高國(guó)弘，劉 垚，馬力文，緱曉輝，劉建宏

基于移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)研發(fā)——以寧夏釀酒葡萄農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)為例*

高國(guó)弘1, 2，劉 垚1, 2**，馬力文1, 2，緱曉輝1, 2，劉建宏1, 2

（1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750002）

傳統(tǒng)TCP/IP 協(xié)議的FTP 文件傳輸方式和服務(wù)產(chǎn)品一次性制作、統(tǒng)一分發(fā)的服務(wù)方式已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有服務(wù)針對(duì)性、多樣性、高時(shí)效性的要求。為減少冗余農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品的產(chǎn)生，提高運(yùn)算效率及服務(wù)針對(duì)性，本研究以寧夏釀酒葡萄為例，采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)，研發(fā)了基于用戶(hù)地理位置及關(guān)注農(nóng)事活動(dòng)的寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)制作并發(fā)布服務(wù)產(chǎn)品。平臺(tái)主要由資料加工軟件、產(chǎn)品云制作軟件、農(nóng)氣服務(wù)APP三部分組成。通過(guò)將氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及必要的中間數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，利用資料獲取、指標(biāo)比較、預(yù)報(bào)制作等子程序，通過(guò)已建立云服務(wù)網(wǎng)站API接口方式，獲取相關(guān)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)。其次，還可利用開(kāi)發(fā)的APP獲取具有很強(qiáng)專(zhuān)業(yè)性、時(shí)效性和針對(duì)性的、基于用戶(hù)地理位置的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品。平臺(tái)有力提升了寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的客觀化、自動(dòng)化水平及業(yè)務(wù)產(chǎn)品質(zhì)量，可為國(guó)內(nèi)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)技術(shù)向?qū)I(yè)化和精細(xì)化發(fā)展提供參考。

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)；云計(jì)算；地理位置；寧夏

“以信息化驅(qū)動(dòng)氣象現(xiàn)代化，建設(shè)智慧氣象”是氣象行業(yè)落實(shí)國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，氣象領(lǐng)域的信息化新技術(shù)應(yīng)用和研究越來(lái)越得到重視[1]。面對(duì)海量氣象數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、管理和服務(wù)需求，國(guó)家氣象信息中心開(kāi)發(fā)了國(guó)省統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù)環(huán)境“全國(guó)綜合氣象信息共享系統(tǒng)（China Integrated Mete- orological Information Service System, CIMISS）”[2]，以支持氣象業(yè)務(wù)與相關(guān)科學(xué)研究。沈文海等[3?4]提出通過(guò)信息化規(guī)劃，促使新技術(shù)和理念向氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域滲透，加快智慧化業(yè)務(wù)體系建設(shè)，研發(fā)智能化業(yè)務(wù)平臺(tái)及服務(wù)產(chǎn)品，促進(jìn)氣象信息化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的解釋?xiě)?yīng)用[5]，與作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、關(guān)鍵農(nóng)事活動(dòng)以及相關(guān)技術(shù)措施等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。在農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域中，農(nóng)業(yè)氣象管理系統(tǒng)、測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)與推廣應(yīng)用[6?10]實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的信息化和自動(dòng)化，為推動(dòng)農(nóng)業(yè)氣象現(xiàn)代化建設(shè)打下了基礎(chǔ)。王建林等[11?12]以天氣預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)天氣影響評(píng)估、指標(biāo)判斷、模型模擬和統(tǒng)計(jì)分析模式等技術(shù)，定量分析或預(yù)估未來(lái)天氣氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，并總結(jié)出農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的技術(shù)流程。在此基礎(chǔ)上，農(nóng)氣與計(jì)算機(jī)專(zhuān)家協(xié)作研發(fā)了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)制作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的自動(dòng)化、智能化制作[13?15]。目前，農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)內(nèi)容已由單一的糧食作物增至糧食、蔬菜、果樹(shù)、林木畜牧等多方面，對(duì)農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的精準(zhǔn)度和時(shí)效性要求越來(lái)越高，特色的、個(gè)性化服務(wù)需求增長(zhǎng)越來(lái)越快，然而，傳統(tǒng)的人工和人機(jī)交互制作的業(yè)務(wù)服務(wù)產(chǎn)品已無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的需求[16]，以往的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品均為事先制作，再進(jìn)行分發(fā)，產(chǎn)生了“無(wú)需也生產(chǎn)”的額外作業(yè)。如何利用現(xiàn)代信息化新技術(shù)，將智能化農(nóng)用天氣系統(tǒng)制作出的成千上萬(wàn)份服務(wù)產(chǎn)品傳遞給真正有需求的用戶(hù)，這無(wú)疑是農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)發(fā)展亟需解決的問(wèn)題。

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)與用戶(hù)所處地理位置以及氣候條件呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)，且具有指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定、預(yù)報(bào)更新迅速等特點(diǎn)?，F(xiàn)今云計(jì)算技術(shù)相比原有計(jì)算模式具有易管理、靈活、可靠性高、成本低廉以及安全性強(qiáng)的顯著優(yōu)勢(shì)[17?21]，互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的推廣應(yīng)用能夠有效滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)快速處理與傳播的需求。本研究以云計(jì)算與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，將農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的制作過(guò)程建立到云服務(wù)環(huán)境中，研發(fā)基于用戶(hù)地理位置及所關(guān)注農(nóng)事活動(dòng)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)，由用戶(hù)移動(dòng)終端（如手機(jī)）調(diào)閱，云服務(wù)器依據(jù)用戶(hù)地理位置信息及所關(guān)注的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)項(xiàng)目，結(jié)合最新的智能網(wǎng)格天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)報(bào)模型等，在線實(shí)時(shí)制作相應(yīng)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品交付用戶(hù)。

1 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建

1.1 總體框架

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)可以隨時(shí)、隨地、隨身獲取互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，而對(duì)于服務(wù)提供者而言，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與之前的互聯(lián)網(wǎng)最大的區(qū)別是可以獲取到用戶(hù)的準(zhǔn)確地理位置，進(jìn)而能夠向用戶(hù)提供各種更具針對(duì)性的基于位置的服務(wù)（LBS）。云計(jì)算簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是通過(guò)遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)（云）提供快速創(chuàng)新、彈性資源和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的計(jì)算服務(wù)，其服務(wù)可分為以下幾個(gè)層次，即基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)服務(wù)（PaaS）和軟件服務(wù)（SaaS）[20]。

在線制作農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)并通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向用戶(hù)直接交付，是一種LBS應(yīng)用軟件服務(wù)，適用SaaS范疇。寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)系統(tǒng)申請(qǐng)自治區(qū)政府建設(shè)的寧夏電子政務(wù)云平臺(tái)建設(shè)（采用阿里云技術(shù)建設(shè)），其中IaaS與PaaS部分由政務(wù)云平臺(tái)提供，SaaS部分及其屬于客戶(hù)端的手機(jī)APP、PC機(jī)應(yīng)用網(wǎng)頁(yè)等軟件自行研發(fā)，其系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2 業(yè)務(wù)流程

作為一個(gè)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)，其用戶(hù)可分為三類(lèi)：第一類(lèi)是公眾用戶(hù)（如涉農(nóng)部門(mén)、種植大戶(hù)及其他農(nóng)戶(hù)），即通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端軟件（APP）從云平臺(tái)獲取農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)的用戶(hù)；第二類(lèi)是專(zhuān)業(yè)用戶(hù)（如其他部門(mén)的相關(guān)應(yīng)用軟件、網(wǎng)站等新媒體），即通過(guò)云平臺(tái)提供的接口，直接獲取農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)結(jié)果數(shù)據(jù)的用戶(hù)；第三類(lèi)是專(zhuān)家用戶(hù)（如農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)家、農(nóng)牧業(yè)專(zhuān)家等），即提供農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)成果，利用云平臺(tái)提供的通用算法、云+端服務(wù)能力提供服務(wù)的用戶(hù)。

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)業(yè)務(wù)流程包括，（1）研發(fā)智能網(wǎng)格天氣預(yù)報(bào)、實(shí)況數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫(kù)軟件，實(shí)時(shí)更新天氣數(shù)據(jù)；（2）收集現(xiàn)有《農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)工作方案》即各種農(nóng)作物、設(shè)施農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)作物、牧草農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)細(xì)則、農(nóng)業(yè)氣象周年服務(wù)方案，研究農(nóng)事活動(dòng)規(guī)律，將各類(lèi)氣象指標(biāo)抽象形成盡可能簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立“農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)庫(kù)”；（3）基于智能網(wǎng)格天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況及其他統(tǒng)計(jì)資料，研究農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)反演算法；（4）研發(fā)農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)與模型庫(kù)管理程序，供農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)專(zhuān)家錄入或調(diào)整指標(biāo)或模型；（5）研發(fā)相應(yīng)的云計(jì)算軟件及公共數(shù)據(jù)接口，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)外公布“農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)接口（API）”；（6）研發(fā)“農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)智能手機(jī)客戶(hù)端軟件（APP）”，用戶(hù)通過(guò)手機(jī)APP調(diào)閱自己所關(guān)注的農(nóng)作物，APP通過(guò)氣象服務(wù)云Web API接口向農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)制作程序發(fā)出請(qǐng)求，程序先基于用戶(hù)關(guān)注的農(nóng)作物向農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)模型數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)指標(biāo)或模型，再基于用戶(hù)地理位置信息向智能網(wǎng)格天氣預(yù)報(bào)和（或）實(shí)況數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)本地氣象資料，然后依據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算制作出農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，最后再通過(guò)Web API接口分發(fā)給用戶(hù)（圖2）。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)APP開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)是用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)類(lèi)似電腦桌面軟件，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完全來(lái)自云端服務(wù)器，因此，平臺(tái)引入微軟的Web API（網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口）軟件編程技術(shù)開(kāi)發(fā)API接口與云計(jì)算產(chǎn)品制作軟件，并以Json（一種輕量級(jí)數(shù)據(jù)交換國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）格式向APP提供云數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)采用Json格式也能方便地向其他應(yīng)用終端或系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)云共享服務(wù)。

圖1 寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)框架

圖2 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)業(yè)務(wù)流程

將農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作過(guò)程搬到云上實(shí)時(shí)完成，面臨的最大挑戰(zhàn)是用戶(hù)響應(yīng)速度。即用戶(hù)從發(fā)出請(qǐng)求到獲得預(yù)報(bào)結(jié)果的時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，以免影響用戶(hù)體驗(yàn)。通過(guò)整體分析與實(shí)際編程測(cè)試，發(fā)現(xiàn)影響整體響應(yīng)速度的關(guān)鍵點(diǎn)有兩處，一是智能網(wǎng)格天氣數(shù)據(jù)查詢(xún)，二是依據(jù)指標(biāo)或模型運(yùn)算出產(chǎn)品的過(guò)程。

氣象部門(mén)分發(fā)的智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)、實(shí)況業(yè)務(wù)產(chǎn)品是一種壓縮二進(jìn)制編碼格式GRIB2文件，從一個(gè)龐大的GRIB2文件中檢索讀取一個(gè)點(diǎn)的全要素?cái)?shù)據(jù)所需時(shí)間接近秒級(jí)，無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)品實(shí)時(shí)制作的要求。為提高實(shí)時(shí)服務(wù)時(shí)并發(fā)訪問(wèn)的響應(yīng)速度，選用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，利用元數(shù)據(jù)表+三維數(shù)組建立時(shí)空格點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案。PostgreSQL是開(kāi)源的對(duì)象?關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)支持并行性，可伸縮性，冗余/地理冗余和高效的容錯(cuò)機(jī)制、大數(shù)據(jù)集、文本數(shù)據(jù)的靈活索引等，具有高可用性、高效率和更好的海量數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，PostgreSQL具有GIS擴(kuò)展PostGIS，可以實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象、空間索引、空間操作函數(shù)和空間操作符等空間信息服務(wù)功能。因而，非常適合具有海量與時(shí)空屬性的格點(diǎn)化氣象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與快捷訪問(wèn)，實(shí)測(cè)檢索速度可提高到毫秒級(jí)。

為提高運(yùn)算環(huán)節(jié)速度，在將《農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)工作方案》文稿翻譯入農(nóng)氣指標(biāo)庫(kù)時(shí)，應(yīng)盡可能應(yīng)用一些簡(jiǎn)潔的符號(hào)表示各參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，為之后能編寫(xiě)出盡可能簡(jiǎn)潔、高效的軟件提供便利。與指標(biāo)類(lèi)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)方案一般只有一張表不同的是，模式類(lèi)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)方案一般會(huì)有多張表，如參照國(guó)標(biāo)GB/T 36743?2018《森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)》制定的牧草火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)模式就多達(dá)5張表。將這些并不復(fù)雜的數(shù)據(jù)表存放在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行聯(lián)合查詢(xún)并不高效，為此將這5張表都保存在一個(gè)XML[16]（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）文件中，使運(yùn)算速度得到了提升。

載有農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)APP，選擇MUI[22]網(wǎng)站前端框架技術(shù)開(kāi)發(fā)，它是一種國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的Hybrid App（混合模式移動(dòng)應(yīng)用）開(kāi)發(fā)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一套代碼覆蓋Android（安卓）、iOS（蘋(píng)果），以及微網(wǎng)站、小程序等多平臺(tái)應(yīng)用。網(wǎng)站開(kāi)發(fā)人員沿用已掌握的Web編程技術(shù)就可開(kāi)發(fā)APP，自建APP研發(fā)團(tuán)隊(duì)更具備依據(jù)農(nóng)戶(hù)反饋不斷迭代升級(jí)APP軟件的能力。

2 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.1 功能研發(fā)

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)主要分為“資料加工軟件”、“產(chǎn)品云制作軟件”、“農(nóng)氣服務(wù)APP”三大塊（圖3）。

在氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)設(shè)立資料加工服務(wù)器，研發(fā)定時(shí)運(yùn)行的網(wǎng)格資料入庫(kù)軟件，分解GRIB2格式數(shù)據(jù)上載到位于云服務(wù)器的PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)；研發(fā)積溫、極值、均值、降水或無(wú)降水日數(shù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上載云數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，為提高產(chǎn)品云制作效率提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。資料加工軟件以C#編程語(yǔ)言的控制臺(tái)模式開(kāi)發(fā)，各項(xiàng)功能編寫(xiě)?yīng)毩④浖訵indows計(jì)劃任務(wù)定時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行。

圖3 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)功能模塊

在云服務(wù)器提供的Windows Server 2019系統(tǒng)平臺(tái)上自行建立PostgreSQL及SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)IIS 10（互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)器）建立云服務(wù)網(wǎng)站，研發(fā)“農(nóng)氣指標(biāo)庫(kù)管理軟件”網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)建立指標(biāo)庫(kù)并向農(nóng)氣專(zhuān)家提供指標(biāo)調(diào)整渠道。應(yīng)用C#編程語(yǔ)言研發(fā)“資料獲取”、“指標(biāo)比較”兩個(gè)公共類(lèi)（子程序），以及各種農(nóng)作物農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)制作類(lèi)，并研發(fā)“Web API控制器”軟件，對(duì)外以API接口方式提供網(wǎng)址導(dǎo)航，以獲取不同作物的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)。

研發(fā)的APP軟件從用戶(hù)手機(jī)GPS模塊讀取經(jīng)緯度信息，以及用戶(hù)點(diǎn)擊選擇的農(nóng)作物信息，通過(guò)云API接口提供給產(chǎn)品制作軟件，制作軟件依據(jù)用戶(hù)所在位置的天氣數(shù)據(jù)，以及所選農(nóng)作物的指標(biāo)或模型計(jì)算出農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，回傳給用戶(hù)手機(jī)APP向用戶(hù)展示。

2.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

依據(jù)中國(guó)氣象局農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)暫行規(guī)定，農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)主要開(kāi)展農(nóng)作物重要發(fā)育期、關(guān)鍵期農(nóng)事活動(dòng)的氣象適宜性等級(jí)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果劃分為Ⅰ級(jí)（氣象條件適宜）、Ⅱ級(jí)（氣象條件較適宜）、Ⅲ級(jí)（氣象條件不適宜）指導(dǎo)農(nóng)戶(hù)開(kāi)展該農(nóng)事活動(dòng)。以釀酒葡萄農(nóng)事活動(dòng)氣象適宜性等級(jí)預(yù)報(bào)為例，展示農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)的細(xì)節(jié)。

首先，將《釀酒葡萄農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)工作細(xì)則》中的主要指標(biāo)文字描述（表1中的“服務(wù)細(xì)則預(yù)報(bào)指標(biāo)”項(xiàng)），翻譯成如表2“指標(biāo)庫(kù)數(shù)據(jù)表”項(xiàng)簡(jiǎn)潔、精巧的符號(hào)算法。將眾多作物指標(biāo)加上預(yù)報(bào)時(shí)段匯集在一個(gè)數(shù)據(jù)表保存在云數(shù)據(jù)庫(kù)中，就形成了農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)庫(kù)，簡(jiǎn)潔、精巧的指標(biāo)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將會(huì)極大地提高云計(jì)算速度。

抽取表2中邏輯判斷部分編寫(xiě)一個(gè)公共類(lèi)（子程序）即可為所有作物專(zhuān)有處理類(lèi)調(diào)用。如圖4所示，Web API接收到用戶(hù)手機(jī)發(fā)來(lái)的包括經(jīng)緯度+作物種類(lèi)（釀酒葡萄）信息的Url（網(wǎng)址）訪問(wèn)請(qǐng)求后，首先提取用戶(hù)地理位置及所關(guān)注作物信息，判斷該種作物是否處在服務(wù)時(shí)段，不在服務(wù)時(shí)段時(shí)向用戶(hù)發(fā)送相關(guān)提示（如小麥“冬歇期”無(wú)農(nóng)事活動(dòng)不提供預(yù)報(bào)服務(wù)）。若處在服務(wù)時(shí)段，則基于用戶(hù)地理位置信息從“氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)”提取天氣預(yù)報(bào)、實(shí)況資料、積溫等氣象信息；根據(jù)用戶(hù)所關(guān)注作物農(nóng)事活動(dòng)，從“農(nóng)氣指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)”提取該農(nóng)事活動(dòng)的氣象指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作完成后，即對(duì)氣象數(shù)據(jù)與相應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷。若滿(mǎn)足“適宜”條件，向用戶(hù)反饋指數(shù)1及提示語(yǔ)“適宜開(kāi)展農(nóng)事活動(dòng)”；不滿(mǎn)足“適宜”條件時(shí)，繼續(xù)判斷是否滿(mǎn)足“不適宜”條件，若滿(mǎn)足“不適宜”條件，向用戶(hù)反饋指數(shù)3及提示語(yǔ)“不適宜開(kāi)展農(nóng)事活動(dòng)”；若“不適宜”和“適宜”條件都不滿(mǎn)足，則向用戶(hù)反饋指數(shù)2及提示語(yǔ)“較適宜開(kāi)展農(nóng)事活動(dòng)”。將指數(shù)、提示語(yǔ)及其他輔助信息組合成一個(gè)Json數(shù)據(jù)字符串傳發(fā)送給用戶(hù)，調(diào)閱該服務(wù)的手機(jī)APP獲得該數(shù)據(jù)后以圖文形式向用戶(hù)展示農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)結(jié)果。以模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)，除在判斷部分更加復(fù)雜外，其程序流程與基于指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)制作流程大致相同。

表1 釀酒葡萄農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)細(xì)則

在所有作物云計(jì)算軟件研發(fā)完成后，即可對(duì)外公布各種作物的Web API接口Url，供APP及其他應(yīng)用軟件調(diào)用。圖5是手機(jī)APP頁(yè)面選擇“釀酒葡萄”調(diào)用相應(yīng)接口，獲得數(shù)據(jù)并展示“釀酒葡萄農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)”與農(nóng)氣服務(wù)周年服務(wù)方案結(jié)合頁(yè)面的實(shí)例。

3 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用

3.1 軟硬件條件

寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)申請(qǐng)寧夏回族自治區(qū)政府建設(shè)的“電子政府云”服務(wù)器建設(shè)，讀者也可以租用阿里、亞馬遜等商業(yè)云服務(wù)器。服務(wù)器配置為Intel Xeon（英特至強(qiáng)）2.4GHz雙核CPU、32GB內(nèi)存、400GB硬盤(pán)，獨(dú)享20M互聯(lián)網(wǎng)帶寬；服務(wù)器操作系統(tǒng)為云平臺(tái)提供的Windows Server 2019加Internet Information Services 10，數(shù)據(jù)庫(kù)為自行建設(shè)的MS SQL Server 2014加PostgreSQL 4.24。云服務(wù)平臺(tái)軟件采用C#語(yǔ)言，基于ASP.NET框架下的 Web API應(yīng)用軟件編程接口開(kāi)發(fā)模式研發(fā)，API接口輸出數(shù)據(jù)格式為Json。智能手機(jī)APP軟件，基于可跨Android與iOS平臺(tái)的MUI前端框架APP編程技術(shù)研發(fā)。

表2 釀酒葡萄農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)庫(kù)數(shù)據(jù)表

注：1. &、|、（）、＞、｝、＜、｛分別代表與、或、數(shù)值區(qū)間、大于、大于等于、小于、小于等于；Ｘ代表無(wú)此項(xiàng)。

2. 天氣字段中的數(shù)值代表天氣符號(hào)代碼，如0代表晴、2代表陰、3代表小雨等；風(fēng)速、氣溫均為實(shí)際值。

Note: 1. &, |, (), >, }, <, { represents and, or, a numerical interval, more than, greater than or equal to, less than, less than or equal to, respectively. X represents none.

2. The number in the weather field represents the weather symbol code, such as 0 represents fine, 2 represents cloudy, 3 represents light rain, etc. Wind and temperature are in actual values.

圖4 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)算法云計(jì)算程序框圖

圖5 手機(jī)APP農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)頁(yè)面實(shí)例

3.2 注意事項(xiàng)

以云計(jì)算方式在線制作氣象服務(wù)產(chǎn)品所采用的編程技術(shù)，都要圍繞著提高計(jì)算效率這一核心目的選擇，因?yàn)榭s短產(chǎn)品反饋時(shí)間是提升用戶(hù)體驗(yàn)的關(guān)鍵。為此，將云計(jì)算軟件集成在Web API接口軟件中開(kāi)發(fā)，將能極大提高計(jì)算效率；其次，將更新頻率一天以上的氣象統(tǒng)計(jì)資料在后臺(tái)提前準(zhǔn)備好，也可為提高計(jì)算效率做出貢獻(xiàn)。

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品有一定的適用范圍，寧夏農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云服務(wù)平臺(tái)制作的產(chǎn)品，自然只在寧夏范圍內(nèi)適用，寧夏的釀酒葡萄服務(wù)產(chǎn)品只在賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)適用，小麥、蔬菜等還分南北不同的茬口。因此，在農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)制作軟件中還應(yīng)引進(jìn)不同的地理參數(shù)，對(duì)提供給不同區(qū)域用戶(hù)的服務(wù)產(chǎn)品加以區(qū)分。

3.3 服務(wù)效果

農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)作為一項(xiàng)氣象專(zhuān)業(yè)服務(wù)，以天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)判斷、模型數(shù)據(jù)判別為基礎(chǔ)，多基于Windows或B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的自動(dòng)化和智能化[13?15]，服務(wù)對(duì)象以黨政決策層和農(nóng)業(yè)部門(mén)為主，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性。但對(duì)農(nóng)業(yè)企業(yè)、種植大戶(hù)和農(nóng)民等個(gè)體用戶(hù)來(lái)說(shuō)，服務(wù)的針對(duì)性、及時(shí)性較弱。本研究研發(fā)的平臺(tái)通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，基于用戶(hù)地理位置與需求（即通過(guò)提取用戶(hù)地理位置及所關(guān)注作物信息），在線制作服務(wù)產(chǎn)品并實(shí)時(shí)分發(fā)反饋給用戶(hù)，做到“有需才有應(yīng)”。該平臺(tái)解決了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品海量生產(chǎn)難以分發(fā)的痛點(diǎn)，可使計(jì)算資源合理化布局、集約管理、按需分配、充分利用，很大程度上節(jié)約了人力成本和計(jì)算資源，使農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)業(yè)務(wù)的布局變得更加高效和專(zhuān)業(yè)，是一種氣象服務(wù)產(chǎn)品制作方式的創(chuàng)新。

目前，寧夏氣象部門(mén)已應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，在寧夏電子政務(wù)云上布設(shè)了寧夏氣象科技興農(nóng)網(wǎng)（xnw.nx121.net），以Web API方式對(duì)外提供釀酒葡萄、水稻、小麥、玉米、大棚番茄、黃芪、畜草等以及森林草原火險(xiǎn)等農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)云計(jì)算數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)。通過(guò)網(wǎng)站提供特定點(diǎn)與格點(diǎn)化農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)，并自行研發(fā)了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)APP“致富寶”，向農(nóng)業(yè)種植大戶(hù)提供基于地理位置及所關(guān)注作物的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)調(diào)閱服務(wù)，服務(wù)惠及寧夏全區(qū)農(nóng)村兩千多家種養(yǎng)殖大戶(hù)及一百多家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，取得了良好的效益。此項(xiàng)技術(shù)有望推廣到更多的公共氣象服務(wù)領(lǐng)域，提升氣象服務(wù)的精確性與有效性。

[1] 楊有林,陳海波,王建林,等.寧夏智能化綜合氣象業(yè)務(wù)服務(wù)共享管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].氣象,2018,44(7): 961- 968.

Yang Y L,Chen H B,Wang J L,et al.Design and implementation of Ningxia intelligent integrated meteorological business service sharing management platform[J]. Meteorology Monthly,2018,44(7):961-968.(in Chinese)

[2] 熊安元,趙芳,王穎,等.全國(guó)綜合氣象信息共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2015,26(4):500-512.

Xiong A Y,Zhao F,Wang Y,et al.Design and implementation of China Integrated meteorological Information Sharing System(CIMISS)[J].Journal of Applied Meteorological Science,2015,26(4):500-512.(in Chinese)

[3] 沈文海.氣象信息化進(jìn)程中云計(jì)算的意義[J].中國(guó)信息化,2015(3):80-88.

Shen W H.The significance of cloud computing in the process of meteorological informatization[J].Zhongguo Xinxihua,2015(3):80-88.(in Chinese)

[4] 沈文海.氣象業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)未來(lái)基礎(chǔ)架構(gòu)探討:“云計(jì)算”和“大數(shù)據(jù)”在氣象信息化中的作用[J].氣象科技進(jìn)展,2015(3): 64-66.

Shen W H.Discussion on the future infrastructure of meteorological operational information system:the role of "Cloud Computing" and "Big Data" in Meteorological Informatization[J].Advances in Meteorological Science and Technology,2015(3):64-66.(in Chinese)

[5] 劉勇洪,葉彩華,吳春艷,等.北京都市型現(xiàn)代農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)的研制[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(5):611-618.

Liu Y H,Ye C H,Wu C Y,et al.Development of Beijing urban modern farming weather forecast service system[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(5):611- 618.(in Chinese)

[6] 陳懷亮,王良宇,張雪芬.農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)記錄報(bào)表資料管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2004,25(3):63-66.

Chen H L,Wang L Y,Zhang X F.Design methodology on management system on agro-meteorological observation report forms data[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2004,25(3):63-66.(in Chinese)

[7] 張淑杰,班顯秀.農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2004,25(3):67-69.

Zhang S J,Ban X X.Design and implementation of agrometeorological information service system[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2004,25(3):67-69.(in Chinese)

[8] 楊太明,馬曉群,張愛(ài)民,等.農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)報(bào)表制作及管理系統(tǒng)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2002,23(2):37-40.

Yang T M,Ma X Q,Zhang A M,et al.Study on the system for production and management of agrometeorological observation report[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2002,23(2):37-40.(in Chinese)

[9] 成兆金,莊立偉,李軒,等.農(nóng)業(yè)氣象測(cè)報(bào)工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].氣象科技,2019,47(2):367-372.

Cheng Z J,Zhuang L W,Li X,et al.Development and application of a basic data statistical system for agrometeorological observation reports[J].Meteorological Science and Technology,2019,47(2):367-372.(in Chinese)

[10] 成兆金,莊立偉,吳門(mén)新,等.農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)記錄年報(bào)表審核系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].干旱氣象,2019,37(3):490-495.

Cheng Z J,Zhuang L W,Wu M X,et al.Agrometeorological observation report verification system design and implementation[J].Journal of Arid Meteorology,2019,37(3): 490-495.(in Chinese)

[11] 王建林,呂厚荃,張國(guó)平,等.農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)[M].北京:氣象出版社,2005:135-141.

Wang J L,Lv H Q,Zhang G P,et al.Nongye qixiang yubao[M].Beijing:China Meteorological Press,2005,135- 141.(in Chinese)

[12] 毛留喜,呂厚荃.國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)綜述[J].氣象,2010,36(7):75-80.

Mao L X,Lv H Q.Overview of national level agrometeorological operational techniques[J].Meteorological Monthly[J].2010,36(7):75-80.(in Chinese)

[13] 侯英雨,張蕾,吳門(mén)新,等.國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)技術(shù)進(jìn)展[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2018,29(6):641-656.

Hou Y Y,Zhang L,Wu M X,et al.Advances of modern agrometeorological service and technology in China[J]. Journal of Applied Meteorological Science,2018, 29(6): 641-656.(in Chinese)

[14] 吳門(mén)新,莊立偉,侯英雨,等.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)(CAgMSS)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2019, 30(5):513-527.

Wu M X,Zhang L W,Hou Y Y,et al.The design and implementation of China Agricultural Meteorological Service System(CAgMSS)[J].Journal of Applied Meteorological Science,2019,30(5):513-527.(in Chinese)

[15] 肖晶晶,姚益平,金志鳳,等.基于WebGIS的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2017,40(4): 132-139.

Xiao J J,Yao Y P,Jin Z F,et al.Design and implementation of agricultural meteorological service platform based on WebGIS[J].Meteorological and Environmental Sciences, 2017,40(4): 132-139.(in Chinese)

[16] 成兆金,莊立偉,張媛媛,等.農(nóng)業(yè)氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)文件格式和傳輸方式的改進(jìn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2021, 42(3):243-249.

Cheng Z J,Zhuang L W,Zhang Y Y,et al.Improvement of the format and transmission mode of the uploaded data file in the agrometeorological observing data operation system[J]. Chinese Journal of Agrometeorology,2021, 42(3):243- 249.(in Chinese)

[17] 田江林.云安全體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(1):243-244.

Tian J L.Security architecture of cloud computing and its key technologies[J].Electronic Technology and Software Engineering,2021(1):243-244.(in Chinese)

[18] 蔣慧敏,蔣哲遠(yuǎn).企業(yè)云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的參考模型與開(kāi)發(fā)方法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2021,48(2):13-22.

Jiang H M,Jiang Z Y.Reference model and development methodology for enterprise cloud service architecture[J]. Computer Science,2021,48(2):13-22.(in Chinese)

[19] 王娟,袁順,易丁,等.貴州省氣象云計(jì)算平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)[J].福建電腦,2016,32(3):132-134.

Wang J,Yuan S,Yi D,et al. Research and design of meteorological cloud computing platform in Guizhou Province[J].Fujian Computer,2016,32(3):132-134.(in Chinese)

[20] 房秉毅,張?jiān)朴?程瑩,等.云計(jì)算國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].電信科學(xué),2010(S1):1-6.

Fang B Y,Zhang Y Y,Cheng Y,et al.Analysis of the development status of cloud computing at home and abroad[J].Telecom Science,2010(S1):1-6.(in Chinese)

[21] 宋智,徐曉莉,何嘉.云計(jì)算在省級(jí)氣象信息系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用的研究[J].高原山地氣象研究,2014,34(4):88-90.

Song Z,Xu X L,He J.Research on applying cloud computing in the constructing meteorological information system[J].Plateau and Mountain Meteorology Research, 2014,34(4):88-90.(in Chinese)

[22] 高國(guó)弘,緱曉輝,高愷寧.基于MUI前端框架繪制天氣預(yù)報(bào)APP[J].電腦編程技巧與維護(hù),2019(10):56-60.

Gao G H,Gou X H,Gao K N.Drawing weather forecast app with drawing technology based on MUI front-end framework[J].Computer Programming Skills & Maintenance, 2019(10):56-60.(in Chinese)

Development of Farming Weather Forecast Service Platform Based on Mobile Cloud Computing Technology—A Case Study on Forecasting of Wine-Grape Farming Activities

GAO Guo-hong1, 2, LIU Yao1, 2, MA Li-wen1, 2, GOU Xiao-hui1, 2, LIU Jian-hong1, 2

(1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions, CMA, Yinchuan 750002, China; 2.Ningxia Key Lab of Meteorological Disaster Prevention and Reduction, Yinchuan 750002)

The FTP file transfer method based on traditional TCP/IP protocol and the service mode with one-time production and unified distribution of service products no longer meet the pertinence, diversity, high efficiency requirements of the existing services. In order to reduce redundant farming weather forecast service products, improve the operational efficiency and services pertinence, by adopting internet and cloud computing technology, authors took wine grapes in Ningxia hui autonomous region as an example and developed Ningxia farming weather forecast cloud services platform based on user location and farming activities. Online real time production and distribution of service products were realized in this research. This platform was mainly composed of three parts: data processing software, farming product cloud producing software and agriculture meteorological service APP. The workflow of this platform was as follows: basic data and necessary intermediate data in the Meteorological Service Network were uploaded to the cloud server database, then subroutines such as data acquisition, index comparison and forecast making were used, and finally related farming weather forecast were obtained through the API interface of the established cloud service website. In addition, farming weather forecast products with strong professionalism, time-validity and pertinence based on the user's geographical location were acquired through the developed APP. This platform can greatly improve the objectification, automation level and service product quality of farming weather forecast in Ningxia, as well as can provide references for specialization and fine development in farming weather forecast technology in China.

Farming weather forecast; Cloud computing; Geographical location; Ningxia

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.01.006

高國(guó)弘,劉垚,馬力文,等.基于移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)研發(fā):以寧夏釀酒葡萄農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)為例[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2022,43(1):61-71

收稿日期：2021?04?29

寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018BEG03068）

通訊作者：劉垚，高級(jí)工程師，從事應(yīng)用氣象服務(wù)，E-mail: liuyao314@163.com

高國(guó)弘，E-mail: wybggh@163.com