风霜雨雪总关情：气象局如何推进实时数据在环境和气候科学的应用实践，让气象数据供得出、流得动、用得上

2024-11-15
广东
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使用 TapData，化繁为简，摆脱手动搭建、维护数据管道的诸多烦扰，轻量替代 OGG, Kettle 等同步工具，以及基于 Kafka 的 ETL 解决方案，「CDC + 流处理 + 数据集成」组合拳，加速仓内数据流转，帮助企业将真正具有业务价值的数据作用到实处，将“实时数仓”方法论落进现实。

TapData 持续迭代产品能力，优化用户体验的同时，也在不断探索各行各业数据需求的底层逻辑，力求为行业用户提供更加简洁、更具针对性的解题思路。本期内容便是我们在公共事业及气象服务领域做出的实践以及展望。

随着社会气象意识、气象观念的提升，各领域对气象服务的需需求也日渐变高。气象服务不再局限于传统的天气预报，还逐步延伸到农业、能源、交通、旅游、金融等多个领域，向多行业、多场景的深度应用发展。

一方面，气象数据应用场景广泛、市场需求强烈。但与此同时，数据又是一种需要流动才能产生巨大价值的资源，“藏金于库”是不够的，必须实现数据的高效集成和有效共享，才能在不同场景中真正发挥作用。例如，在农业中，气象数据与土壤、作物数据的联动分析能够优化种植决策；在能源和交通领域，实时气象数据的集成有助于调度优化和风险控制……

也正是这些需求进一步推动了气象领域在数据管理上的创新，而气象局作为气象数据采集和发布的核心机构，其数据管理系统更要快速适应各行业的复杂需求，提供高精度、实时性和灵活性的数据服务，以支撑社会各领域对气象数据的多样化应用。

本期案例便将聚焦于某气象局在气象数据集成与共享上的优化思路。通过构建强大而灵活的实时数据同步与分析系统，实现数据在多种平台间的流动，为各行业提供智能化、动态化的气象服务。

一、客户背景：多源异构数据的实时同步压力大，复杂数据聚合需求高

该气象局作为研究、统筹及辅助所在地区气象、地球物理及打气环境各方面事项的公共气象服务机构，负责广泛的气象信息采集、分析和实时发布，旨在为公众和政府部门提供及时、准确的气象服务。

身份上以及所属研究领域的特殊性，决定了其对于数据的时效性、准确性和科学性的极高要求：

公共事业：作为公共服务机构，其首要职责是确保气象信息的公开透明，为公众和其他政府部门提供准确的天气预报和预警。这种服务性职能要求数据系统能够广泛、快速地收集、分析和发布数据，以便及时为社会提供可靠的气象信息。这种高效率的信息处理系统不仅要在大规模数据量面前保持稳定，还需要具备低延迟的响应能力。
政府和行政管理：气象局隶属于政府机构，负责推动气象数据的共享和决策支持。因此，数据管理系统需要对接多个部门和系统，确保数据的无缝流动，以实现政府内部以及对外的多系统实时数据共享。同时，气象数据也用于政策制定和安全保障，系统的数据准确性和一致性成为关键，尤其是在跨数据库、跨平台的数据传输中需要确保数据不丢失、不重复。
环境和气候科学：环境和气候数据的收集和分析工作涉及复杂的科学数据模型。由于气象数据受环境因素影响较大，不仅包括简单的天气观测数据，还涉及温度、湿度、风速等多种维度的细化信息，甚至包括雷达和卫星数据，经常需要对这些来自多种数据源的气象信息进行实时的整合和分析，以支持更全面的业务需求。系统需要具备对多类型数据源的高兼容性，并能支持在不同数据库上快速开展聚合分析。这些数据也可能用于长期的环境分析和科研工作，因此需要强大的数据存储、归档和分析能力。
应急管理和灾害防控：在面对极端天气或自然灾害时，气象局的实时预警职能至关重要。应急管理场景对数据的实时性和高可用性提出了极高的要求，系统必须能够快速响应气象变化，并将关键信息传递至应急响应部门。其数据系统需要具备强大的实时同步功能，确保任何关键数据变化都能在数秒内传输至目标数据库中。

因此，该气象局在数据管理上的需求也不可避免的相对复杂，不仅涉及多个数据系统间的实时同步，还需要具备数据的聚合处理能力——首先，局内系统涉及多种数据源，包括 SQL Server、MongoDB 和 FTP 等，数据类型多样且更新频繁，需要一个能高效支持多源数据实时同步的系统，以实现从数据采集到共享的无缝流动。同时，气象局的业务还要求系统具备聚合计算能力，能够处理大规模数据的快速分析，以支撑预警发布和环境监测。

这一需求背景下，该气象局选择 TapData 来构建高效的数据同步和集成系统，并采用 MongoDB 作为聚合运算平台，利用其灵活的数据模型和强大的聚合框架，实现复杂气象数据的实时计算与分析。

二、解决方案：TapData + MongoDB，实时数据同步与高效聚合释放数据价值

主要场景和方案选择：
数据源：SQLServer、MongoDB、FTP 等协议
数据目标：SQLServer、MongoDB 等
方案：TapData 和 MongoDB 的组合方案，以优化数据管理和应用服务，提升整体的气象数据处理能力

① TapData：多源实时数据同步

基于 TapData 其强大的数据集成与同步能力，该气象局实现了内部各数据源间的无缝、高效连接，确保了数据在不同系统间的实时流动。TapData 的 CDC（变更数据捕获）技术能够迅速捕捉和传输数据源的更新内容，以极低的延迟将信息同步到目标数据库中，保证数据的一致性与时效性。通过 TapData 的自动化数据同步机制，该气象局能够在庞大而复杂的数据环境中实现稳定、高效的数据同步，显著减少了数据延迟，满足了气象监测的实时性需求。

② MongoDB：复杂数据聚合与实时分析

该气象局之所以最终选择使用 MongoDB 进行聚合运算，主要是因为 MongoDB 在处理复杂数据类型和实时聚合计算方面具有显著优势：

灵活的数据模型：MongoDB 采用文档型数据结构，能够灵活存储气象局所需的多种数据类型，例如气温、湿度、风速，以及复杂的雷达和卫星数据等。它的文档模型允许嵌套结构，使得多维度数据可以方便地存储和管理，为后续的聚合操作打下基础。
强大的聚合框架：MongoDB 的聚合框架支持多种复杂的数据管道操作，能够快速实现包括分组、筛选、排序和复杂数学运算等多步数据处理流程。对于气象局来说，这意味着可以将原始的观测数据直接转化为所需的分析指标，如平均值、最大值和总量等，以支持快速生成天气预报和环境监测报告，为应急决策提供可靠的支持。
实时处理能力：MongoDB 具备较高的实时数据处理能力，能够应对气象数据更新频率高的需求。其内置的实时分析功能允许在数据到达的同时进行聚合和查询，满足气象数据分析的时效性要求，使得气象局能够第一时间捕捉关键数据变化，迅速响应突发事件。
扩展性与性能：MongoDB 在分布式架构下的横向扩展性使其可以轻松处理大规模数据集，对澳门地球物理气象局这样高数据吞吐量的机构而言尤为重要。MongoDB 可以根据数据量的变化动态扩展存储和计算能力，以确保在任何数据负载下都能保持优越的性能。

背靠这些优势，MongoDB 成功帮助该气象局更高效地管理和分析数据，支持其多层次的业务需求。

③ 系统高可用性与故障恢复能力

针对极端天气和突发事件对系统稳定性的要求，该组合方案具备高可用性和自动恢复机制。TapData 在数据同步过程中的错误恢复和重试机制，能够保障在故障发生时数据的完整传输，而 MongoDB 的分布式架构则提供了弹性扩展的能力，使系统在高负载条件下仍能稳定运行，确保气象局的服务不受中断。

通过 TapData 和 MongoDB 的协同作用，该气象局在数据同步和实时聚合上的难题得到了有效解决。TapData 实现了不同系统间数据的无缝对接和快速同步，而 MongoDB 则提供了高效的数据存储和实时分析能力，使气象局能够更精准地开展气象监测、应急预警和信息发布，全面提升了数据服务的准确性和时效性，为各领域的气象应用提供了可靠的数据支撑。

今后，TapData 也将持续挖掘实时数据在公共事业领域的实用性价值，为从业者提供更多运营灵感，帮助更多组织与机构应对数据管理的复杂性。

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