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(shù)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(jīng)濟(jì)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(chǔ)業(yè)務(wù)，與“十一五”時(shí)期相比，氣象衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)多星在軌和組網(wǎng)觀測，181 部新一代天氣雷達(dá)組網(wǎng)運(yùn)行，國家級地面觀測站基本實(shí)現(xiàn)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(diǎn)共計(jì)3148 站，區(qū)域級自動氣象站的站網(wǎng)規(guī)模已超過57 000 站，土壤水分等農(nóng)業(yè)服務(wù)觀測站點(diǎn)近3000 站[2]，區(qū)域自動氣象站的建設(shè)大大提高了氣象監(jiān)測的時(shí)空密度，在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)、山洪、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警服務(wù)中發(fā)揮著重要作用.然而，站點(diǎn)數(shù)量多、分布區(qū)域廣、保障人員和經(jīng)費(fèi)的不足以及數(shù)據(jù)質(zhì)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(diǎn)推廣也已摸索出了相對成熟的運(yùn)行模式[3].其中，眾包(Crowdsourcing)作為氣象保障的一個(gè)重要表現(xiàn)形式，是指一個(gè)公司或機(jī)構(gòu)將過去由員工執(zhí)行的工作任務(wù)以自由、自愿的形式外包給非特定的(通常是大型的) 大眾網(wǎng)絡(luò)，是一種實(shí)現(xiàn)開放式創(chuàng)新的有效途徑.隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)將作為核心力量在整個(gè)社會各個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來[4].以嘀嘀、優(yōu)步等互聯(lián)網(wǎng)+典型眾包應(yīng)用的成功模式為藍(lán)本，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的氣象裝備社會化保障應(yīng)用平臺以保障各氣象裝備業(yè)務(wù)需求為前提，基于裝備保障“監(jiān)、修、檢、供、訓(xùn)”等分布式數(shù)據(jù)源傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式，設(shè)計(jì)高集成綜合應(yīng)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(shí)現(xiàn)氣象站網(wǎng)保障快速、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段.

2 私有云計(jì)算服務(wù)層次參考模型

私有云計(jì)算服務(wù)層次參考模型由面向軟件的軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS)、面向平臺的平臺即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)以及面向底層硬件的設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS) 3 個(gè)部分構(gòu)成[5]，見圖1所示.其中SaaS 是一種以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，提供軟件服務(wù)的模式.特征是供應(yīng)商負(fù)責(zé)在云端安裝和操作應(yīng)用軟件，用戶以“按需使用、按量計(jì)費(fèi)”的方式訪問使用；PaaS 是一個(gè)軟硬件集成平臺，用戶在平臺上直接創(chuàng)建、測試和部署應(yīng)用服務(wù)；IaaS 是以物理或虛擬機(jī)的形式，提供計(jì)算、存儲、處理、網(wǎng)絡(luò)資源，是云計(jì)算模型的重要基礎(chǔ)[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(jī)制完成用戶私有云和天識私有云上的數(shù)據(jù)交換.這種平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)在完成社會化人員管理的同時(shí)，也保證了用戶數(shù)據(jù)的安全性.

3.1 眾包分工

眾包模式的氣象裝備保障平臺運(yùn)行由屬地氣象局、社會化保障人員及“我去修”技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合組成.分工如下：

屬地氣象局安裝部署“我去修”管理端，站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控，發(fā)布站點(diǎn)故障信息.協(xié)助“我去修”培訓(xùn)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(hù)、維修任務(wù)，主動上報(bào)站點(diǎn)故障信息.“我去修”運(yùn)營團(tuán)隊(duì)接收氣象局和社會化保障人員報(bào)障信息，協(xié)助氣象局進(jìn)行站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控，負(fù)責(zé)項(xiàng)目運(yùn)行調(diào)度和指揮，協(xié)調(diào)用戶關(guān)系，對社會化保障人員進(jìn)行管理、考核并完成工資結(jié)算.

圖1 私有云計(jì)算層次參考模型

3.2 平臺結(jié)構(gòu)

本平臺采用的私有云通過虛擬化軟件對物理設(shè)備：服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備的虛擬化使其成為虛機(jī)化的設(shè)備[7]；通過接口將虛擬化設(shè)備整合為資源池進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括監(jiān)控、分析、資源的自動調(diào)度等任務(wù).接入負(fù)載均衡、中間件應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)的底層應(yīng)用服務(wù)，上層的設(shè)計(jì)由業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求安裝以實(shí)現(xiàn)對外應(yīng)用服務(wù).

平臺架構(gòu)圖如圖2所示，天識私有云是保障供給端，氣象內(nèi)網(wǎng)是保障需求端，二者之間通過推送和請求交易的安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換.

天識私有云擁有金融級別的網(wǎng)絡(luò)安全措施.供端的管理功能均是圍繞保障業(yè)務(wù)的實(shí)際需要設(shè)計(jì)的，并且非常便于拓展[8].保障人員的私人信息受到嚴(yán)密保護(hù)，同時(shí)通過支付寶、微信、銀行與社會化人員完成結(jié)算.需求端可部署在用戶私有云、內(nèi)網(wǎng)或其他服務(wù)器集群上.其功能設(shè)計(jì)主要圍繞用戶的業(yè)務(wù)管理需要展開，并可隨用戶要求持續(xù)改進(jìn)和拓展.用戶的數(shù)據(jù)作為私有資源自行管控，有助于厘清安全責(zé)任和免受數(shù)據(jù)涉密困擾.

圖2 氣象裝備社會化保障平臺架構(gòu)圖

3.3 功能設(shè)計(jì)

3.3.1 管理端

平臺管理端要實(shí)現(xiàn)的主要功能包括資產(chǎn)管理、流程管理、人員管理、績效管理等部分，各部分所實(shí)現(xiàn)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(yīng)包含現(xiàn)場維修過程跟蹤和監(jiān)控、實(shí)況及維修記錄上報(bào)、無法完成的維修事項(xiàng)上報(bào)、現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的疑似問題上報(bào)、站點(diǎn)殘缺基礎(chǔ)信息補(bǔ)充上報(bào)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(guān)注和好評的全新開源工具[9].考慮到氣象裝備保障業(yè)務(wù)，其表現(xiàn)形式主要體現(xiàn)為信息查詢與交互，數(shù)據(jù)量和計(jì)算量不特別大，邏輯關(guān)系清晰，非常適合用微信小程序?qū)崿F(xiàn)既定功能.微信端主要包括在線注冊、在線培訓(xùn)、在線簽約、在線客服、遠(yuǎn)程指導(dǎo)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(lián)網(wǎng)+的思想，提供創(chuàng)新型的社會化保障服務(wù)形式.氣象局通過站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)故障后，通過APP 和400 電話報(bào)障的方式通知該平臺，然后指揮調(diào)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(diǎn)獲取備件，并在約定時(shí)間內(nèi)趕赴現(xiàn)場，排除故障.

3.4.1 運(yùn)行監(jiān)控與呈現(xiàn)

以地圖和時(shí)序圖兩種呈現(xiàn)方式提供站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控信息[10].其中地圖界面中點(diǎn)擊故障臺站可以跳轉(zhuǎn)到臺站監(jiān)控頁面，該頁面向用戶展示包括臺站設(shè)備當(dāng)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(shí)序圖等相關(guān)信息.時(shí)序圖用于將某一時(shí)段內(nèi)各觀測時(shí)刻的臺站狀態(tài)以圖形點(diǎn)的形式清晰直觀的展現(xiàn)出來，使用戶可以看出某一時(shí)段內(nèi)臺站整體運(yùn)行概況，點(diǎn)擊某個(gè)時(shí)序點(diǎn)則可以在設(shè)備部件狀態(tài)圖中查看該時(shí)刻臺站的報(bào)警部件信息.

3.4.2 故障判斷、推送與告警

自動站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等都是出自探測設(shè)備自己，由各自路由經(jīng)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(dá)、自動站的狀態(tài)參數(shù)告警、業(yè)務(wù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)告警、數(shù)據(jù)質(zhì)量告警通過手機(jī)APP 實(shí)時(shí)推送到該設(shè)備所管轄的技術(shù)保障人員手中及保障管理人員手中滿足快速發(fā)現(xiàn)故障的目的.最終通過該平臺對維護(hù)維修保障技術(shù)人員進(jìn)行科學(xué)評估及目標(biāo)考核.

服務(wù)器定期將當(dāng)前臺站的狀況(包括監(jiān)控狀態(tài)、維修維護(hù)停機(jī)等信息)進(jìn)行整理推送給有效的手機(jī)端用戶，推送內(nèi)容以模板形式定制到系統(tǒng)中，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)經(jīng)過邏輯判斷選擇對應(yīng)的模板并插入故障關(guān)鍵信息形成一條推送信息[12].設(shè)備狀態(tài)推送模塊按時(shí)間倒序展示臺站狀態(tài)消息列表，手機(jī)端用戶可以在設(shè)置界面設(shè)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(guān)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(zhuǎn)過程進(jìn)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(shè)備使用年限作對比.各級管理人員可對管轄范圍內(nèi)的備件實(shí)時(shí)進(jìn)行增刪改查操作，并可進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)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(shí)有效的技術(shù)支撐，提升其獨(dú)立完成任務(wù)的能力，盡可能減少上級單位或相關(guān)專家長途奔襲趕赴現(xiàn)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(shù)支持，只要有手機(jī)，有4G 信號就可以通過智能語音交互[14]，以自助的形式調(diào)取相關(guān)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(shù)支撐都無法奏效的情況下，啟動疑難故障轉(zhuǎn)交流程，由系統(tǒng)調(diào)度其他技術(shù)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(hù)維修

維護(hù)維修以云端維護(hù)維修數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對維護(hù)維修信息的推送、派單、結(jié)果審核等功能[15].當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能上傳或者懷疑數(shù)據(jù)有問題時(shí)，平臺對故障原因進(jìn)行排查并通過更換部件使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行.維修通常由氣象局經(jīng)站網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)故障并通知?dú)庀笱b備保障平臺，然后安排保障人員在指定地點(diǎn)獲取備件，并在約定時(shí)間內(nèi)趕赴現(xiàn)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(gè)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(gè)縣氣象局負(fù)責(zé)維護(hù)，數(shù)量在20 至30 個(gè)，多的可達(dá)40 余個(gè).

2015年，社會企業(yè)引進(jìn)“我去修”現(xiàn)代維修平臺，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)“眾包服務(wù)”模式，按照就近服務(wù)的優(yōu)先原則，建立獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，廣泛調(diào)動社會力量參與區(qū)域站維修.成功“接單”并完成任務(wù)的維修人員，可以根據(jù)完成任務(wù)的難易度(如維修路程、操作復(fù)雜度等)獲得積分，累計(jì)到一定值就可以向公司兌換獎(jiǎng)勵(lì).獎(jiǎng)勵(lì)從政府向企業(yè)所付的維修費(fèi)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(dá)76 人，可以確保樂山地區(qū)的每個(gè)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(duì)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(jìn)行區(qū)域站的日常維護(hù).在政府大力支持下，各級財(cái)政投入的氣象事業(yè)經(jīng)費(fèi)穩(wěn)步增長，為事業(yè)發(fā)展提供了經(jīng)費(fèi)保障.

目前樂山市區(qū)域站運(yùn)行狀況良好，資料傳輸率由96% 提高到99% 以上，數(shù)據(jù)可用性由84% 提高到98%以上，有效滿足了氣象業(yè)務(wù)服務(wù)需求.

5 結(jié)論

眾包模式的氣象裝備保障平臺促進(jìn)了“互聯(lián)網(wǎng)+氣象裝備保障”的應(yīng)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(shí)現(xiàn)對區(qū)域站、山洪監(jiān)測站、旅游自動站、農(nóng)業(yè)生態(tài)站等4000 多個(gè)站點(diǎn)的保障，完成了90%的日常維護(hù)維修任務(wù)，其響應(yīng)速度快、維護(hù)質(zhì)量高、保障成本低等優(yōu)點(diǎn)在很大程度上緩解了部門技術(shù)保障隊(duì)伍壓力，并根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)制定相應(yīng)的裝備維護(hù)維修方案、考核管理辦法、獎(jiǎng)懲辦法、定期培訓(xùn)學(xué)習(xí)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.