面对不断膨胀的数据量,以及新的气象业务需求,现有的气象信息共享系统面临信息共享交互程度不高、信息交互不方便、信息缺乏有效规范的组织形式、共享数据类别不全、扩展不方便等问题,因此需要重新规划以数据库为核心的省级气象信息共享平台建设,以规范气象信息从收集到服务的业务流程,实现全部气象资料和产品的高效存储管理及常用资料的质量控制,完成常规、自动站、雷达、卫星等资料的有效应用。主要包括:(1)建立起与新型业务技术体制相适应的数据收集、处理业务流程和技术规范;确定数据质量控制体系、数据管理和共享办法。(2)建立高可靠的应用服务系统,以适应不断增加的各类探测数据的收集、处理、存储和分发业务需求。(3)建设更快捷、更可靠的信息存储检索系统,以适应气象科学研究、业务运行、部门和行业间对信息共享、存储和数据处理能力的需求。
1气象信息共享平台总体系统设计方案
气象信息共享平台的建设围绕两个目标开展:一是建立数据接收的快速通道,提供统一的数据访问接口,为共享服务提供高效、规范的数据;二是统一数据管理各项功能的操作,提供规范、友好的操作界面，建立一体化的解决方案。结合两个系统设计目标,共享平台首先定位为气象信息共享数据的源头,负责存储、管理气象资料数据,最大限度的将省、市、县相关部门气象资料存储在统一的平台之上,为上层业务应用提供数据访问服务;其次,平台提供一个可扩展的气象信息存储服务框架,满足未来气象业务和探测手段不断发展、资料种类不断增加的需要,并提供对已有功能模块进行扩展、定制的支持。为此,平台遵循“可靠稳定、构件封装,先进成熟,开放扩展,统一规范,便捷维护”的总体系统设计原则。整体采用框架系统设计,各子模块之间功能独立,可根据用户的需要进行组合,各子模块之间没有直接耦合,而是通过数据库之间的联系由框架进行组合;同时,框架程序利用构件技术,采用面向对象方法进行系统设计。在框架的组织下,平台的适应性、灵活性增强,同时通过复用、可配置等技术降低了平台的开发和维护风险,且具有良好的可扩展性。
2气象信息共享平台体系结构
为实现由业务资源服务应用的无缝化,气象信息共享平台采用如图1所示的体系结构,即从上到下分为应用层、服务层和数据层。2.1数据层数据层是平台各种数据的来源,包括实时数据库、历史数据库、行业共享库、实时专用库和目录文件。在各类数据库中既存在结构化数据,也存在诸如文档之类的非结构化数据,数据的格式均不相同,如按传统的方法实现,工作量大,难以维护。因此平台构建了数据访问逻辑构件和业务实体构件,为各种应用提供了统一的数据接口,以实现不同来源数据的统一处理,做到程序与数据源松耦合。2.2服务层服务层包含了大量的服务,这些服务在流程引擎的驱动下,与业务流程绑定,组合成为功能更为强大的组合服务,供不同的业务模型调用,从而满足用户的需求;该层服务采用SCA1.0标准来实现,将构件库中的构件,装配成服务的方式提供给其他构件、服务或者其它系统。该层提取了气象共享服务的共性需求,通过数据服务、策略服务、业务服务、流程服务和表示服务为气象部门内部各业务系统的开发提供支撑。可以看出,平台通过把与气象数据共享业务相关的功能模块,以标准化的服务形式进行封装,形成一系列网络环境下的服务,然后通过结合业务进行流程编排,即可完成相关功能的定制。2.3应用层应用层主要完成平台搭建并为用户提供操作界面,平台运行模式采用基于B/S的方式,根据业务要求,技术架构的选择需要具备较强的伸缩性、开放性和安全性。考虑到JAVAEE的特点,平台应用层开发运行环境选择基于JAVAEE的应用服务器中间件平台。
3气象信息共享平台数据表系统设计
省级气象信息共享平台管理的气象数据主要包括区域自动站数据、地面气象观测站数据、探空数据、加密观测数据、农气数据、雷达数据和卫星数据。其中:(1)区域自动站采集的数据包括区站号、日期时间、风速、风向、雨量、气温、湿度和气压等,这些数据通过GPRS传输到位于移动的服务器中,并存入数据库,之后再定时导入到省局的数据库中;(2)地面气象观测站所观测的要素比区域自动站多,共有53个要素,但包括所有区域自动站的观测要素;(3)探空数据由探空报和高空报组成,包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD;(4)加密观测数据不是按时次每日记录的数据,也没有固定由哪些站点观测,因此加密观测数据一般由用户不定时人工上传,且用户上传的加密观测数据为文本格式(非结构化),因此上传之后平台需自动将文件中的各数据项解析出来,存入数据表中;(5)农气数据包括农气咨询中心内部业务系统收集的数据和业务系统产生的上报文件;(6)雷达入库数据包括雷达速度强度图(图像文件)和雷达基数据;(7)平台接收卫星系统传输的数据(图像文件),并直接存储至后台核心存储设备中;卫星包括风云二号卫星云图和风云三号卫星数据,其中入库数据为风云二号卫星云图(图像文件)和风云三号卫星观测原始数据及图像文件。为了实现上述气象数据的管理,平台主要系统设计以下数据表(限于篇幅,此处仅列出表名):等值面配色信息表、等值面表、行政区划表、农气AB报表(保存农气报的基本观测数据信息)、农气AB报作物表(保存农气报的作物生长信息)、农气AB报灾害表(保存农气报的灾害信息)、负氧离子观测数据表、区域自动站降水分钟数据表、自动气象站观测数据表、自动站侯数据统计表、自动站旬统计表、自动站日要素统计表、自动站日风表、自动站数据报监控表、自动站月统计数据表、micaps结构的探空报数据表、探空报基本信息表、等值线图片信息表、雷达回波图信息表、卫星云图信息表、土壤水分观测数据表、土壤水分月统计表、台站基本参数表、气象台站类型表、台站类型表和能见度观测数据表。
4气象信息共享平台功能系统设计
结合气象信息共享的业务需求,平台整体由气象数据应用、数据入库管理、台站管理和系统管理四大模块构成。其具体功能划分如图2所示。
4.1气象数据应用模块该模块是整个气象信息共享平台的核心部分,主要实现自动站数据、基本气象要素、农气数据、雷达回波图、卫星云图数据、土壤水分数据、人工地面观测数据和探空数据的查询、分析和统计。其核心可归纳为数据查询、数据统计分析、WebGIS展示和数据下载。(1)数据查询。数据查询为数据应用的主要方式,包括自动站数据、区域自动站数据、土壤湿度观测数据、能见度观测数据和负氧离子观测数据的查询。可以根据选择的站点、时次、时段、要素(可选多要素),以表格形式显示查询结果;同时实现表格行列可自定义、查询结果可打印、查询结果可生成TXT文件供用户下载、查询结果可导出为EXCEL文件等功能。(2)数据统计分析。可统计和查询任意时段内某要素的平均值、该时段内极大值和极小值;统计时支持站点可选、时次可选和要素可选,站点为单站、多站,时次为单一时次、连续时次;可统计和查询任意时段内单站气象要素值,提供曲线图。(3)WebGIS展示。采用开源WebGIS平台,在“自动站图集”的基础上,实现基本的地图操作功能,包括地图放大、缩小、察看全图等;实现自动站点空间定位及实时数据查询显示(气温分布图、降雨分布图、风力分布图、综合信息图、气象要素按数值大小绘制全省分布的色块图等)。(4)数据下载。选择任意时次/连续时次、任意站点、任意观测项目数据后,生成文本文件,供用户下载。
4.2数据入库管理包括入库参数配置和日志管理两个子模块,实现本应用数据库与基础数据库的表、字段对应信息的配置,以及相关数据操作的日志管理功能。
4.3台站管理实现台站类型管理和台站基本信息管理。
4.4系统管理实现平台内的用户管理、用户类型管理,组织结构管理,权限管理和日志管理等工作;该模块具有自主功能,能根据增加的栏目或功能将管理内容自动添加到管理系统中;能够实现所有栏目和功能的权限指定,具有自动和自主增加权限功能;能够对每类气象数据的每个要素或字段指定浏览/下载/修改/添加/删除等控制权限;能够进行用户级别设置,可自定义不同级别,每个级别能划分不同权限;能够对不同用户根据需要进行不同级别指定,能对同一用户同时指定不同级别,能对用户单独添加某种权限;能够对每个管理模块根据不同内容进行详细指定,如日志管理可划分为系统日志、用户日志、管理日志、数据日志和权限日志等。
5结语
该文从提高气象信息管理水平,为用户提供高效共享服务的角度出发,结合我国省级气象业务和服务的实际应用需求,对省级气象信息共享平台进行了较为深入的研究,系统设计了一个基于SOA的省级气象信息共享平台。该平台完成了省级气象资料和产品的高效管理,实现了常规、自动站、雷达、卫星等资料的有效应用,具有结构合理、可扩展性强、升级维护便捷等特点,可满足不同业务部门的需求。
作者：刘文清 魏乐 罗飞 单位：成都信息工程学院统计学院