廖桉樺

(寧波市鄞州區(qū)氣象局，浙江寧波315100)

隨著新一代天氣觀測網(wǎng)絡的投入使用，雷達衛(wèi)星等資料開始廣泛地應用，中尺度自動氣象站分布越來越廣泛，間隔為5～10 km，對小尺度的天氣現(xiàn)象有了更清楚直觀的認識。當前氣象災害頻發(fā)，氣象局承擔著政府決策氣象服務、公共氣象服務和為農(nóng)氣象服務3個方面的職責，在遇到突發(fā)災害性天氣情況時，如何讓民眾及時收到氣象信息并有效地做好防范措施，實現(xiàn)氣象資料最后一公里的傳輸，是一個值得關(guān)注的問題。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，手機的使用越來越普遍，因此當前最簡單易行的方式是通過手機短信發(fā)送，實現(xiàn)極端、突發(fā)性、災害性天氣預警信息的自動發(fā)送。

地理信息系統(tǒng)(GIS)由軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶構(gòu)成，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規(guī)劃、管理決策服務的計算機系統(tǒng)[1]。其本質(zhì)為由計算機程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型[2－4]。把用戶的需求集成到地理信息系統(tǒng)中，日常工作中就能提供更有針對性的公共氣象服務?；贕IS平臺進行二次開發(fā)，借助其強大的地理信息、空間分析功能，其優(yōu)勢不言而喻，基于這個理念，筆者設計了基于GIS的氣象預警短信系統(tǒng)，實現(xiàn)了氣象預警短信的分區(qū)自動發(fā)送。

1 需求分析

由于下墊面的差異，各類氣象要素在時空分布上存在著較大的不連續(xù)性，就溫度而言，夏季陸面溫度要高于水體溫度，而冬季陸面溫度則低于水體溫度，山區(qū)與平原也存在很大差異;對于風速，沿海、山地風速要明顯大于內(nèi)陸平原;而對于日常最容易產(chǎn)生氣象災害的降水，“東邊日出西邊雨”的情況在目前的高密度的氣象觀測中更是越來越多地被觀測到，尤其是夏季的局地強對流天氣，寧波市曾經(jīng)出現(xiàn)30 km范圍內(nèi)，部分地區(qū)3 h降水180 mm，而附近卻幾乎沒有降水的情況。由于局地強降雨時間集中、強度大，對人民的生命財產(chǎn)有較大的影響。此外，不同的用戶對于氣象消息的需求不同，例如漁民出海最關(guān)心風力的大小，葡萄種植戶最關(guān)心引起落果的高溫。因此在氣象信息的發(fā)送上，有必要根據(jù)需求將不同的短信發(fā)送到不同的用戶手上。由于降水相對氣溫、風速等局地性和突發(fā)性更為明顯，且更容易致災，因此主要以短時強降水為例，介紹暴雨等氣象預警短信自動發(fā)送系統(tǒng)的實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)是在充分利用現(xiàn)有移動代理服務器以及氣象資料觀測網(wǎng)絡的前提下進行的二次開發(fā)。硬件主要由氣象信息服務器、信息處理服務器以及移動代理服務器3部分組成(圖1)。其中氣象信息服務器用于實時收集和儲存氣象信息數(shù)據(jù);信息處理服務器用于儲存地理信息資料和用戶，同時對氣象信息進行分析和處理，生成氣象預警短信;移動代理服務器用于發(fā)送手機短信，通過開放接口與信息處理服務器對接。

2.1 移動代理服務器

移動代理服務器(MAS)是針對集團客戶設計開發(fā)的產(chǎn)品，其將軟硬件一體化封裝，只需要有穩(wěn)定的電源及網(wǎng)絡便能正常工作，在同一網(wǎng)絡中其他PC機可通過瀏覽器訪問MAS。由于其接口開放，其他程序可方便地通過MAS進行短信發(fā)送等操作。

圖1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.2 信息處理服務器

系統(tǒng)運行在信息處理服務器上，主要由氣象預警信息生成子系統(tǒng)以及短信發(fā)送子系統(tǒng)組成。氣象預警信息生成子系統(tǒng)負責監(jiān)控實時氣象實況資料以及雷達外推等預報資料，根據(jù)設定的閾值并生成帶有地理信息的預警信息。短信發(fā)送子系統(tǒng)負責將帶有地理信息的預警信息與用戶資料數(shù)據(jù)庫聯(lián)合分析，生成手機短信，通過開放接口提交到移動代理服務器，最終發(fā)送到用戶手上。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

氣象觀測網(wǎng)絡上建有氣象信息服務器，氣象觀測資料存儲在Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫內(nèi)。移動代理服務器內(nèi)部使用MySQL數(shù)據(jù)庫，支持通過數(shù)據(jù)庫接口或API接口等方式提交短信發(fā)送請求，本系統(tǒng)直接使用數(shù)據(jù)庫接口。為了方便后期維護和二次開發(fā)，系統(tǒng)采用C#作為開發(fā)語言。由于Microsoft.NET Framework本身已經(jīng)集成了Microsoft SQL Server操作類，因此只需把MySQL的動態(tài)鏈接庫包含在內(nèi)即能正常運行(圖2)。

圖2 系統(tǒng)的原理

3.1 服務需求分析

將現(xiàn)有氣象服務通訊錄進行需求劃分，添加鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息，同時將鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)氣象站與鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行關(guān)聯(lián)。例如三防部門承擔著全市的防汛抗旱任務，對氣象信息要求較高，因此將三防部門人員設置為所有氣象站信息均發(fā)送;各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)鎮(zhèn)長對所管轄區(qū)域的氣象信息較為敏感，遇突發(fā)狀況時及時指揮鄉(xiāng)鎮(zhèn)人員作出相關(guān)應急措施，所以只發(fā)送相對應鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象信息;各大戶也是僅發(fā)送所在地的氣象信息。

3.2 實時數(shù)據(jù)查詢

氣象觀測數(shù)據(jù)均為定時生成，例如中尺度自動站為10 min上傳1次數(shù)據(jù)。實時資料采集、統(tǒng)計、入庫，后臺定時對資料進行及時處理，實現(xiàn)實時資料的迅速獲取，氣象預警信息生成子系統(tǒng)采用定時查詢的方式，在沒有人工干預的情況下，每5 min查詢1次數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計轄區(qū)內(nèi)各個自動站的1，3，6和12 h雨量等數(shù)據(jù)。

3.3 預警信息生成

綜合實際應用情況以及日常對于小雨、中雨、大雨、暴雨的量值劃分，選取閾值范圍為1 h降水16 mm，2 h降水30 mm，3 h降水50 mm，6 h降水50 mm，12 h降水100 mm，閾值優(yōu)先情況示表1。

表1 氣象預警的閾值等級

優(yōu)先等級從表1上到下、從左到右逐漸增加，實際執(zhí)行時將實況值按照從下到上，從左到右與閾值比較，達到閾值范圍時自動生成預警信息。生成預警信息時會根據(jù)相應的經(jīng)緯度，通過查詢地理信息系統(tǒng)中的行政邊界資料，計算出超過閾值的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在哪個鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至是哪個村。最后將帶有區(qū)域信息的預警信息提交到短信發(fā)送子系統(tǒng)中。發(fā)送短信時標注發(fā)送時間，如果超過前1次預警短信時效，或本次閾值優(yōu)先級更高，則考慮再次發(fā)送。

3.4 預警短信的分區(qū)、分類發(fā)送

用戶資料數(shù)據(jù)庫中每個用戶均包含了區(qū)域信息，包含縣市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村社區(qū)三級，因此短信發(fā)送子系統(tǒng)在氣象預警信息生成子系統(tǒng)提交預警信息后，可以根據(jù)用戶資料數(shù)據(jù)庫自動分析出預警信息指定區(qū)域內(nèi)的用戶。同時為了進一步優(yōu)化服務，用戶資料數(shù)據(jù)庫還包含了警報類型信息，如大風、高溫、降水等，可以指定用戶接收其中的一種信息或者多種信息。在確定了接收用戶和內(nèi)容后，短信發(fā)送子系統(tǒng)會將用戶號碼和手機短信內(nèi)容提交到移動代理服務器上，實現(xiàn)方法為將短信號碼和內(nèi)容寫入到數(shù)據(jù)庫對應的發(fā)送隊列表中。

4 系統(tǒng)實用性分析

傳統(tǒng)的短信發(fā)送采取人工方式，需要人工監(jiān)控氣象資料，根據(jù)資料編寫短信內(nèi)容，選擇接收用戶，這個過程耗時長，而且容易輸入錯誤數(shù)據(jù)或者選錯發(fā)送對象，在使用新系統(tǒng)后能有效解決上述問題。

由于本地緊急異常短信服務用戶數(shù)超過3 000個，如果某次發(fā)送選擇了發(fā)送到全部用戶，盡管提交到移動代理服務器的速度較快，但是通過測試發(fā)現(xiàn)，全部發(fā)送到用戶手上需要30 min，在連續(xù)發(fā)送多條短信時，隊列后面的短信發(fā)出時間相應累加，導致部分短信失去時效性。在使用此系統(tǒng)后，因為明確了某個鎮(zhèn)、村(社區(qū))以及相關(guān)部門發(fā)送對象，該組短信服務用戶數(shù)在200個以內(nèi)，能有效縮短短信發(fā)送時間。

5 小結(jié)

在充分利用現(xiàn)有平臺并且不影響原有業(yè)務的基礎上，搭建起了基于GIS的氣象預警短信系統(tǒng)。采取機器自動分析發(fā)送，有效地解決了暴雨等氣象預警信息漏發(fā)誤發(fā)的問題，同時由于集成了地理信息系統(tǒng)，能夠提高氣象預警短信發(fā)送的針對性，同時提高了氣象預警短信的時效性。目前基于GIS的氣象預警短信自動發(fā)送系統(tǒng)，已經(jīng)投入實際業(yè)務應用，通過幾次大的降水過程，檢驗發(fā)現(xiàn)，運行效率較好，符合日常業(yè)務的需要。

[1]陳鵬述.地理信息導論[M].北京:科學出版社，1999:12－24.

[2]沈鵬.基于GIS的110短信報警系統(tǒng)[D].吉林:吉林大學，2007.

[3]張勇，楊邦榮，蔣覺先.基于GSM/GIS的火災自動報警系統(tǒng)[J].計算機工程，2006，32(2):243－247.

[4]Mary Kirtland.基于組件的應用程序設計[M].北京:北京大學出版社，1999:12－16.