山東煙臺市氣象局　哈艷麗　黃本峰

雙套自動站數(shù)據(jù)對比分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

山東煙臺市氣象局哈艷麗黃本峰

目前各地臺站均逐步建成了雙套自動氣象站，以期增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性。本文以雙套站運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為研究對象，通過與極值表、差值表等進(jìn)行對比分析，利用編程和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)實時誤差的監(jiān)控，同時提供了分析評估功能，為故障的早期發(fā)現(xiàn)、設(shè)備的運行狀況以及后期的設(shè)備選型提供參考。

雙套自動站；觀測數(shù)據(jù)；對比分析系統(tǒng)

0　引言

自動氣象站觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，分為設(shè)備運行保障質(zhì)量和觀測值班質(zhì)量兩部分，設(shè)備運行保障質(zhì)量又分為設(shè)備穩(wěn)定運行率、到報率、數(shù)據(jù)可用率。觀測數(shù)據(jù)的異?？梢詮臅r間和空間兩個方面進(jìn)行分析，當(dāng)前國家級雙套自動氣象站的運行大大提升了我國地面氣象觀測的自動化和現(xiàn)代化水平，兩套自動氣象站同時運行，互為補(bǔ)充，增強(qiáng)了觀測資料的準(zhǔn)確性、可靠性和完整性［1］，對此，趙寶義［2］等利用差值分析的方法在雙套站數(shù)據(jù)差異性方面做過分析與評估，楊波，張昆［3］在數(shù)據(jù)一致率、粗差率和超差率方面做過對比分析及評估，溫華陽［4］、白水成［5］等亦對雙套站的數(shù)據(jù)進(jìn)行過評估研究或誤差分析方面的研究。由于各地雙套自動站均建設(shè)于同一觀測場內(nèi)，能有效地解決了觀測數(shù)據(jù)空間性的問題，由此，在基本空間一致的情況下，如何發(fā)現(xiàn)同一時間兩組觀測數(shù)據(jù)之間的差異，并對差異及時警示顯得十分重要，也成為值班過程中能否第一時間發(fā)現(xiàn)記錄異常的關(guān)鍵一環(huán)。在數(shù)據(jù)監(jiān)控報警方面鄭嶠［6］做過類似的研究，但其在極值的對比、后期綜合評價以及對多站的分析等方面未做進(jìn)一步探討。本文以山東煙臺市氣象部門為例，對其所屬的11個國家級氣象站配備的雙套站數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，從數(shù)據(jù)的獲取，極值、差值等閾值的對比、數(shù)據(jù)存儲、差異報警以及后續(xù)的分析評估等方面做了分析研究，對數(shù)據(jù)異常、儀器性能變化、傳感器運行狀況等提供了進(jìn)一步的參考。

1　設(shè)計思路

目前，煙臺市各國家級氣象臺站所配雙套站分別是江蘇無線電科研所生產(chǎn)的DZZ4型新型站和北京華創(chuàng)生產(chǎn)的CAWS系列老站，兩套自動站同時運行，通過不同的計算機(jī)和傳感器同時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其中傳感器均安裝在同一觀測場，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)安裝，采集形成相同數(shù)據(jù)格式文件。將雙套自動站采集后的實時數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路，推送到處理服務(wù)器，在處理服務(wù)器端，通過與極值庫、差值庫比對，對發(fā)現(xiàn)的異常記錄直接寫入數(shù)據(jù)庫。根據(jù)異常記錄，開展后續(xù)的工作，如實時報警、分析評估等，功能流程圖見表1。

2　技術(shù)實現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1數(shù)據(jù)文件的命名及結(jié)構(gòu)

目前雙套自動站數(shù)據(jù)以長Z文件的形式進(jìn)行傳輸，其文件名及結(jié)構(gòu)符合《地面氣象要素數(shù)據(jù)文件格式（V1.0）》的命名要求和存儲要求，長Z文件名的格式如下：

Z_SURF_I_IIiii_yyyyMMddhhmmss_O_AWS_FTM［-CCx］.txt

其文件內(nèi)容分為13段，我們選取其中的氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、地溫、降水量等基本要素進(jìn)行監(jiān)控，詳細(xì)監(jiān)控項目見表1。

表1　監(jiān)控數(shù)據(jù)列表

2.1.2要素差值數(shù)據(jù)庫

要完成數(shù)據(jù)的比對就需要確定兩套自動站要素數(shù)據(jù)的差異值。當(dāng)超過要素差值即作為一次異常值進(jìn)行處理。要素差值的采用的是自動站與人工站并軌運行期間中國氣象局對兩套觀測數(shù)據(jù)提出的差異范圍，即：氣壓≥0.8hpa，氣溫≥1.0℃，風(fēng)速≥1.0m/s，過程降水量≥4%，地溫日極值≥2.0℃，淺層地溫≥1.5℃，深層地溫≥0.5℃，風(fēng)向≥22.5°（風(fēng)速＞0.2m/時），我們單獨將其存放到數(shù)據(jù)庫的表中，以便于自動比對操作。

2.1.3要素極值數(shù)據(jù)庫

在實際工作中，自動氣象站軟件給出了采樣時間的一致性檢查、瞬時值合理性檢查，以及各要素的氣候?qū)W界限值檢查等，但缺少對各要素值系統(tǒng)性偏差，例如要素值持續(xù)偏高或偏低的現(xiàn)象等的檢查，同時對要素的缺測異常等現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)不能第一時間明確示警，因此，我們在設(shè)計中，增加了本站要素極值比對監(jiān)控的功能，當(dāng)雙自動站有要素超出本站的歷史極值，也作為異常事件進(jìn)行記載。各要素的本站極值均取自本站歷史上出現(xiàn)的累年值。當(dāng)其中有一個站出現(xiàn)缺測，同樣給出提示。

2.2數(shù)據(jù)傳輸及解析處理

（1）數(shù)據(jù)的獲取。通過ftp方式在處理服務(wù)器上分別建立對應(yīng)的文件夾，同一個臺站文件夾的命名以“區(qū)站號_序號”的方式進(jìn)行設(shè)計，如煙臺站對應(yīng)的兩個文件夾為“54765_1”和“54765_2”，各站將實時的雙套站數(shù)據(jù)傳送到對應(yīng)文件夾下。

（2）數(shù)據(jù)的解析和處理。對各站傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，系統(tǒng)根據(jù)長Z文件結(jié)構(gòu)，首先依據(jù)標(biāo)記定位到各個數(shù)據(jù)段，根據(jù)表1所設(shè)定的所要監(jiān)控的項目，確定要監(jiān)控的數(shù)據(jù)。然后統(tǒng)計雙套站監(jiān)控數(shù)據(jù)對應(yīng)要素之間的差值，將差值與差值表進(jìn)行核對，若在差值允許范圍內(nèi)，則通過檢查，若達(dá)到或超出，則作為一條異常記錄進(jìn)行記載。另外，當(dāng)兩套自動站數(shù)據(jù)有達(dá)到或超過極值表中的設(shè)定值，則也作為一條異常記錄進(jìn)行記載。

（3）疑誤差數(shù)據(jù)的存儲。對監(jiān)控到超過差值閾值和極值閾值的數(shù)據(jù)，分別加標(biāo)志進(jìn)行區(qū)別。我們在數(shù)據(jù)庫中建立實時疑誤記錄表用以記錄每次的疑誤信息，其表結(jié)構(gòu)見表2。其中對疑誤信息的系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)時間和人工響應(yīng)時間均進(jìn)行了存儲，便于日常管理。

表2　疑誤信息存儲表設(shè)計

2.3疑誤信息的分析及應(yīng)用

2.3.1實時報警

實時獲取各地自動站監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并根據(jù)疑誤信息進(jìn)行提示。報警界面分三部分，第一部分是臺站參數(shù)，提供了本站的經(jīng)緯度、觀測要素數(shù)、自動站型號、廠商等參數(shù)。第二部分顯示的是最后一條疑誤報警信息，當(dāng)次條報警信息未經(jīng)人工確認(rèn)，會顯示未處理狀態(tài)提示和立即處理按鈕，工作人員通過點擊按鈕即完成本次的人工響應(yīng)。第三部分是歷史疑誤報警信息，按時間順序逆序排列，見圖2。

圖2　實時報警功能界面

2.3.2分析評估

工作人員可以通過系統(tǒng)，快速查看各監(jiān)控要素的疑誤信息情況，使之能了解和掌握各要素疑誤的變化。同時可以定期比如以月為單位對各要素的疑誤信息進(jìn)行匯總，給出初步的評估結(jié)論，便于工作人員能了解設(shè)備更深層次的問題。

2.3.3極值表和差值表的參數(shù)修改

可通過系統(tǒng)功能，對本站的極值表和雙套站對比的差值表各參數(shù)進(jìn)行修改，以便于條件變化后，能按照新的參數(shù)進(jìn)行運行。

3　小結(jié)

通過PHP編程以及數(shù)據(jù)庫等計算機(jī)技術(shù)構(gòu)建的雙套自動氣象站氣象要素對比分析系統(tǒng)，能夠更加方便的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的差異，進(jìn)而通過報警提醒解決，成功的將記錄異常的早發(fā)現(xiàn)成為可能，同時通過對要素的分析評估，有利于直觀的發(fā)現(xiàn)傳感器的性能差異，進(jìn)而為傳感器的異常診斷提供依據(jù)，并最終達(dá)到觀測質(zhì)量提高的目的。系統(tǒng)在2016年5月開始在部分臺站測試運行，取得了不錯的應(yīng)用效果。今后需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善，使其更加穩(wěn)定和可用。

［1］王剛，張曉峰，黃勇，等.雙套自動氣象站數(shù)據(jù)初步分析與評估［J］.城市建設(shè)理論研究，2012，2（26）：41-45.

［2］趙寶義，溫華洋，錢毅.安徽省雙套站數(shù)據(jù)差異性分析與評估［J］.氣象水文海洋儀器，2014（2）：112-114.

［3］楊波，張昆.寶坻雙套自動氣象站數(shù)據(jù)對比分析及評估［J］.氣象水文海洋儀器，2016（2）：19-21.

［4］溫華洋，徐光清，譚常春，張虎，等.雙套自動氣象站數(shù)據(jù)評估及其優(yōu)勢探討［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報，2012，23（12）：748-752.

［5］白水成，李社宏.雙套自動站地面溫度觀測數(shù)據(jù)差異分析［J］.氣象科技，2016，44（6）：354-362.

［6］鄭嶠.雙套站比對監(jiān)控軟件（TOMMA 2012 V1.0）的設(shè)計與使用［J］.第九屆長三角氣象科技論壇論文集，2012.

哈艷麗（1979—），女，山東蓬萊人，大學(xué)本科，工程師，主要從事大氣探測工作。

黃本峰（1975—），男，山東臨邑人，大學(xué)本科，高級工程師，主要從事氣象服務(wù)工作。