枣庄市特色农业气象服务平台的构建与应用

李全景，陈立峰，王倩，张越，陈连侠，胡园春

(1.山东省气象防灾重点实验室，山东 济南 250031；2.枣庄市气象局,山东 枣庄 277800；3.枣庄市峄城区气象局,山东 峄城 277300)

石榴是枣庄市的著名地方特产，也是枣庄农业经济发展的重要支柱。2015年底的寒潮天气，让枣庄石榴的生产发展承受巨大灾害，种植户也因此遭受重大经济损失。为防范灾害性天气，减少经济损失，积极开发可实现石榴增产、农民增收的方法与途径[1-3]，建立特色农业(石榴)气象服务平台对于枣庄石榴产业的生产与发展有着重要意义。特色农业(石榴)气象服务平台的构建，可以精密监测天气实况、精准预报气象灾害并建立相应预警机制，不仅能提高特色农业气象的服务效率，方便快捷地实现各项辅助服务的自动化运行，还可以结合石榴生产特点开展个性化服务[4]，直观展示石榴气象服务内容，为石榴气象服务决策[5]和指导田间管理提供科学依据。

1 系统设计

该平台系统与现代5G技术相融合，在农业气象服务领域的应用场景方面更能突显出即时性与适应性，使不同信息数据的交互能力得到较大提升，并以“数据连接数据”的模式，将云计算、大数据及AI技术进行深度融合。该农业气象服务平台是基于市气象部门观测的专业数据，与本平台内石榴的各发育期所需气象指标进行技术融合后，自动输出服务产品。

1.1 设计模式

借助与人们生活紧密相连的热点平台进行开发建设，开发标准采用现阶段国内与国外的先进技术标准，再结合本地区的实际状况进行因地、因时制宜的个性化设计，在运行稳定的前提下确保精准性、个性化及智慧型专业气象服务信息的推送发布。与传统的农业气象服务模式不同，此平台基于我国5G现代移动互联网技术，针对特色作物的生长特点设计而成，实现了智慧型农业气象信息预测及发布[6]，对石榴的日常生产进行科学监控。

1.2 设计思路

平台系统是基于大数据分析、云计算及不同算法的互联网基础进行搭建与升级的，不仅可与农业信息数据进行深度融合，满足农户对于各项气象指标进行自由切换与删减，还可以同步对石榴的具体生长状况通过数据连接进行上传，也可自行下载并存储，以此满足不同用户的实际生产需求。系统设计本着页面简洁、使用友好且管理便捷的原则，以用户的实际需求为出发点，运用网络互联、互通有无的发展思维，旨在为枣庄市广大石榴种植农户，提供精准型、智慧型和个性化的农业气象服务窗口。

1.3 设计原则

由于主流网络体系结构与运行系统是运行成熟且稳定的，是经过实践检验的配置模式，可应用于不同场景的多媒体需求。在此基础上还加强了安防保密措施，可以及时检测平台系统的运行漏洞，为平台系统的良性运行做好相关措施[7]。平台系统的设置原则主要遵循以下几方面：

先进性原则。借助现有的地面宽带网络、卫星通信系统和各种数据信息，进行快速、及时、有效的收集与处理，充分整合各类数据公共资源，建设集中、统一、综合性强的特色农业智慧气象服务平台。

实用性原则。平台开发的根本目的是要实现相关数据的对接入库、数据处理及数据展示，提供一个方便、快捷与高效的应用环境。平台以实用性和可操作性为核心内容，以用户的具体功能需求为主，再辅以个性化定制的特色模块实现综合性使用功能。

可靠性原则。为保证系统运行的安全性、可靠性与及时性，建立了相应预警机制、故障发生处理机制及故障解除机制，保持了优质的运行质量与运行效率，具备应对各类复杂应用场景变化的能力。

1.4 技术路线及架构

平台系统分为前端展示和后端服务两大部分，前端也称为用户端，主要展示经过综合分析整理出的功能性服务项目内容，如气象要素等值面图、历史轨迹折线图、表格等不同形式的数据分析输出，而后端服务则主要实现实时数据的同步性交互作用，经过数据处理定时生成服务产品项目。该系统主要采用ASP.NET技术进行开发，通过Html、CSS/JavaScript以及服务器脚本构建前端网页，后台采用C#高级语言，构建特色业务逻辑思维框架，系统数据库则采用SQlSever2012进行相关数据信息的存储，前后端都采用ajax技术创建的交互应用，整个系统全面部署于IIS服务器上，而相关服务功能则部署于Windows系统上，整体呈现出安全、实时、高效能的特点，以满足平台系统的具体操作应用需求(图1)。

图1 平台技术的架构

1.4.1 实现数据同步抓取功能

在山东气象内网的环境下，基于Windows操作系统平台，通过与全国综合气象信息共享平台(CIMISS)相交互，以SQL server2012数据库作为数据存储中心。主要同步相关数据可按时间周期分为“小时数据”与“日数据”两种，其中“小时数据”项目中可细分设置关于气压、气温、最高气温、最低气温、湿度、最小湿度、风速、风向、最大风速、降水、5 cm地温、10 cm地温等短时间周期的气象要素内容；而“日数据”项目中可细分为日平均气压、最高气压、最低气压、日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均湿度、日最小湿度、日降水、日照时长等长时间周期的气象要素内容，其中“小时数据”的更新频率通常设置每20 min一次，而“日数据”的更新时间最好设置于每日8点与20点[8]。

1.4.2 实现CIMISS数据同步补录功能

当服务器出现意外关停机等问题或是出于各类故障不能进行正常工作时，如果系统一旦恢复，那么本系统的自动模块就会恢复正常工作，并将其相关丢失数据及时进行补录，实现自动存储及提取缺失数据功能。

1.4.3 实现格点预报数据同步抓取功能

在山东气象内网的环境下，同样基于Windows操作系统编写原理以期实现另一个服务功能，即通过与CIMISS“全国综合气象信息共享平台”的相交互服务及时进行获取、下载及解析等具体操作步骤，这项服务功能主要体现在可解析逐3 h 10 d气温的格点预报、逐3 h 10 d的降水格点预报及逐3 h 10 d湿度格点的预报、逐24 h 10 d最高气温的格点预报及逐24 h 10 d最低气温的格点预报。这项服务也可设置于每日8点与20点进行整点时的自动获取，同步实现下载解析功能[9]。

1.4.4 实现实景摄像头数据对接功能

这项功能的实现主要是在山东气象内网的应用环境下，以峄城石榴实景摄像头数据与山东现代农业气象智能业务平台相对接，对峄城(石榴)实景摄像头的数据及时更新，自每日的8—16点采用整点更新的方式进行远景及近景的实景图片各拍一张。

1.5 系统构成

特色农业(石榴)气象服务平台功能模块中包含数据展示、数据统计、服务产品及其他子项，而数据展示子项中包含CIMISS实况数据信息展示、果业小气候站数据展示、种植分布展示、格点预报、实景观测及果实膨大期监测数据等；数据统计中主要包含石榴的相关历史实况数据统计；服务产品项目中包含石榴春秋季冻害预警服务、石榴裂果预测预警服务、石榴花期预测服务、石榴气候适宜度服务；其他子项中主要包含系统配置，智能发布与气象数据同步等内容。

2 平台功能及应用

2.1 智慧服务项目种类

依托枣庄市气象局石榴气象服务团队构建的初春石榴冻害预测预警模型、秋末石榴冻害预测预警模型、石榴裂果预测预警模型、石榴气候适宜度模型、花期预测模型等创新性研究成果，可实现在抓取数据后，各项功能模型会自动计算并识别，最终可自动生成气象服务项目类型的种类输出。服务项目内容主要涵盖石榴花期预测、初春冻害预测、秋末冻害预测、石榴裂果预测、气候适宜度、石榴病虫害预测、石榴气候好产品等。

2.2 平台应用功能

系统平台主要包括在线制作、在线修改、在线查看、在线导出、在线删除等功能模块。这些功能设置可有助于综合观测数据查询基于离线GIS地图展示，其具体内容主要包括：

枣庄气象站数据实况气象数据数值图(此图是根据各个气象观测站的经纬度信息的具体展示)与等值面图两种展示方式。提取气象要素的重要关注点、相关气象指标阈值、石榴生育期指标应调整的生长指标信息等内容；同时也及时展现出相关农业生产的气象及作物的数据信息等，如农作物长势、病虫害、灾害性天气等信息，这种信息输出是基于相关气象部门的原有业务基础服务数据而成的，两者相融合共同形成服务于智慧农业的大数据信息[10]。

格点预报可以进行滚动式播放、鼠标移动区域浮动展示格点预报值，点击区域内可通过点击实现“一点查看”的预报气象要素的具体变化轨迹。

2.3 实现历史实况的数据查询功能

2.3.1 CIMISS气象站的历史数据查询

本项功能可实现并支持按区域、按站点类型的查询，也可实现按时间周期和按气象要素进行查询，该查询检索功能所查询到的数据可分两种，即对于小时数据的查询和日数据的查询。具体展示方式可通过折线变化图进行展示，同时支持对图片下载功能及相关数据表格的下载。

2.3.2 石榴膨大期监测系统数据查询

每年8月是石榴果实膨大期的重要时间节点，石榴在这段时期的生产管理是否科学对石榴的产量及其品质提升具有重要意义，这时期的平台监测系统可实现对石榴相关生长数据进行查询的功能，主要是按时间周期、多种气象要素和石榴生产要素进行科学查询与管理，起到预警提示的作用，这一功能也可通过折线的变化图示进行展现，同步可进行实时数据更新和数据下载。

2.3.3 实现石榴的小气候数据查询

这一功能主要是根据石榴作物的生长指标库信息，提取出用户关注的气象信息，进行科学分析并筛选石榴在不同生长期对于气象条件的需求，以达到对石榴作物全生命周期的精准服务并匹配生产技术指导建议。同时根据现阶段气象条件与石榴作物所处的生长期时段预估出未来的生长趋势及可能出现的各类灾害，细致划分出所应对的灾害级别，对于下一步的农事活动及时给予建议等。该数据查询分为不同气象要素实时数据、石榴生长状况实时数据等，数据展示的方式分为图表、折线图和图片三种类型，同时支持上述数据的下载和存储。

2.3.4 石榴作物长势实景观测

本项功能模块设置可通过石榴的具体生长状况进行实景观测，便于及时掌握石榴的生长形势，实景观测里可实现远近景切换，便于多角度观察石榴作物的生长形势并为农户提供准确的生产数据，便于及时采取相关措施，促进作物健康生长。

2.3.5 气象服务项目的智能推送

这项功能是基于在公共网络环境前提下，结合气象即时数据进行预报功能的实现，具体可针对用户需求匹配具体气象要素数据，同步启动后端平台系统的自适应算法，创建适应石榴生长的算法模型，按时间周期可分为短时的气象灾害预警与石榴生长期关键点的具体气象服务内容，同时同步推送至用户端，其推送手段可通过短信或邮箱的模式进行[11]。

3 小结

特色农业(石榴)气象服务平台是依托现代科技技术的大数据、云计算、物联网、移动互联网等基础进行研发的特色农业智慧服务项目，不仅实现了观测数据采集及查询，同时实现了对特定的气象服务指标进行订正、对气象服务产品的特定功能进行加工制作、对相关服务项目产品智能推送为一体的智慧型农业服务，既满足了现代特色农业气象服务需求，也提升了智慧气象为农业的服务能力。