖。該模塊主要采用HTML結(jié)合HightChart圖表導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)。

4.3 大風(fēng)模塊分析

50年一遇及百年一遇氣象站最大風(fēng)速計(jì)算選用耿貝爾極值分布法，計(jì)算氣象站50年或百年一遇最大風(fēng)速值，并顯示最大風(fēng)速擬合圖像，如圖3如示。

通過輸入經(jīng)緯度，選定需要計(jì)算最大風(fēng)速的區(qū)域范圍，將輸出指定區(qū)域氣象站點(diǎn)10m高度50年一遇最大風(fēng)速分布，也可顯示該區(qū)域?qū)崪y(cè)氣象站點(diǎn)最大風(fēng)速與極大風(fēng)速值分布圖。

4.4 定制服務(wù)類統(tǒng)計(jì)模塊分析

依據(jù)需求與測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)在平臺(tái)上輸入風(fēng)參數(shù)，選擇任意時(shí)段，可顯示觀測(cè)期間測(cè)風(fēng)點(diǎn)的微觀風(fēng)況，主要內(nèi)容包括：①測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)期間年風(fēng)況及月風(fēng)況統(tǒng)計(jì)；②風(fēng)切變推算；③測(cè)風(fēng)塔風(fēng)能資源評(píng)估模塊相關(guān)內(nèi)容添加。通過訪問解析數(shù)據(jù)服務(wù)接口，對(duì)定制服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并返回統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

5 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

5.1 數(shù)據(jù)訪問模塊實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)訪問模塊主要采用Spring Boot整合mybatis的方式加以實(shí)現(xiàn)。主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：①在Pom.xml加載MySQL和Spring Boot相關(guān)依賴庫(kù)；②配置整合mybatis的配置文件、mybatis掃描別名基本包與數(shù)據(jù)源等信息。mybatis數(shù)據(jù)庫(kù)配置文件如下：

application.properties

spring.datasource.url=jdbc：mysql：//數(shù)據(jù)庫(kù)IP：3306/數(shù)據(jù)名稱？useUnicode=true&characterEncoding=utf8& useSSL=false

spring.datasource.username=用戶名

spring.datasource.password=密碼

mybatis.config-location=classpath：mybatis-config.xml

mybatis-config.xml主要配置如下：

mybatis-config.xml

<！—啟動(dòng)全局所有映射器配置緩存-->

<！--設(shè)置超時(shí)時(shí)間-->

<！--開啟自動(dòng)駝峰命名規(guī)則映射-->

<！-- 支持自動(dòng)生成主鍵 -->

在數(shù)據(jù)訪問層DAO接口類上方增加@Mapper注解標(biāo)注，定義一個(gè)MyBatis的DAO接口類，因?yàn)镸yBatis會(huì)掃描由@Mapper注解標(biāo)注的類，并對(duì)里面的@INSERT、@SELECT等注解進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)代理類。

5.2 數(shù)據(jù)服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的數(shù)據(jù)服務(wù)接口返回格式是 application/json，其提供了兩種實(shí)現(xiàn)方式：類注解和方法注解。類注解采用@RestController，方法注解采用 @ResponseBody，請(qǐng)示方式采用@RequestMapping支持任意請(qǐng)求方式。查詢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)采用GET方式@GetMapping請(qǐng)求數(shù)據(jù)，以及POST方式@PostMapping提交數(shù)據(jù)，并采用DELETE方式@DeleteMapping刪除數(shù)據(jù)，以及PUT方式@PutMapping修改數(shù)據(jù)，同時(shí)采用@RequestParam和@PathVariable提供參數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)服務(wù)接口例子JAVA

@RestController

@RequestMapping（“/api”）

public class WindParamsController {

@Autowired

private WindParamsService windParamsService；

@GetMapping（“/getWindParamsByRegion”）

public ReturnObj getWindParamsByRegion （@RequestParam （ name=“regonid”） Integer regionid ） {

return windParamsService.getWindParamsByRegion （ regionid）；

}

@PostMapping（“/setWindParams”）

public ReturnObj setWindParams（@RequestBody List （WindParam） windParamList） {

return windParamsService.setWindParams （windParamList）；

}

//其它接口

}

5.3 前端表現(xiàn)

平臺(tái)前端采用HTML5、CSS、Javascript和Highchart進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，提供了常規(guī)統(tǒng)計(jì)、臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)、大風(fēng)統(tǒng)計(jì)、定制服務(wù)統(tǒng)計(jì)與用戶管理5個(gè)模塊。

前端采用MVC三層設(shè)計(jì)模式，分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。數(shù)據(jù)層主要與Spring Boot數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行交互，平臺(tái)所有數(shù)據(jù)由該層提供，可進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、重組與封裝等操作，是前端的基礎(chǔ)；業(yè)務(wù)邏輯層主要根據(jù)表示層提交的業(yè)務(wù)操作，與數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互；表示層為用戶提供直觀、快捷的圖表、文字等操作功能，用戶管理為用戶提供角色、權(quán)限等基礎(chǔ)安全管理服務(wù)，不同用戶可以訪問不同菜單。

將基于Spring Boot框架的風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)中，具有高效的數(shù)據(jù)查詢性能，以及高擴(kuò)展性與友好的前端界面，因此有著較高的應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語

本文介紹了Spring Boot框架的概念與特征，以及基于Spring Boot框架的浙江省氣象風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)各功能模塊設(shè)計(jì)，最后介紹了具體實(shí)現(xiàn)方法。可見，在實(shí)際業(yè)務(wù)中，Spring Boot框架的應(yīng)用為氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了一種新的建設(shè)思路與手段，提高了現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的服務(wù)能力。

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（責(zé)任編輯：黃 健）