氣象數(shù)據(jù)服務(wù)在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)中的應(yīng)用

范振林，鄭寶鋒，吳 斌

(中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定071051)

野外地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)域往往人煙稀少，自然條件惡劣，特別是高海拔、偏遠(yuǎn)地區(qū)更是氣象多變，氣象災(zāi)害頻發(fā)，由氣象災(zāi)害引發(fā)的次生災(zāi)害種類多、突發(fā)性強(qiáng)、范圍廣、危害大，對野外地質(zhì)調(diào)查工作者的身體健康和生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[1]。

氣象數(shù)據(jù)是反映天氣的一組數(shù)據(jù)，雖然不能直接形成生產(chǎn)力，但在野外工作中是不可缺少的生產(chǎn)要素，是防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害的重要依據(jù)[2]。氣象服務(wù)工作不僅在重大災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)服務(wù)中效益顯著，而且在合理規(guī)劃工作部署方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。為此，本文對氣象數(shù)據(jù)獲取與存儲的關(guān)鍵技術(shù)、氣象數(shù)據(jù)的服務(wù)方式以及氣象數(shù)據(jù)在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，以為保障野外地質(zhì)調(diào)查工作者的身體健康和生命安全、降低野外地質(zhì)調(diào)查工作的風(fēng)險(xiǎn)提供技術(shù)支撐。

1 氣象數(shù)據(jù)獲取與存儲的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源

本研究所采用的氣象數(shù)據(jù)主要來自國家氣象局公共氣象服務(wù)中心。氣象數(shù)據(jù)覆蓋范圍以我國西北、西南地區(qū)氣象災(zāi)害多發(fā)地區(qū)為主，包括新疆、西藏、青海、云南、貴州、四川6省(自治區(qū))，共計(jì)608個(gè)縣級以上城市。氣象數(shù)據(jù)類型主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)、常規(guī)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和災(zāi)害性天氣預(yù)警數(shù)據(jù)3類，其觀測要素和觀測頻率見表1。

表1 氣象數(shù)據(jù)類型及其觀測要素和觀測頻率Table 1 Meteorological data types and the observation elements and frequency

1.2 氣象數(shù)據(jù)的獲取

通過Web服務(wù)接口以標(biāo)準(zhǔn)HTTP的GET請求方式來調(diào)用國家氣象局公共氣象服務(wù)中心的氣象數(shù)據(jù)，獲得JSON格式的數(shù)據(jù)結(jié)果[3-6]。各類型氣象數(shù)據(jù)提供的數(shù)據(jù)內(nèi)容分別如下：

(1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括當(dāng)前溫度、當(dāng)前濕度、當(dāng)前風(fēng)力、當(dāng)前風(fēng)向編號、當(dāng)前天氣現(xiàn)象編號、當(dāng)前累計(jì)降水量、實(shí)況發(fā)布時(shí)間等內(nèi)容。

(2) 常規(guī)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù):包括區(qū)域、城市英文名、城市中文名、城市所在市英文名、城市所在市中文名、城市所在省英文名、城市所在省中文名、城市所在國家英文名、城市所在國家中文名、城市級別、城市區(qū)號、郵編、經(jīng)度、緯度、海拔、雷達(dá)站號、預(yù)報(bào)發(fā)布時(shí)間、白天天氣現(xiàn)象編號、晚上天氣現(xiàn)象編號、白天天氣溫度(攝氏度)、晚上天氣溫度(攝氏度) 、白天風(fēng)向編號、晚上風(fēng)向編號、白天風(fēng)力編號、晚上風(fēng)力編號、日出日落時(shí)間(中間用“/”分隔)等內(nèi)容。

(3) 災(zāi)害性天氣預(yù)警數(shù)據(jù)：包括預(yù)警發(fā)布單位的省級名稱、預(yù)警發(fā)布單位的市級名稱、預(yù)警發(fā)布單位的縣級名稱、預(yù)警類別編號、預(yù)警類別名稱、預(yù)警級別編號、預(yù)警級別名稱、預(yù)警發(fā)布時(shí)間、預(yù)警發(fā)布內(nèi)容、預(yù)警頁面等內(nèi)容。

1.3 氣象數(shù)據(jù)的存儲

將所有通過Web服務(wù)接口獲取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后存儲到SQL SERVER數(shù)據(jù)庫中，并建立4張對應(yīng)獲取的氣象數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫表，分別為實(shí)況氣象數(shù)據(jù)表、預(yù)報(bào)氣象數(shù)據(jù)表、預(yù)警氣象數(shù)據(jù)表和行政區(qū)劃表；在此基礎(chǔ)上，再建立預(yù)警行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)表和預(yù)警分級統(tǒng)計(jì)表，用于存儲從時(shí)間、區(qū)域、預(yù)警類型等角度分析與統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)果[7-10]。

2 氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 氣象數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)

利用微軟IIS作為Web應(yīng)用服務(wù)器，選擇氣象GIS(MeteoGIS)作為地圖服務(wù)，使用WebAPI技術(shù)和C#語言進(jìn)行開發(fā);服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境為Windows 2008 Server平臺;在開發(fā)模式上采用基于B/S的數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、服務(wù)展示層的3層體系結(jié)構(gòu)。氣象數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)見圖1[11-15]。其中，數(shù)據(jù)傳輸層是通過氣象局服務(wù)中心的Web服務(wù)接口，將數(shù)據(jù)傳輸入氣象服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)服務(wù)層是將服務(wù)接口中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后存入氣象服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表進(jìn)行存儲，從而為氣象服務(wù)展示提供數(shù)據(jù)保障；服務(wù)展示層是通過Web瀏覽器和APP的形式實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的終端展示和應(yīng)用。

圖1 氣象數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of the meteorological data service

2.2 氣象數(shù)據(jù)服務(wù)方式

通過對氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)合我國當(dāng)前地質(zhì)調(diào)查野外生產(chǎn)工作模式和安全保障現(xiàn)狀，制定了針對氣象數(shù)據(jù)的文本服務(wù)、空間分析服務(wù)和APP應(yīng)用服務(wù)3種服務(wù)方式。

(1) 氣象數(shù)據(jù)的文本服務(wù)：即氣象數(shù)據(jù)分析圖表，主要是從行政區(qū)劃的角度對氣象災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，形成以統(tǒng)計(jì)圖表為主要內(nèi)容的分析文檔，統(tǒng)計(jì)圖表的數(shù)據(jù)來自于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)表，根據(jù)該表進(jìn)行行政區(qū)劃(省、市、縣三級)、災(zāi)害類型、時(shí)間(年、月)3個(gè)維度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，制作成季度、年度的氣象災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表和統(tǒng)計(jì)圖，對外提供圖表的文本數(shù)據(jù)服務(wù)。

(2) 氣象數(shù)據(jù)的空間分析服務(wù)：對氣象災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域分析與統(tǒng)計(jì)，制作成區(qū)域氣象災(zāi)害預(yù)警空間專題圖，提供空間數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

(3) 氣象數(shù)據(jù)的APP應(yīng)用服務(wù)：針對氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、氣象災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)研發(fā)了氣象數(shù)據(jù)服務(wù)接口并在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)APP中進(jìn)行集成調(diào)用，以提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)。氣象數(shù)據(jù)APP服務(wù)接口是基于數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)、常規(guī)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和災(zāi)害性天氣預(yù)警數(shù)據(jù)提供的對外服務(wù)API接口。通過氣象數(shù)據(jù)服務(wù)接口的研發(fā)，擴(kuò)展了氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用模式，使氣象數(shù)據(jù)可以在更多的場景下開發(fā)應(yīng)用。

3 氣象數(shù)據(jù)服務(wù)在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)中的應(yīng)用

通過本項(xiàng)目的實(shí)施為地質(zhì)調(diào)查的室內(nèi)工作部署和野外實(shí)地調(diào)查工作提供了多種氣象數(shù)據(jù)服務(wù)方式，填補(bǔ)了氣象數(shù)據(jù)在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理應(yīng)用方面的空白。本文基于氣象數(shù)據(jù)服務(wù)對地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)進(jìn)行了功能擴(kuò)展，增加了氣象歷史數(shù)據(jù)分析、氣象數(shù)據(jù)的空間分析與應(yīng)用、APP版天氣預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害預(yù)警信息展示。具體功能如下[16]：

(1) 氣象歷史數(shù)據(jù)分析圖表：通過對氣象數(shù)據(jù)的分析與處理，可以統(tǒng)計(jì)出省、市、縣地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)時(shí)段和主要災(zāi)害類型，并形成以統(tǒng)計(jì)表格和統(tǒng)計(jì)圖為主的分析文檔。該文檔可直接提供給工作組和野外工作人員使用，工作組可根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)規(guī)劃最佳的野外工作時(shí)段，并制定相應(yīng)的野外保障措施，做好充分的野外作業(yè)準(zhǔn)備工作。圖2為新疆各個(gè)地區(qū)5～12月份的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖，形象地展示了新疆各個(gè)地區(qū)不同時(shí)段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量，參考這些數(shù)據(jù)可以對野外地質(zhì)調(diào)查工作進(jìn)行合理部署。

(2) 氣象數(shù)據(jù)的空間分析與應(yīng)用：在實(shí)際工作中，野外地質(zhì)調(diào)查的規(guī)劃部署工作都會參考空間地圖來完成，僅僅提供文本類型的氣象數(shù)據(jù)分析圖表在實(shí)際使用中不方便也不直觀，因此需要根據(jù)氣象災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)的區(qū)域分析與統(tǒng)計(jì)結(jié)果制作省、市、縣三級的氣象災(zāi)害預(yù)警空間分布專題圖。野外工作組可以直接將這些專題圖與野外工作區(qū)地圖疊加在一起，以直觀地展示工作區(qū)氣象災(zāi)害的時(shí)空分布情況，便于更加合理地部署野外地質(zhì)調(diào)查工作。圖3為我國西北、西南六省2016年氣象災(zāi)害預(yù)警空間分布圖，野外工作組通過將該圖與野外工作區(qū)地圖進(jìn)行疊加，可以形象地查看野外工作區(qū)各種氣象災(zāi)害的歷史分布情況，從而為野外工作部署提供依據(jù)。

圖3 我國西北、西南六省2016年氣象災(zāi)害預(yù)警空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of meteorological disasters warning of six provinces in northwest and southwest of China in 2016

(3) APP版天氣預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害預(yù)警信息展示：氣象數(shù)據(jù)主要分為天氣預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害預(yù)警信息兩大類，通過APP的展示，人們可以及時(shí)地了解天氣預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害預(yù)警信息。圖4為地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)APP的應(yīng)用界面，其左側(cè)可以顯示天氣預(yù)報(bào)信息，右側(cè)為氣象災(zāi)害預(yù)警信息。

圖4 氣象數(shù)據(jù)APP應(yīng)用界面Fig.4 Application interface of the meteorological data APP

目前，氣象數(shù)據(jù)服務(wù)已經(jīng)在中國地質(zhì)調(diào)查局及其局屬共29個(gè)單位的野外地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)中取得了很好的應(yīng)用效果。在實(shí)際應(yīng)用過程中，野外地質(zhì)調(diào)查人員可通過氣象數(shù)據(jù)服務(wù)獲取氣象信息，并依據(jù)氣象數(shù)據(jù)文本服務(wù)和空間分析服務(wù)功能來規(guī)劃野外工作區(qū)和野外最佳工作時(shí)段，同時(shí)可通過中國地質(zhì)調(diào)查局安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)APP了解本地實(shí)時(shí)的觀測數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)以及氣象災(zāi)害預(yù)警信息，利用這些手段保障了野外地質(zhì)調(diào)查工作人員的人身安全，也使得地質(zhì)調(diào)查工作更加安全、合理、高效。

4 結(jié) 論

本文介紹了氣象數(shù)據(jù)獲取與存儲的關(guān)鍵技術(shù)，通過在地質(zhì)調(diào)查安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)中引入氣象數(shù)據(jù)服務(wù)，并制定針對氣象數(shù)據(jù)的文本服務(wù)、空間分析服務(wù)、APP應(yīng)用服務(wù)三種服務(wù)方式，從而使氣象數(shù)據(jù)服務(wù)能夠在野外地質(zhì)調(diào)查工作中得到較好的應(yīng)用，可為野外地質(zhì)調(diào)查工作提供安全保障和合理的工作部署。隨著氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的深入，今后還將不斷地?cái)U(kuò)展氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的范圍，細(xì)化氣象數(shù)據(jù)服務(wù)的內(nèi)容，以更好地為野外地質(zhì)調(diào)查工作提供安全生產(chǎn)保障。

通訊作者：鄭寶鋒(1978—)，男，高級工程師，主要從事地質(zhì)環(huán)境信息化、GIS方面的研究。E-mail:33310842@qq.com