余世同等

摘 要：該文對自動氣象站監(jiān)控及數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)進(jìn)行了研究。首先從XML配置文件中獲取站點(diǎn)信息，然后用站點(diǎn)信息中的區(qū)站號到數(shù)據(jù)庫中查詢當(dāng)前整點(diǎn)小時數(shù)據(jù)及缺測信息，接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并將得到的異常信息存放到記事本中，最后將記事本中的內(nèi)容顯示到監(jiān)控平臺，為技術(shù)保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動氣象站 數(shù)據(jù)庫訪問 監(jiān)控技術(shù) 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0011-02

當(dāng)今極端天氣氣候事件頻發(fā)，在日趨嚴(yán)峻和復(fù)雜的氣象災(zāi)害形勢面前，氣象服務(wù)對地面氣象觀測系統(tǒng)在站網(wǎng)密度、觀測自動化、觀測要素拓展等提出了更高的要求。寧夏目前已建設(shè)了900余個自動氣象站，大大增強(qiáng)了災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警水平；另一方面，為了在防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)工作中進(jìn)一步增強(qiáng)氣象預(yù)報服務(wù)能力，全區(qū)計劃建設(shè)更為密集的區(qū)域自動氣象站。

區(qū)域自動氣象站長期運(yùn)行在野外惡劣環(huán)境下，隨著運(yùn)行的年限增加，設(shè)備故障的多發(fā)性、不確定性因素也逐步增加，對設(shè)備的全面技術(shù)保障帶來了新的挑戰(zhàn)。為確保自動氣象站長期、穩(wěn)定地運(yùn)行，切實(shí)發(fā)揮自動站網(wǎng)建設(shè)效益，建立完善的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，已成為當(dāng)前重要地氣象探測設(shè)備保障工作之一[1]。設(shè)計一個實(shí)時監(jiān)控與分析系統(tǒng)、并將自動站異常信息及時反饋給值班監(jiān)控員顯得非常重要。

1 技術(shù)路線

全區(qū)自動氣象站采用了多個氣象儀器廠家的產(chǎn)品，雖然結(jié)構(gòu)不同，但傳輸?shù)絽^(qū)局的數(shù)據(jù)格式是一致的。因此，在區(qū)級建立一個自動氣象站實(shí)時監(jiān)控平臺，對氣象站上傳的每小時正點(diǎn)資料進(jìn)行分析，從中檢查、分析出整點(diǎn)資料是否缺測或氣象要素是否異常。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行不間斷監(jiān)控，保證全區(qū)自動氣象站探測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，出現(xiàn)故障及時響應(yīng)維修。

如圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。首先，系統(tǒng)加載站點(diǎn)信息配置XML文件，從中逐條檢索自動氣象站區(qū)站號及站點(diǎn)名稱信息，然后以區(qū)站號去數(shù)據(jù)庫中檢索整點(diǎn)小時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。最后對整點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測或超越常規(guī)值的區(qū)站號、站點(diǎn)信息及有關(guān)要素值等異常信息顯示到監(jiān)控平面中。

在上層軟件設(shè)計中，論述了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制理論和系統(tǒng)開發(fā)中的數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù)。然后對自動站上傳的氣象要素值進(jìn)行邏輯分析，即當(dāng)前要素值存在且出現(xiàn)在合理范圍內(nèi)時，則認(rèn)為設(shè)備運(yùn)行正常；反之，如果檢查出要素值缺測或超越常規(guī)值，達(dá)到示警條件時，異常信息自動在監(jiān)控系統(tǒng)中告警提示，從而體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

2 軟件設(shè)計

2.1 質(zhì)量控制技術(shù)

質(zhì)量控制是指利用氣象學(xué)、氣候?qū)W等原理，以氣象要素的時空規(guī)律及各要素的相互聯(lián)系為基礎(chǔ)，分析氣象資料是否合理。隨著氣象資料的進(jìn)一步完善，質(zhì)量控制得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，對資料的連續(xù)性分析代替了對單要素數(shù)據(jù)的檢查分析[2]。文章主要介紹氣候界限檢查的資料分析。

依據(jù)氣象局對測報業(yè)務(wù)的要求，區(qū)域自動氣象站正點(diǎn)后15min內(nèi)，正點(diǎn)數(shù)據(jù)必須上傳到數(shù)據(jù)庫中。因此，在正點(diǎn)15分檢索數(shù)據(jù)庫，如果在服務(wù)器上沒有檢索到數(shù)據(jù)，則該站計缺測；如果有數(shù)據(jù)則按瞬時值控制技術(shù)[3]，檢查瞬時值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則該站數(shù)據(jù)異常。瞬時值合理性檢查見表1。

2.2 數(shù)據(jù)庫訪問

訪問服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫有多種技術(shù)，由于.NET框架中提供了豐富的應(yīng)用程序組件，該文選用ADO.NET技術(shù)[3]。ADO.NET支持兩種訪問數(shù)據(jù)的模型：無連接模型和連接模型。無連接模型是將數(shù)據(jù)下載到客戶機(jī)上，并在客戶機(jī)上將數(shù)據(jù)封裝到內(nèi)存中，然后可以像訪問本地數(shù)據(jù)庫一樣訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。而連接模型依賴于逐記錄的訪問，要求始終保持與數(shù)據(jù)源的連接。由于全區(qū)氣象站在中心站服務(wù)器中有多個表，每個表對應(yīng)一個站點(diǎn)，每個站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)存放于對應(yīng)的表中，而站點(diǎn)信息存放于XML配置文件，在數(shù)據(jù)訪問時需要依據(jù)XML配置文件逐記錄的訪問每一個表中的整點(diǎn)小時數(shù)據(jù)，故系統(tǒng)選用連接模型[4]。

由于全區(qū)站點(diǎn)信息存放在XML配置文件中，因此首先利用XElement.load（）方法逐記錄的讀取站點(diǎn)信息，包括區(qū)站號、站點(diǎn)名稱及所屬機(jī)構(gòu)；然后用這個區(qū)站號去服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)，方法是利用SqlConnect類的Open（）方法連接數(shù)據(jù)庫，并用State屬性判斷數(shù)據(jù)庫的連接狀態(tài)；進(jìn)而利用Command類的ExecuteReader（）方法與DataReader類的Reader（）方法讀取指定區(qū)站號的當(dāng)前整點(diǎn)小時數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

軟件程序以Visual studio2010為編譯環(huán)境，運(yùn)行于.NET Framework4.0上的C#為程序設(shè)計語言。軟件以Form窗體結(jié)構(gòu)，并利用timer1控件設(shè)置時間判斷語句為1 s，當(dāng)檢測到主機(jī)時間為xx：15：00時，運(yùn)行主程序，并利用2.2中的方法逐記錄的獲取站點(diǎn)信息及當(dāng)前正點(diǎn)小時數(shù)據(jù)。

獲得的小時數(shù)據(jù)包括氣溫、地表溫度、相對濕度、氣壓、極大風(fēng)速、風(fēng)向、瞬時風(fēng)速、小時降水等氣象要素。如果數(shù)據(jù)缺測，則在上一正點(diǎn)時次的缺測記事本中檢索該區(qū)站號，判斷在該缺測記事本中是否第N+1次出現(xiàn)（N≥0），如果是，則在當(dāng)前缺測記事本中站點(diǎn)信息更新為該要素第N+1次缺測；如果有數(shù)據(jù)則按照2.1中的質(zhì)量控制方法，檢查瞬時值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則將該站點(diǎn)信息及相關(guān)要素存儲到數(shù)據(jù)異常記事本中。

當(dāng)遍歷完XML配置文件中所有氣象站，退出主程序，將缺測記事本及異常記事本中的信息響應(yīng)到監(jiān)控平臺，為值班監(jiān)控員快速掌握當(dāng)前自動站的運(yùn)行情況提供幫助。

3 結(jié)語

自動氣象站無論在觀測手段、運(yùn)行機(jī)制、站網(wǎng)密度等方面與傳統(tǒng)的人工觀測都有很大的不同。為提高自動氣象站的持久、可靠的運(yùn)行，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的服務(wù)能力，需要對自動氣象站運(yùn)行狀況進(jìn)行必要的實(shí)時監(jiān)控。經(jīng)實(shí)際測試，監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可以真實(shí)的將異常信息的自動站情況實(shí)時反饋給值班監(jiān)控員，為技術(shù)保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。另一方面，也為其他氣象探測設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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