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摘要：为解决气象服务产品在制作与分发上面临的问题,提出以云计算方式在线制作公共气象服务产品的设想,并构建了一个基于公有云的服务产品制作平台。该平台以智能网格气象资料为输入数据,以气象服务指标或模式为研判条件,结合用户大数据,在用户访问时依据其地理位置等信息,实时计算出服务产品反馈给用户,实现了服务产品在线制作与分发。文章以实例详细介绍了采用Web API框架集成开发产品制作程序的方法,获取接口JSON数据及用数据绘制气象大数据可视化终端等应用方面的技术问题。该技术制作的服务产品已应用到各种移动互联网终端,以及各行业与气象相关的业务系统中,满足了用户对气象服务产品数据化、精细化、个性化的需求。
关键词：公共气象；服务产品；云计算；Web API；大数据可视化
Online Production of Public Meteorological Service Products by Cloud Computing
GAO Guohong1,2,WANG Kun1,2,WANG Jianying1,2,GOU Xiaohui1,2,YANG Jun1,2
(1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions,CMA,Yinchuan Ningxia 750002; 2.Ningxia Key Lab of Meteorological Disaster Prevention and Reduction,Yinchuan Ningxia 750002)
【Abstract】：In order to solve the problems in the production and distribution of meteorological service products,the idea of online production of public meteorological service products by cloud computing was proposed,and a service product production platform based on public cloud was constructed.The platform took intelligent grid meteorological data as input data,meteorological service index or mode as research and judgment conditions,combined user's big data,and calculated real-time service products to feed back to users according to their geographical location and other information when users visited,realized online production and distribution of service products.The technical problems in the application of Web API mode,such as the method of integrated product development program,the acquisition of interface JSON data and the drawing of meteorological big data visualization terminal with data were introduced in detail with examples.The service products produced by this technology have been applied to various mobile Internet terminals and meteorology-related business systems in various industries,met the user's demands for data-oriented,refined and personalized meteorological service products.
【Key words】：public meteorology;service products;cloud computing;Web API;data display
0引言
随着信息技术的发展,公众与各行业用户通过移动互联网的方式获取天气预报等气象信息已成主流,如智能手机中普遍安装了天气类App、微信公众号、小程序等；交通、电力、化工、旅游等行业用户也普遍建立了本行业的信息化业务系统,提出了直接调用气象数据的需求,因此气象数据“云端化”已成为发展趋势。“聚合数据”“百度智能云”“中国天气网气象大数据平台”等网站都通过基于互联网的API接口,面向社会提供天气类数据获取服务。同时,各省市气象部门也相继开展了基于API的公共气象服务云系统研究。任广治等[1]基于公有云的气象服务产品支撑系统,采用API等技术实现了公共气象服务数据与产品开发利用；莫云音等[2]研发的气象产品制作发布与监控平台,实现了统一的对外数据服务接口API系统,刘骥超等[3]开展了云计算环境下气象大数据的应用研究,郭昌松、吴亚平等[4,5]也在气象服务API和基于公有云的公共气象服务平台等方面进行深入研究。以上具有云服务性质的气象信息服务网站或系统,是将气象数据或后端气象服务系统制作的服务产品存储到云端,再通过API接口提供给用户调阅。随着观测手段提升气象资料增多及天气预报向智能网格预报和逐小时预报等精细化方向发展,以此为基础的气象服务产品也成几何级增长,如何将后端气象服务平台制作的成千上万份产品传递给真正有需求的用户,就成了一个棘手的问题。与此同时,传统的“前店后厂”式制作方式,很难适应气象风险预警等需快速反应的应用场景。因此,为应对用户数据化、多样性、个性化的需求,有必要探索从“供给侧”改革气象服务产品制作方式。
1设想
公共气象服务是指气象部门利用公共资源或公共权力,向政府决策部门、社会公众和生产部门提供气象信息和技术的活动[6],是决策气象服务、公众气象服务、专业气象服务和专项气象服务的总称。为开展公共气象服务,针对不同服务对象,开展的对气象资料、情报、预报、警报等信息解释性应用,所形成的数据、文字、图像、影音等即为气象服务产品。气象服务专家与某行业专家相结合,针对气象因素对该行业的影响进行总结分析,所得出的要素指标或数学式,即被称为气象服务指标或模式。
如表1所示即为针对某个企业的暴雨气象风险预警指标,预报降水量超过相应指标,将向服务企业发出预警。
如下式为某省区“森林火险天气等级预报模式”,将气象数据结合各种指标带入此公式,即可计算出未来若干天的森林火险预报等级。公式中各字母含义请看参考文献相关论文。
鉴于以上服务产品制作方式均需引用用户所处地理位置,可见,若用户通过手机App(或其他终端)调阅某气象服务项目,云端气象服务平台接收到用户请求后,依据用户端上传的位置数据调取当地气象资料与预报、预警数据,以气象服务指标或模式为研判条件,立即在线计算出服务产品并发送给用户,即可达成“有需方有应”的“靶向”气象服务。
2技术实现
2.1总体设计
公共气象服务产品云制作软件,由气象资料数据库、气象服务指标库、用户大数据库、产品智能制作软件、Web API接口软件几部分组成一个完整的“公共气象服务产品云制作平台”,如图1所示。
该系统以智能网格天气实况、预报等气象资料为输入数据,以气象服务专家为不同用户(行业)研发的“气象服务指标或模式”为研判条件,结合服务对象生活、生产等方面的用户大数据,在手机App、微信、数据可视化大屏及各行业气象数据应用系统等用户终端调取平台Web API接口时,平台依据用户提供的地理位置、所需时间段、关注服务项目等信息,实时计算出如生活气象指数、行业气象风险预警等服务产品,并立即反馈给用户,即完成一次服务产品云制作发布过程。
2.2相关技术
(1)云服务：云服务可以分为基础设施服务(IaaS),平台服务(PaaS)和软件服务(SaaS)三个层次[8]。本研究属于SaaS范畴,即通过Internet向用户直接交付应用软件服务,所形成的“气象服务云平台”基于公有云建设,即申请属IaaS、PaaS范畴的虚拟服务器及互联网带宽,自行安装数据库并研发数据库管理、云计算及API接口软件。
平台具体由2台虚拟服务器加1台负载均衡,20GB独享互联网带宽组成。虚拟服务器配置：双核至强CPU、32GB内存、400GB硬盘、Windows Server 2016操作系统、IIS 10互联网服务器。自行在虚拟服务器中安装SQL Server 2014数据库管理软件,建设气象服务指标库及用户大数据库；安装PostgreSQL 4.24[9]数据库管理软件,建设智能网格气象资料数据库；布设气象服务云平台(网站),对外提供基于Web API技术研发的气象数据接口服务。
(2)Web API：API(Application Programming Interface)应用程序编程接口,Web API广义讲是指网站上可以通过HTTP协议访问的API,本研究提到的Web API特指微软ASP.NET框架下的API接口开发技术[10]。
服务器端编程语言为C#,开发工具为Visual Studio2019,接口数据格式选用JSON(JavaScriptObjectNotation,JS对象简谱,一种轻量级数据交换格式)。
2.3软件实现
深入研究气象服务专家编制的气象服务指标或模式文本,将其尽可能用关系型数据表加以描述并保存在云数据库中,即形成“气象服务指标数据库”。将搜集到的用户数据,如一个工业园区内各企业的位置、类别、产能、面积、环境、设备、人员、建筑类型、生产状况、灾害预防能力等数据入表形成“用户大数据库”。建立“气象资料数据库”,研发数据优化加工上载软件,定时将智能网格天气预报、天气实况及其他气象数据存入云数据库,为产品智能制作软件提供必要的数据基础。
以云计算方式在线制作公共气象服务产品,其产品制作速度直接影响用户体验,为提高计算速度,可将产品制作程序集成在Web API接口软件流程中开发。一个API接口完成一个产品制作流程,多个API接口组合成一个产品制作系统,此方式既提高了反馈速度,也提高了系统可扩展性与可维护性。同时,为多平台制作,统一平台注册对外展示的分布式开发[11]奠定基础。
下面以“某工业园区暴雨风险预警服务产品”为例,详细介绍API接口软件流程,如图2所示。
用户以Url调用API接口并传递参数,Web API控制器路由到暴雨风险预警主类,主类首先联合查询各企业基本信息表与暴雨风险预警指标表,从中读取针对各企业定制的预警指标,循环遍历园区所有企业,依照各企业经纬度从智能网格天气预报表中读取未来10 d的降水预报数据,逐时次比较预报与指标数据,达到不同预警指标输出相应的预警级别,并记录达到高、中、低预警级别的持续时间,再依预警级别从暴雨风险预警提示语库,读取气象服务专家为该企业特别撰写的预警处置提示语,最后将各字段名与数据组合成JSON片段,再将所有企业片段组合成JSON数组,并加上头部导引编码,合成一个完整的JSON串,以Get方式输出给调用者。JSON实例片段如下：
上例中,JSON字段名采用了中文,实际使用证明这并不影响用户编程引用,而如此一目了然的数据含义,还可省去为用户编写数据字典的步骤。
3产品应用
以“某能源化工基地气象风险预警服务系统(大数据可视化大屏)”为例,介绍API接口引用及数据展示编程技术。服务系统(大屏)界面如图3所示。
图3的数据可视化大屏,基于单页面Web应用(Single Page Web Application,SPA)[12]方式开发,页面所用全部数据来自于“气象服务云”的API接口,即是一个符合RESTful设计风格[13]的Web应用软件。该页面引用的API接口如表2所示。
页面采用Html5+CSS3+JavaScript开发,以Flex(弹性布局)方式布局,全部图形采用SVG绘制[14],其中“风险预警区在厂人数”“风险预警区企业产能”两区块引用D3.js[15]数据可视化库展示数据,其他区块图形均为自行编程绘制。引用jsonp.js函数库实现跨域读取API接口JSON数据,其关键代码片段如下：
页面每5min自动刷新一次,即请求气象服务云根据最新资料制作产品,以保障数据实时更新,满足用户通过大屏监视气象风险预警信息的需求。
4结语
以云计算方式,在线制作与分发基于位置的数据化、精细化、个性化服务产品,解决了以往各气象业务系统制作的成千上万份服务产品,如何发送给最有需求用户的难点,“有需方有应”是一种气象服务产品制作与分发方式的创新。今后气象服务专家们只需潜心研究和改进各种气象服务指标或数学模式,把繁琐的产品制作与分发等日常工作交给“云”去完成。
推广应用表明,此方式适合对短中期天气预报及气象灾害预警信息解释性应用的气象服务产品制作领域,如生活、生产气象指数预报产品,时效性强、更新频率高的气象灾害与风险预警产品,基于位置服务(LBS)的气象“靶向”服务产品等。对于与气候预测、环境保护等需采用人机交互方式,甚至人工撰写方式方能制作的气象服务产品,尚不易采用云制作方式生产。但随着大数据分析、人工智能模拟、物联网监测等技术引入气象服务领域,使得气象服务专家有能力研究出各种服务场景下的服务产品数学模式,未来采用云计算方式所能在线制作气象服务产品将会更多。
参考文献
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