基于物聯網的海洋牧場智慧氣象APP初步設計

翟少婧

（龍口市氣象局，山東龍口 265700）

海洋牧場是指在某個特定海域范圍內，采用系統性和規模化漁業設施管理體制，有計劃地投放人工魚礁，對藻、蝦、魚、貝、等海洋資源進行有目的和計劃性的海上放養，最終基于自然海洋生態環境形成大型人工海洋漁場，增加海洋漁業資源，提升漁業質量。海洋牧場改變了以往單純捕撈、設施養殖為主的漁業生產方場式，基本解決了局部污染和過度捕撈帶來的資源枯竭、近海養殖引起的病害加劇等問題，是海洋漁業生產方式的重大變革。近年來，由于全球氣候變暖、沿海經濟擴張等多種原因，魚類物種減少、漁業產量持續衰退等問題嚴重影響了海洋生態、漁業、旅游業的可持續發展。致力于海洋牧場的研究、開發和應用已成為主要海洋國家的戰略選擇，也是世界發達國家漁業發展的主攻方向之一[1-2]。

日本在20世紀70年代率先提出海洋牧場的構想，并作為國家事業“海洋牧場計劃”推進海洋牧場建設，每年大規模投入人工魚礁、藻礁等改善海域生態環境[3-4]。韓國于20世紀90年代中后期制定并實施了《韓國海洋牧場事業的長期發展計劃》，委托國家海洋研究院和國立水產科學院成立海洋牧場管理與發展中心，明確了海洋牧場計劃的施工和管理主體，也建立了一套專門的基金會和管理委員會班子[5-6]。美國于1968年正式提出了建設海洋牧場的計劃，并從1972年開始實施。據調查統計，建設人工魚礁后，海洋漁業資源是投放前的43倍，漁業產量每年增加500萬t[7-8]。近年來，我國經濟迅猛發展，技術研究不斷更新，作為海洋生態環境的核心技術，海洋牧場的建設理念呈現出了新的特點。然而其在技術研究和發展上還存在諸多不足，特別是相比于日本、韓國、美國等國家還處于落后階段。海洋牧場技術的發展任重道遠，距離“海上藍色糧倉”的建設要求還有一段路要走[9-10]。

習近平總書記視察山東省時作出重要指示：海洋牧場建設是發展趨勢，要大力發展海洋牧場，可以在山東省試點。山東省煙臺市作為全國重點漁區和優勢水產品主產區，擁有海洋面積大、海岸線長、海洋資源豐富、海洋牧場示范區多、海工裝備實力強等建設海洋牧場的獨特優勢。海洋牧場對海洋生態保護作用日益凸現，據中國海洋大學測算，煙臺市有6．7萬hm2海洋牧場，每年可吸收碳160萬t，相當于植樹造林6．7萬hm2。煙臺市近岸海域一類、二類海水質量保持在90%以上，優于其他沿海城市。基于海洋牧場的休閑海釣產業蓬勃發展，成為濱海旅游業的新亮點。海洋牧場的良性發展與氣象條件密不可分，其安全運營在很大程度上受到氣象條件、氣象災害及其衍生災害的影響和制約。如何讓海洋牧場方便、快捷、有效地獲得氣象服務信息，及時掌握海洋牧場的天氣情況，針對不利氣象因素提前采取措施，對于提高海洋牧場的安全性有著重要意義。

隨著通信技術的高速發展，智能手機逐漸普及，許多行業均實現了利用自媒體開展氣象服務、傳播氣象信息，但針對海洋牧場用戶群的智慧氣象服務APP尚沒有面世。本文從煙臺海洋牧場實際出發，根據海洋牧場對氣象服務實際需求，初步討論、設計了智慧氣象海洋牧場APP系統，可為地方海洋氣象防災減災提供參考。

1 系統構架

基于物聯網的海洋牧場智慧氣象APP系統是一種分布式系統，采用客戶端/服務器體系，主要由表示層、邏輯層和數據層3部分組成。

1.1 表示層表示層一般基于WAP、Web、J2ME、Zigbee等技術開發，支持安卓、蘋果等智能手機、平板電腦等便攜式終端系統。表示層主要包括天氣預報、天氣實況、天氣預警、海洋牧場、系統設置5個初始菜單，并擁有多個子菜單，用戶通過點擊不同的欄目能夠獲取不同的氣象服務產品。

1.2 邏輯層邏輯層包括Web服務器、GIS應用服務器、無線網關、移動定位網關等部分。Web服務器主要處理客戶端發出的有關HTTP的請求，調用公用業務處理邏輯組件對數據進行分析與處理，向客戶端提供響應”；Web應用服務器以多種中間件技術（COM，NET，J2EE）為基礎，包含底層的各種網絡資源細節，使開發者能將精力集中于目標系統的業務邏輯，從而簡化應用系統的開發和維護。GIS應用服務器處理Web服務器的請求，通過后端的空間數據庫管理系統獲取空間數據，對空間數據進行各種空間分析與處理，向Web服務器提供空間查詢服務響應。無線網關主要有SMS/MMS網關和WAP網關7，功能是提高移動設備的處理能力，把移動終端不能處理的功能放在無線網關上，WAP網關負責WAP與HTTP協議的轉換。移動定位網關是提供位置信息的網關，負責從無線網絡獲取實時的位置信息，實時響應并發送到Web/GIS應用服務器。

1.3 數據層數據層是存儲和管理相關氣象資料等空間位置和屬性數據的數據庫管理系統，是Web/GIS應用服務器響應客戶端HTTP請求、完成各種數據處理功能的數據源。

2 功能模塊

該款APP包含5個主菜單模塊，分別為天氣預報、氣象實況、天氣預警、海洋牧場和系統設置。其中，首頁顯示APP名稱、版權所屬氣象局、日歷信息、市/縣級常規三天天氣預報和市/縣級天氣預警信息。其他5個模塊功能及所含子菜單設計如下。

2.1 天氣預報該模塊包括未來1～7d的市縣級天氣預報。全國天氣提供未來24h全國各縣級以上城市的天氣預報。其子菜單分為4部分：鄉鎮預報、地市預報、山東預報、其他地區。其中，鄉鎮預報支持獲取位置后，提供臨近鄉鎮級別的天氣現象、高溫、低溫、風速、風向等預報，可調整位置獲取周邊鄉鎮預報；地市預報含各地市及各縣市區，采用列表或區域圖顯示；山東預報為除該地級市以外其他地市，采用列表或區域圖顯示；其他地區為外省地區，主要支持手動輸入獲取。該部分內容來自中國氣象數據網（http：//data．cma．cn）提供的相應鏈接。

2.2 氣象實況該模塊包括各類氣象監測實況數據，主要數據支持1km×1km顯示。子菜單分為天氣實況、衛星云圖、雷達終端、臺風路徑4部分。其中，天氣實況主要顯示區域自動站的氣象要素，包括氣溫、風速、風向、降水量等信息，可展示各站點溫度、降水、濕度等要素的24h曲線圖，并提供最長120h的降水量統計，部分地區還可提供能見度數據。衛星云圖主要提供水汽、紅外、可見光等，支持輪播顯示東亞地區，支持點擊查詢過去24h云圖資料。雷達終端為沿海各地多普勒氣象雷達，包括大連市、青島市、煙臺市等，支持輪播顯示實時監測，并支持點擊查詢過去12h的雷達回波圖。臺風路徑來源于中央氣象臺發布的臺風信息系統數據，可及時準確地提供最新的臺風實時信息、預報路徑。

2.3 天氣預警該模塊包括各類天氣預警，子菜單分為預警查詢、預警統計。其中，預警查詢為當前本地氣象預警信號和周邊地區氣象災害預警信號，支持地圖顯示；預警統計，支持按日期統計各種級別、類別的氣象預警信息，支持分類統計用戶對預警的查詢次數；支持顯示各類預警的用戶查看情況，包括誰已讀、誰未讀，列出用戶的姓名、手機、電話、所屬牧場等信息。判斷流程如圖1所示。

2.4 海洋牧場該模塊能夠提供海洋牧場的相關信息。子菜單分為海區概況、牧場實況、牧場管理3部分。其中，海區概況為海洋牧場所屬近海海區的天氣現象、高溫、低溫、風速、風向、浪高等預報；牧場實況為海洋牧場區域自動站或相鄰自動站插值生成的氣溫、風速、風向、浪高等。牧場管理為牧場管理者對牧場工作者進行氣象災害防御而開展的通知、統計功能。支持語音預警通知，需要接聽的工作者人數和信息，已經接聽的人數和信息，未接聽的數量和信息，未接聽的工作者會以列表的形式顯示，并顯示姓名、聯系電話等。

2.5 系統管理管理人員借助該模塊能夠管理各級用戶。子菜單包括個人設置、集團用戶管理和下屬管理，主要供集團性用戶對海洋牧場工作人員進行預警和工作管理。

圖1 災害性天氣預警設計技術路線

3 結語

基于物聯網的海陽牧場智慧氣象APP初步設計，在基本滿足本地化海洋氣象服務需求的同時，也豐富了氣象服務手段，拓寬了氣象服務渠道，提升了服務效率，是氣象服務在智能化和信息化領域的有效探索。未來將繼續跟進研究，主要是具體技術路線的設計和實施，以及對信息網絡新技術的應用。