張翼，張潤霖，莊聰

（汕頭市氣象局，廣東汕頭 515041）

結(jié)合大型運動會的氣象服務(wù)需求，參考國內(nèi)其他學者關(guān)于開展大型運動會的氣象服務(wù)與氣象服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗［1-7］。本研究的大型運動會場館氣象服務(wù)系統(tǒng)以“大平臺、微應(yīng)用”的理念，引入當前最新的雙偏振雷達、數(shù)值預(yù)報等氣象核心技術(shù)，采用多層B／A／S結(jié)構(gòu)，建立一套覆蓋汕頭全市以及專注比賽場館定點、定量的精細化氣象服務(wù)系統(tǒng)，提供實況監(jiān)測、精細化天氣預(yù)報和強對流天氣預(yù)報預(yù)警等氣象服務(wù)，可針對所有訓練場館、比賽場館的定點所在區(qū)域生成各類精細化場館氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品。該系統(tǒng)基于現(xiàn)有的氣象服務(wù)渠道，通過微信公眾號及網(wǎng)站方式將氣象服務(wù)的信息及產(chǎn)品及時快速進行發(fā)布，為運動員、教練、媒體、政府人員以及觀看比賽公眾提供“精準型、個性化、按需響應(yīng)”的氣象服務(wù)靶向發(fā)布，為運動會的順利舉行提供專業(yè)氣象保障。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計

大型運動會場館氣象服務(wù)系統(tǒng)包括5大子系統(tǒng)，分別是氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)、場館氣象實況監(jiān)測子系統(tǒng)、場館氣象預(yù)報預(yù)警子系統(tǒng)、場館預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)和場館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)。系統(tǒng)功能見圖1。

圖1 大型運動會場館氣象服務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計示意圖

1.1 氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)

氣象服務(wù)數(shù)據(jù)支撐子系統(tǒng)依托省氣象局一體化數(shù)據(jù)平臺（簡稱“IDEA”）的數(shù)據(jù)訪問，標準接口及各類數(shù)據(jù)存儲格式實時進行同步采集，包括站點數(shù)據(jù)、雷達數(shù)據(jù)（雷達基數(shù)據(jù)以及基于雷達基數(shù)據(jù)進行反演的短時臨近預(yù)報產(chǎn)品等）、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)值模式數(shù)據(jù)、預(yù)警信號數(shù)據(jù)、臺風數(shù)據(jù)；同步采集的數(shù)據(jù)進行分類緩存，為整個平臺提供數(shù)據(jù)支撐，分為數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)據(jù)備份4大功能。

1）數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)本系統(tǒng)涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)特點進行合理規(guī)劃，選用性能優(yōu)越、技術(shù)成熟、廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲對數(shù)據(jù)進行緩存。

2）數(shù)據(jù)同步。主要開發(fā)一套支持多進程、多線程并行運行的數(shù)據(jù)同步采集程序，基于省氣象局IDEA平臺的數(shù)據(jù)訪問標準接口，按各類數(shù)據(jù)監(jiān)測、預(yù)報產(chǎn)品生成的時間頻率進行定時多任務(wù)采集同步到本地數(shù)據(jù)存儲進程緩存。

3）數(shù)據(jù)服務(wù)。主要對各類數(shù)據(jù)進行分類，采用互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一資源定位器方式（URL，Uniform Resource Locator）對各類數(shù)據(jù)進行定位，按資源預(yù)定義的操作方法、數(shù)據(jù)獲取預(yù)定義的方式以及數(shù)據(jù)返回格式提供各類數(shù)據(jù)遠程存取接口，形成集約化，數(shù)據(jù)訪問便捷、快速的數(shù)據(jù)來源支撐。

4）數(shù)據(jù)備份?？紤]數(shù)據(jù)安全性，系統(tǒng)需要支撐數(shù)據(jù)的備份功能，提供平臺自動備份及手動備份兩種方式。

1.2 場館氣象實況監(jiān)測子系統(tǒng)

場館氣象實況監(jiān)測子系統(tǒng)包括場館監(jiān)測站點建設(shè)、氣象遠程保障服務(wù)、實況天氣數(shù)據(jù)展示3大功能。

1）場館監(jiān)測站點建設(shè)。根據(jù)運動場館、賽事的地理分布狀況，結(jié)合氣象精細化預(yù)報需要時空上更密集的監(jiān)測實時數(shù)據(jù)，提高場館定點定量的預(yù)報準確率，基于現(xiàn)有汕頭市氣象局已建70個氣象自動站的基礎(chǔ)上進行規(guī)劃選址，對3 km內(nèi)未有氣象監(jiān)測站的場館進行氣象監(jiān)測站的建設(shè)，實現(xiàn)全部比賽場館3 km內(nèi)均有氣象監(jiān)測站覆蓋，增加的監(jiān)測站與現(xiàn)有自動氣象站組成一個氣象監(jiān)測站網(wǎng)，為場館天氣狀況提供實時氣象要素監(jiān)測，同時豐富天氣預(yù)報分析的第一手資料，提高場館天氣預(yù)報準確率。

2）氣象遠程保障服務(wù)。為實現(xiàn)比賽場館的實時天氣狀況通過現(xiàn)場人員送達氣象預(yù)警中心，結(jié)合氣象局現(xiàn)有的應(yīng)急指揮車，在應(yīng)急車上加裝遠程視頻會議設(shè)備。應(yīng)急指揮車可以隨時駕駛到各個賽事現(xiàn)場，實現(xiàn)氣象局指揮中心與比賽現(xiàn)場的實時視頻天氣會商，為賽事提供周到的氣象保障服務(wù)。

3）實況天氣數(shù)據(jù)可視化界面展示。通過獲取氣象監(jiān)測站網(wǎng)的數(shù)據(jù)資源（包括氣溫、風力、風向、降雨量、能見度、相對濕度、氣壓等），基于地理信息系統(tǒng)（GIS），結(jié)合汕頭區(qū)域的場館地理分布，進行定點實時的天氣狀況的監(jiān)控、跟蹤及分析，為場館的實時天氣監(jiān)測提供了可視化的界面。

1.3 場館氣象預(yù)報預(yù)警子系統(tǒng)

場館氣象預(yù)報預(yù)警子系統(tǒng)包括兩方面的建設(shè)內(nèi)容：一是精細化天氣預(yù)報；二是強對流天氣預(yù)警提醒。

1）精細化天氣預(yù)報。引進優(yōu)化的Grapes數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品，基于地理信息系統(tǒng)，結(jié)合雷達監(jiān)測、衛(wèi)星監(jiān)測、站點實況進行綜合分析，實現(xiàn)無縫隙、格點化、定點、定量的精細化天氣預(yù)報，包括多模式融合預(yù)報、模式成員集合展示、一體化集成展示、雷達監(jiān)測產(chǎn)品及衛(wèi)星監(jiān)測產(chǎn)品引入及疊加展示。

2）強對流天氣預(yù)警提醒。利用信息技術(shù)以及氣象災(zāi)害天氣識別算法針對各種災(zāi)害天氣進行多方位多維度監(jiān)測，包括暴雨、大風、高溫、寒冷、灰霾、大霧、強對流、雷電等8種災(zāi)害天氣，通過獲取各個氣象自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)及反演的產(chǎn)品進行實時分析判別，在超過預(yù)警閾值時，通過在線、短信、微信3種方式進行報警提醒，面對強對流災(zāi)害性天氣，為賽事提前1～3 h提供精準的預(yù)報預(yù)警服務(wù)，另外按照氣象業(yè)務(wù)設(shè)計實現(xiàn)合理、科學的報警流程、報警通知機制，且將各類災(zāi)害天氣對應(yīng)的報警信息進行可視化展示。

1.4 場館預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)

場館預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作子系統(tǒng)包括預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作和預(yù)報預(yù)警發(fā)布兩大模塊。

1）預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品制作。將開發(fā)富文本編輯器，提供各類編輯工具，實現(xiàn)預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品web在線制作，支持預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品管理、模板管理，采用預(yù)設(shè)變量的形式實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與產(chǎn)品內(nèi)容的智能替換，同時開發(fā)表格與圖片引擎庫，使得預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品的素材更加豐富、智能，通過產(chǎn)品制作，能快速按照運動項目、人群對天氣狀況關(guān)注程度，實現(xiàn)快速按需服務(wù)。

2）預(yù)報預(yù)警推送反饋。實現(xiàn)了各個預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品發(fā)布渠道管理及渠道信息配置，主要包括FTP、靶向短信發(fā)布渠道、網(wǎng)站渠道以及微信渠道，同時提供推送界面，用戶可以在界面內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)容的編輯或文檔的上傳，選擇相應(yīng)的渠道即可進行信息的發(fā)送，推送結(jié)束后可查詢推送的結(jié)果狀態(tài)等。

1.5 場館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)

場館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)通過在項目賽事場館現(xiàn)場建設(shè)氣象信息發(fā)布站點，提供實時現(xiàn)場的個性化天氣信息展示，從而更好實現(xiàn)氣象保障服務(wù)；基于微信公眾號、網(wǎng)站兩種形式進行開發(fā)，提供基于PC端、移動端的氣象信息公眾服務(wù)，系統(tǒng)界面支持中文、英文，面向公眾（市民、運動員等）提供各個場館信息、場館實況天氣、場館預(yù)報天氣、預(yù)警信號、天氣快報等內(nèi)容的服務(wù)。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)方法與路線

2.1 采用多層B／A／S結(jié)構(gòu)

采用B（Browser瀏覽器）、A（ApllicationService應(yīng)用服務(wù)器）、S（ServerForData數(shù)據(jù)服務(wù)）3層結(jié)構(gòu)。以瘦客戶端（Browser）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的胖客戶端（Client），減輕了對客戶端的負擔和配置要求，將應(yīng)用處理、業(yè)務(wù)邏輯集中到應(yīng)用服務(wù)器（ApllicationService），保證了業(yè)務(wù)的獨立性，使得業(yè)務(wù)易于擴展，采用數(shù)據(jù)服務(wù)（ServerForData）提供數(shù)據(jù)資源，保證了數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的隔離和數(shù)據(jù)對外使用的通用性，同時也照顧了數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)處理性質(zhì)不一樣、對機器配置要求不一樣的要求，提高了數(shù)據(jù)提供的承災(zāi)能力與響應(yīng)能力。

2.2 采用JavaEE體系結(jié)構(gòu)

Java EE體系架構(gòu)將表示邏輯、數(shù)據(jù)邏輯、業(yè)務(wù)邏輯三者分離，使系統(tǒng)可按照此3部分分別設(shè)計，且每一部分均有成熟框架支持，采用IOC（控制反轉(zhuǎn)）降低各模塊組件的耦合、AOP（切面編程）進行通用功能的切面編程，極大加快了開發(fā)效率、提高了軟件的可維護性。

2.3 面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）

SOA的核心主體是服務(wù)，而服務(wù)（Service）這個概念，從業(yè)務(wù)角度展開來說，就是一個經(jīng)過標準封裝后可重復(fù)調(diào)用的任務(wù)，如用戶權(quán)限驗證、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、預(yù)警消息分發(fā)、救援力量調(diào)動等。SOA的目標是通過服務(wù)的流程化來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活性，而流程（Process）是由一系列相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)所組成，實現(xiàn)一個具體的業(yè)務(wù)功能。一個流程可以由一系列服務(wù)來實現(xiàn)。

2.4 采用MVC設(shè)計模式

MVC的設(shè)計模式分為模型（M，model）、視圖（V，view）、控制器（C，controller），使用MVC的目的是將M和V的實現(xiàn)代碼分離，從而使同一個程序可以使用不同的表現(xiàn)形式。

2.5 采用地圖引擎

考慮到安全性，本系統(tǒng)采用符合國標的國家地理信息公共服務(wù)平臺天地圖，該系統(tǒng)免費提供接口，在實際調(diào)用中發(fā)現(xiàn)國際級可用的為1到18級，點擊省市服務(wù)可放大到20級。

2.6 靶向發(fā)布技術(shù)

針對運動會場館的特定人群，基于本地運營商提供的靶向短信預(yù)警發(fā)送功能，能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)篩選目標人群靶向、實時預(yù)警預(yù)報短信的發(fā)送，提升氣象服務(wù)信息發(fā)布的精準化、智能化、簡單化、及時性。

靶向短信渠道將對接汕頭市城市暴雨洪澇監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供的靶向預(yù)警短信接口進行調(diào)用，實現(xiàn)靶向預(yù)警信息的發(fā)送。發(fā)布界面見圖2。

圖2 靶向短信發(fā)布界面

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 提供精準化的氣象預(yù)警服務(wù)

利用汕頭及周邊地區(qū)的地面觀測、天氣雷達、探空雷達、風廓線雷達、衛(wèi)星遙感監(jiān)測等為一體的綜合觀測網(wǎng)，建立場館氣象預(yù)報預(yù)警子系統(tǒng)，為運動會各比賽場館提供精細化、滾動的短期及臨近天氣預(yù)報預(yù)警，多種組合手段保障運動會場館氣象監(jiān)測的實時性與準確性，并通過靶向發(fā)布的短信渠道及時向比賽參會者以及社會公眾發(fā)布災(zāi)害性天氣預(yù)警與預(yù)報服務(wù)（圖2）。

3.2 按需響應(yīng)的氣象信息服務(wù)需求

針對各個比賽場館建設(shè)氣象觀測站，建立場館氣象實況監(jiān)測子系統(tǒng)，實現(xiàn)基于GIS的全汕頭區(qū)域的場館分布與氣象監(jiān)測要素（氣溫、風力、風向、降雨量、能見度、相對濕度、氣壓、能見度等）的統(tǒng)計、分析、展示，為場館的實時天氣監(jiān)測提供了可視化的界面展示，為比賽場館安全提供科學專業(yè)的氣象專項信息服務(wù)。圖3為場館天氣實況展示界面。

圖3 場館天氣實況展示界面

3.3 滿足各個不同用戶群體的個性化氣象服務(wù)

場館氣象公眾服務(wù)子系統(tǒng)在各個項目賽事場館現(xiàn)場建設(shè)氣象信息發(fā)布站點，提供實時現(xiàn)場的個性化天氣信息展示；同時基于氣象服務(wù)渠道，通過微信公眾號及網(wǎng)站方式將氣象服務(wù)的信息及產(chǎn)品及時快速進行發(fā)布，面向運動員、教練、媒體、政府人員以及觀看比賽公眾提供各個場館信息、場館實況天氣、場館預(yù)報天氣、預(yù)警信號、天氣快報等內(nèi)容的服務(wù)，提供貼心、周到的場館賽事氣象信息服務(wù)。圖4為運動會氣象服務(wù)網(wǎng)網(wǎng)站（英文版）界面。

圖4 運動會氣象服務(wù)網(wǎng)網(wǎng)站（英文版）

大型運動會場館氣象服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，囊括了實況監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警、數(shù)值預(yù)報等業(yè)務(wù)功能，整合了線上線下各種氣象服務(wù)渠道，同時針對運動會所有訓練場館、比賽場館的定點所在區(qū)域進行靶向發(fā)布，有效提高了賽事氣象服務(wù)的智能化和精細化水平［8］，更好地滿足大型運動會的決策者、參與者與參賽觀眾對氣象服務(wù)的高時效、高質(zhì)量、個性化的要求［9］。