摘 要：为进一步发挥气象防灾减灾“第一道防线”作用，文章阐述了基于福建省突发事件预警信息发布系统，融合应用气象灾害综合风险普查成果建设的总体架构、关键技术和功能设计与实现。利用国密算法设计气象灾害综合风险普查成果数据信息接入流程、安全交互流程，结合基于空间插值算法的色斑渲染技术和多因子查询、报表定制化技术，研发实现普查成果展示、查询、报表输出等功能，对气象灾害综合风险普查数据在数字化、信息化应用推广中起到借鉴作用。
关键词：气象灾害；风险普查；预警发布系统；空间插值算法；国密算法
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：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
福建是全国自然灾害最为严重的地区之一，灾种多、分布广、发生频率高，台风、暴雨等气象灾害严重。气象灾害综合风险普查是国情、国力调查的重要内容，是提升气象防灾减灾综合实力的基础性工作。第一次全国自然灾害综合风险普查于2020年至2022年开展，根据《全国气象灾害综合风险普查实施方案（修订版）》（中气函〔2021〕90号）要求，福建省开展气象灾害综合风险普查，目前已获取了全面、细致、完整、规范和权威的暴雨、干旱、台风、高温、低温、大风、冰雹、雪灾、雷电9类气象灾害基础数据资源[1-2]，按照“边普查、边应用、边见效”的原则，普查成果的业务化应用是下一步亟须落地实施的一项重点工作，有助于摸清我省气象灾害风险隐患底数，客观认识我省气象灾害风险水平，增强气象灾害风险预报预警和辅助决策管理能力。
福建省突发事件预警信息发布系统（下文简称：福建预警发布系统）是气象部门牵头建成的全省多部门集约化共享共用、个性化应用、属地化服务的预警信息发布综合服务平台，用于自然灾害、事故灾难、公共卫生事件等突发事件预警信息和风险消息的发布、传播、管理[3]。该系统汇聚多部门92类防灾减灾基础数据“一张图”辅助决策服务，现已提供我省45个部门1 857家单位发布各类预警信息，满足紧急信息秒级发布、常规信息“分钟级”送达，初步建立预警信息发布服务统一平台、统一出口和预警信息全媒体传播“一张网”。基于福建预警发布系统的气象灾害综合风险普查成果融合应用，利用系统的信息化、数字化建设，推广应用我省气象灾害综合风险普查成果，为各级政府有效开展气象灾害防治工作提供科学决策的依据，有助于提升政府部门应对气象灾害发生、发展过程中的应急管理治理能力。
1 总体架构
基于福建预警发布系统融合应用气象灾害综合风险普查成果设计，其总体架构如图1所示，阐述了气象灾害基础数据资源融合应用于预警发布系统的总体建设方向和建设内容的主要构成以及各个构成部分之间的关系，主要构成分为支撑层、数据接口层、业务应用层、展示层[4]。
基于福建预警发布系统的气象灾害综合风险普查成果融合应用支撑层涵盖云计算、存储、网络、信息安全资源，本架构采用“云化（Iaas、PaaS、SaaS云化）+微服务（应用架构模式）+容器化（动态管理与调度）”模式进行开发部署管理，部署于福建省政务云计算平台[5]。数据接口层利用数据信息接入标准化规范和信息安全加密传播协议，研发各类致灾因子、风险区划图等数据接口，实时获取各类数据，存储于福建预警发布系统辅助决策数据库中，供上层调用。业务应用层设计研发数据可视化模块、多维度查询模块、统计分析报表模块，以暴雨、干旱、台风、高温、低温、大风、冰雹、雪灾、雷电9个单灾种普查数据为主线，整合信息、分析制作致灾因子特征图、风险分布图、风险区划图、危险性评价等精细化、客观化的灾害风险产品，研发数据管理、监控、查询、统计和报表生成、导出、模板配置等功能。展示层利用色斑渲染绘制技术进行可视化展示，并通过图文报表、文档读取、清单列表等方式进行多维查询和统计结果分析。同时建立数据信息接入标准化对接接口用于采集福建省气象灾害风险普查管理系统的普查基础数据和信息安全加密传输协议，确保数据安全传输。
2 关键技术
2.1 基于空间插值算法的色斑渲染技术
基于预警发布系统辅助决策GIS地图，利用GIS区域自动识别与事件动态关联技术，通过空间叠加提取隐患点、危险性指标、影响指标与风险指标等完成数据分析，快速获取单次灾害事件影响的土地、农田面积和人口等信息。通过地图GIS技术实现普查数据可视化中关键一步是对离散危险性指标、致灾因子等数据进行插值，GIS中常用的局部空间插值方法以反距离加权倒数空间插值法（IDW）为代表的确定性插值和基于地统计的克里金插值（OK）。反距离加权倒数空间插值法的主要思想是插值点越近赋予的权重越大，权重与距离成反比；克里金空间插值法主要针对无法用平滑数据函数进行模拟的不规则的空间连续变化属性，即“区域性变量”，例如气温、气压等[6-7]。结合不同要素的特点，选择使用克里金空间插值法，例如：获取到的灾害性天气过程最大雨量、空间经纬度等数据通过关联匹配关系生成待插值的数据集合，再通过调用基于Web前段技术的克里金空间插值算法，结合全省地域编码、边界范围信息渲染生成全省属地化的不规则空间连续变化的色斑图，如图2所示。
2.2 基于国密算法的数据处理技术
基于福建预警发布系统的气象灾害综合风险普查成果融合应用采用国密算法设计了数据信息接入标准规范，增强信息数据安全加密传输，数据接口包括信息推送和回执请求接口。如图3、图4所示。
数据接口采用HTTPS通信协议，字符集编码UTF-8，采用约定的签名与加密算法进行通信加密。数据接入前，福建预警发布系统（即：接收方）会分配应用ID与应用密钥给第三方系统（即：发起方）。加解密步骤如下。
2.2.1 发起方签名加密
第一步：第三方系统根据分配的AppSecret，利用SM4算法对需要发布的信息结构体进行加密，即加密包=SM4（AppSecret，信息结构体）。
第二步：第三方系统将加密包、AppID、AppSecret、时间戳、随机数按照先后顺序依次拼接形成待签名串，并通过SM3算法计算生成签名值signature，即签名值=SM3（加密包+AppID+AppSecret+时间戳+随机数）。
第三步：第三方系统将AppID、随机数、时间戳、签名值放到请求头header中，加密包置于请求包体中。
2.2.2 接收方验签解密
第一步：接收方从请求信息中获取AppID、随机数、时间戳、加密包、签名值。
第二步：接收方将加密包、AppID、AppSecret 、时间戳、随机数按照先后顺序依次拼接形成待签名串，结合签名值通过SM3算法验签，即是否通过验签=SM3（待签名串，签名值）。
第三步：如验签通过，接收方解密数据包，解密数据=SM4（AppSecret ，加密包）。
3 功能设计与研发
3.1 气象灾害综合风险普查数据可视化展示
气象灾害综合风险普查数据可视化展示通过空间插值方法绘制色斑渲染地图，实现多类气象灾害致灾因子通过预警发布系统的辅助决策“一张图”可视化展示[8]。利用图层叠加技术通过图层控制开关动态叠加展示，内容包括暴雨、干旱、台风、高温、低温、大风、冰雹、雪灾、雷电等各类致灾因子的位置信息、危险性指数信息等，可按地域行政区划和层级选择，展示省、市、县三级气象灾害综合风险致灾因子特征图以及风险分布图、区划图，如图5所示。
3.1.1 致灾因子特征图
按照省、市、县三级维度综合展示台风、暴雨、干旱、高温、低温、冰雹、雪灾灾种的致灾因子特征图。按照数据展示需求，通过饼图、折线图、柱状图等形式展示致灾因子特征值。可依次打开不同的致灾因子特征图，能支持关闭上次打开的图层。提供按照省、市、县（区）三级维度的查询组件，实现切换查询属地化的致灾因子特征图。
3.1.2 致灾因子风险分布图
按照省、市、县三级维度综合展示台风、暴雨、高温、低温、大风、雷电、雪灾灾种的致灾因子分布图，采用克里金插值法对基础数据进行致灾因子风险分布图数据生成，利用福建预警发布系统地图服务进行数据叠加可视化，可依次打开不同的致灾因子分布图，能支持关闭上次打开的图层，能支持雷达、云层、风场、热力图、气象自动站、地灾隐患点等模块叠加展示。提供按照省、市、县（区）三级维度的查询组件，可实现切换查询属地化的致灾因子风险分布图。
3.1.3 致灾因子区划图
按照省、市、县三级维度综合展示台风、大风、冰雹，干旱、雪灾、冰雹、高温、低温、暴雨、雷电灾种的致灾因子区划图。可依次打开不同的致灾因子区划图，能支持关闭上次打开的图层，能支持雷达、云层、风场、热力图、气象自动站、地灾隐患点等模块叠加展示。提供省、市、县（区）三级维度的查询组件，实现切换查询属地化的致灾因子危险性指数图。
3.2 气象灾害综合风险普查成果多维查询
查询功能是最常见且使用频率最多的功能之一，普查数据覆盖9个气象灾害类型，包含数据成果及图件成果等海量内容，需提供多维的查询方式来满足不同的查询需求。气象灾害综合风险普查成果多维查询，默认按省、市、县系统账号信息关联，快速查询多要素气象灾害综合风险普查信息，多要素包括行政区域、灾害类别、影响区域等，可多选或单选，实现多区域、多灾害的全方位、多维度智能关联查询和普查成果信息图表式展示，如图6所示。
3.2.1 风险调查数据查询
例如，查看台风风险调查数据，可通过调查表类型、行政区划、台风编号、台风名称、起止日期作为查询条件。查看干旱风险调查数据，可通过调查表类型、行政区划、评估等级作为查询条件。查看冰雹风险调查数据，可通过调查表类型、行政区划、观测站名、观测站号、降雹日期、降雹起止时间、持续时间、最大冰雹直径作为查询条件。
3.2.2 格网数据查询
例如，通过行政区划作为查询条件，可查看该区域的GDP、房屋、人口、三大农作物（水稻、玉米、小麦）数据。
3.3 气象灾害综合风险普查数据统计分析报表
气象灾害综合风险普查数据统计分析报表可实现普查数据统计分析、报表模板配置及导出功能[9-10]。建立分类别、分区域、分层级的统计报表，根据报表模板类型自动关联，以图表、文字形式生成文档，统计结果以Word格式导出。报表样式可依需个性化定制，如该地区的环境概况、经济发展情况、承灾体分析、主要气象灾害及影响、气象灾害的灾情统计、风险评估方法、致灾因子特征分析等，提高数据多元使用效率，为用户决策提供依据，如图7所示。
4 结 论
本文详细阐述了基于福建预警发布系统融合应用气象灾害综合风险普查成果的设计与研发过程，将福建省气象灾害综合风险普查数据接入应用到福建预警发布系统的防灾减灾辅助决策一张图”，清楚、直观对9类气象灾害综合风险普查成果进行展示、查询、统计，较好地满足省、市、县三级使用福建预警发布系统的部门单位对于气象灾害风险普查成果的使用需求，依托福建预警发布系统在防灾减灾救灾领域的广泛应用，使气象灾害综合风险普查成果数据获得有效利用，在成果推广应用和数据共享使用方面起到示范与推进作用。下一步，利用数字气象示范建设的技术优势，全面接入我省多部门、多灾种的自然灾害风险普查数据成果，完善分灾种、分区域、分层级的自然灾害综合风险辅助决策“一张图”，不断提升我省防灾减灾应急管理的治理能力，助力新时代新福建建设高质量发展。
参考文献：
[1] 王益民，牛红洲，李信.黄河流域水利普查成果应用系统建设构想 [J].中国水利，2013（7）：38-39.
[2] 付万，任学慧，张海静，等.基于GIS的辽宁省气象灾害与保险风险管理系统 [J].辽宁师范大学学报：自然科学版，2008（3）：361-363.
[3] 张平.地理国情普查数据成果在“天地图·吉林”旅游系统中的研究与应用 [J].矿山测量，2018，46（1）：53-56.
[4] 张春莉，孙路强，赵敏，等.地震速报与预警发布系统对接架构及其应用 [J].天津科技，2021，48（12）：61-63.
[5] 周燕明，朱莎.杭州市余杭区水利普查成果开发应用探讨 [J].人民长江，2013，44（S1）：41-43.
[6] 张灿.海洋气象漂流观测仪资料应用系统的设计与实现 [D].南京：南京信息工程大学，2019.
[7] 张晓鸣.基于多源时空数据的输电线路舞动分布及监测预警关键技术 [D].武汉：武汉大学，2020.
[8] 陈剑华.基于GIS的湖南省洪水风险图成果应用系统的设计 [J].湖南水利水电，2021（4）：13-15+28.
[9] 张茜，孙少明，王楠楠，等.气象历史资料查询与统计系统的设计与应用 [J].气象水文海洋仪器，2022，39（2）：82-85.
[10] 李莹，王国复.气象灾害风险管理系统设计与应用 [J].应用气象学报，2022，33（5）：628-640.
作者简介：郑明莉（1996—），女，汉族，福建三明人，助工，本科，研究方向：气象服务、预警传播技术；陈治杰（1969—），男，汉族，福建福州人，副高，本科，研究方向：气象服务、预警发布技术；赵伯听（1984—），男，汉族，浙江温州人，副高，硕士，研究方向：气象服务、预警服务技术。
