氣象信息共享平臺的設計與實現(xiàn)

注重開發(fā)和利用共享平臺該平臺是航空航天產(chǎn)業(yè)的基本環(huán)境，為航天工業(yè)的發(fā)展提供了強有力的支持。隨著現(xiàn)代化建設的不斷深入,氣象業(yè)務的快速發(fā)展,多軌道、集約化、研究型、開放式的業(yè)務技術體制,對信息共享系統(tǒng)提出了更高的要求?，F(xiàn)有的信息系統(tǒng)和共享業(yè)務已經(jīng)不能滿足業(yè)務對數(shù)據(jù)收集與分發(fā)、存儲與檢索的需求。長期以來,信息共享系統(tǒng)一直都是圍繞天氣、氣候系統(tǒng)的業(yè)務需要進行建設,很少或沒有考慮其他業(yè)務和服務的需求。為了適應社會經(jīng)濟的發(fā)展,現(xiàn)有氣象信息系統(tǒng)必須有大的進步才能適應當今氣象事業(yè)發(fā)展的需求。國內(nèi)很多專家學者就如何進行氣象信息共享平臺的建設開發(fā),做了很多的研究、開發(fā)和實踐,如董喜春等應用網(wǎng)頁制作、辦公自動化和圖像處理軟件,利用VB6.0語言編程研制開發(fā)了常州氣象預報業(yè)務工作平臺;尤鳳春等使用GIS、Internet等計算機應用技術開發(fā)了災害氣象預警系統(tǒng);王瑩等利用MapObject二次開發(fā)組件技術研發(fā)了高速公路氣象預報服務系統(tǒng);而李集明等對氣象業(yè)務信息平臺的開發(fā)提出了很好的建議和建設方案。麗水市氣象局最早的業(yè)務網(wǎng)站于2005年開發(fā),主要用于天氣、氣候信息的發(fā)布和共享。資料的發(fā)布以人工操作為主,內(nèi)容覆蓋面小,格式缺乏規(guī)范性。隨著氣象事業(yè)的發(fā)展,迫切需要建立一個集約化和自動化的氣象信息共享平臺。麗水市氣象局通過認真研究實踐,設計開發(fā)了氣象信息共享平臺,與原來的業(yè)務網(wǎng)站相比,成功地實現(xiàn)了自動化和集約化,內(nèi)容較全面,資料共享的時效性更強,同時還提供圖形化的提醒和報警功能。麗水市氣象信息共享平臺的研制開發(fā),充分借鑒了一些專家學者的開發(fā)思路,吸取了原業(yè)務網(wǎng)站開發(fā)和后期維護的經(jīng)驗。該平臺基于SQLServer數(shù)據(jù)庫,使用了JavaScript、C++、VB和ASP等多種計算機編程語言。2008年5月平臺投入業(yè)務運行后,在一年多的實踐應用中,廣受好評,特別是在臺風、暴雨等災害性天氣的氣象業(yè)務服務工作中,發(fā)揮了較大作用。1平臺結(jié)構(gòu)與功能麗水氣象信息共享平臺設計結(jié)構(gòu)包含了氣象信息發(fā)布程序、顯示網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)庫與文件共享、自動更新與監(jiān)控程序4個部分:①信息發(fā)布程序主要用于發(fā)布預報報文、實況資料和預警信號;②信息顯示網(wǎng)頁,負責所有數(shù)據(jù)的顯示與共享;③數(shù)據(jù)庫存儲了業(yè)務服務信息,FTP和Web服務器則用于實現(xiàn)文檔資料的共享;④自動更新與監(jiān)控程序負責所有信息的提取和處理。出于減輕網(wǎng)站維護量的考慮,未開發(fā)通過后臺登錄進行更新的Web頁面,轉(zhuǎn)而使用更新程序,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)更新與監(jiān)控的自動化。軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要有兩種:一種是B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務器結(jié)構(gòu),另一種是C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)即客戶機和服務器結(jié)構(gòu)。平臺的設計綜合了C/S和B/S兩種結(jié)構(gòu):前臺信息顯示共享使用了B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn),易于維護和升級,同時操作使用方便;信息的發(fā)布、信息和監(jiān)控的實現(xiàn)利用了C/S架構(gòu),速度快、交互性強、網(wǎng)絡通信量少。平臺網(wǎng)頁使用了JavaScript和ASP腳本語言開發(fā),采用了Div+CSS布局;負責數(shù)據(jù)自動更新與監(jiān)控的諸多子程序使用C++和VB語言開發(fā);數(shù)據(jù)庫采用的是微軟的SQLServer2000企業(yè)版,而FTP和Web服務器,則利用微軟的IIS6.0來實現(xiàn)。圖1為整個氣象信息共享平臺的數(shù)據(jù)流程圖。信息發(fā)布模塊主要包括預報報文和實況發(fā)布程序、預警信號發(fā)布程序。信息共享網(wǎng)頁由首頁和其他多個網(wǎng)頁構(gòu)成,牽涉到的數(shù)據(jù)較為繁多,不僅需要查詢數(shù)據(jù)庫,還要訪問FTP及Web服務器。氣象信息和共享文檔,是整個平臺的基礎數(shù)據(jù)。預報結(jié)論、實況資料、決策信息和歷史資料等主要存儲于數(shù)據(jù)庫中;預報資料文本、決策服務文檔、業(yè)務檔案等文檔通過FTP和Web服務實現(xiàn)文件級別的共享。氣象信息與文檔自動更新與監(jiān)控功能的實現(xiàn)牽涉到多個子程序,主要包括預報資料同步和入庫程序、實況資料入庫程序、決策服務信息監(jiān)控程序、歷史資料統(tǒng)計程序等。當工作人員按照相關流程,將決策服務材料、預報結(jié)論等文檔資料制作完畢,上傳到FTP服務器后,這些后臺程序檢測到有新文件,會自動對其進行信息提取和處理,并將數(shù)據(jù)按共享和現(xiàn)實的要求存儲于數(shù)據(jù)庫中,最終在網(wǎng)頁上顯示。2信息發(fā)布程序氣象信息共享平臺在功能設置上優(yōu)先考慮了應急預警和預報預測,并覆蓋到日常工作的方方面面。圖2為平臺的基本欄目設置,除了天氣和氣候業(yè)務之外,著重突出了應急預警和服務;圖3為首頁的主要功能的一個框圖,功能多,結(jié)構(gòu)復雜,主要實現(xiàn)了預報結(jié)論共享,預警決策信息的監(jiān)控提醒、歷史資料查詢和實況資料顯示等功能。氣象信息共享平臺是全市氣象信息發(fā)布和共享的統(tǒng)一平臺,其主要功能有:(1)預報實況的發(fā)布功能。工作人員可以通過預報實況發(fā)布程序,制作與上傳報文資料,內(nèi)容包括臨近3h、短時、短期、中長期等預報結(jié)論。后臺監(jiān)控程序檢測到報文之后,自動進行信息提取和處理,最終以圖標方式在地圖上顯示短時預報,同時以縱向間歇滾動文字的形式發(fā)布臨近3h、短期和中長期預報等信息。(2)決策服務信息的發(fā)布和監(jiān)控。平臺對麗水各級臺站發(fā)布的預警信號、重要報告、專題報告、信息快報等各類決策服務材料進行監(jiān)控,實時提取和處理決策服務材料信息,如預警信號級別類型、重要報告的標題內(nèi)容等,在地圖上優(yōu)先標注,并以快速閃動的圖標進行發(fā)布,提醒注意。預警信號發(fā)布程序?qū)ｉT用于制作各類預警服務材料。(3)實況資料即時查詢。更新程序自動檢索最新的實況資料,包括自動站和區(qū)域站所有觀測要素,與站點信息相結(jié)合,在實況顯示網(wǎng)頁的地圖上實現(xiàn)動態(tài)標注。站點信息和各類氣象要素信息均從數(shù)據(jù)庫中讀取,由網(wǎng)頁程序?qū)崿F(xiàn)動態(tài)標注顯示。(4)歷史資料查詢。歷史數(shù)據(jù)庫中包含了麗水市9個臺站從建站起至今的日、旬、月、年的所有要素資料。平臺除了能夠進行簡單的要素資料統(tǒng)計之外,還在首頁額外增加了“歷史上的今天”的檢索功能。用戶隨時可以根據(jù)需要,查詢并統(tǒng)計當天在歷史上的日、旬、月、年的要素統(tǒng)計結(jié)果,例如當天在歷史上的最高溫度,當天所在的旬在歷史上的最大降水等,方便了決策和預報工作。(5)業(yè)務服務文檔共享。生態(tài)農(nóng)業(yè)、人工增雨、科技創(chuàng)新和業(yè)務管理這幾個欄目主要負責相關業(yè)務服務文檔共享,如農(nóng)氣月報表、氣候評價、人工增雨通告和效果評估、業(yè)務通知規(guī)定等。(6)學習和交流。學習園地欄目負責共享氣候概況文檔、培訓材料和會議材料;氣象論壇則為各級各部門間提供了一個交流和互動的場所,主要設置了氣象業(yè)務、災害防御、防雷安全、電腦網(wǎng)絡4個板塊。3程序?qū)嵱脷庀笮畔⒌陌l(fā)布與共享、監(jiān)控和動態(tài)顯示是該平臺的關鍵性的功能,也是整個開發(fā)過程中的難點和重點。3.1預警信號文件的編輯和修改預警信號的制作和發(fā)布,有很高的時效性;文檔格式有明確的規(guī)定,同一類型、不同級別的預警信號,其文檔格式有相似性。氣象預警信號發(fā)布軟件的開發(fā),提高了預警信號信息制作的效率,有效規(guī)范信息格式,并且可以直接在信息平臺網(wǎng)頁上發(fā)布。圖4為氣象預警信號發(fā)布軟件主要界面的演示。界面的左側(cè)為預警信號欄,按照預警信號類型分欄。同一種類型不同級別的預警信號,使用不同的顏色和圖標表示,如暴雨紅色預警信號,使用的是暴雨紅色預警信號的圖標及紅色的文字描述。界面的右邊為預警信號文本區(qū),可以進行預警信號文檔的編輯和修改。界面的右上為簡單的文本編輯工具欄,能夠?qū)ξ淖趾蛨D片的格式進行修改,進行新建、保存、打印等操作。日常使用時,只要點擊所需發(fā)布的預警信號圖標或文字,即可在文本編輯區(qū)自動生成預警信號文檔模本,經(jīng)過簡單的修改后就能夠保存發(fā)布。該軟件的開發(fā)過程中,細致地研究了預警信號的文檔規(guī)范。預警信號文檔可分為3個部分:標題區(qū),信息區(qū)和署名區(qū)。圖4所示的標題區(qū)內(nèi)容為“麗水市氣象災害預警信號發(fā)布稿”,署名區(qū)為“預報:******審核:******簽發(fā):******”。信息區(qū)包含簽發(fā)時間、臺站名稱、預警信號圖片、預警信號信息等。軟件編寫時用C++設計了一個Text類,負責預警信號信息的存儲和處理,定義如下:簽發(fā)時間取自系統(tǒng)時間,臺站名稱為軟件中設置;預警信號信息通過讀取文本和圖片獲得。在程序目錄下,同一類型的預警信號的圖片和文本存儲在同一個文件夾內(nèi)。程序界面中的文本編輯區(qū)使用了RichView控件,可以實現(xiàn)類似Word的編輯界面,并能動態(tài)地嵌入圖片或表格。預警信號欄利用Raize控件組中的RzGroupBar控件,制作了帶圖標的滑動菜單。3.2規(guī)范信息存儲氣象信息共享平臺能夠?qū)崟r監(jiān)控預報信息,實況信息與決策服務信息。這些功能的實現(xiàn),首先要對氣象信息做格式規(guī)范,并按共享要求進行存儲,然后才能夠使用監(jiān)控程序提取信息,實現(xiàn)共享。預報報文一直以來以文本存儲為主,有其固定的格式和規(guī)范;實況資料有文本格式,也有數(shù)據(jù)庫存儲,格式也較明確,這兩類資料信息的提取和共享相對容易。而決策服務信息,既沒有明確的命名格式也沒有固定的存儲格式,因此必須進行規(guī)范。3.2.1服務信息標準(1)對重要報告的決策服務材料命名規(guī)則當前氣象決策服務材料主要以Word文檔為主,而決策服務信息,應當包括文檔的標題、時間、類別、臺站信息、內(nèi)容等。所以,對重要報告、專題報告、信息快報等決策服務材料命名規(guī)則為:[臺站名][類型][時間日期][主題].doc。由于預警信號信息除了需要包含名稱外,還需要包含預警信號等級,因此其命名規(guī)則與其他類型材料略有不同,其格式為:[臺站名][類型][時間日期][預警信號名稱][等級].doc。在文件名規(guī)范之后,只要對文件名字符串進行相應處理,即可獲得該文檔中的決策信息。(2)共享和監(jiān)控原則從文件名提取的決策信息,將直接存儲于數(shù)據(jù)庫之中;而實際文檔,需要按一定的規(guī)則存放才能達到共享和監(jiān)控要求。在開發(fā)中同時規(guī)范了決策服務文檔材料存儲路徑:先根據(jù)臺站名分門別類;再按照文檔的類型分別存儲,如麗水站的預警信號文檔存儲在58646文件夾下的預警信號目錄下。3.2.2訪問共享文件超鏈接氣象業(yè)務服務信息種類繁多,表結(jié)構(gòu)也多種多樣,主要有預報電碼類、實況數(shù)據(jù)類、決策信息類等。為了實現(xiàn)文件共享,有些數(shù)據(jù)表還保存了訪問共享文檔的超鏈接。比如決策服務材料信息,除了存儲文檔的時間、標題、文件名等信息外,數(shù)據(jù)表中還保存了FTP服務器上訪問該文檔的超鏈接。3.2.3文件提取和分析監(jiān)控更新程序使用C++Builder6.0編制。利用idFTP控件對FTP服務器上的存檔目錄進行實時掃描,自動對文件內(nèi)容或文件信息進行提取分析和處理,同時更新數(shù)據(jù)庫。如圖5所示,該程序?qū)愃?個臺站,5類決策服務材料(包括預警信號、重要報告、信息內(nèi)參、信息快報和專題報告)、城鎮(zhèn)預報、實況資料、天氣公告、短期預報等資料進行實時監(jiān)控,并提供手動刷新功能。3.3信息顯示模塊首頁,是整個平臺的主要監(jiān)控和信息共享頁面。為了實現(xiàn)集約化和圖形化,同時具備報警功能,首頁的資料顯示以圖形標注為主,文字描述為輔(圖6),首頁的版面設計簡潔。網(wǎng)頁導航欄使用了Div+CSS的滑動門技術實現(xiàn);左邊監(jiān)控欄目的底圖為麗水市地圖,主要用于氣象信息的監(jiān)控和顯示;右邊分別為“短時預報”、“短期預報”、“中期預報”和“歷史上的今天”4個欄目,內(nèi)容為縱向間歇滾動顯示。監(jiān)控欄目負責24h預報、實況資料的顯示和決策服務信息的發(fā)布和提醒。由圖6可見,這些氣象信息的顯示形式多樣,內(nèi)容豐富。預警信息顯示為其相應的預警信號圖標,如高溫橙色預警信息顯示為高溫橙色預警信號的圖標;而重要報告、專題報告、信息內(nèi)參和信息快報則以不同類型的閃爍圖標加以顯示;24h天氣預報信息等在地圖中以圖文形式顯示,而實況信息則使用文字描述。為此,有必要將這些預報、實況和決策信息,按照一定的規(guī)則和優(yōu)先級進行顯示:①決策信息優(yōu)先顯示,在有決策信息時,該臺站只顯示決策信息;②同一類決策信息中,只顯示最新的,因為在同一天中可能會出現(xiàn)多個同類型的決策服務材料,而顯示最新信息,才能達到監(jiān)控預警的目的;③在無任何決策信息的時候,顯示預報結(jié)論;④為了能夠顯示某個臺站所有決策信息、預報結(jié)論和實況資料,在地圖右下角設置了一個注釋欄,鼠標移動到地圖上哪個縣(市),該注釋欄就顯示對應縣市的信息。圖6的左圖為2008年7月19日17:00首頁界面的演示,當天熱帶風暴“海鷗”影響麗水市,9個縣市有7個發(fā)布了決策服務材料,其中慶元發(fā)布了暴雨橙色預警信號;右圖為2008年7月25日16:00的演示效果,當天麗水、青田、云和和景寧4個站點發(fā)布了高溫橙色預警信號,同時,麗水、青田、云和、龍泉、景寧和縉云6個站點發(fā)布了天氣內(nèi)參(熱帶風暴“鳳凰”消息)。該平臺的網(wǎng)頁主要使用ASP語言開發(fā),參考了WebGIS的部分設計思路。VBScript腳本負責數(shù)據(jù)的獲取和處理及網(wǎng)頁元素的動態(tài)創(chuàng)建,JavaScript腳本語言用作界面響應,Div+CSS進行網(wǎng)頁布局和顯示。這三者的結(jié)合,在實現(xiàn)動態(tài)顯示的同時,把網(wǎng)頁的內(nèi)容、響應和顯示樣式嚴格分開,方便了網(wǎng)頁的開發(fā)與維護。Div層的動態(tài)創(chuàng)建、疊加和嵌套是實現(xiàn)多類信息動態(tài)顯示的關鍵。負責信息顯示的Div層由VBScript根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息動態(tài)創(chuàng)建,遵循前文提及的規(guī)則和優(yōu)先級,利用Div層的多重嵌套和疊加,對不同臺站的決策服務、預報實況等信息進行層層“封裝”:在底圖上疊加臺站層,臺站層中嵌套決策信息層或預報實況層;決策信息層中包含了相關的圖片文字層;預報實況層中又包含了預報結(jié)論的文字圖片層。4發(fā)揮氣象引領作用,開展氣象應急麗水氣象信息共享平臺于2008年5月投入正式業(yè)務運行。平臺實現(xiàn)了麗水市氣象信息的共享和發(fā)布,并能夠?qū)︻A警、決策服務、短時臨近預報等信息進行實時監(jiān)測、即時提醒和報