基于物聯(lián)網(wǎng)的海洋牧場(chǎng)智慧氣象APP初步設(shè)計(jì)

翟少婧

（龍口市氣象局，山東龍口 265700）

海洋牧場(chǎng)是指在某個(gè)特定海域范圍內(nèi)，采用系統(tǒng)性和規(guī)?；瘽O業(yè)設(shè)施管理體制，有計(jì)劃地投放人工魚礁，對(duì)藻、蝦、魚、貝、等海洋資源進(jìn)行有目的和計(jì)劃性的海上放養(yǎng)，最終基于自然海洋生態(tài)環(huán)境形成大型人工海洋漁場(chǎng)，增加海洋漁業(yè)資源，提升漁業(yè)質(zhì)量。海洋牧場(chǎng)改變了以往單純捕撈、設(shè)施養(yǎng)殖為主的漁業(yè)生產(chǎn)方場(chǎng)式，基本解決了局部污染和過(guò)度捕撈帶來(lái)的資源枯竭、近海養(yǎng)殖引起的病害加劇等問(wèn)題，是海洋漁業(yè)生產(chǎn)方式的重大變革。近年來(lái)，由于全球氣候變暖、沿海經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張等多種原因，魚類物種減少、漁業(yè)產(chǎn)量持續(xù)衰退等問(wèn)題嚴(yán)重影響了海洋生態(tài)、漁業(yè)、旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。致力于海洋牧場(chǎng)的研究、開發(fā)和應(yīng)用已成為主要海洋國(guó)家的戰(zhàn)略選擇，也是世界發(fā)達(dá)國(guó)家漁業(yè)發(fā)展的主攻方向之一[1-2]。

日本在20世紀(jì)70年代率先提出海洋牧場(chǎng)的構(gòu)想，并作為國(guó)家事業(yè)“海洋牧場(chǎng)計(jì)劃”推進(jìn)海洋牧場(chǎng)建設(shè)，每年大規(guī)模投入人工魚礁、藻礁等改善海域生態(tài)環(huán)境[3-4]。韓國(guó)于20世紀(jì)90年代中后期制定并實(shí)施了《韓國(guó)海洋牧場(chǎng)事業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃》，委托國(guó)家海洋研究院和國(guó)立水產(chǎn)科學(xué)院成立海洋牧場(chǎng)管理與發(fā)展中心，明確了海洋牧場(chǎng)計(jì)劃的施工和管理主體，也建立了一套專門的基金會(huì)和管理委員會(huì)班子[5-6]。美國(guó)于1968年正式提出了建設(shè)海洋牧場(chǎng)的計(jì)劃，并從1972年開始實(shí)施。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，建設(shè)人工魚礁后，海洋漁業(yè)資源是投放前的43倍，漁業(yè)產(chǎn)量每年增加500萬(wàn)t[7-8]。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，技術(shù)研究不斷更新，作為海洋生態(tài)環(huán)境的核心技術(shù)，海洋牧場(chǎng)的建設(shè)理念呈現(xiàn)出了新的特點(diǎn)。然而其在技術(shù)研究和發(fā)展上還存在諸多不足，特別是相比于日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家還處于落后階段。海洋牧場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展任重道遠(yuǎn)，距離“海上藍(lán)色糧倉(cāng)”的建設(shè)要求還有一段路要走[9-10]。

習(xí)近平總書記視察山東省時(shí)作出重要指示：海洋牧場(chǎng)建設(shè)是發(fā)展趨勢(shì)，要大力發(fā)展海洋牧場(chǎng)，可以在山東省試點(diǎn)。山東省煙臺(tái)市作為全國(guó)重點(diǎn)漁區(qū)和優(yōu)勢(shì)水產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)，擁有海洋面積大、海岸線長(zhǎng)、海洋資源豐富、海洋牧場(chǎng)示范區(qū)多、海工裝備實(shí)力強(qiáng)等建設(shè)海洋牧場(chǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。海洋牧場(chǎng)對(duì)海洋生態(tài)保護(hù)作用日益凸現(xiàn)，據(jù)中國(guó)海洋大學(xué)測(cè)算，煙臺(tái)市有6．7萬(wàn)hm2海洋牧場(chǎng)，每年可吸收碳160萬(wàn)t，相當(dāng)于植樹造林6．7萬(wàn)hm2。煙臺(tái)市近岸海域一類、二類海水質(zhì)量保持在90%以上，優(yōu)于其他沿海城市?；诤Ｑ竽翀?chǎng)的休閑海釣產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，成為濱海旅游業(yè)的新亮點(diǎn)。海洋牧場(chǎng)的良性發(fā)展與氣象條件密不可分，其安全運(yùn)營(yíng)在很大程度上受到氣象條件、氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害的影響和制約。如何讓海洋牧場(chǎng)方便、快捷、有效地獲得氣象服務(wù)信息，及時(shí)掌握海洋牧場(chǎng)的天氣情況，針對(duì)不利氣象因素提前采取措施，對(duì)于提高海洋牧場(chǎng)的安全性有著重要意義。

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，智能手機(jī)逐漸普及，許多行業(yè)均實(shí)現(xiàn)了利用自媒體開展氣象服務(wù)、傳播氣象信息，但針對(duì)海洋牧場(chǎng)用戶群的智慧氣象服務(wù)APP尚沒(méi)有面世。本文從煙臺(tái)海洋牧場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)海洋牧場(chǎng)對(duì)氣象服務(wù)實(shí)際需求，初步討論、設(shè)計(jì)了智慧氣象海洋牧場(chǎng)APP系統(tǒng)，可為地方海洋氣象防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

基于物聯(lián)網(wǎng)的海洋牧場(chǎng)智慧氣象APP系統(tǒng)是一種分布式系統(tǒng)，采用客戶端/服務(wù)器體系，主要由表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)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(shù)開發(fā)，支持安卓、蘋果等智能手機(jī)、平板電腦等便攜式終端系統(tǒng)。表示層主要包括天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況、天氣預(yù)警、海洋牧場(chǎng)、系統(tǒng)設(shè)置5個(gè)初始菜單，并擁有多個(gè)子菜單，用戶通過(guò)點(diǎn)擊不同的欄目能夠獲取不同的氣象服務(wù)產(chǎn)品。

1.2 邏輯層邏輯層包括Web服務(wù)器、GIS應(yīng)用服務(wù)器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)、移動(dòng)定位網(wǎng)關(guān)等部分。Web服務(wù)器主要處理客戶端發(fā)出的有關(guān)HTTP的請(qǐng)求，調(diào)用公用業(yè)務(wù)處理邏輯組件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，向客戶端提供響應(yīng)”；Web應(yīng)用服務(wù)器以多種中間件技術(shù)（COM，NET，J2EE）為基礎(chǔ)，包含底層的各種網(wǎng)絡(luò)資源細(xì)節(jié)，使開發(fā)者能將精力集中于目標(biāo)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，從而簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。GIS應(yīng)用服務(wù)器處理Web服務(wù)器的請(qǐng)求，通過(guò)后端的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)獲取空間數(shù)據(jù)，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行各種空間分析與處理，向Web服務(wù)器提供空間查詢服務(wù)響應(yīng)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)主要有SMS/MMS網(wǎng)關(guān)和WAP網(wǎng)關(guān)7，功能是提高移動(dòng)設(shè)備的處理能力，把移動(dòng)終端不能處理的功能放在無(wú)線網(wǎng)關(guān)上，WAP網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)WAP與HTTP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。移動(dòng)定位網(wǎng)關(guān)是提供位置信息的網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取實(shí)時(shí)的位置信息，實(shí)時(shí)響應(yīng)并發(fā)送到Web/GIS應(yīng)用服務(wù)器。

1.3 數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層是存儲(chǔ)和管理相關(guān)氣象資料等空間位置和屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是Web/GIS應(yīng)用服務(wù)器響應(yīng)客戶端HTTP請(qǐng)求、完成各種數(shù)據(jù)處理功能的數(shù)據(jù)源。

2 功能模塊

該款A(yù)PP包含5個(gè)主菜單模塊，分別為天氣預(yù)報(bào)、氣象實(shí)況、天氣預(yù)警、海洋牧場(chǎng)和系統(tǒng)設(shè)置。其中，首頁(yè)顯示APP名稱、版權(quán)所屬氣象局、日歷信息、市/縣級(jí)常規(guī)三天天氣預(yù)報(bào)和市/縣級(jí)天氣預(yù)警信息。其他5個(gè)模塊功能及所含子菜單設(shè)計(jì)如下。

2.1 天氣預(yù)報(bào)該模塊包括未來(lái)1～7d的市縣級(jí)天氣預(yù)報(bào)。全國(guó)天氣提供未來(lái)24h全國(guó)各縣級(jí)以上城市的天氣預(yù)報(bào)。其子菜單分為4部分：鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)、地市預(yù)報(bào)、山東預(yù)報(bào)、其他地區(qū)。其中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)支持獲取位置后，提供臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)別的天氣現(xiàn)象、高溫、低溫、風(fēng)速、風(fēng)向等預(yù)報(bào)，可調(diào)整位置獲取周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)；地市預(yù)報(bào)含各地市及各縣市區(qū)，采用列表或區(qū)域圖顯示；山東預(yù)報(bào)為除該地級(jí)市以外其他地市，采用列表或區(qū)域圖顯示；其他地區(qū)為外省地區(qū)，主要支持手動(dòng)輸入獲取。該部分內(nèi)容來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data．cma．cn）提供的相應(yīng)鏈接。

2.2 氣象實(shí)況該模塊包括各類氣象監(jiān)測(cè)實(shí)況數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)支持1km×1km顯示。子菜單分為天氣實(shí)況、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)終端、臺(tái)風(fēng)路徑4部分。其中，天氣實(shí)況主要顯示區(qū)域自動(dòng)站的氣象要素，包括氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量等信息，可展示各站點(diǎn)溫度、降水、濕度等要素的24h曲線圖，并提供最長(zhǎng)120h的降水量統(tǒng)計(jì)，部分地區(qū)還可提供能見度數(shù)據(jù)。衛(wèi)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(qū)，支持點(diǎn)擊查詢過(guò)去24h云圖資料。雷達(dá)終端為沿海各地多普勒氣象雷達(dá)，包括大連市、青島市、煙臺(tái)市等，支持輪播顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并支持點(diǎn)擊查詢過(guò)去12h的雷達(dá)回波圖。臺(tái)風(fēng)路徑來(lái)源于中央氣象臺(tái)發(fā)布的臺(tái)風(fēng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可及時(shí)準(zhǔn)確地提供最新的臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)信息、預(yù)報(bào)路徑。

2.3 天氣預(yù)警該模塊包括各類天氣預(yù)警，子菜單分為預(yù)警查詢、預(yù)警統(tǒng)計(jì)。其中，預(yù)警查詢?yōu)楫?dāng)前本地氣象預(yù)警信號(hào)和周邊地區(qū)氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)，支持地圖顯示；預(yù)警統(tǒng)計(jì)，支持按日期統(tǒng)計(jì)各種級(jí)別、類別的氣象預(yù)警信息，支持分類統(tǒng)計(jì)用戶對(duì)預(yù)警的查詢次數(shù)；支持顯示各類預(yù)警的用戶查看情況，包括誰(shuí)已讀、誰(shuí)未讀，列出用戶的姓名、手機(jī)、電話、所屬牧場(chǎng)等信息。判斷流程如圖1所示。

2.4 海洋牧場(chǎng)該模塊能夠提供海洋牧場(chǎng)的相關(guān)信息。子菜單分為海區(qū)概況、牧場(chǎng)實(shí)況、牧場(chǎng)管理3部分。其中，海區(qū)概況為海洋牧場(chǎng)所屬近海海區(qū)的天氣現(xiàn)象、高溫、低溫、風(fēng)速、風(fēng)向、浪高等預(yù)報(bào)；牧場(chǎng)實(shí)況為海洋牧場(chǎng)區(qū)域自動(dòng)站或相鄰自動(dòng)站插值生成的氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、浪高等。牧場(chǎng)管理為牧場(chǎng)管理者對(duì)牧場(chǎng)工作者進(jìn)行氣象災(zāi)害防御而開展的通知、統(tǒng)計(jì)功能。支持語(yǔ)音預(yù)警通知，需要接聽的工作者人數(shù)和信息，已經(jīng)接聽的人數(shù)和信息，未接聽的數(shù)量和信息，未接聽的工作者會(huì)以列表的形式顯示，并顯示姓名、聯(lián)系電話等。

2.5 系統(tǒng)管理管理人員借助該模塊能夠管理各級(jí)用戶。子菜單包括個(gè)人設(shè)置、集團(tuán)用戶管理和下屬管理，主要供集團(tuán)性用戶對(duì)海洋牧場(chǎng)工作人員進(jìn)行預(yù)警和工作管理。

圖1 災(zāi)害性天氣預(yù)警設(shè)計(jì)技術(shù)路線

3 結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的海陽(yáng)牧場(chǎng)智慧氣象APP初步設(shè)計(jì)，在基本滿足本地化海洋氣象服務(wù)需求的同時(shí)，也豐富了氣象服務(wù)手段，拓寬了氣象服務(wù)渠道，提升了服務(wù)效率，是氣象服務(wù)在智能化和信息化領(lǐng)域的有效探索。未來(lái)將繼續(xù)跟進(jìn)研究，主要是具體技術(shù)路線的設(shè)計(jì)和實(shí)施，以及對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的應(yīng)用。