大型运动会场馆气象服务系统的设计与实现

张翼，张润霖，庄聪

（汕头市气象局，广东汕头 515041）

结合大型运动会的气象服务需求，参考国内其他学者关于开展大型运动会的气象服务与气象服务系统的设计经验［1-7］。本研究的大型运动会场馆气象服务系统以“大平台、微应用”的理念，引入当前最新的双偏振雷达、数值预报等气象核心技术，采用多层B／A／S结构，建立一套覆盖汕头全市以及专注比赛场馆定点、定量的精细化气象服务系统，提供实况监测、精细化天气预报和强对流天气预报预警等气象服务，可针对所有训练场馆、比赛场馆的定点所在区域生成各类精细化场馆气象预报预警服务产品。该系统基于现有的气象服务渠道，通过微信公众号及网站方式将气象服务的信息及产品及时快速进行发布，为运动员、教练、媒体、政府人员以及观看比赛公众提供“精准型、个性化、按需响应”的气象服务靶向发布，为运动会的顺利举行提供专业气象保障。

1 系统功能设计

大型运动会场馆气象服务系统包括5大子系统，分别是气象服务数据支撑子系统、场馆气象实况监测子系统、场馆气象预报预警子系统、场馆预报预警产品制作子系统和场馆气象公众服务子系统。系统功能见图1。

图1 大型运动会场馆气象服务系统功能设计示意图

1.1 气象服务数据支撑子系统

气象服务数据支撑子系统依托省气象局一体化数据平台（简称“IDEA”）的数据访问，标准接口及各类数据存储格式实时进行同步采集，包括站点数据、雷达数据（雷达基数据以及基于雷达基数据进行反演的短时临近预报产品等）、卫星数据、数值模式数据、预警信号数据、台风数据；同步采集的数据进行分类缓存，为整个平台提供数据支撑，分为数据存储、数据同步、数据服务以及数据备份4大功能。

1）数据存储。根据本系统涉及的相关数据特点进行合理规划，选用性能优越、技术成熟、广泛应用的数据存储对数据进行缓存。

2）数据同步。主要开发一套支持多进程、多线程并行运行的数据同步采集程序，基于省气象局IDEA平台的数据访问标准接口，按各类数据监测、预报产品生成的时间频率进行定时多任务采集同步到本地数据存储进程缓存。

3）数据服务。主要对各类数据进行分类，采用互联网统一资源定位器方式（URL，Uniform Resource Locator）对各类数据进行定位，按资源预定义的操作方法、数据获取预定义的方式以及数据返回格式提供各类数据远程存取接口，形成集约化，数据访问便捷、快速的数据来源支撑。

4）数据备份。考虑数据安全性，系统需要支撑数据的备份功能，提供平台自动备份及手动备份两种方式。

1.2 场馆气象实况监测子系统

场馆气象实况监测子系统包括场馆监测站点建设、气象远程保障服务、实况天气数据展示3大功能。

1）场馆监测站点建设。根据运动场馆、赛事的地理分布状况，结合气象精细化预报需要时空上更密集的监测实时数据，提高场馆定点定量的预报准确率，基于现有汕头市气象局已建70个气象自动站的基础上进行规划选址，对3 km内未有气象监测站的场馆进行气象监测站的建设，实现全部比赛场馆3 km内均有气象监测站覆盖，增加的监测站与现有自动气象站组成一个气象监测站网，为场馆天气状况提供实时气象要素监测，同时丰富天气预报分析的第一手资料，提高场馆天气预报准确率。

2）气象远程保障服务。为实现比赛场馆的实时天气状况通过现场人员送达气象预警中心，结合气象局现有的应急指挥车，在应急车上加装远程视频会议设备。应急指挥车可以随时驾驶到各个赛事现场，实现气象局指挥中心与比赛现场的实时视频天气会商，为赛事提供周到的气象保障服务。

3）实况天气数据可视化界面展示。通过获取气象监测站网的数据资源（包括气温、风力、风向、降雨量、能见度、相对湿度、气压等），基于地理信息系统（GIS），结合汕头区域的场馆地理分布，进行定点实时的天气状况的监控、跟踪及分析，为场馆的实时天气监测提供了可视化的界面。

1.3 场馆气象预报预警子系统

场馆气象预报预警子系统包括两方面的建设内容：一是精细化天气预报；二是强对流天气预警提醒。

1）精细化天气预报。引进优化的Grapes数值模式预报产品，基于地理信息系统，结合雷达监测、卫星监测、站点实况进行综合分析，实现无缝隙、格点化、定点、定量的精细化天气预报，包括多模式融合预报、模式成员集合展示、一体化集成展示、雷达监测产品及卫星监测产品引入及叠加展示。

2）强对流天气预警提醒。利用信息技术以及气象灾害天气识别算法针对各种灾害天气进行多方位多维度监测，包括暴雨、大风、高温、寒冷、灰霾、大雾、强对流、雷电等8种灾害天气，通过获取各个气象自动站监测数据，结合雷达监测数据及反演的产品进行实时分析判别，在超过预警阈值时，通过在线、短信、微信3种方式进行报警提醒，面对强对流灾害性天气，为赛事提前1～3 h提供精准的预报预警服务，另外按照气象业务设计实现合理、科学的报警流程、报警通知机制，且将各类灾害天气对应的报警信息进行可视化展示。

1.4 场馆预报预警产品制作子系统

场馆预报预警产品制作子系统包括预报预警产品制作和预报预警发布两大模块。

1）预报预警产品制作。将开发富文本编辑器，提供各类编辑工具，实现预报预警产品web在线制作，支持预报预警产品管理、模板管理，采用预设变量的形式实现气象数据与产品内容的智能替换，同时开发表格与图片引擎库，使得预报预警产品的素材更加丰富、智能，通过产品制作，能快速按照运动项目、人群对天气状况关注程度，实现快速按需服务。

2）预报预警推送反馈。实现了各个预报预警产品发布渠道管理及渠道信息配置，主要包括FTP、靶向短信发布渠道、网站渠道以及微信渠道，同时提供推送界面，用户可以在界面内实现内容的编辑或文档的上传，选择相应的渠道即可进行信息的发送，推送结束后可查询推送的结果状态等。

1.5 场馆气象公众服务子系统

场馆气象公众服务子系统通过在项目赛事场馆现场建设气象信息发布站点，提供实时现场的个性化天气信息展示，从而更好实现气象保障服务；基于微信公众号、网站两种形式进行开发，提供基于PC端、移动端的气象信息公众服务，系统界面支持中文、英文，面向公众（市民、运动员等）提供各个场馆信息、场馆实况天气、场馆预报天气、预警信号、天气快报等内容的服务。

2 系统关键技术实现方法与路线

2.1 采用多层B／A／S结构

采用B（Browser浏览器）、A（ApllicationService应用服务器）、S（ServerForData数据服务）3层结构。以瘦客户端（Browser）代替传统的胖客户端（Client），减轻了对客户端的负担和配置要求，将应用处理、业务逻辑集中到应用服务器（ApllicationService），保证了业务的独立性，使得业务易于扩展，采用数据服务（ServerForData）提供数据资源，保证了数据与业务的隔离和数据对外使用的通用性，同时也照顾了数据与业务处理性质不一样、对机器配置要求不一样的要求，提高了数据提供的承灾能力与响应能力。

2.2 采用JavaEE体系结构

Java EE体系架构将表示逻辑、数据逻辑、业务逻辑三者分离，使系统可按照此3部分分别设计，且每一部分均有成熟框架支持，采用IOC（控制反转）降低各模块组件的耦合、AOP（切面编程）进行通用功能的切面编程，极大加快了开发效率、提高了软件的可维护性。

2.3 面向服务架构（SOA）

SOA的核心主体是服务，而服务（Service）这个概念，从业务角度展开来说，就是一个经过标准封装后可重复调用的任务，如用户权限验证、基础数据查询、预警消息分发、救援力量调动等。SOA的目标是通过服务的流程化来实现业务的灵活性，而流程（Process）是由一系列相互关联的任务所组成，实现一个具体的业务功能。一个流程可以由一系列服务来实现。

2.4 采用MVC设计模式

MVC的设计模式分为模型（M，model）、视图（V，view）、控制器（C，controller），使用MVC的目的是将M和V的实现代码分离，从而使同一个程序可以使用不同的表现形式。

2.5 采用地图引擎

考虑到安全性，本系统采用符合国标的国家地理信息公共服务平台天地图，该系统免费提供接口，在实际调用中发现国际级可用的为1到18级，点击省市服务可放大到20级。

2.6 靶向发布技术

针对运动会场馆的特定人群，基于本地运营商提供的靶向短信预警发送功能，能够实现大数据筛选目标人群靶向、实时预警预报短信的发送，提升气象服务信息发布的精准化、智能化、简单化、及时性。

靶向短信渠道将对接汕头市城市暴雨洪涝监测预警系统提供的靶向预警短信接口进行调用，实现靶向预警信息的发送。发布界面见图2。

图2 靶向短信发布界面

3 系统实现

3.1 提供精准化的气象预警服务

利用汕头及周边地区的地面观测、天气雷达、探空雷达、风廓线雷达、卫星遥感监测等为一体的综合观测网，建立场馆气象预报预警子系统，为运动会各比赛场馆提供精细化、滚动的短期及临近天气预报预警，多种组合手段保障运动会场馆气象监测的实时性与准确性，并通过靶向发布的短信渠道及时向比赛参会者以及社会公众发布灾害性天气预警与预报服务（图2）。

3.2 按需响应的气象信息服务需求

针对各个比赛场馆建设气象观测站，建立场馆气象实况监测子系统，实现基于GIS的全汕头区域的场馆分布与气象监测要素（气温、风力、风向、降雨量、能见度、相对湿度、气压、能见度等）的统计、分析、展示，为场馆的实时天气监测提供了可视化的界面展示，为比赛场馆安全提供科学专业的气象专项信息服务。图3为场馆天气实况展示界面。

图3 场馆天气实况展示界面

3.3 满足各个不同用户群体的个性化气象服务

场馆气象公众服务子系统在各个项目赛事场馆现场建设气象信息发布站点，提供实时现场的个性化天气信息展示；同时基于气象服务渠道，通过微信公众号及网站方式将气象服务的信息及产品及时快速进行发布，面向运动员、教练、媒体、政府人员以及观看比赛公众提供各个场馆信息、场馆实况天气、场馆预报天气、预警信号、天气快报等内容的服务，提供贴心、周到的场馆赛事气象信息服务。图4为运动会气象服务网网站（英文版）界面。

图4 运动会气象服务网网站（英文版）

大型运动会场馆气象服务系统设计与实现，囊括了实况监测、预报预警、数值预报等业务功能，整合了线上线下各种气象服务渠道，同时针对运动会所有训练场馆、比赛场馆的定点所在区域进行靶向发布，有效提高了赛事气象服务的智能化和精细化水平［8］，更好地满足大型运动会的决策者、参与者与参赛观众对气象服务的高时效、高质量、个性化的要求［9］。