唐 沛 袁 静 王俊驿 万 欣

（1、四川省遂宁市气象局，四川 遂宁629000 2、四川省雅安市气象局，四川 雅安625000 3、中国民用航空飞行学院广汉分院，四川 成都618300）

1 研究背景

移动互联网技术日渐成熟，智能手机用户的数量每年都在飞速增加。如今的手机操作系统主要为谷歌公司推出的Android系统和苹果公司的ISO 系统。其中Android 手机具有76%的世界占有率和90%的中国市场占有率，这都彰显了Android 系统与日俱增的影响力和无可替代的市场地位[1]。2013 年中国手机用户人数第一次超过10 亿，到2019 年中国手机用户数量超过16 亿，其中4G 手机用户近13 亿。手机已经成为使用人数最多，更新速度最快的移动科技终端，可以说中国已经成为一个手机上的国家。

随着互联网技术的发展和变化、知识经济发展以及新技术的应用，手机APP 从设计到内容日趋成熟。通过智能手机人们不仅可以进行传统的拨打和接通电话，还可以通过手机APP 进行社交、上网、拍照、移动支付、消费娱乐、交通出行、教育医疗等等，老百姓的生活习惯被这毫不起眼的手机彻底改变[2]。

气象信息技术飞跃式的进步，作为技术密集型的政府职能部门，气象部门自身也面临着新时代的技术升级和公共气象服务的革新，这不仅是机遇，同时也是挑战。从目前气象部门的现实情况来看，气象部门原有的公共气象服务业务体系显得有些跟不上时代的发展，无法满足社会对气象信息精细化的要求。作为新兴信息技术的代表，大数据、物联网、云计算的飞跃式发展标志着“互联网+”的时代到来。要全面实现气象现代化的总目标，就要率先实现气象信息化，我们要高度重视“互联网+”与公共气象服务的创新发展。如何将移动终端和互联网与公共气象服务体系相结合[3]，来跟上新时代社会和人们对公共气象服务的要求是重要的课题。

气象防灾减灾工作一直是遂宁市委市政府关注重点，近年来遂宁市的气象现代化事业稳步推进，遂宁市气象部门的天气、气候分析和预报能力以及灾害监测和预警能力快速提升，为遂宁市的气象防灾减灾工作贡献了一份力，同时人民群众和市委市政府也对遂宁市气象防灾减灾工作给与了高度评价。气象部门在气象灾害防治方面起着尤为重要的作用，尤其是在防洪抗旱、农业气象、水库蓄水、政府决策、重大活动气象保障、人工影响天气等方面都起着举足轻重的地位。准确的天气和气候分析预报、气象灾害实时监测、预警信息的及时发布和传递，是气象灾害成功防御的关键[4]。通过构建气象部门的气象业务平台，为有效预测和预防气象灾害，快速有序组织临灾避险、综合治理、加强应急救援工作，减轻气象灾害产生的财产损失同时避免人员伤亡提供有力保障。

2 需求分析

软件定义过程中的最终阶段是需求分析[5]。统计表明，软件开发过程中遇到的问题有40%～60%是在需求分析时的错误造成的。因此需求分析是开发过程中不可或缺的重要部分。

基于Android 的遂宁市气象业务平台建设任务主要包括产品数据库、手机客户端、后台管理系统这几个方面的建设。主要目的是实现气象服务业务工作集成、统一，提高工作效率，为气象预报预警业务工作和生活提供有力支撑。

平台移动客户端的开发要与国内气象行业的发展趋势相适应[6]，要满足用户对气象信息精准化、精细化、专业化的要求，客户端的绝大多数用户为手机用户，用户通过手机APP 就能够获取预报产品、气象监测数据、预警信息等信息，并且要以高效、便捷、及时的方式为用户动态展示数据信息。

3 平台总体设计

3.1 总体框架设计

遂宁市气候分析和灾害监测业务平台采用B/S 架构和C/S架构混合开发，其中Web 端基于B/S 架构，使得管理员可以在任意连接互联网的计算上进行发布和删除气象信息操作等。Android 移动客户端系统基于C/S 架构，每个用户可以通过手机终端了解到实时气象信息。平台设计图如图1。

实时气象数据包括预警信息、天气实况信息、灾情信息、非常规天气信息、自动站气象信息、预报信息等等通过气象内网由第三方制作系统将数据信息采集入库，数据库包括系统数据库、气象信息数据库、资源信息数据库、基础GIS 数据库和服务产品数据库，其中气象信息数据库由区域自动气象观测站数据库和国家气象站数据库两个子数据库组成，平台通过读取数据库中信息，在软件中相应模块进行信息展示和气象产品的发布，用户包括决策层、应急部门、行业部门以及普通用户可以通过手机客户端了解到各种气象信息。

图1 总体结构设计图

3.2 网络拓扑结构

我们将网络分为三部分：内网、缓冲区以及外网，他们在防火墙的作用下可以有效的完成隔离。软件运行的区域定义为缓冲区，它与内网之间用特有的接口连接进行数据交换，具有较好的安全性，气象数据通过采集和数据处理进入内网数据库保存，用户可以通过4G 网络或Wi-Fi 连接到平台服务器。平台的拓扑图如图2 所示。

图2 网络拓扑结构图

3.3 功能架构设计

总体设计中，Android 移动客户端的设计是整个平台的核心部分，下面对Android 移动客户端各个功能模块进行概要设计介绍。各模块功能如表1 所示。

3.3.1 天气预报模块设计。软件会自动定位当前城市，并且可以添加、删除其他城市，显示该城市的气象信息，展示的气象信息主要包括七天预报、节假日/节气提醒、预警信号显示、天气现象、降水、湿度、风速风向以及温度等信息。显示未来七天城市天气预报，内容有气温走势曲线图、每天最低最高温度和天气现象。

3.3.2 气象监测模块设计。（1）自动站监测。展示各个自动站和区域站的气象要素观测数据，展示内容有风速风向、空气湿度、降水量、气温。气温以地图、列表的方式展示，内容有平均、最低、最高、整点四种方式的气温统计显示。降水量以地图、列表等多种方式展示，用户可通过该功能查询任意站点过去24 小时、12 小时、6 小时、3 小时、1 小时的降水量。空气湿度以地图、列表的方式展示，内容有平均、最低、最高、整点四种方式的空气湿度统计显示。风速风向子模块主要显示最近1 小时整点风速风向，以地图、列表显示方式展示。（2）卫星云图&雷达回波。卫星云图&雷达回波是软件从气象局服务器上提取实时资料进行展示、由几张图连续播放，并可随意放大缩小。

3.3.3 预报产品模块设计。显示遂宁市当日天预报、一周预报等短期到中期天气预报产品，月预报、季度预报、年度预报等长期气候预测和气候分析产品，以及气象视频等信息，除气象视频外，其他预报产品均为文档展示。

3.3.4 预警信息模块设计。（1）预警信息。以列表形式显示预警信息，内容包括预警信号类型、预警信号发布时间、预警信号等级以及是否过期，点击预警信息标题可查阅详细内容。（2）灾情上报。当有气象灾害发生时，用户可以将灾情实况利用手机拍照功能记录下来，然后利用软件的灾情上报功能将联系方式、姓名、灾情种类以及灾情描述等信息填写完成后上传照片到服务器，同时系统会自动获取上报地点、时间信息。Web 端后台管理人员会在第一时间收到用户上报的信息。

3.3.5 决策服务模块设计。以文档展示气象局发布的决策服务产品，包括气象信息快报、中小河流风险等级预报、山洪地质灾害风险等级预报、森林火险等级预报、灾害性短时临近预报、中期重要天气趋势预报、重要天气预警、三秋气候趋势预测，汛期气候预测等产品。通过预报产品、决策服务两大模块的气象服务产品起到气候分析的作用。

3.3.6 旅游气象模块设计。（1）景区查询。系统以列表或GIS图的方式展示遂宁市著名景点，点击进入可查看景区详细介绍、景区图片、出行建议、七天预报、旅游指数、当天实况天气等相关内容。（2）推荐景点。推荐景点是系统根据遂宁市各个景点当天的天气筛选出当前最适合观光的景点进行介绍，展示内容同景点查询模块相同。（3）交通气象。用户将出发地和目的地输入点击查询后系统可为用户提供上去往目的地的行车路线，并且展示目的地城市的当前天气实况，为用户提供参考。

4 系统实现

4.1 Android 移动客户端界面

平台移动端主界面主要是将六大功能模块整合在一起，这样不仅界面简洁并且方便管理。主界面为父窗体容器窗口，其他功能模块则以子窗体形式在框架中。主界面如图3 所示。

图3 平台移动端主界面

4.2 天气预报模块的实现

点击平台APP 图标后，进入系统显示的主界面就是天气预报模块，该模块负责全国县级以上城市的天气实况以及预报的查询。第一步是要取得天气预报的API，利用接口获得天气预报所需要的各种信息数据，本文使用的是基于百度天气API 获取天气信息，网址为：http://api.map.baidu.com，能够获取天气预报，天气实况以及气象指数等信息。系统会自动定位当前城市，然后获取当前城市实时天气预报，也可以手动添加其他城市，用户点击添加城市按钮即可在城市管理界面输入想要查询的城市。

图4 天气预报曲线界面

图5 自动站查询界面

4.3 气象监测模块的实现

气象监测模块分为三个小的功能模块，包括气象要素监测模块、卫星云图监测模块以及雷达回波图监测模块。

在主界面上点击气象监测模块默认显示过去一小时遂宁所有站点的整点气温。用户可以根据需要选择不同的气象要素进行查询，气象要素包括气温、降水量、空气湿度以及风向风速，并且可以查询不同的统计方式。设置完查询条件后点击查询，平台就会从数据库中查到相应的气象要素信息并且展示在列表中，并且点击每个站点会显示该站点过去24 小时的气象要素变化曲线。

卫星云图监测模块默认显示过去1 小时的长波红外（IR1）卫星云图，卫星云图数据是从遂宁市气象局数据库中读取的，点击刷新按钮就会显示最新时次的卫星云图信息，并且可以播放近几个时次的卫星云图。

由于遂宁本地没有建设雷达站，遂宁市气象局一直使用南充雷达监测强对流天气，因此雷达回波图监测模块默认显示南充雷达过去1 小时的基本反射率因子雷达回波图，雷达图数据是从遂宁市气象局数据库中读取的，可根据用户需要查看其他类型的雷达产品，点击刷新按钮就会显示最新时次的雷达图信息，并且可以播放近几个时次的雷达图。

4.4 预报产品模块的实现

预报产品模块有年度预报、季度预报、每月预报、每日天气以及气象视频，均是以文档的格式、列表的形式展示遂宁市气象局发布从短期到中长期的各类天气和气候预报预测，默认显示每日天气。

图6 预报产品显示界面

图7 预警信息显示界面

4.5 预警信息模块的实现

预警信息模块分为预警信息和灾情上报两个子模块，预警信息子模块是以文档的格式、列表的形式展示遂宁市气象局发布的各类气象灾害预警信号/预警，灾情上报子模块为用户提供照片实时上传功能。

4.6 决策服务模块的实现

决策服务模块以列表、文档展示气象局发布的决策服务产品。遂宁市气象台会商后发布的预报产品通过预报产品、决策服务这两个模块进行展示，用户可以点击查看详细内容。

4.7 旅游气象模块的实现

旅游气象模块中景区介绍以图片加文字的列表形式进行展示。用户可以在该模块界面上看到遂宁市所有的景区名单，点击进入显示更加详细的景区信息。推荐景点功能会为用户介绍遂宁市境内最著名的景点。

图8 决策服务产品显示界面

图9 景区气象查询界面

5 结论

遂宁市由于所处地理方位和气候特点，其地质和土壤结构的特点，是灾害频发的地区，所以气象灾害问题历来是各级党政机关关注的重点，同时也是各行各业和人民群众关注的焦点。因此，气象灾害监测、天气预测分析和预警服务工作是至关重要的。

本文的主要研究对象是天气预测分析和气象监测预警服务，针对Android 手机客户端用户开发了一款综合天气预报、气象监测、气候预测预报、气象灾害预警等功能的气象服务手机APP，该软件可以在一定程度上满足决策部门工作人员和普通群众对于手机移动端气象监测、预警信息等方面信息获取的需求。