大型運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張翼，張潤(rùn)霖，莊聰

（汕頭市氣象局，廣東汕頭 515041）

結(jié)合大型運(yùn)動(dòng)會(huì)的氣象服務(wù)需求，參考國(guó)內(nèi)其他學(xué)者關(guān)于開展大型運(yùn)動(dòng)會(huì)的氣象服務(wù)與氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［1-7］。本研究的大型運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象服務(wù)系統(tǒng)以“大平臺(tái)、微應(yīng)用”的理念，引入當(dāng)前最新的雙偏振雷達(dá)、數(shù)值預(yù)報(bào)等氣象核心技術(shù)，采用多層B／A／S結(jié)構(gòu)，建立一套覆蓋汕頭全市以及專注比賽場(chǎng)館定點(diǎn)、定量的精細(xì)化氣象服務(wù)系統(tǒng)，提供實(shí)況監(jiān)測(cè)、精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)和強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等氣象服務(wù)，可針對(duì)所有訓(xùn)練場(chǎng)館、比賽場(chǎng)館的定點(diǎn)所在區(qū)域生成各類精細(xì)化場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品。該系統(tǒng)基于現(xiàn)有的氣象服務(wù)渠道，通過微信公眾號(hào)及網(wǎng)站方式將氣象服務(wù)的信息及產(chǎn)品及時(shí)快速進(jìn)行發(fā)布，為運(yùn)動(dòng)員、教練、媒體、政府人員以及觀看比賽公眾提供“精準(zhǔn)型、個(gè)性化、按需響應(yīng)”的氣象服務(wù)靶向發(fā)布，為運(yùn)動(dòng)會(huì)的順利舉行提供專業(yè)氣象保障。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

大型運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象服務(wù)系統(tǒng)包括5大子系統(tǒng)，分別是氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)、場(chǎng)館氣象實(shí)況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)預(yù)警子系統(tǒng)、場(chǎng)館預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)和場(chǎng)館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)。系統(tǒng)功能見圖1。

圖1 大型運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象服務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)示意圖

1.1 氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)

氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)依托省氣象局一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱“IDEA”）的數(shù)據(jù)訪問，標(biāo)準(zhǔn)接口及各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式實(shí)時(shí)進(jìn)行同步采集，包括站點(diǎn)數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)（雷達(dá)基數(shù)據(jù)以及基于雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行反演的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)產(chǎn)品等）、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)值模式數(shù)據(jù)、預(yù)警信號(hào)數(shù)據(jù)、臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)；同步采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類緩存，為整個(gè)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐，分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)據(jù)備份4大功能。

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。根據(jù)本系統(tǒng)涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，選用性能優(yōu)越、技術(shù)成熟、廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。

2）數(shù)據(jù)同步。主要開發(fā)一套支持多進(jìn)程、多線程并行運(yùn)行的數(shù)據(jù)同步采集程序，基于省氣象局IDEA平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)接口，按各類數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)產(chǎn)品生成的時(shí)間頻率進(jìn)行定時(shí)多任務(wù)采集同步到本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)程緩存。

3）數(shù)據(jù)服務(wù)。主要對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，采用互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一資源定位器方式（URL，Uniform Resource Locator）對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，按資源預(yù)定義的操作方法、數(shù)據(jù)獲取預(yù)定義的方式以及數(shù)據(jù)返回格式提供各類數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程存取接口，形成集約化，數(shù)據(jù)訪問便捷、快速的數(shù)據(jù)來源支撐。

4）數(shù)據(jù)備份?？紤]數(shù)據(jù)安全性，系統(tǒng)需要支撐數(shù)據(jù)的備份功能，提供平臺(tái)自動(dòng)備份及手動(dòng)備份兩種方式。

1.2 場(chǎng)館氣象實(shí)況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

場(chǎng)館氣象實(shí)況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括場(chǎng)館監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)、氣象遠(yuǎn)程保障服務(wù)、實(shí)況天氣數(shù)據(jù)展示3大功能。

1）場(chǎng)館監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、賽事的地理分布狀況，結(jié)合氣象精細(xì)化預(yù)報(bào)需要時(shí)空上更密集的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高場(chǎng)館定點(diǎn)定量的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，基于現(xiàn)有汕頭市氣象局已建70個(gè)氣象自動(dòng)站的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃選址，對(duì)3 km內(nèi)未有氣象監(jiān)測(cè)站的場(chǎng)館進(jìn)行氣象監(jiān)測(cè)站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全部比賽場(chǎng)館3 km內(nèi)均有氣象監(jiān)測(cè)站覆蓋，增加的監(jiān)測(cè)站與現(xiàn)有自動(dòng)氣象站組成一個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，為場(chǎng)館天氣狀況提供實(shí)時(shí)氣象要素監(jiān)測(cè)，同時(shí)豐富天氣預(yù)報(bào)分析的第一手資料，提高場(chǎng)館天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

2）氣象遠(yuǎn)程保障服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)比賽場(chǎng)館的實(shí)時(shí)天氣狀況通過現(xiàn)場(chǎng)人員送達(dá)氣象預(yù)警中心，結(jié)合氣象局現(xiàn)有的應(yīng)急指揮車，在應(yīng)急車上加裝遠(yuǎn)程視頻會(huì)議設(shè)備。應(yīng)急指揮車可以隨時(shí)駕駛到各個(gè)賽事現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)氣象局指揮中心與比賽現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻天氣會(huì)商，為賽事提供周到的氣象保障服務(wù)。

3）實(shí)況天氣數(shù)據(jù)可視化界面展示。通過獲取氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的數(shù)據(jù)資源（包括氣溫、風(fēng)力、風(fēng)向、降雨量、能見度、相對(duì)濕度、氣壓等），基于地理信息系統(tǒng)（GIS），結(jié)合汕頭區(qū)域的場(chǎng)館地理分布，進(jìn)行定點(diǎn)實(shí)時(shí)的天氣狀況的監(jiān)控、跟蹤及分析，為場(chǎng)館的實(shí)時(shí)天氣監(jiān)測(cè)提供了可視化的界面。

1.3 場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)預(yù)警子系統(tǒng)

場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)預(yù)警子系統(tǒng)包括兩方面的建設(shè)內(nèi)容：一是精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)；二是強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警提醒。

1）精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)。引進(jìn)優(yōu)化的Grapes數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，基于地理信息系統(tǒng)，結(jié)合雷達(dá)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)、站點(diǎn)實(shí)況進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)無縫隙、格點(diǎn)化、定點(diǎn)、定量的精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)，包括多模式融合預(yù)報(bào)、模式成員集合展示、一體化集成展示、雷達(dá)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品及衛(wèi)星監(jiān)測(cè)產(chǎn)品引入及疊加展示。

2）強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警提醒。利用信息技術(shù)以及氣象災(zāi)害天氣識(shí)別算法針對(duì)各種災(zāi)害天氣進(jìn)行多方位多維度監(jiān)測(cè)，包括暴雨、大風(fēng)、高溫、寒冷、灰霾、大霧、強(qiáng)對(duì)流、雷電等8種災(zāi)害天氣，通過獲取各個(gè)氣象自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合雷達(dá)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及反演的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判別，在超過預(yù)警閾值時(shí)，通過在線、短信、微信3種方式進(jìn)行報(bào)警提醒，面對(duì)強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣，為賽事提前1～3 h提供精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，另外按照氣象業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)合理、科學(xué)的報(bào)警流程、報(bào)警通知機(jī)制，且將各類災(zāi)害天氣對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息進(jìn)行可視化展示。

1.4 場(chǎng)館預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)

場(chǎng)館預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)包括預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品制作和預(yù)報(bào)預(yù)警發(fā)布兩大模塊。

1）預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品制作。將開發(fā)富文本編輯器，提供各類編輯工具，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品web在線制作，支持預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品管理、模板管理，采用預(yù)設(shè)變量的形式實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與產(chǎn)品內(nèi)容的智能替換，同時(shí)開發(fā)表格與圖片引擎庫，使得預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品的素材更加豐富、智能，通過產(chǎn)品制作，能快速按照運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、人群對(duì)天氣狀況關(guān)注程度，實(shí)現(xiàn)快速按需服務(wù)。

2）預(yù)報(bào)預(yù)警推送反饋。實(shí)現(xiàn)了各個(gè)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品發(fā)布渠道管理及渠道信息配置，主要包括FTP、靶向短信發(fā)布渠道、網(wǎng)站渠道以及微信渠道，同時(shí)提供推送界面，用戶可以在界面內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的編輯或文檔的上傳，選擇相應(yīng)的渠道即可進(jìn)行信息的發(fā)送，推送結(jié)束后可查詢推送的結(jié)果狀態(tài)等。

1.5 場(chǎng)館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)

場(chǎng)館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)通過在項(xiàng)目賽事場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)氣象信息發(fā)布站點(diǎn)，提供實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)性化天氣信息展示，從而更好實(shí)現(xiàn)氣象保障服務(wù)；基于微信公眾號(hào)、網(wǎng)站兩種形式進(jìn)行開發(fā)，提供基于PC端、移動(dòng)端的氣象信息公眾服務(wù)，系統(tǒng)界面支持中文、英文，面向公眾（市民、運(yùn)動(dòng)員等）提供各個(gè)場(chǎng)館信息、場(chǎng)館實(shí)況天氣、場(chǎng)館預(yù)報(bào)天氣、預(yù)警信號(hào)、天氣快報(bào)等內(nèi)容的服務(wù)。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法與路線

2.1 采用多層B／A／S結(jié)構(gòu)

采用B（Browser瀏覽器）、A（ApllicationService應(yīng)用服務(wù)器）、S（ServerForData數(shù)據(jù)服務(wù)）3層結(jié)構(gòu)。以瘦客戶端（Browser）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的胖客戶端（Client），減輕了對(duì)客戶端的負(fù)擔(dān)和配置要求，將應(yīng)用處理、業(yè)務(wù)邏輯集中到應(yīng)用服務(wù)器（ApllicationService），保證了業(yè)務(wù)的獨(dú)立性，使得業(yè)務(wù)易于擴(kuò)展，采用數(shù)據(jù)服務(wù)（ServerForData）提供數(shù)據(jù)資源，保證了數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的隔離和數(shù)據(jù)對(duì)外使用的通用性，同時(shí)也照顧了數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)處理性質(zhì)不一樣、對(duì)機(jī)器配置要求不一樣的要求，提高了數(shù)據(jù)提供的承災(zāi)能力與響應(yīng)能力。

2.2 采用JavaEE體系結(jié)構(gòu)

Java EE體系架構(gòu)將表示邏輯、數(shù)據(jù)邏輯、業(yè)務(wù)邏輯三者分離，使系統(tǒng)可按照此3部分分別設(shè)計(jì)，且每一部分均有成熟框架支持，采用IOC（控制反轉(zhuǎn)）降低各模塊組件的耦合、AOP（切面編程）進(jìn)行通用功能的切面編程，極大加快了開發(fā)效率、提高了軟件的可維護(hù)性。

2.3 面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）

SOA的核心主體是服務(wù)，而服務(wù)（Service）這個(gè)概念，從業(yè)務(wù)角度展開來說，就是一個(gè)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)封裝后可重復(fù)調(diào)用的任務(wù)，如用戶權(quán)限驗(yàn)證、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、預(yù)警消息分發(fā)、救援力量調(diào)動(dòng)等。SOA的目標(biāo)是通過服務(wù)的流程化來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活性，而流程（Process）是由一系列相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)所組成，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的業(yè)務(wù)功能。一個(gè)流程可以由一系列服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

2.4 采用MVC設(shè)計(jì)模式

MVC的設(shè)計(jì)模式分為模型（M，model）、視圖（V，view）、控制器（C，controller），使用MVC的目的是將M和V的實(shí)現(xiàn)代碼分離，從而使同一個(gè)程序可以使用不同的表現(xiàn)形式。

2.5 采用地圖引擎

考慮到安全性，本系統(tǒng)采用符合國(guó)標(biāo)的國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)天地圖，該系統(tǒng)免費(fèi)提供接口，在實(shí)際調(diào)用中發(fā)現(xiàn)國(guó)際級(jí)可用的為1到18級(jí)，點(diǎn)擊省市服務(wù)可放大到20級(jí)。

2.6 靶向發(fā)布技術(shù)

針對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館的特定人群，基于本地運(yùn)營(yíng)商提供的靶向短信預(yù)警發(fā)送功能，能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)篩選目標(biāo)人群靶向、實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)短信的發(fā)送，提升氣象服務(wù)信息發(fā)布的精準(zhǔn)化、智能化、簡(jiǎn)單化、及時(shí)性。

靶向短信渠道將對(duì)接汕頭市城市暴雨洪澇監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)提供的靶向預(yù)警短信接口進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)靶向預(yù)警信息的發(fā)送。發(fā)布界面見圖2。

圖2 靶向短信發(fā)布界面

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 提供精準(zhǔn)化的氣象預(yù)警服務(wù)

利用汕頭及周邊地區(qū)的地面觀測(cè)、天氣雷達(dá)、探空雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等為一體的綜合觀測(cè)網(wǎng)，建立場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)預(yù)警子系統(tǒng)，為運(yùn)動(dòng)會(huì)各比賽場(chǎng)館提供精細(xì)化、滾動(dòng)的短期及臨近天氣預(yù)報(bào)預(yù)警，多種組合手段保障運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，并通過靶向發(fā)布的短信渠道及時(shí)向比賽參會(huì)者以及社會(huì)公眾發(fā)布災(zāi)害性天氣預(yù)警與預(yù)報(bào)服務(wù)（圖2）。

3.2 按需響應(yīng)的氣象信息服務(wù)需求

針對(duì)各個(gè)比賽場(chǎng)館建設(shè)氣象觀測(cè)站，建立場(chǎng)館氣象實(shí)況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于GIS的全汕頭區(qū)域的場(chǎng)館分布與氣象監(jiān)測(cè)要素（氣溫、風(fēng)力、風(fēng)向、降雨量、能見度、相對(duì)濕度、氣壓、能見度等）的統(tǒng)計(jì)、分析、展示，為場(chǎng)館的實(shí)時(shí)天氣監(jiān)測(cè)提供了可視化的界面展示，為比賽場(chǎng)館安全提供科學(xué)專業(yè)的氣象專項(xiàng)信息服務(wù)。圖3為場(chǎng)館天氣實(shí)況展示界面。

圖3 場(chǎng)館天氣實(shí)況展示界面

3.3 滿足各個(gè)不同用戶群體的個(gè)性化氣象服務(wù)

場(chǎng)館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)在各個(gè)項(xiàng)目賽事場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)氣象信息發(fā)布站點(diǎn)，提供實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)性化天氣信息展示；同時(shí)基于氣象服務(wù)渠道，通過微信公眾號(hào)及網(wǎng)站方式將氣象服務(wù)的信息及產(chǎn)品及時(shí)快速進(jìn)行發(fā)布，面向運(yùn)動(dòng)員、教練、媒體、政府人員以及觀看比賽公眾提供各個(gè)場(chǎng)館信息、場(chǎng)館實(shí)況天氣、場(chǎng)館預(yù)報(bào)天氣、預(yù)警信號(hào)、天氣快報(bào)等內(nèi)容的服務(wù)，提供貼心、周到的場(chǎng)館賽事氣象信息服務(wù)。圖4為運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象服務(wù)網(wǎng)網(wǎng)站（英文版）界面。

圖4 運(yùn)動(dòng)會(huì)氣象服務(wù)網(wǎng)網(wǎng)站（英文版）

大型運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)館氣象服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，囊括了實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警、數(shù)值預(yù)報(bào)等業(yè)務(wù)功能，整合了線上線下各種氣象服務(wù)渠道，同時(shí)針對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)所有訓(xùn)練場(chǎng)館、比賽場(chǎng)館的定點(diǎn)所在區(qū)域進(jìn)行靶向發(fā)布，有效提高了賽事氣象服務(wù)的智能化和精細(xì)化水平［8］，更好地滿足大型運(yùn)動(dòng)會(huì)的決策者、參與者與參賽觀眾對(duì)氣象服務(wù)的高時(shí)效、高質(zhì)量、個(gè)性化的要求［9］。