基于“天擎”的重庆雷达资料共享软件设计与实现.pdf

气象大数据云平台“天擎”是中国气象局在全国气象部门统一部署的大数据平台系统。2020年12月“天擎重庆”正式投入业务试运行1-3，实现了数据管理、加工处理、应用服务的高度集约，具备直接支撑应用云化改造的能力4。“天擎”建立了分布式关系型数据库、分布式分析型数据库、分布式表格系统、分布式文件系统等技术相结合的可扩展、高可用的数据存储管理系统1，提供了结构标准、功能丰富的数据访问服务和应用编程接口，为国、省、地、县各级以及云上应用提供了唯一权威的数据接入服务5。目前，重庆市气象信息与技术保障中心（以下简称信息中心）通过FTP服务器文件共享的方式，为全市气象部门预报员提供新一代天气雷达产品数据。雷达数据不仅存储在FTP服务器上，还接入分布式数据环境，因此将重复占用大量存储空间。为适应“天擎 重庆”信息系统架构和数据环境的变化，消除数据冗余，本文依托VS2015集成开发工具，采用C/S架构体系（客户机负责用户的交互任务，服务器负责数据管理），通过“天擎”提供的气象数据统一访问接口（MUSIC），利用C#编程开发了一款能直接从分布式数据环境中实时获取雷达资料的共享客户端软件，以替换原有数据环境下的 FTP共享方式，提高了全市气象局预报员获取雷达产品数据的时效性和稳定性，为更好的气象预报服务提供了保障。1MUSIC简介MUSIC是用户从大数据云平台数据环境中获取数据或产品的应用编程接口，采用瘦客户端模式，为国、省、地、县各级应用系统提供唯一权威的数据接基于“天擎”的重庆雷达资料共享软件设计与实现摘要：针对“天擎 重庆”信息系统架构和数据环境的变化，为消除分布式数据环境中雷达资料重复存储的现象，依托VS2015集成开发工具，采用C/S架构体系设计，通过“天擎”气象数据统一访问接口（MUSIC），利用C#编程语言开发了一款可视化雷达数据共享客户端软件，可自动实时下载重庆新一代多普勒天气雷达资料，便于重庆市气象部门预报员实时掌握天气动态，提高监测强对流灾害性天气的能力，充分发挥气象防灾减灾第一道防线的作用。关键词：雷达数据；气象大数据云平台；MUSIC中图分类号：P208P237文献标志码：B文章编号：1672-4623（2023）07-0061-04Design and Implementation of Chongqing Radar Data Sharing SoftwareBased on CMADaasZHONG Mei1,ZHAO Siliang1,YANG Yongyi1,DU Aijun2(1.Chongqing Meteorological Information and Technology Support Centre,Chongqing 401147,China;2.Banan Meteorological Service,Chongqing 401320,China)Abstract:In order to eliminate the phenomenon of repeated storage of radar data in distributed data environment,aiming at the changes of infor-mation system architecture and data environment of CMADaas Qingqing,we relied on VS2015 integrated development tool,used C/S architec-ture system,and used the C#programming language to develop a visual radar data sharing client software,through CMADaaS unified access in-terface to meteorological data(MUSIC).In this way,the new generation Doppler weather radar data of Chongqing can be downloaded automati-cally and in real time,which is convenient for forecasters of Chongqing meteorological department to master the weather dynamics,improve themonitoring ability of severe weather processes in time,and give full play to the first line role of meteorological disaster prevention and reduction.Key words:radar data,meteorological big data cloud platform,MUSIC（1.重庆市气象信息与技术保障中心，重庆 401147；2.重庆市巴南区气象局，重庆 401320）钟美1，赵思亮1，杨永毅1，杜爱军2收稿日期：2022-06-06；修回日期：2022-07-14。项目来源：重庆市气象部门青年基金资助项目（QNJJ-202105）。第一作者简介：钟美（1989），硕士，主要研究方向为气象信息技术应用研究，E-mail：。引文格式：钟美,赵思亮,杨永毅,等.基于“天擎”的重庆雷达资料共享软件设计与实现J.地理空间信息,2023,21(7):61-64.doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2023.07.015Jul.,2023Vol.21,No.7地 理 空 间 信 息GEOSPATIAL INFORMATION2023 年 7 月第21卷第 7 期地理空间信息第21卷第7期入服务。MUSIC API支持Windows、Linux、AIX等主流操作系统，常用的开发语言工具包为C#、Java、C/C+、Fortran、PHP、Python等6-7。MUSIC提供客户端调用、Web Service、REST服务、脚本调用4种服务方式，其中Web Service、REST 服务支持所有平台和语言调用；客户端调用、脚本调用支持 Windows 32/64 bit、Linux 32/64 bit、AIX等主流操作系统。不同服务方式对应不同的调用方法6-7，详见表1。表1MUSIC接口调用方法服务方式客户端调用Web ServiceREST服务调用脚本调用方法IDcallAPI_to_array2DcallAPI_to_gridArray2DcallAPI_to_saveAsFilecallAPI_to_downFilecallAPI_to_fileListcallAPI_to_serializedStrcallAPI_to_serializedStrcallAPI_to_arrayREST脚本配置调用方法名称获取二维站点数据获取二维格点场数据获取检索结果并存入文件下载服务端文件获取文件列表信息获取序列化的字符串结果获取序列化的字符串结果获取二维字符串结果获取序列化的字符串结果获取文件返回数据格式站点资料结构类（RetArray2D）格点资料结构类（RetGridArray2D）文件信息结构类（RetFileInfo）+数据文件文件信息结构类（RetFileInfo）+数据文件文件信息结构类（RetFileInfo）String（序列化的）String（序列化的）Array（无描述信息）String（序列化的）文件MUSIC接口应用接入流程和CIMISS数据服务接口基本一致，主要包括7步骤8：登录大数据云平台网站(http:/10.230.90.120:8088/cmadaas/)，申请Web账户和API账户，Web账户与气象政务信息管理系统用户直接对接，若有证书，运行证书工具即可自动登录网站，若无证书，则需申请注册Web账户方可登录网站，在网站用户空间用户信息MUSIC接口账户申请栏目下申请一个或多个API账户，经管理员审核后，即可使用8-9；根据应用需求功能，明确所需资料，然后在大数据云平台网站资源共享数据栏目中查找资料；进入资源共享接口栏目，查看可调用该资料的接口清单，根据应用需求选择合适的接口，进入接口详细说明页面；在用户空间我的资源资源申请数据访问申请数据访问（接口）栏目下，添加API账户数据访问权限申请资料清单；在用户空间我的接口接口测试工具栏目中选择数据类别、数据名称、服务接口，赋值接口参数，在线生成并执行接口URL，展示测试结果并保存文件；进入服务与支持新手入门接口使用客户端下载页面，获取最新版本SDK开发包和DEMO工程包；根据应用需求，选择擅长的编程语言，参照网站提供的各种开发文档和操作说明文档进行应用开发。2雷达资料传输流程目前，重庆市已建设重庆、万州、黔江、永川、涪陵5部新一代多普勒天气雷达，即4部SA、SB型的S波段和1部CD型C波段多普勒天气雷达，共生成19类36种产品资料（表2）。雷达产品资料首先从雷达台站的雷达数据采集系表2新一代多普勒天气雷达产品资料产品名称基本反射率基本径向速度组合反射率混合扫描反射率回波顶垂直风廓线弱回波区风暴相对径向速度产品标识RVCRHSRETVWPWERSRM产品号1920262737383341485356产品名称垂直累积液态水含量风暴追踪信息冰雹指数中尺度气旋龙卷涡旋特征风暴结构1小时累积降水3小时累积降水风暴总降水组合切变反射率等高面位置显示产品标识VILSTIHIMTVSSSOHPTHPSTPCSCAR产品号5758596061627879808711062第21卷第7期统扫描产生基数据，并通过宽带通信线路传输至雷达产品生成子系统，经分解、算法处理生成相应的雷达产品；然后通过省级广域网专线定时上传至市局信息中心服务器；各用户再通过“天擎”MUSIC获取雷达产品资料至本地计算机；最后通过安装PUP软件读取所需的雷达PUP产品资料，分析天气过程10。3软件设计与实现3.1软件总体设计根据重庆市气象部门的实际业务需求，考虑雷达产品种类多、实时性要求高以及系统软件的可靠性、可用性、可维护性、可扩展性等因素11，该软件采用C/S 架构体系设计，基于面向对象模块化的编程思想，结合定时器和多线程编程技术，实时检索服务器最新雷达以获取雷达产品资料12。软件产品实时接收程序流程见图1。3.2软件功能模块结合实际业务需求，软件采用模块化思想，遵循功能实用、可视化操作、性能稳定等原则进行开发，实现数据接收、日志管理、软件设置等功能13-14。1）数据接收功能包括实时接收和历史接收两个模块，实时接收模块负责自动接收大数据云平台数据环境中最新的雷达数据；历史接收模块负责手动获取大数据云平台数据环境中过去时间段的雷达数据。2）日志管理功能包括显示日志、查看日志、清空日志3个模块，显示日志模块负责在软件主界面实时动态显示接收雷达数据的日志信息，包括雷达数据接收时间、接收状态、接收台站名与台站号、接收文件数；查看日志模块负责查看历史日志信息，便于排查雷达数据接收故障原因；清空日志模块负责清空软件主界面接收的数据日志信息。3）软件设置功能包括雷达站点设置、释放目录设置、用户名与密码和检索时间间隔4个模块，站点设置模块负责雷达站点信息的增加、删除、修改；释放目录设置模块负责将从大数据云平台数据环境中接收的雷达数据存储在计算机本地磁盘目录；用户名与密码是从大数据云平台网站申请的API账户信息；检索时间间隔模块负责自动实时接收数据程序的运行间隔时间。3.3软件应用实现雷达资料共享客户端软件包括视窗、标题栏、菜单栏、状态栏4个区域，可实时获取、存储、显示雷达资料信息。菜单栏包含实时下载、历史下载、立即检测、后台监测、清空记录、查看记录、设置、重启等功能。菜单栏实时下载负责自动实时接收添加的雷达台站数据资料；菜单栏历史接收负责手动接收所选雷达台站的历史资料（图2）。菜单栏设置包括基本设置和站点设置，基本设a 实时下载b 历史接收图2软件部分功能界面置负责雷达数据本地释放目录、用户名与密码、检测时间间隔、主窗口显示信息自动清空等的设置；站点设置负责接收雷达台站信息的添加、修改、删除（图3）。开始开始初始化参数等待接收读取 xm1 文件重新赋值间隔时间 spanTime执行接收数据更新 xm1 文件数据最新时间StartTime=proTimeEndTime=sysTime记录目志文件间隔时间倒计时spanTime=0?读取雷达数据接口成功?判断数据最新?sysTime-proTime6?数据接收线程执行完毕?读取 xm1 文件获取最新数据时间 proTime获取当前系统时间sysTimeStartTime=proTime-6EndTime=sysTime记录日志文件等待接收否否是是是是是否否图1软件产品实时接收程序流程图钟美等：基于“天擎”的重庆雷达资料共享软件设计与实现63地理空间信息第21卷第7期a 基本设置b 站点设置图3菜单栏设置界面4结语重庆市新一代多普勒天气雷达资料共享软件采用C/S技术架构和成熟可靠的技术手段，搭建了雷达数据共享软件平台，具有良好的可靠性、兼容性、安全性、实用性、可维护性，在全市、区县气象局实行业务化运行，取得了较好的运行实效15。该软件从2022年3月开始分别在市局、万州、巴南等气象台投入业务试运行，运行期间平台运行稳定、效果良好，为全市、区县气象局预报员提供了实时雷达产品资料，特别是在短时灾害性天气预报中发挥了巨大作用，充分发挥了气象防灾减灾第一道防线的作用。参考文献1冯勇，李微，朱辉，等.云计算环境下山东省气象大数据云平台的设计与实现J.信息技术与信息化，2021(5):147-1502陈晴，高婷，杨明，等.气象大数据平台的设计及应用J.电子技术与软件工程，2019(11):192-1943徐亮亮.气象大数据云平台的监控系统设计J.集成电路应用，2021，38(4):168-1694朱亮，夏正龙，钟艳雯，等.基于天擎 湖南的一体化平台云化改造关键技术J.智能计算机与应用，2022，12(3):204-2075夏正龙，傅承浩，朱亮，等.基于“天擎”的模式产品云化技术研究与实现J.现代计算机，2021，27(34):46-506国家气象信息中心.气象大数据云平台“天擎”1.0 气象数据统一服务接口（MUSIC）简介Z.7国家气象信息中心.气象大数据云平台“天擎”1.0 POR-TAL用户使用手册Z.8赵冰燕，郭彩莲，来志云.基于青海气象大数据云平台的数据服务接口J.青海科技，2021，28(1):82-869秦运龙，王迎迎，张冰松，等.省级外网气象大数据服务平台研究与实现J.气象科技，2020，48(6):823-82810张东明，卢兴来，王志诚，等.基于新一代天气雷达产品预警系统设计研究与应用J.浙江气象，2021，42(4):29-3211崔文化.基于Python的地理信息数据属性检查软件设计与实现J.地理空间信息，2021，19(5):55-5812贾东.基于CIMISS的雷达产品监测平台设计与实现J.内蒙古气象，2018(1):39-4113刘磊，张理想，曲丽佳.多系统GNSS基准站网数据传输软件的设计与实现J.地理空间信息，2020，18(4):57-6014孟贵升，郝国建，宋超.基于FME模板文件的数据质检软件设计与实现J.地理空间信息，2020，18(11):84-8615雷永恒，胡坚.湖南省天气雷达业务系统的设计与实现J.中低纬山地气象，2022，44(4):77-8316刘一谦.多普勒天气雷达PUP产品共享系统设计与实现D.成都:电子科技大学，201513赵梓渝，刘大千，高雪，等.基于人口学特征的犯罪者行为时空倾向:以长春市南关区为例J.地理科学，2021，41(8):1 409-1 41814张延吉，朱春武，秦波.犯罪数量与危害的空间分布及建成环境影响:基于北京市刑事案件的纵向研究J.地理科学进展，2019，38(12):1 876-1 88915刘玲，李钢，薛淑艳，等.四川省拐卖儿童犯罪的时空演变过程及影响因素分析J.地理科学进展，2020，39(5):853-86516王发曾.城市犯罪空间盲区的综合治理研究J.地理研究，2010，29(1):57-6717龙冬平，柳林，周素红，等.地理学视角下犯罪者行为研究进展J.地理科学进展，2017，36(7):886-90218李佳音，郭锦辉.文本分析法在教育研究中的应用J.国际公关，2019(8):10219陈彦光.基于Moran统计量的空间自相关理论发展和方法改进J.地理研究，2009，28(6):1 449-1 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