1、引言
海洋牧场是一种新兴产业，具体是指在特定的海域里，为了有计划地培育和管理渔业资源而设置的人工渔场。建设海洋牧场，对改善传统海洋养殖业所造成的环境、病毒和质量安全等问题，具有很大的有利作用。同时，大力发展海洋牧场，有助于突破海洋水产养殖业乃至海洋渔业可持续发展的瓶颈问题。致力于海洋牧场的研究、开发和应用已成为主要海洋国家的战略选择，也是世界发达国家渔业发展的主攻方向之一，值得我国密切关注、研究。威海是一座海岸线长近千公里的海滨城市，海产资源丰富，是重要的海洋产业基地。威海市大力发展海洋牧场产业发展，目前，全市共成功创建国家级海洋牧场示范区十一个，占全国总数的十分之一，居全国第一方阵。而海洋牧场的发展和建设，对精细化气象预报服务，具有实际的业务需求。
2、研究内容
气象服务与计算机软件技术的结合能够更好的提供服务，加上今年来GIS技术的迅猛发展，将三者结合的融合产品被广泛的融合应用在各个行业、各项业务中去。目前气象部门建设的全国综合气象信息共享平台(CIMISS)统一数据环境和服务接口，提供完整、及时、稳定、准确的气象数据服务，依托于CIMISS所提供的智能网格预报，将三者进行融合应用，所开发出的海洋牧场气象服务平台，能够为牧场的管理者和建设者提供最直观的气象服务，对海洋牧场的建设具有重要的意义。
智能网格预报产品是一个国省协作建设的网格预报体系，它依托于数值预报、集合预报和客观预报技术等气象现代化技术成果，具有智能化、精细化和数字化等特点 。本文使用的智能网格预报产品为CIMISS所提供的山东省智能网格预报订正报产品，将山东省划分为0.05*0.05度的网格，最长可提供未来十天的气象预报数据。针对海洋牧场的气象服务需求，本文使用双线性插值的方法，利用牧场邻近格点的气象资料，对牧场的气象预报数据进行双线性插值，以获取相对更为精确的预报值。
3、系统设计与功能
针对威海市海洋牧场气象服务的业务需求，考虑到为用户提供气象服务的便利性，本平台采用B/S架构进行开发，以网页的形式直接提供气象服务。系统基于B/S架构，采用前后端分离的三层结构进行开发，分别为界面表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）和数据访问层（DAL）三层架构，如下图所示。
图1 三层架构
3.1表示层
系统的表示层是基于B/S架构的Web浏览页面，表示层的主要作用是进行系统界面的展示，与用户进行交互，并接受用户的输入操作，将前端数据传输至业务逻辑层，将业务逻辑层的处理结果反馈至表示层。系统前端表示层基于开源的JavaScript库Leaflet框架进行开发，使用在线切片地图天地图提供的卫星影像作为系统的底图。前端提供了以下几个功能：
前端牧场地图浏览：系统在天地图卫星影像的基础上，叠加了威海市行政区划图，清晰的勾勒出了各区县的地理位置，各个海洋牧场所属的行政区划位置一目了然，能够使用户能够直观的获取海洋牧场的地理位置信息。
牧场信息查询：用户点击叠加在电子地图上的海洋牧场图标，能够查询海洋，牧场的详细信息，包括海洋牧场的全称、管理单位、牧场类型、所属县区、海域位置和用海类型等信息。
牧场气象预报信息查询与统计：系统提供了海洋牧场气象预报信息的查询和统计功能，最多能够提供长达七天的气象预报信息。预报信息来源于只能网格预报，所提供的具体预报信息包括天气现象、气温、风向风速、相对湿度和总云量等预报要素，并提供各气象要素的时间变化折线图，使查询展示效果更为直观，如下图所示。
图2 牧场预报查询
3.2业务逻辑层
系统的业务逻辑层位于三层结构的中间位置，负责沟通三层结构中的表示层和数据访问层，起到一个承上启下的作用，是三层结构中后台功能实现的主要位置。业务逻辑层能够对具体的功能和逻辑问题进行判断与操作，包括接收表示层的用户指令、通过数据访问层获取数据，将处理结果反馈给表示层，以实现系统的功能。
本平台采用Flask框架开发，业务逻辑层的功能基于Flask这个Web开发框架来实现，后台业务逻辑层与前端UI通过Restful风格的接口进行数据交换操作，前端通过Ajax，使用POST方式将数据发送至业务逻辑层的后台接口，业务逻辑层接收到数据后，访问数据层取到数据后，再将查询结果返回给前台的回调函数，从而实现数据交换的过程。
3.3数据访问层
系统的数据访问层负责平台与数据库的连接与操作，实现了系统对数据库的
增加、删除、修改、查询等操作，并将操作结果反馈到业务逻辑层。数据访问层通过封装数据库操作的类文件，将对数据库的增删改查等操作进行了有效的简化，减少相关操作的代码量，提高开发效率。本平台所使用的数据库为Postgresql数据库，用于存储牧场详细信息，与CIMISS获取的智能格点预报产品所解析的报文数据，避免每次查询都从CIMISS获取数据，直接入库，使用数据访问层从服务器本地数据库进行查询，有效减轻CIMISS服务压力。
4、关键技术
平台设计使用基于Flask的轻量级Python语言Web框架，具有轻量、灵活和可扩展性强的特点，第三方库的选择面广。由于Flask轻量级的特点，使其性能相较Django等大型Web框架性能更好，与数据库的配合使用更为简单，与Flask搭配的第三方库也较为完备。使用Flask能够缩短系统开发周期，非常适用于小型网站的开发。
智能网格预报数据由CIMISS的MUSIC数据接口获取，数据源获取数据稳定可靠，具有数据质量高、数据获取及时和数据安全等特点，提高了威海市海洋牧场气象服务平台的用户体验和系统气象数据展示的稳定性。
整体采用SOA即Service-Oriented Architecture，面向服务的架构，面向服务的系统架构的特点主要有互操作性和高复用性。系统服务端将多个功能拆分为多个服务单元，各服务单元通过协议进行相互连接，封装为标准的接口。以模块化的底层服务为基础，通过不同的组合方式创建高层服务，实现了一种粗粒度、低耦合的架构风格，具有可用性高、伸缩性好和易维护等优点。
5、结语
本文针对威海市海洋牧场的建设对于气象预报信息的需求，依托于CIMISS全国综合气象信息共享平台，结合计算机和GIS技术，从表示层、业务逻辑层和数据访问层三层结构进行了系统的设计开发，实现了海洋牧场的海洋牧场地图展示、信息查询、实时预报查询和七天预报查询等实用功能，为海洋牧场的建设提供了支持。
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