摘 要：為進(jìn)一步發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)“第一道防線”作用，文章闡述了基于福建省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，融合應(yīng)用氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果建設(shè)的總體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。利用國(guó)密算法設(shè)計(jì)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果數(shù)據(jù)信息接入流程、安全交互流程，結(jié)合基于空間插值算法的色斑渲染技術(shù)和多因子查詢、報(bào)表定制化技術(shù)，研發(fā)實(shí)現(xiàn)普查成果展示、查詢、報(bào)表輸出等功能，對(duì)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)在數(shù)字化、信息化應(yīng)用推廣中起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：氣象災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)普查；預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)；空間插值算法；國(guó)密算法

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2024）15-0109-05

Design of Fusion Application for Comprehensive Risk Survey Results of Meteorological Disasters Based on Fujian Emergency Warning and Publishing System

ZHENG Mingli， CHEN Zhijie， ZHAO Boting

（Fujian Early Warning Center， Fuzhou 350001， China）

Abstract： In order to further play the role of the“the first line of defense”of meteorological disaster prevention and mitigation， this paper expounds the overall architecture， key technology and functional design and realization of the construction of meteorological disaster comprehensive risk survey results based on the Fujian emergency early warning Information release system. It uses the secret algorithm to design meteorological disaster comprehensive risk survey results data information access process， security interaction process， combines with the color rendering technology based on spatial interpolation algorithm and multi-factor query and report customization technology， and the functions of survey results display， query， and report output are developed and realized， which plays a reference role in digital and information application promotion for the meteorological disaster comprehensive risk survey data.

Keywords： meteorological disaster; risk survey; early warning release system; spatial interpolation calculates; the secret algorithm

0 引 言

福建是全國(guó)自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，災(zāi)種多、分布廣、發(fā)生頻率高，臺(tái)風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害嚴(yán)重。氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查是國(guó)情、國(guó)力調(diào)查的重要內(nèi)容，是提升氣象防災(zāi)減災(zāi)綜合實(shí)力的基礎(chǔ)性工作。第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查于2020年至2022年開(kāi)展，根據(jù)《全國(guó)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查實(shí)施方案（修訂版）》（中氣函〔2021〕90號(hào)）要求，福建省開(kāi)展氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查，目前已獲取了全面、細(xì)致、完整、規(guī)范和權(quán)威的暴雨、干旱、臺(tái)風(fēng)、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、雪災(zāi)、雷電9類氣象災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源[1-2]，按照“邊普查、邊應(yīng)用、邊見(jiàn)效”的原則，普查成果的業(yè)務(wù)化應(yīng)用是下一步亟須落地實(shí)施的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，有助于摸清我省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患底數(shù)，客觀認(rèn)識(shí)我省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平，增強(qiáng)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警和輔助決策管理能力。

福建省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱：福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)）是氣象部門牽頭建成的全省多部門集約化共享共用、個(gè)性化應(yīng)用、屬地化服務(wù)的預(yù)警信息發(fā)布綜合服務(wù)平臺(tái)，用于自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件等突發(fā)事件預(yù)警信息和風(fēng)險(xiǎn)消息的發(fā)布、傳播、管理[3]。該系統(tǒng)匯聚多部門92類防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)“一張圖”輔助決策服務(wù)，現(xiàn)已提供我省45個(gè)部門1 857家單位發(fā)布各類預(yù)警信息，滿足緊急信息秒級(jí)發(fā)布、常規(guī)信息“分鐘級(jí)”送達(dá)，初步建立預(yù)警信息發(fā)布服務(wù)統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一出口和預(yù)警信息全媒體傳播“一張網(wǎng)”?；诟＝A(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果融合應(yīng)用，利用系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化建設(shè)，推廣應(yīng)用我省氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果，為各級(jí)政府有效開(kāi)展氣象災(zāi)害防治工作提供科學(xué)決策的依據(jù)，有助于提升政府部門應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的應(yīng)急管理治理能力。

1 總體架構(gòu)

基于福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)融合應(yīng)用氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果設(shè)計(jì)，其總體架構(gòu)如圖1所示，闡述了氣象災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源融合應(yīng)用于預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的總體建設(shè)方向和建設(shè)內(nèi)容的主要構(gòu)成以及各個(gè)構(gòu)成部分之間的關(guān)系，主要構(gòu)成分為支撐層、數(shù)據(jù)接口層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、展示層[4]。

基于福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果融合應(yīng)用支撐層涵蓋云計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、信息安全資源，本架構(gòu)采用“云化（Iaas、PaaS、SaaS云化）+微服務(wù)（應(yīng)用架構(gòu)模式）+容器化（動(dòng)態(tài)管理與調(diào)度）”模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)部署管理，部署于福建省政務(wù)云計(jì)算平臺(tái)[5]。數(shù)據(jù)接口層利用數(shù)據(jù)信息接入標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范和信息安全加密傳播協(xié)議，研發(fā)各類致災(zāi)因子、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖等數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)獲取各類數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)輔助決策數(shù)據(jù)庫(kù)中，供上層調(diào)用。業(yè)務(wù)應(yīng)用層設(shè)計(jì)研發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊、多維度查詢模塊、統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表模塊，以暴雨、干旱、臺(tái)風(fēng)、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、雪災(zāi)、雷電9個(gè)單災(zāi)種普查數(shù)據(jù)為主線，整合信息、分析制作致災(zāi)因子特征圖、風(fēng)險(xiǎn)分布圖、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖、危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等精細(xì)化、客觀化的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品，研發(fā)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控、查詢、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表生成、導(dǎo)出、模板配置等功能。展示層利用色斑渲染繪制技術(shù)進(jìn)行可視化展示，并通過(guò)圖文報(bào)表、文檔讀取、清單列表等方式進(jìn)行多維查詢和統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析。同時(shí)建立數(shù)據(jù)信息接入標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接接口用于采集福建省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查管理系統(tǒng)的普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息安全加密傳輸協(xié)議，確保數(shù)據(jù)安全傳輸。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于空間插值算法的色斑渲染技術(shù)

基于預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)輔助決策GIS地圖，利用GIS區(qū)域自動(dòng)識(shí)別與事件動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)技術(shù)，通過(guò)空間疊加提取隱患點(diǎn)、危險(xiǎn)性指標(biāo)、影響指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等完成數(shù)據(jù)分析，快速獲取單次災(zāi)害事件影響的土地、農(nóng)田面積和人口等信息。通過(guò)地圖GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)普查數(shù)據(jù)可視化中關(guān)鍵一步是對(duì)離散危險(xiǎn)性指標(biāo)、致災(zāi)因子等數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，GIS中常用的局部空間插值方法以反距離加權(quán)倒數(shù)空間插值法（IDW）為代表的確定性插值和基于地統(tǒng)計(jì)的克里金插值（OK）。反距離加權(quán)倒數(shù)空間插值法的主要思想是插值點(diǎn)越近賦予的權(quán)重越大，權(quán)重與距離成反比；克里金空間插值法主要針對(duì)無(wú)法用平滑數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行模擬的不規(guī)則的空間連續(xù)變化屬性，即“區(qū)域性變量”，例如氣溫、氣壓等[6-7]。結(jié)合不同要素的特點(diǎn)，選擇使用克里金空間插值法，例如：獲取到的災(zāi)害性天氣過(guò)程最大雨量、空間經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)通過(guò)關(guān)聯(lián)匹配關(guān)系生成待插值的數(shù)據(jù)集合，再通過(guò)調(diào)用基于Web前段技術(shù)的克里金空間插值算法，結(jié)合全省地域編碼、邊界范圍信息渲染生成全省屬地化的不規(guī)則空間連續(xù)變化的色斑圖，如圖2所示。

2.2 基于國(guó)密算法的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

基于福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果融合應(yīng)用采用國(guó)密算法設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)信息接入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，增強(qiáng)信息數(shù)據(jù)安全加密傳輸，數(shù)據(jù)接口包括信息推送和回執(zhí)請(qǐng)求接口。如圖3、圖4所示。

數(shù)據(jù)接口采用HTTPS通信協(xié)議，字符集編碼UTF-8，采用約定的簽名與加密算法進(jìn)行通信加密。數(shù)據(jù)接入前，福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)（即：接收方）會(huì)分配應(yīng)用ID與應(yīng)用密鑰給第三方系統(tǒng)（即：發(fā)起方）。加解密步驟如下。

2.2.1 發(fā)起方簽名加密

第一步：第三方系統(tǒng)根據(jù)分配的AppSecret，利用SM4算法對(duì)需要發(fā)布的信息結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加密，即加密包=SM4（AppSecret，信息結(jié)構(gòu)體）。

第二步：第三方系統(tǒng)將加密包、AppID、AppSecret、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)按照先后順序依次拼接形成待簽名串，并通過(guò)SM3算法計(jì)算生成簽名值signature，即簽名值=SM3（加密包+AppID+AppSecret+時(shí)間戳+隨機(jī)數(shù)）。

第三步：第三方系統(tǒng)將AppID、隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、簽名值放到請(qǐng)求頭header中，加密包置于請(qǐng)求包體中。

2.2.2 接收方驗(yàn)簽解密

第一步：接收方從請(qǐng)求信息中獲取AppID、隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳、加密包、簽名值。

第二步：接收方將加密包、AppID、AppSecret 、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)按照先后順序依次拼接形成待簽名串，結(jié)合簽名值通過(guò)SM3算法驗(yàn)簽，即是否通過(guò)驗(yàn)簽=SM3（待簽名串，簽名值）。

第三步：如驗(yàn)簽通過(guò)，接收方解密數(shù)據(jù)包，解密數(shù)據(jù)=SM4（AppSecret ，加密包）。

3 功能設(shè)計(jì)與研發(fā)

3.1 氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)可視化展示

氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)可視化展示通過(guò)空間插值方法繪制色斑渲染地圖，實(shí)現(xiàn)多類氣象災(zāi)害致災(zāi)因子通過(guò)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的輔助決策“一張圖”可視化展示[8]。利用圖層疊加技術(shù)通過(guò)圖層控制開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)疊加展示，內(nèi)容包括暴雨、干旱、臺(tái)風(fēng)、高溫、低溫、大風(fēng)、冰雹、雪災(zāi)、雷電等各類致災(zāi)因子的位置信息、危險(xiǎn)性指數(shù)信息等，可按地域行政區(qū)劃和層級(jí)選擇，展示省、市、縣三級(jí)氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)致災(zāi)因子特征圖以及風(fēng)險(xiǎn)分布圖、區(qū)劃圖，如圖5所示。

3.1.1 致災(zāi)因子特征圖

按照省、市、縣三級(jí)維度綜合展示臺(tái)風(fēng)、暴雨、干旱、高溫、低溫、冰雹、雪災(zāi)災(zāi)種的致災(zāi)因子特征圖。按照數(shù)據(jù)展示需求，通過(guò)餅圖、折線圖、柱狀圖等形式展示致災(zāi)因子特征值?？梢来未蜷_(kāi)不同的致災(zāi)因子特征圖，能支持關(guān)閉上次打開(kāi)的圖層。提供按照省、市、縣（區(qū)）三級(jí)維度的查詢組件，實(shí)現(xiàn)切換查詢屬地化的致災(zāi)因子特征圖。

3.1.2 致災(zāi)因子風(fēng)險(xiǎn)分布圖

按照省、市、縣三級(jí)維度綜合展示臺(tái)風(fēng)、暴雨、高溫、低溫、大風(fēng)、雷電、雪災(zāi)災(zāi)種的致災(zāi)因子分布圖，采用克里金插值法對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行致災(zāi)因子風(fēng)險(xiǎn)分布圖數(shù)據(jù)生成，利用福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)地圖服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加可視化，可依次打開(kāi)不同的致災(zāi)因子分布圖，能支持關(guān)閉上次打開(kāi)的圖層，能支持雷達(dá)、云層、風(fēng)場(chǎng)、熱力圖、氣象自動(dòng)站、地災(zāi)隱患點(diǎn)等模塊疊加展示。提供按照省、市、縣（區(qū)）三級(jí)維度的查詢組件，可實(shí)現(xiàn)切換查詢屬地化的致災(zāi)因子風(fēng)險(xiǎn)分布圖。

3.1.3 致災(zāi)因子區(qū)劃圖

按照省、市、縣三級(jí)維度綜合展示臺(tái)風(fēng)、大風(fēng)、冰雹，干旱、雪災(zāi)、冰雹、高溫、低溫、暴雨、雷電災(zāi)種的致災(zāi)因子區(qū)劃圖。可依次打開(kāi)不同的致災(zāi)因子區(qū)劃圖，能支持關(guān)閉上次打開(kāi)的圖層，能支持雷達(dá)、云層、風(fēng)場(chǎng)、熱力圖、氣象自動(dòng)站、地災(zāi)隱患點(diǎn)等模塊疊加展示。提供省、市、縣（區(qū)）三級(jí)維度的查詢組件，實(shí)現(xiàn)切換查詢屬地化的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)圖。

3.2 氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果多維查詢

查詢功能是最常見(jiàn)且使用頻率最多的功能之一，普查數(shù)據(jù)覆蓋9個(gè)氣象災(zāi)害類型，包含數(shù)據(jù)成果及圖件成果等海量?jī)?nèi)容，需提供多維的查詢方式來(lái)滿足不同的查詢需求。氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果多維查詢，默認(rèn)按省、市、縣系統(tǒng)賬號(hào)信息關(guān)聯(lián)，快速查詢多要素氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查信息，多要素包括行政區(qū)域、災(zāi)害類別、影響區(qū)域等，可多選或單選，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多災(zāi)害的全方位、多維度智能關(guān)聯(lián)查詢和普查成果信息圖表式展示，如圖6所示。

3.2.1 風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)查詢

例如，查看臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)，可通過(guò)調(diào)查表類型、行政區(qū)劃、臺(tái)風(fēng)編號(hào)、臺(tái)風(fēng)名稱、起止日期作為查詢條件。查看干旱風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)，可通過(guò)調(diào)查表類型、行政區(qū)劃、評(píng)估等級(jí)作為查詢條件。查看冰雹風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)，可通過(guò)調(diào)查表類型、行政區(qū)劃、觀測(cè)站名、觀測(cè)站號(hào)、降雹日期、降雹起止時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、最大冰雹直徑作為查詢條件。

3.2.2 格網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢

例如，通過(guò)行政區(qū)劃作為查詢條件，可查看該區(qū)域的GDP、房屋、人口、三大農(nóng)作物（水稻、玉米、小麥）數(shù)據(jù)。

3.3 氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表

氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表可實(shí)現(xiàn)普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表模板配置及導(dǎo)出功能[9-10]。建立分類別、分區(qū)域、分層級(jí)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，根據(jù)報(bào)表模板類型自動(dòng)關(guān)聯(lián)，以圖表、文字形式生成文檔，統(tǒng)計(jì)結(jié)果以Word格式導(dǎo)出。報(bào)表樣式可依需個(gè)性化定制，如該地區(qū)的環(huán)境概況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、承災(zāi)體分析、主要?dú)庀鬄?zāi)害及影響、氣象災(zāi)害的災(zāi)情統(tǒng)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、致災(zāi)因子特征分析等，提高數(shù)據(jù)多元使用效率，為用戶決策提供依據(jù)，如圖7所示。

4 結(jié) 論

本文詳細(xì)闡述了基于福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)融合應(yīng)用氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果的設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程，將福建省氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)接入應(yīng)用到福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)輔助決策一張圖”，清楚、直觀對(duì)9類氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果進(jìn)行展示、查詢、統(tǒng)計(jì)，較好地滿足省、市、縣三級(jí)使用福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的部門單位對(duì)于氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查成果的使用需求，依托福建預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查成果數(shù)據(jù)獲得有效利用，在成果推廣應(yīng)用和數(shù)據(jù)共享使用方面起到示范與推進(jìn)作用。下一步，利用數(shù)字氣象示范建設(shè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面接入我省多部門、多災(zāi)種的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)成果，完善分災(zāi)種、分區(qū)域、分層級(jí)的自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)輔助決策“一張圖”，不斷提升我省防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急管理的治理能力，助力新時(shí)代新福建建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：鄭明莉（1996—），女，漢族，福建三明人，助工，本科，研究方向：氣象服務(wù)、預(yù)警傳播技術(shù)；陳治杰（1969—），男，漢族，福建福州人，副高，本科，研究方向：氣象服務(wù)、預(yù)警發(fā)布技術(shù)；趙伯聽(tīng)（1984—），男，漢族，浙江溫州人，副高，碩士，研究方向：氣象服務(wù)、預(yù)警服務(wù)技術(shù)。