河南省氣象觀測站網管理系統的設計與實現

吳穎 范保松 王君

摘 ?要：河南省氣象觀測站點數量、類型多，由于缺乏統一的管理平臺，增加了氣象工作人員工作的復雜度。河南省氣象觀測站網管理系統采用B/S架構，用網頁方式呈現，主要為省、市、縣業務管理人員提供一個統一、便捷的業務管理平臺。該平臺可實現自動氣象站、區域氣象站、自動土壤水分站、雷達站等站點信息的統一管理及入庫、查詢、修改。站網管理還設置了分級用戶和權限的管理，根據不同用戶需要，系統設置有超級管理員、站網管理員和一般用戶，超級管理員可對各個用戶分配角色及權限管理，一般情況下市縣用戶僅對本地的站點進行管理。通過站網管理平臺對全省各類站點信息進行科學管理，可以有效地避免信息傳輸慢速、低效、大量消耗人力物力等缺點，實現站網的數字化、信息可視化、查詢直觀化、更新迅速化和信息可擴充化。為省市縣管理人員提供了全面的站網管理信息服務。

關鍵詞：觀測站點信息 ?實時查詢 ?分級管理

中圖分類號：TP311 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（b）-0020-07

Abstract： There are many kinds of meteorological observation stations in Henan Province. Due to the lack of a unified management platform， the complexity of the work of meteorological staff has increased. The management system of Henan Meteorological observation stations adopts B/S structure and presents by web page. It mainly provides a unified and convenient business management platform for business managers of provinces， cities and counties. The platform can realize the unified management and storage ，query， modification of automatic weather stations， regional weather stations， automatic soil moisture stations， radar stations and other stations. The management platform also sets the management of hierarchical users and rights. According to the needs of different users， the system has super administrators， station administrators and general users. Super administrators can assign roles and authority management to each user. In general， city and county users only manage local sites. The scientific management of all kinds of sites information in the province through the station management platform can effectively avoid the shortcomings of slow information transmission， inefficiency， large consumption of manpower and material resources， and realize the digitization of the station， information visualization， query visualization， rapid update and information expansion. Provides a comprehensive information service for the administrators of provinces， cities and counties.

Key Words：Observation station information; Real-time query; Hierarchical management

隨著氣象現代化的快速發展，各類氣象站點不斷增加，河南省氣象站點數量、類型多。目前，全省共有119個國家級地面自動氣象站，2431個區域自動氣象站，251個自動土壤水分站，23個農田小氣候自動觀測站;7部新一代天氣雷達、19個閃電定位儀，這些自動化觀測設備不間斷地向河南省氣象局探測數據中心傳遞實時觀測數據，由于缺乏對這些站網信息的統一管理平臺，增加了氣象管理人員的工作量。寧夏李新慶根據本省特點設計與實現了寧夏氣象觀測站網信息管理系統[1];廣東省呂雪琴針對廣東省區域自動站開發了區域自動氣象站站網管理系統[2];陜西省對目前省級氣象業務中出現的站網信息管理問題進行了總結[3];不同業務單位也根據信息化管理需求進行需求分析、設計與實現[4-12];河南省也有針對該省的技術裝備站、土壤水分站、氣象信息網站后臺、氣象觀測數據綜合服務平臺、農業氣象服務平臺等的管理系統[13-17];結合河南省氣象信息站網的實際情況，為了提高河南省氣象站網信息化程度以及全面加強河南省站網信息管理服務能力，切實將站網管理資源綜合信息集中在統一的信息平臺上，站網管理系統是河南省氣象觀測數據平臺建設的一個重要基礎性應用系統，實現站網系統的數字化、信息可視化、查詢直觀化、更新迅速化和信息可擴充化功能。河南省氣象站網管理系統采用B/S架構，用網頁方式呈現，主要為省、市、縣業務管理人員提供一個統一、便捷的業務管理平臺，可實現自動氣象站、區域氣象站、自動土壤水分站、雷達站等站點信息的統一管理及入庫、查詢、修改。 站網管理還提供了用戶和權限的管理，根據不同的需要，系統有超級管理員、站網管理員和一般用戶，超級管理員可對各個用戶分配角色及權限管理，一般情況下市縣用戶僅為本地的站點進行管理。

1 ?系統總體設計

1.1 設計思路

站網管理系統是“河南省綜合氣象觀測數據服務平臺”的一部分，用于指導開發用戶合理調用河南省站網信息數據等。通過設計統一的數據接口，對所列出的數據產品種類，分別建立不同數據集，集中部署數據資源，規范管理數據信息，實現對共享觀測數據的調取管理、快速顯示，從而供不同的用戶合理調用站網信息數據。

（1）以實用性和可擴展性為原則，選擇成熟的、集成用戶原有投資的軟件，開發面向公共基礎的服務。

（2）應用服務平臺內部服務組件之間嚴格按照系統定義的服務接口設計，便于相互之間的調用。

（3）提供統一的應用集成框架。其中包含共用的服務組件、工具和系統字典以及共享數據庫的訪問控制等功能，封裝成可以配置在應用集成框架中執行的“構件段”，形成具有簡易集成、靈活擴展的業務應用系統。

（4）基于面向服務的架構，平臺內部軟件層次化、構件化。

以既滿足現有一期要求，又能在一期基礎上方便擴展和接入三方系統為宗旨，采用面向服務架構，解決新老應用系統在平臺上開發、運行的數據獲取、轉換、傳輸等關鍵問題。為跨地域、跨部門、跨平臺的不同應用系統之間的互聯互通提供服務支撐，實現擴展性良好的“松耦合”的應用和數據集成。

（5）遵循J2EE的顯示邏輯和業務邏輯區分的體系，合理運用消息機制關聯系統事件。

基于標準技術架構，在支持二次開發的友好性、安全性和經濟性等條件下，該系統具有的特點：站網設備的一站式管理及GIS（Geographic Information System，GIS）結合展示維護;共享觀測數據的調取管理，高效產品輸出，快速顯示數據;嚴格的權限控制系統，角色定義靈活;平臺主體部分采用B/S架構，安裝部署簡單，支持跨平臺良好的擴展性。

1.2 技術框架

系統采用面向服務的架構（Service Oriented Architecture，SOA）設計思想，SOA是一個具有粗粒度、松耦合、獨立于平臺與編程語言、基于標準的軟件體系結構模型。在SOA模型中，所有業務邏輯均以服務形式進行封裝，它們可以被共享、重用和配置。任何一種應用均由若干種服務組成，這些服務通過服務總線進行通信、交互以及編排管理。每個服務通過標準的接口可以被其他的服務所調用[18]。每個應用系統由服務提供者、服務消費者和服務代理組成，它們以一種標準方式進行服務交互，從而來完成業務功能，其交互關系如圖1所示。

SOA并不是一種現成的技術，而是一種將軟件組織在一起的抽象概念，是一種架構和組織IT基礎結構及業務功能的方法，是一種在計算環境中設計、開發、部署和管理離散邏輯單元（服務）的模型[19]。它依賴于用XML和 Web Services實現，并以軟件的形式存在。此外，它還需要安全性、策略管理、可靠消息傳遞等的支持，從而有效地工作。

Web是實現SOA的具體方式之一，如Web Services。Web Services是獨立于編程語言的，但Java是主要的開發語言之一?？梢允褂枚x良好的Java接口以及各種協議豐富的Java實現，為開發每個服務的功能、管理數據對象和與其他在邏輯上封裝在服務內的對象進行交互提供工具。

Web Services是獨立的、模塊化的應用，它描述了操作集合的接口，可以通過標準的XML消息機制在網絡中進行存取，能夠通過互聯網來描述、發布、定位以及調用。

J2EE平臺提供了完整的Web Services支持。因此，SOA是處于戰略的角色，Web Services處于戰術角色，而J2EE提供了實現的舞臺。

1.3 運行環境的配置及安裝部署

（1）計算機硬件：CPU為2.8GHz以上主頻;內存要求：8GB;硬盤空間：500GB。

（2）軟件：操作系統為Window7、Window10;運行軟件要求：運行軟件：JDK 1.7或以上版本;sqlserver2008;Tomcat7.0及以上版本。

（3）網絡通信：在局域網內。

（4）瀏覽器：瀏覽器：Chrome、360瀏覽器;分辨率測試，選擇兩種主流的分辨率（1024×768、1440×900、1920×1080）。

（5）其他：SVN版本管理工具，數據庫設計工具PowerDesigner。

2 ?平臺功能設計

該數據接口主要包括觀測數據、站網信息數據兩方面接口內容。對所列出的數據產品種類，分別建立不同數據集，集中部署數據資源，規范管理數據信息，實現對共享觀測數據的調取管理、快速顯示。

考慮到氣象數據第三方訪問的安全性，防止服務器以及數據被惡意訪問和攻擊，所有的接口采用jwt方式進行安全驗證，jwt采用無狀態方式請求Web服務器。第三方用戶在請求接口之前需要向服務器申請一個token，服務驗證用戶的申請并授權token，token的使用有一個有效期以及讀寫訪問的權限，用戶請求接口是需要在http請求參數提交token參數。授權流程見圖2。

2.1 站網管理

站點管理：站點基本信息添加、刪除、修改、站點實景照片導入;支持站點信息批量導入。

故障站點屏蔽：將出故障站點在前臺不進行顯示，也可以根據需要取消屏蔽。

具體功能模塊如下。

（1）用戶登錄。

用戶輸入賬戶和密碼，以及驗證碼進行登錄，如果登錄不成功則會顯示相應的錯誤提示，用戶登錄界面見圖3。

（2）GIS服務及站點管理。

GIS服務及站點管理模塊主要用戶查詢和管理測站信息，配置GIS地圖的方式展示和操作。列表和GIS以左右的方式排列，頭部為條件查詢欄，圖4為站網管理界面。主要包括以下功能。

①站點管理。

測站列表默認分頁展示測站列表信息，右側GIS地圖加載數據與列表一致，測站所有的操作權限都可以根據登錄用戶來控制。

一是測站分權限展示。測站列表根據所登錄用戶提供數據展示，例如，河南省級用戶可以查詢全省的測站數據，鄭州市用戶登錄只能查看鄭州市所屬測站。

二是測站查詢篩選。條件查詢欄提供豐富的條件查詢，用戶可以根據行政區劃、測站類型、測站屏蔽狀態以及模糊關鍵字搜索想要查詢的測站。

三是添加、修改、刪除測站。添加測站提供編輯界面人工輸入測站基本信息，測站經緯度信息可以人工填寫，或者在GIS地圖上拖動位置確定;修改測站可以選定測站然后進行修改操作;點擊刪除按鈕，刪除測站。

四是測站導出。用戶根據查詢條件導出測站信息到excel表格。

五是測站屏蔽。測站列表一鍵屏蔽故障測站。

六是測站圖片預覽、上傳。測站可以進行圖片預覽和上傳操作。

②GIS服務。

GIS服務提供和列表一致的數據展示測站信息，圖層根據GIS縮放級別顯示和隱藏站點圖標、站點名稱;GIS站點點擊可以查看測站詳情信息包括站點的探測設備廠家名稱、站點編號、名稱、經緯度;還可以直接在GIS地圖上拖動修改測站位置，如果拖動位置有誤還支持回滾操作。

2.2 系統管理

2.2.1 用戶管理

用戶管理可以進行用戶的查詢、添加、刪除和修改，用戶管理根據不同的權限建立不同級別的用戶進行管理測站。

（1）查詢用戶。

管理員用戶根據行政區劃、角色類別以及模糊關鍵字查詢，對全省的用戶進行查詢，并設置每個用戶的操作權限;管理員還可以對用戶進行密碼重置，用戶管理界面見圖5。

（2）添加、修改用戶。

用戶進入管理系統界面，點擊頁面右上角“添加”按鈕可增加用戶管理，按照用戶管理界面對用戶信息進行完善;添加用戶時對輸入的手機號具有唯一識別性，如果系統中已經存在該手機號則添加失敗。

當用戶信息發生變更時，如用戶所屬區域，或者用戶權限發生變化時，在用戶管理界面點擊編輯按鈕，可對用戶信息進行修改。

2.2.2 角色管理

角色管理可以進行角色的查詢、添加、刪除和修改。左側展示角色列表，右側展示角色所擁有的權限。添加角色、填寫角色名稱以及勾選權限樹，保存成功即可，角色管理界面見圖6。

2.2.3 日志管理

日志功能記錄的用戶操作的所有日志，比如用戶登錄IP、登錄時間;測站增加，修改以及修改字段，修改結果等等。日志管理可以進行日志的查詢和導出。查詢日志可以根據起止時間以及模糊關鍵字搜索日志操作。

3 ?系統功能實現關鍵技術

3.1 系統核心表結構

全省的站點信息進行不同的分類建立基礎數據庫表結構，不同的表之間的信息通過主外鍵進行關聯，表結構如圖，為不同權限的用戶提供不同級別的查詢;同時關聯多個表結構為其提供各種數據支持。用戶可以根據需要選擇相應區域的站點進行管理，也可以對不同類型的站點進行分類查詢和管理，或者直接通過站點號進行相應的操作，核心表結構見圖7。

3.2 系統主要接口

站網管理的各個功能通過定義規范統一的接口，完成查詢結果的調用。其主要接口定義見表1。

3.3 獲取站點信息

站點信息管理系統可以給不同的用戶設置權限，讓不同級別的用戶獲取所需要的站點信息。獲取站點信息關鍵代碼如下。

/**

* 1.6站網管理 讀取站點信息

*

* @param request

* @param resp

* @return

*/

@RequestMapping（value = "pStationGetStations.hd"）

@ResponseBody

public InterResp pStationGetStations（HttpServletRequest request， HttpServletResponse resp） {

InterResp ir = new InterResp（ConstQxInter.RespErrorCodeEx）;

try {

Map queryMap = new HashMap（）;

String option = request.getParameter（"option"）;

String stationCategory = request.getParameter（"stationCategory"）;

if （CommUtils.notNull（option）） {

queryMap.put（"option"， option）;

}

if （CommUtils.notNull（stationCategory）） {

queryMap.put（"stationCategory"， stationCategory）;

}

List list = pStationService.pStationGetStations（queryMap）;

ConstQxInter.setRespList（ir， list）;

resp.setHeader（"Access-Control-Allow-Origin"， "*"）;//支持非安全的跨域

log.info（"===pStationGetStations list==="）;

} catch （Exception ex） {

log.error（ex）;

}

return ir;

}

/**

* 1.5某一時次，某市縣 自動站、區域站 所有要素數據讀取

* @param request

* @param resp

* @return

*/

@RequestMapping（value = "getAllElementValueOnStationFlag.hd"）

@ResponseBody

public InterResp getAllElementValueOnStationFlag（HttpServletRequest request， HttpServletResponse resp） {

InterResp ir = new InterResp（ConstQxInter.RespErrorCodeEx）;

try {

Map queryMap = new HashMap（）;

String option = request.getParameter（"option"）;

String stationFlag = request.getParameter（"stationFlag"）;

String dataTime = request.getParameter（"dataTime"）;

if （CommUtils.notNull（option）） {

queryMap.put（"option"， option）;

}

if （CommUtils.notNull（stationFlag）） {

queryMap.put（"stationFlag"， stationFlag）;

}

if （CommUtils.notNull（dataTime）） {

queryMap.put（"dataTime"， dataTime）;

}

List list = allElementValueService.getAllElementValueOnStationFlag（queryMap）;

ConstQxInter.setRespList（ir， list）;

resp.setHeader（"Access-Control-Allow-Origin"， "*"）;//支持非安全的跨域

log.info（"===getAllElementValueOnStationFlag list==="）;

} catch （Exception ex） {

log.error（ex）;

}

return ir;

}

4 ?結語

站網管理系統基于河南省氣象觀測數據服務平臺，自2017年汛期投入業務以來，運行穩定，實現了全省2431個區域自動氣象站，251個自動土壤水分站，23個農田小氣候自動觀測站;7部新一代天氣雷達、19個閃電定位儀便捷的管理;有效地解決了全省站網信息更新周期長、大量消耗人力物力等缺點，為全省氣象事業現代化發展提供支持和幫助，從而提供全面的站網管理信息服務，提高工作效率。

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