畢節市氣象災害監測預警系統的設計與實現

龔雪鵬，郭 江，胡 偉，羅 淼，肖 蕭

(貴州省畢節市氣象局，畢節 551700)

0 引言

畢節市地處貴州省西北部，位于青藏高原東南側、云貴高原東斜坡上，是貴州省冰雹、暴雨和雷電等災害性天氣的主要發源地。近年來，全市氣象部門堅持“防災減災、氣象先行”的工作理念，推進綜合觀測體系和氣象信息化支撐能力建設，極大提升了畢節市及周邊地區的災害性天氣預警預報能力[1-3]。

為了進一步加強氣象災害監測和預警信息發布能力建設，文章基于全國綜合氣象信息共享系統(CIMISS)統一數據環境，構建了畢節市氣象災害監測預警系統[4-6]。該系統投入業務試運行以來，已成為畢節市氣象部門監測災害性天氣、提高預警預報能力、服務社會和重點工程建設的重要支撐。

1 總體框架設計

畢節市集約可視化氣象防災減災系統通過對多源異構數據融合，實現了跨行業、跨部門、跨系統的防災減災數據接入、融合和存儲。

該系統實現了氣象防災減災數據匯聚、分布式存儲、高效計算、可視化分析和智能服務，充分發揮了氣象服務能力在氣象災害整體防御體系中的作用，并與貴州省氣象信息共享平臺進行對接。

2 系統功能設計

該系統可為畢節市重大天氣氣象服務提供支撐和保障，通過建設氣象信息綜合數據庫，達到氣象災害報警提示閾值智能化配置及自動化監測的目的，從而實現災害監測自動化預警及提供精準化指揮調度；同時實現氣象服務的可視化和多元化，市、縣級用戶協同銜接，做到工作任務分流進行[7，8]。

該系統功能設計主要包含“三個叫應”、實時監測、預警預報、產品服務、資料查詢和用戶管理等模塊，各功能模塊代碼結構相對獨立。

2.1 多源異構綜合數據庫

多源異構綜合數據庫所包含的行業數據融合了1210個地災隱患點、401條河流、176個水庫、16個旅游景區、379所學校以及高速、國道、省道等地標和路段；并融合了地面觀測、氣象雷達、衛星云圖和數值預報等氣象數據。多源異構氣象數據融合如圖1所示。

圖1 多源異構氣象數據融合

2.2 基于規則的氣象災害預警模型

以任務驅動動態計算，定時檢測，建設的規則庫包含10多種災害類型(暴雨、雷電、冰雹、大風、大霧、高溫、凝凍等)，70余條監測規則，6類監測點(河流、水庫、道路、景區、學校、地災隱患點)。

2.3 協同指揮調度系統

市、縣兩級氣象部門分工協作，構建一個跨層級、跨部門的工作紐帶平臺，增加消息推送功能，指導縣級開展輔助叫應。氣象、地理和人員等數據智能關聯，實現精準、統一的指揮調度。該子系統業務流程如圖2所示。

圖2 多部門協同指揮調度業務流程

2.4 基于物聯網的“三個叫應”呼叫中心

基于IVR技術實現應用系統和終端之間的通信，構建1市+多縣的兩級呼叫中心平臺，實現電話撥打、語音播報和錄音留痕等功能，提高工作效率。該子系統功能設計如圖3所示。

圖3 “三個叫應”呼叫中心業務流程

2.5 氣象資料集約化檢索

實現對氣溫、降水、風、相對濕度和日照等氣象要素按照逐時、逐日、逐旬、逐月、逐年進行統計檢索，同時與常年均值進行差值和百分率比較，實現歷史數據統計分析，自動化生成色斑圖及統計圖；實現多條件綜合檢索資料數據，支持GIS疊加顯示。該子系統功能模塊結構如圖4所示。

圖4 集約化檢索子系統功能結構

2.6 預警預報和產品服務

結合數值模式省級格點訂正產品進行單點預報和全景預報以及各類決策服務、指數產品展示等，實現畢節市氣象服務產品的匯交展示[9]。

3 系統關鍵技術

3.1 分布式數據存儲技術

分布式數據存儲技術支持多種數據存儲方式，結構化數據存儲在MySQL、SQL Server和Oracle等關系型數據庫中；采用分布式NoSQL數據庫作為非事務型數據訪問業務的存儲載體，為查詢、分析、計算提供數據存儲支持，以文本和圖片的形式存在的非結構化數據采用基于HDFS與WeedFS分布式文件系統架構實現對海量文件類型數據高速存取。

3.2 大數據技術

大數據技術選用基于Hadoop框架的大數據應用環境，通過配置方式實現數據接入、通過數據清洗庫實現數據加工處理、通過算法服務調用實現海量(PB級)數據的檢索和分析，如距平、相關分析等應用場景。

3.3 IVR呼叫中心技術

IVR(Interactive Voice Response)，即交互式語音應答，可實現應用系統與終端之間的通信。在“三個叫應”子系統中，通過對叫應聯系人管理、叫應規則等功能模塊進行配置，實現氣象災害的智能報警功能，服務可記錄、可追蹤、可查詢，同時解決了人工撥號易出錯的問題，提高了工作效率。

3.4 氣象災害閾值的動態配置技術

氣象災害閾值種類多且復雜，通過對閾值進行本地化歸類梳理，使其能夠適應不同時間、不同空間的氣候背景，實現自動化監測預警功能。

4 結束語

畢節市洪澇、干旱、冰雹、低溫冷凍、滑坡和巖體崩塌等自然災害頻繁發生，給人民的生命財產安全帶來了嚴重損失。因此，以推進氣象現代化建設為主線，強化氣象監測預報預警能力建設，提高防災減災的服務能力，已成為全市氣象部門的一項重要任務。

畢節市氣象災害監測預警系統的建設，有力地支撐了氣象防災減災建設，創新形成了氣象數據新應用，提高了氣象大數據價值，推動了智慧氣象建設，顯著提升了全市氣象部門的防災減災服務能力，對降低氣象災害帶來的生命財產損失，推動地方經濟建設發揮了重要作用。