基于眾包模式的氣象裝備社會化保障云平臺①

李建明，劉 宇，張 婷，韓 磊，潘永忠

1(河北省氣象技術裝備中心，石家莊 050021)

2(北京我去修科技有限公司，北京 100000)

1 引言

近年來氣象事業(yè)迅速發(fā)展，且其在我國經濟社會發(fā)展中的地位和作用日益重要.綜合氣象觀測系統(tǒng)是氣象事業(yè)的基礎業(yè)務，與“十一五”時期相比，氣象衛(wèi)星實現多星在軌和組網觀測，181 部新一代天氣雷達組網運行，國家級地面觀測站基本實現觀測自動化，特別是區(qū)域自動氣象站鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率從85%提高到 96%[1].截至2016年6月，全國國家級地面氣象觀測站和無人自動站的站點共計3148 站，區(qū)域級自動氣象站的站網規(guī)模已超過57 000 站，土壤水分等農業(yè)服務觀測站點近3000 站[2]，區(qū)域自動氣象站的建設大大提高了氣象監(jiān)測的時空密度，在短時臨近預報、山洪、地質災害預警服務中發(fā)揮著重要作用.然而，站點數量多、分布區(qū)域廣、保障人員和經費的不足以及數據質量要求高的矛盾日顯突出.

氣象裝備社會化保障在各省市的試點推廣也已摸索出了相對成熟的運行模式[3].其中，眾包(Crowdsourcing)作為氣象保障的一個重要表現形式，是指一個公司或機構將過去由員工執(zhí)行的工作任務以自由、自愿的形式外包給非特定的(通常是大型的) 大眾網絡，是一種實現開放式創(chuàng)新的有效途徑.隨著“互聯網+”的提出，互聯網、云技術、大數據將作為核心力量在整個社會各個領域迅速發(fā)展起來[4].以嘀嘀、優(yōu)步等互聯網+典型眾包應用的成功模式為藍本，基于“互聯網+”的氣象裝備社會化保障應用平臺以保障各氣象裝備業(yè)務需求為前提，基于裝備保障“監(jiān)、修、檢、供、訓”等分布式數據源傳統(tǒng)業(yè)務模式，設計高集成綜合應用平臺.動員和發(fā)揮社會力量，建立一種基于眾包模式的氣象裝備社會化保障模式，是實現氣象站網保障快速、節(jié)約經費、穩(wěn)定運行的重要手段.

2 私有云計算服務層次參考模型

私有云計算服務層次參考模型由面向軟件的軟件即服務(Software as a Service，SaaS)、面向平臺的平臺即服務(Platform as a Service，PaaS)以及面向底層硬件的設施即服務(Infrastructure as a Service，IaaS) 3 個部分構成[5]，見圖1所示.其中SaaS 是一種以互聯網為基礎，提供軟件服務的模式.特征是供應商負責在云端安裝和操作應用軟件，用戶以“按需使用、按量計費”的方式訪問使用；PaaS 是一個軟硬件集成平臺，用戶在平臺上直接創(chuàng)建、測試和部署應用服務；IaaS 是以物理或虛擬機的形式，提供計算、存儲、處理、網絡資源，是云計算模型的重要基礎[6].

3 眾包模式的氣象裝備保障平臺

該平臺通過專用鏈路連接并采取推送或請求的機制完成用戶私有云和天識私有云上的數據交換.這種平臺架構設計在完成社會化人員管理的同時，也保證了用戶數據的安全性.

3.1 眾包分工

眾包模式的氣象裝備保障平臺運行由屬地氣象局、社會化保障人員及“我去修”技術團隊聯合組成.分工如下：

屬地氣象局安裝部署“我去修”管理端，站網運行監(jiān)控，發(fā)布站點故障信息.協(xié)助“我去修”培訓和考核保障人員.備品、備件購置和倉儲.社會化保障人員安裝“我去修”APP 客戶端，接收和執(zhí)行維護、維修任務，主動上報站點故障信息.“我去修”運營團隊接收氣象局和社會化保障人員報障信息，協(xié)助氣象局進行站網運行監(jiān)控，負責項目運行調度和指揮，協(xié)調用戶關系，對社會化保障人員進行管理、考核并完成工資結算.

圖1 私有云計算層次參考模型

3.2 平臺結構

本平臺采用的私有云通過虛擬化軟件對物理設備：服務器、網絡設備、存儲設備的虛擬化使其成為虛機化的設備[7]；通過接口將虛擬化設備整合為資源池進行統(tǒng)一管理，包括監(jiān)控、分析、資源的自動調度等任務.接入負載均衡、中間件應用、大數據分析等應用實現各業(yè)務的底層應用服務，上層的設計由業(yè)務系統(tǒng)根據業(yè)務需求安裝以實現對外應用服務.

平臺架構圖如圖2所示，天識私有云是保障供給端，氣象內網是保障需求端，二者之間通過推送和請求交易的安全機制實現數據交換.

天識私有云擁有金融級別的網絡安全措施.供端的管理功能均是圍繞保障業(yè)務的實際需要設計的，并且非常便于拓展[8].保障人員的私人信息受到嚴密保護，同時通過支付寶、微信、銀行與社會化人員完成結算.需求端可部署在用戶私有云、內網或其他服務器集群上.其功能設計主要圍繞用戶的業(yè)務管理需要展開，并可隨用戶要求持續(xù)改進和拓展.用戶的數據作為私有資源自行管控，有助于厘清安全責任和免受數據涉密困擾.

圖2 氣象裝備社會化保障平臺架構圖

3.3 功能設計

3.3.1 管理端

平臺管理端要實現的主要功能包括資產管理、流程管理、人員管理、績效管理等部分，各部分所實現的功能如圖3所示.

圖3 管理端功能

3.3.2 移動端功能

移動端APP 與管理端配合應包含現場維修過程跟蹤和監(jiān)控、實況及維修記錄上報、無法完成的維修事項上報、現場發(fā)現的疑似問題上報、站點殘缺基礎信息補充上報等操作.

3.3.3 微信功能

所謂基于微信，是指基于企業(yè)微信、微信公眾號和小程序的開發(fā).小程序是騰訊推出不久、廣受關注和好評的全新開源工具[9].考慮到氣象裝備保障業(yè)務，其表現形式主要體現為信息查詢與交互，數據量和計算量不特別大，邏輯關系清晰，非常適合用微信小程序實現既定功能.微信端主要包括在線注冊、在線培訓、在線簽約、在線客服、遠程指導等功能.

3.4 平臺工作流程

基于眾包模式的氣象裝備保障平臺采用互聯網+的思想，提供創(chuàng)新型的社會化保障服務形式.氣象局通過站網運行監(jiān)控發(fā)現故障后，通過APP 和400 電話報障的方式通知該平臺，然后指揮調度中心通過故障分析在方案庫中選擇合適的解決方案，然后安排社會化保障人員在指定地點獲取備件，并在約定時間內趕赴現場，排除故障.

3.4.1 運行監(jiān)控與呈現

以地圖和時序圖兩種呈現方式提供站網運行監(jiān)控信息[10].其中地圖界面中點擊故障臺站可以跳轉到臺站監(jiān)控頁面，該頁面向用戶展示包括臺站設備當前監(jiān)控狀態(tài)、系統(tǒng)本地緩存的歷史監(jiān)控狀態(tài)以及臺站時序圖等相關信息.時序圖用于將某一時段內各觀測時刻的臺站狀態(tài)以圖形點的形式清晰直觀的展現出來，使用戶可以看出某一時段內臺站整體運行概況，點擊某個時序點則可以在設備部件狀態(tài)圖中查看該時刻臺站的報警部件信息.

3.4.2 故障判斷、推送與告警

自動站監(jiān)控數據等都是出自探測設備自己，由各自路由經信息中心集中后被提取到探測中心.把ASOM 系統(tǒng)[11]后臺監(jiān)控的雷達、自動站的狀態(tài)參數告警、業(yè)務監(jiān)控數據告警、數據質量告警通過手機APP 實時推送到該設備所管轄的技術保障人員手中及保障管理人員手中滿足快速發(fā)現故障的目的.最終通過該平臺對維護維修保障技術人員進行科學評估及目標考核.

服務器定期將當前臺站的狀況(包括監(jiān)控狀態(tài)、維修維護停機等信息)進行整理推送給有效的手機端用戶，推送內容以模板形式定制到系統(tǒng)中，當故障發(fā)生時系統(tǒng)經過邏輯判斷選擇對應的模板并插入故障關鍵信息形成一條推送信息[12].設備狀態(tài)推送模塊按時間倒序展示臺站狀態(tài)消息列表，手機端用戶可以在設置界面設置是否接收以及接收哪些類型臺站的推送信息.

3.4.3 備件管理

將裝備保障相關的儀器、工具和備件，按照省、地、縣三級歸口管理[13].對備件流轉過程進行條碼識別，備件配比及其區(qū)域分布做出合理性分析，備件損耗與站齡或設備使用年限作對比.各級管理人員可對管轄范圍內的備件實時進行增刪改查操作，并可進行必要的統(tǒng)計分析.

3.4.4 專家移動在線支持

在線專家功能主要用于對一線保障人員提供及時有效的技術支撐，提升其獨立完成任務的能力，盡可能減少上級單位或相關專家長途奔襲趕赴現場排除故障的幾率.專家可以在辦公室、家里、出差途中都可以技術支持，只要有手機，有4G 信號就可以通過智能語音交互[14]，以自助的形式調取相關視頻、圖像或文字；與客服人員一對一在線交流；請求與專業(yè)人士在線互動，上述技術支撐都無法奏效的情況下，啟動疑難故障轉交流程，由系統(tǒng)調度其他技術人員直接介入.專家移動在線支持系統(tǒng)如圖4所示.

3.4.5 維護維修

維護維修以云端維護維修數據庫為基礎，實現對維護維修信息的推送、派單、結果審核等功能[15].當設備發(fā)生故障導致數據不能上傳或者懷疑數據有問題時，平臺對故障原因進行排查并通過更換部件使設備恢復正常運行.維修通常由氣象局經站網運行監(jiān)控發(fā)現故障并通知氣象裝備保障平臺，然后安排保障人員在指定地點獲取備件，并在約定時間內趕赴現場并排除故障.維修框圖如圖5所示.

圖4 專家移動在線支持系統(tǒng)

圖5 維修框圖

4 案例分析

四川省樂山地區(qū)屬于典型的盆周山區(qū)，70%屬于山區(qū)，20%是丘陵.全市250 個區(qū)域自動氣象站(以下簡稱“區(qū)域站”)分布在山區(qū)、丘陵的不同區(qū)域.這些區(qū)域站由各個縣氣象局負責維護，數量在20 至30 個，多的可達40 余個.

2015年，社會企業(yè)引進“我去修”現代維修平臺，運用網絡“眾包服務”模式，按照就近服務的優(yōu)先原則，建立獎勵機制，廣泛調動社會力量參與區(qū)域站維修.成功“接單”并完成任務的維修人員，可以根據完成任務的難易度(如維修路程、操作復雜度等)獲得積分，累計到一定值就可以向公司兌換獎勵.獎勵從政府向企業(yè)所付的維修費中抽取.目前，該維修平臺上針對樂山區(qū)域站維修的持證人員已達76 人，可以確保樂山地區(qū)的每個縣城都有成熟的維修人員，再加上企業(yè)自己組建的維修隊伍，可基本滿足維修需求.

這種維修模式，使得氣象部門對企業(yè)的需求從以往的僅需要配件維修，增加到進行區(qū)域站的日常維護.在政府大力支持下，各級財政投入的氣象事業(yè)經費穩(wěn)步增長，為事業(yè)發(fā)展提供了經費保障.

目前樂山市區(qū)域站運行狀況良好，資料傳輸率由96% 提高到99% 以上，數據可用性由84% 提高到98%以上，有效滿足了氣象業(yè)務服務需求.

5 結論

眾包模式的氣象裝備保障平臺促進了“互聯網+氣象裝備保障”的應用與發(fā)展，這種模式在四川、湖北、安徽、河南、遼寧、廣東、海南等落地，實現對區(qū)域站、山洪監(jiān)測站、旅游自動站、農業(yè)生態(tài)站等4000 多個站點的保障，完成了90%的日常維護維修任務，其響應速度快、維護質量高、保障成本低等優(yōu)點在很大程度上緩解了部門技術保障隊伍壓力，并根據當地特點制定相應的裝備維護維修方案、考核管理辦法、獎懲辦法、定期培訓學習等制度和措施.該方法為全國氣象探測保障社會化工作提供了新思路.