气象服务中台关键技术研究与应用

气象服务中台关键技术研究与应用

朱光明1  王彦东2  邓鹏1

61243部队  新疆喀什  844000  61243部队  新疆乌鲁木齐  830000

摘要：近年来，我国的农业气象服务工作有了很大进展，农业气象预报作为一种重要的信息服务手段，在现代农业生产中发挥着越来越重要的作用。随着科技的发展和气象预报技术的不断进步，农业气象预报不仅可以提供准确的天气信息，还可以为农业生产提供精准的决策支持。本文就气象服务中台关键技术研究与应用进行研究，以供参考。

关键词：气象服务；高并发；流程化；微服务

引言

为了提高农业生产的稳定性和产量，农业气象监测预警及服务平台构建的研究变得越来越重要。传统的农业气象服务已不能满足现代农业的发展需求，因此，需要构建一个更加先进、精准的农业气象监测预警及服务平台。通过该平台，农民可以及时了解天气变化情况，合理安排农业生产活动，降低气象灾害对农业生产造成的损失。同时，该平台还可以为政府决策提供科学依据，为农业保险、农业科研等领域提供数据支持，具有重要的实践意义与应用价值。

1我国气象教育培训的发展历程

经过一个多世纪的发展，我国气象教育培训经历了从无到有、从简单到精细、从封闭局限向开放融合转变的不断探索的发展过程，教育培训体系逐步健全，为构建气象现代化体系，助力发展低空经济积累了宝贵的经验。

2气象服务中台关键技术

2.1总体架构

气象服务中台基于数据虚拟化技术将各类气象数据产品封装成RESTful、HTTP等接口统一提供服务，同时提供数据直连、行业服务插件，在屏蔽多源异构气象数据产品复杂性的同时，也较好地解决了不同行业、多场景应用对接需求。在服务接口和网关之间，基于客户端负载均衡组件（Ribbon）和高可用流量防护组件（Sentinel）设计了相应控制机制，支撑分布式架构下的服务信息获取、链接监控、流量控制等功能。为解决气象数据产品统一处理的问题，气象服务中台构建了微服务集群，将地面、高空、卫星、雷达、服务产品等数据资料按类型和服务对象进行分类，将数据加工处理过程按业务逻辑拆分为微服务线程，在集群中统一处理，降低气象算法模块的复杂性和不同服务之间的耦合性。在数据流转与存储部分，根据不同种类气象数据服务特点，设计了RabbitMQ、Kafka等类型的消息队列分别支撑文件型、流式数据处理。同时针对不同气象数据特性和处理流程设计不同的存储机制，包括：采用对象存储系统MinIO支撑海量小文件高吞吐量存取，采用Radis支撑访问频次较高的热点气象数据，利用ElasticSearch支撑服务过程中各类数据实时检索，采用PostGIS支撑气象数据产品空间分析，各类配置与管理信息采用MySQL进行存储管理。

2.2气象数据分析

气象数据分析主要采用数学统计和物理模型等方法。数学统计方法通过对历史气象数据进行统计分析，揭示气象要素之间的相关性和规律性，为未来气象变化的预测提供依据。物理模型则是利用大气物理学和数值计算方法建立气象模型，模拟大气环流和气象要素的时空变化规律，进行气象预报和分析。这些方法能够有效挖掘气象数据中的信息，为农业气象预报提供科学依据。

2.3系统功能模块

用户登录模块。为新用户提供注册功能，收集必要的个人信息。这些信息将用于创建账户和提供个性化服务。用户使用注册的账号和密码进行登录。平台通过验证用户信息，确认用户身份，允许用户访问平台资源。当用户忘记密码时，可以通过注册时留下的信息找回密码，使用户在忘记密码时仍能找回账户。登录后，用户可以修改密码、注销账户等，对自己的账户进行管理。为保障账户安全，平台会定期向用户发送安全验证信息，用户通过验证信息确认身份，保证账户不被他人盗用。在具体实现中，使用HTML、CSS和JavaScript等前端技术实现注册、登录页面及其交互，采用Vue.js等框架提高开发效率，使用Python等后端语言处理用户请求，与数据库交互。地图浏览模块。地图浏览模块提供了一个直观、实时的气象信息查看方式，地图浏览支持放大、缩小、平移等基本地图操作，方便用户查看不同区域的预警信息。预警信息展示部分会在地图上标注出预警信息的区域和级别，以提醒用户采取相应措施。同时提供历史预警信息查询功能，方便用户了解历史气象预警情况；通过短信、微信等方式发送预警信息，确保农民及时获取预警信息。采用基于JavaScript的开源框架，如Vue.js或React.js构建用户界面；前后端通过RESTfulAPI进行数据交互，实现地图浏览模块的各种功能。气象信息显示模块。气象信息显示模块是农业气象预警服务平台的重要组成部分，其设计思路主要包括：①界面友好。界面设计简洁明了，易于理解和操作，使用户能够快速获取所需的气象信息。②信息丰富。显示的气象信息应包括温度、湿度、风速、风向、降水量、气压等信息以及未来数日的天气预报。③实时更新。保证气象信息实时更新，以便用户及时获取最新的气象信息。④预警提示。根据气象信息，平台应能提供相应的预警提示，如风雨预警、高温预警等。⑤数据可溯源。保证所有显示的气象数据可追溯，有完整的记录和备份，以防止数据丢失或被窜改。预警报告模块。该模块包括数据采集、数据处理和预警报告生成3个部分。数据采集指通过多种气象观测设备，收集温度、湿度、降水量、风速等气象数据。数据处理指对采集的数据进行处理，包括数据清洗、分析、模型计算等，以得出气象预警结论。在数据采集后，利用先进的数据处理技术，如大数据分析、云计算等，对数据进行清洗和分析，同时利用气象模型进行计算，得出更为准确的气象预警结论。

2.4基于敏感度阈值的流量控制机制

为应对暴雨、强对流等复杂天气状况下大量应用端高并发访问的压力，防止出现停止服务或宕机等状况，气象服务中台设计了QPS限流机制实现流量控制、熔断降级、系统负载保护，从多个维度保障运行稳定性。监控管理中心实时监控出口流量和集群中微服务运行状况，根据预置规则，对各类应用端的请求数量、系统流量、线程数量、运行状况进行综合判断，实现流量和并发线程控制。气象服务中台研发完成后，基于已有硬件资源进行了并发压力测试。根据并发压力测试结果，预先设置了每一台服务器所能承载的最大流量阈值，超出阈值的请求进入匀速排队列表，防止系统过载。

结语

气象服务中台有效解决了目前气象服务中存在的系统平台多、气象数据孤岛、服务效能不高等难点，为海量气象数据产品在多行业的统一服务提供支撑。其主要应用创新有：1）在气象数据端和应用端之间建立服务中台，避免数据孤岛和重复加工现象，以数据服务化方式提升共享能力；2）设计标准化处理流程对多源气象数据进行集中处理，通过一个平台对接不同应用端，提升气象数据服务质量；3）针对不同应用需求，采用微服务线程设计不同处理模块，服务效率高、适应性强，后续扩展和维护便捷；4）研发基于服务器权重的动态负载均衡算法和基于敏感度阈值的流量控制技术，在提供高并发气象数据服务的同时保障系统稳定运行。其设计思路和关键技术在相关行业具有较好的帮助作用。

参考文献

［1］王晓江，穆璐，张寅伟.从2G气象短信到5G消息气象服务的进程转变［J］.气象科技进展，2022，12（6）：126-128.

［2］王雨斐，占世林，李静睿，等.汉江流域（陕南段）水文气象服务系统介绍［J］.干旱气象，2019，37（6）：1035-1040.

［3］徐建鹏，张辉，伍琼，等.安徽气象为农服务大数据平台设计与应用［J］.计算机与现代化，2020（8）：105-108.