河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺設計

摘 要： 河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺的目標是建立一套覆蓋全省，集數(shù)據(jù)收集與分發(fā)、觀測資料產(chǎn)品生成、資料存儲管理、共享服務于一體的氣象信息共享業(yè)務系統(tǒng)。該平臺實現(xiàn)氣象觀測資料顯示和共享自動化、集約化和圖形化，以直觀、形象的圖形文字的方式在網(wǎng)絡上發(fā)布產(chǎn)品，便于省、市、縣三級氣象部門及相關(guān)行業(yè)用戶共享氣象信息。這里主要從平臺結(jié)構(gòu)設計，平臺實現(xiàn)的功能，以及平臺建設中核心技術(shù)的實現(xiàn)等方面介紹河北省綜合氣象觀測共享顯示平臺建設情況。

關(guān)鍵字： 綜合氣象觀測資料； 信息共享； 業(yè)務系統(tǒng)； 顯示平臺

中圖分類號： TN925?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0112?03

Design of display platform for comprehensive meteorological observation

data sharing in Hebei province

WU Yan?ping1， DONG Bao?hua1， ZHANG Wen?long2， SHI Jian?guo1， ZHU Dong?mei1， ZHANG Jun1

（1.Hebei Province Meteorological Information Center， Shijiazhuang 050021， China；

2. Beijing Institute of Urban Meteorology， Chinese Meteorological Administration， Beijing 100089， China）

Abstract： The target of display platform for the comprehensive meteorological observation data sharing is to establish an integrated meteorological information sharing business system for data collection and distribution， observational data generation， data storage management and shared services， which will cover over the whole Hebei province. The platform can realize the meteorological observation data display， sharing automation， intensification and graphics， and issue the products in intuitive and visual graphical text way in network， so as to make the meteorological departments in provincial， municipal and county levels and the related industrial users share the data easy. The construction status of display platform for the integrated meteorological observations sharing in Hebei province is introduced in the aspects of platform structure design， platform function implementation and core technologies during the platform construction.

Keywords： comprehensive meteorological observation data； information sharing； operation system； display platform

0 引 言

隨著現(xiàn)代化建設的不斷深入，氣象業(yè)務快速發(fā)展，服務需求不斷提高，氣象探測資料種類和數(shù)量日益增加，各級氣象業(yè)務人員對各種氣象探測數(shù)據(jù)的共享與組織提出了更加細致的要求。通過建立一個統(tǒng)一的綜合氣象觀測資料顯示平臺，將河北本地及周邊區(qū)域的各類氣象觀測數(shù)據(jù)以圖形化方式進行展示，便于預報服務人員應用，同時滿足其他人員訪問氣象數(shù)據(jù)的需求。

1 平臺結(jié)構(gòu)設計

河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺的系統(tǒng)架構(gòu)采用B/S（瀏覽器/服務器）結(jié)構(gòu)，用戶通過瀏覽器在頁面上提出請求給服務器，服務器根據(jù)用戶請求將數(shù)據(jù)內(nèi)容從服務器中獲得，然后形成用戶請求的頁面通過瀏覽器展示給用戶。

復雜的圖形顯示由后臺程序生成靜態(tài)圖片來完成，以提高頁面的訪問速度；簡單的圖形，表格顯示由Web 中的控件完成；部分極值統(tǒng)計功能由后臺程序和數(shù)據(jù)庫完成，Web頁面不作處理。整個顯示子系統(tǒng)采用胖服務器?瘦客戶端的方式。

數(shù)據(jù)處理采用目錄監(jiān)控和定時作業(yè)相結(jié)合的方式，以滿足不同觀測資料的時效要求。數(shù)據(jù)存儲采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式，對于那些序列化較好，便于使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行存儲；而對于那些文件較大且不適合于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)將采用文件庫進行管理。對所有數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一標準的元數(shù)據(jù)，以便檢索和使用。

河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺的欄目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平臺包含的主要資料類型有常規(guī)氣象資料、多普勒雷達資料、衛(wèi)星云圖資料、特種觀測資料等。常規(guī)氣象資料包含天氣圖、重要天氣圖、自動站（含區(qū)域站）、旬月報等；多普勒雷達資料包括石家莊、張家口、承德、滄州、秦皇島等5部雷達回波產(chǎn)品以及華北雷達拼圖產(chǎn)品；衛(wèi)星云圖資料包括FY2D、FY2E、FY2F雙星、極軌衛(wèi)星等實時及歷史云圖產(chǎn)品；特種觀測資料主要包括GPS/MET產(chǎn)品、大氣環(huán)境監(jiān)測、風廓線雷達產(chǎn)品、閃電定位、土壤水分、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、風能、大浮標、小氣候站、降雪加密觀測數(shù)據(jù)、沙塵暴、PM2.5等；數(shù)據(jù)服務主要提供各種原始觀測資料的元數(shù)據(jù)發(fā)布、觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和下載功能，滿足用戶對原始觀測資料的使用需求。

2 平臺功能設計

河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺是集觀測資料收集分發(fā)和數(shù)據(jù)服務于一體的統(tǒng)一平臺，其主要功能有：

2.1 數(shù)據(jù)收集與分發(fā)

對于元數(shù)據(jù)，首先是數(shù)據(jù)收集與加工，分目錄儲存各類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集程序主動收集接收到的各類數(shù)據(jù)文件，并將收集到的數(shù)據(jù)信息情況記錄到運行日志庫中；對于需要入庫的數(shù)據(jù)，將符合條件的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容進行分解，實時存儲到數(shù)據(jù)庫中的相應表中，以供頁面顯示調(diào)用。數(shù)據(jù)處理子模塊由若干個子程序模塊組成，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的分解入庫；對于文件存儲的數(shù)據(jù)，按顯示要求，按一定的規(guī)則處理后存儲到相應目錄。

2.2 觀測資料產(chǎn)品生成

平臺綜合考慮響應速度以及應用便利性，對于觀測資料進行圖形處理，包括以下兩方面：

（1） 非實時靜態(tài)圖形處理：根據(jù)用戶需求以及不同數(shù)據(jù)類型在后臺定期加工色斑圖、等值線圖、雷達拼圖等不同形式的圖形，供Web頁面顯示調(diào)用，提高平臺響應速度。

（2） 實時圖形處理：自動站的顯示，根據(jù)用戶查詢條件實時動態(tài)生成相關(guān)圖形，方便用戶使用；其余數(shù)據(jù)類型需要的簡單圖形，比如折線圖、柱狀圖等由Web控件實時動態(tài)生成。

2.3 氣象觀測資料存儲管理

制定全省氣象觀測資料存儲管理規(guī)范，設計并實現(xiàn)集觀測資料收集、存檔和檢索為一體的觀測資料存儲管理系統(tǒng)。依托大容量網(wǎng)絡集中存儲設備，將全省觀測資料統(tǒng)一集中存儲，并提供給各單位檢索調(diào)用。據(jù)測算，原始觀測資料有13個大類之多，觀測資料最小頻度為5 min，每天文件數(shù)量為24萬個左右，數(shù)據(jù)量達到50 GB。資料存儲管理流程如圖2所示。

圖2 氣象觀測資料存儲管理流程圖

2.4 實況資料和歷史資料查詢

更新程序自動檢索最新的實況資料，包含常規(guī)資料、雷達、衛(wèi)星云圖、特種資料等十幾種資料，并與站點信息相結(jié)合在網(wǎng)頁進行動態(tài)標注。歷史資料可以通過日、旬、月、年進行所有要素資料查詢。通過查看實況資料和歷史資料，對決策和預報服務起著至關(guān)重要的作用。

2.5 氣象探測數(shù)據(jù)共享服務

綜合信息平臺作為數(shù)據(jù)中心，負責承擔全省氣象數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品的收集、加工處理、存儲、建立綜合氣象數(shù)據(jù)庫，研究與應用最新數(shù)據(jù)處理技術(shù)；加工和開發(fā)各類氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品；形成各類便于應用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。根據(jù)不同用戶需求，向全省各類用戶提供各類氣象數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品的共享服務。

3 核心實現(xiàn)技術(shù)

氣象信息共享平臺是一個綜合業(yè)務系統(tǒng)，作為新一代氣象信息管理系統(tǒng)，平臺體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)非常復雜，其中數(shù)據(jù)資源是氣象信息共享平臺的核心，同時，所有元素和系統(tǒng)均需要集成在統(tǒng)一平臺框架內(nèi)并且為用戶提供全局數(shù)據(jù)導航和獲取接口，因此，構(gòu)建綜合氣象信息共享平臺須采用數(shù)據(jù)采集、處理、頁面開發(fā)、數(shù)據(jù)文件監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫管理等多種技術(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)的收集與處理

對數(shù)據(jù)的采集和處理，采用Linux下基于Inotify機制消息驅(qū)動的目錄監(jiān)控來完成?；谙Ⅱ?qū)動的數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、收集、處理與分發(fā)子系統(tǒng)， 明顯地降低了服務器負載， 增強了系統(tǒng)的實時處理能力。該子系統(tǒng)是在Linux系統(tǒng)上， 利用Inotify機制實現(xiàn)的。它的主要特點是 不僅可以監(jiān)視文件， 還可以監(jiān)視目錄； 使用系統(tǒng)調(diào)用通知文件系統(tǒng)的變化事件； 由于使用文件描述符作為接口，因而可以使用通常的文件I/O操作來監(jiān)視文件系統(tǒng)的變化； 如果被監(jiān)視目標在可移動介質(zhì)上，在umount該介質(zhì)上的文件系統(tǒng)后，被監(jiān)視目標對應的watch將被自動刪除， 并且會產(chǎn)生一個umount事件。

利用Pyinotify技術(shù)對一組用戶定義的探測數(shù)據(jù)目錄在后臺進行監(jiān)視， 當有新的探測數(shù)據(jù)到達時，Pyinotify自動生成文件系統(tǒng)變化通知消息， 系統(tǒng)調(diào)用相應的數(shù)據(jù)處理進程對探測數(shù)據(jù)進行處理和分發(fā)。系統(tǒng)不需要定期掃描磁盤， 有效地降低了服務器負載， 提高了數(shù)據(jù)處理效率。

3.2 Web頁面的開發(fā)技術(shù)

氣象信息共享平臺頁面的開發(fā)，改變了傳統(tǒng)的table模式，所有頁面均采用CSS+DIV來實現(xiàn)。簡單地說，DIV用于搭建網(wǎng)站結(jié)構(gòu)（框架），CSS用于創(chuàng)建網(wǎng)站表現(xiàn)（樣式/美化），實質(zhì)即使用XHTML對網(wǎng)站進行標準化重構(gòu)，使用CSS將表現(xiàn)與內(nèi)容分離，便于網(wǎng)站維護，簡化HTML頁面代碼。

3.3 數(shù)據(jù)文件監(jiān)控

主要利用目錄監(jiān)控程序，在對數(shù)據(jù)處理的同時，添加對數(shù)據(jù)文件的監(jiān)控信息處理和入庫，包括日志分析，跟蹤執(zhí)行等方法，在Web頁面上提供各類數(shù)據(jù)文件達到狀況、站點缺失等信息。

3.4 數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫管理采用Oracle 11G +RAC技術(shù)。數(shù)據(jù)庫分為元數(shù)據(jù)庫、實時要素庫、文件監(jiān)控庫。擴展和優(yōu)化現(xiàn)有的基于探測數(shù)據(jù)的實時庫，包含元數(shù)據(jù)庫、氣象要素統(tǒng)計信息庫等。通過性能調(diào)優(yōu)來提高數(shù)據(jù)庫的性能。數(shù)據(jù)庫設計包括邏輯數(shù)據(jù)庫架構(gòu)（如表和約束）和物理特性（如磁盤系統(tǒng)、對象位置和索引）。查詢優(yōu)化和后臺應用程序設計（包括事務邊界、鎖定和批處理）的使用，顯著提高其性能。

4 結(jié) 語

河北省綜合氣象觀測資料共享顯示平臺的設計開發(fā)，統(tǒng)籌考慮全省各級氣象部門的業(yè)務需求，采用先進的技術(shù)。建成后的綜合氣象信息觀測資料共享平臺，為廣大用戶提供信息資源共享應用，對分散信息資源實施整合集成，方便快捷地為專業(yè)人員提供各種氣象產(chǎn)品，滿足日益發(fā)展各類氣象業(yè)務需求。

參考文獻

[1] 尤鳳春，史印山，郭麗霞.河北省山區(qū)地質(zhì)災害氣象預警系統(tǒng)[J].氣象科技，2008，36（6）：818?821.

[2] 李雁，李峰，趙志強，等.中國區(qū)域自動氣象站運行監(jiān)控系統(tǒng)建設[J].氣象科技，2013，41（2）：231?235.

[3] 裴翀，宋連春，吳可軍，等.我國綜合氣象觀測運行監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐[J].氣象，2011，37（2）：213?218.

[4] 吳昊旻，姜燕敏.麗水市氣象信息共享平臺設計與實現(xiàn)[J].氣象科技，2010，38（3）：357?362.

[5] 李集明，沈文海，王國復.氣象信息共享平臺及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].應用氣象學報，2006，17（5）：43?45.

[6] 涂平，李桂平，陳楠.區(qū)域政務信息資源共享服務平臺設計與實現(xiàn)[J].福州大學學報，2008，36（6）：819?824.

[7] 程建華，栗婕，陳玉龍.政務信息資源交換體系的統(tǒng)一平臺設計[J].計算機應用研究，2007，26（6）：227?230.

[8] 孟昭林，李雁，陳挺，等.綜合氣象觀測系統(tǒng)業(yè)務運行綜合評估技術(shù)研究[J].氣象，2011，37（2）：219?225.

[9] 劉昊鈺，馬強，常飆，等.國家級氣象資料存儲檢索系統(tǒng)監(jiān)視分系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].應用氣象學報，2007，18（20）：251?256.

[10] 楊曉武，黃興友，徐平.加密自動站實時監(jiān)測與查詢顯示系統(tǒng)[J].氣象科技，2008，36（4）：506?509.