黃紅兵++徐瀟

摘 要：本文主要介紹哈爾濱太平國際機場相似預(yù)報系統(tǒng)的軟件研發(fā)技術(shù)設(shè)計和技術(shù)措施，包括軟件功能結(jié)構(gòu)、功能指標(biāo)的主要技術(shù)設(shè)計，以及實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)據(jù)讀取分析、相似計算預(yù)報、綜合輔助功能等的主要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)報系統(tǒng) 軟件 技術(shù)設(shè)計 技術(shù)措施

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0013-03

2016年底，筆者攜科研組完成了中國民航局空管局下達的科研項目《哈爾濱太平國際機場相似預(yù)報系統(tǒng)》（以下簡稱預(yù)報系統(tǒng)）的研發(fā)工作，并于2017年1月通過驗收。文獻[1]詳細(xì)介紹了預(yù)報系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)資料，包括預(yù)報模式設(shè)計、預(yù)報系統(tǒng)研發(fā)、試運行效果等。本文主要從軟件程序編寫的角度，介紹預(yù)報系統(tǒng)軟件的主要技術(shù)設(shè)計和主要技術(shù)措施。

1 主要技術(shù)設(shè)計

1.1 硬件配置簡介

為滿足實現(xiàn)科研攻關(guān)技術(shù)目標(biāo)，預(yù)報系統(tǒng)研發(fā)充分利用了哈爾濱機場現(xiàn)有的氣象信息網(wǎng)和氣象觀測設(shè)備，其中硬件配置設(shè)計充分考慮了以下條件：

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)訪問氣象信息網(wǎng)的地方氣象信息，以便讀取國家氣象局發(fā)布的T639數(shù)值預(yù)報格點場數(shù)據(jù)。

（2）能夠訪問氣象信息網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，以便讀取區(qū)域歷史數(shù)據(jù)。

（3）能夠訪問氣象信息網(wǎng)的觀測終端的自動氣象觀測系統(tǒng)，以便讀取機場觀測數(shù)據(jù)。

（4）同時配置音響和打印機，以備告警、提醒和預(yù)報產(chǎn)品輸出之用。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)報系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，依據(jù)每個獨立工作環(huán)節(jié)設(shè)立若干運行模塊，包括網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控告警模塊、數(shù)據(jù)讀取分析模塊、相似計算預(yù)報模塊、綜合技術(shù)功能模塊，各運行模塊都由主窗體總控模塊控制，詳見圖1。

1.3 技術(shù)指標(biāo)設(shè)計

依據(jù)科研任務(wù)要求，設(shè)計并最終實現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)包括如下幾項。

（1）具有標(biāo)準(zhǔn)的Windows人機界面：相似預(yù)報系統(tǒng)實現(xiàn)簡體中文顯示，具有標(biāo)準(zhǔn)美觀、友好便捷和可視化的人機互動功能；操作方法簡便易懂，具有較強的業(yè)內(nèi)推廣價值。

（2）具有完備的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)監(jiān)控、告警功能：自動、連續(xù)監(jiān)控需要訪問的氣象信息網(wǎng)和有關(guān)終端，定時監(jiān)控T639數(shù)值預(yù)報和機場觀測的數(shù)據(jù)，如果網(wǎng)絡(luò)正常、數(shù)據(jù)齊全、數(shù)據(jù)格式合格則發(fā)出可以讀取數(shù)據(jù)的信息，否則就以屏顯和音頻告警方式發(fā)出告警信息。

（3）具有自動讀取、分析綜合數(shù)據(jù)的功能：當(dāng)監(jiān)控單元發(fā)出網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)正常、可以讀取數(shù)據(jù)的信息時，數(shù)據(jù)單元將按照預(yù)置時間段，依據(jù)“一主、二備、三應(yīng)急”的方式，讀取、分析所需各類數(shù)據(jù)，并發(fā)出可以制作預(yù)報的信息。

（4）具有自動制作、發(fā)布并輸出全方位相似預(yù)報產(chǎn)品的功能：當(dāng)數(shù)據(jù)單元發(fā)可以制作預(yù)報的信息時，預(yù)報單元隨即啟動自動發(fā)布預(yù)報的程序，完成之后自動音頻提醒、打印輸出。

（5）具有的其他綜合功能：包括由綜合單元隨時提供的參數(shù)設(shè)置、打印輸出、查詢相似分析數(shù)據(jù)和預(yù)報產(chǎn)品、查看對比相似圖形、提供幫助信息等。

2 主要技術(shù)措施

2.1 研發(fā)過程簡述

預(yù)報系統(tǒng)軟件設(shè)計在Windows XP及以上環(huán)境下運行，編程工具使用可視化集成開發(fā)語言VB6.0[2]、Delphi[3]，支持平臺主要有Oracle、Excel。軟件編寫工作始于2014年秋，2015年6月聯(lián)網(wǎng)調(diào)試，7月投入試用，各項工作最后完成于2015年12月，2016年1月投入試運行。期間先后推出HAFS1.01～1.06共6個版本，其中最初的4個版本屬測試版本，1.05為采用靜態(tài)相似分析方法的初級應(yīng)用版本，1.06為目前采用的動態(tài)相似分析方法的最新應(yīng)用版本。

2.2 整體控制措施

預(yù)報系統(tǒng)主窗體設(shè)有獨立的控制模塊，該模塊參照神經(jīng)元控制的方法，采用統(tǒng)攬式、前后臺式的邏輯控制技術(shù)，控制多個模塊同時、有序地工作。其基本控制思路如下。

（1）隨時響應(yīng)監(jiān)控模塊返回的監(jiān)控信息：如果網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控正常，即同時關(guān)注數(shù)據(jù)文件；如數(shù)據(jù)文件正常，隨即同時關(guān)注數(shù)據(jù)格式；監(jiān)控都正常，立即返回監(jiān)控正常信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控正常、數(shù)據(jù)監(jiān)控正常，隨即通知可以啟動數(shù)據(jù)采集讀取模塊。在預(yù)定的時間段內(nèi)，按照“一主、二備、三應(yīng)急”方式，讀取、分析所需各類數(shù)據(jù)，并返回完成信息。

（3）網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)讀取正常，隨即啟動相似預(yù)報的計算、分析和發(fā)布，之后通知打印機打印。

2.3 監(jiān)控技術(shù)措施

預(yù)報系統(tǒng)軟件主要監(jiān)控對象：氣象網(wǎng)及地方信息終端、機場觀測終端、數(shù)據(jù)庫終端等，T639數(shù)值預(yù)報數(shù)據(jù)、機場自動觀測數(shù)據(jù)、區(qū)域歷史數(shù)據(jù)等。采取的主要技術(shù)措施如下：

（1）對氣象網(wǎng)和終端的監(jiān)控，要充分考慮并盡量減少對氣象網(wǎng)及其終端的干預(yù)，以免影響其正常工作，因此軟件采用了被動式的監(jiān)控方法，主要措施是在預(yù)報系統(tǒng)軟件程序中設(shè)置On Error捕獲錯誤陷阱，當(dāng)不能映顯監(jiān)控對象時，隨即分析返回的錯誤信息，并發(fā)出告警，以達到監(jiān)控的目的。

（2）對相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，相對較簡單，主要監(jiān)控兩個方面，一是監(jiān)控數(shù)據(jù)的時效性，是否按時入網(wǎng)、數(shù)據(jù)入網(wǎng)是否存在時刻錯誤等，二是監(jiān)控數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式有效性，因為預(yù)報系統(tǒng)使用的是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有些可能會隨時調(diào)整數(shù)據(jù)范圍、分辨率等格式，甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)信息，需要進行分辨。

（3）監(jiān)控告警：對氣象網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)終端、相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，其監(jiān)控并輸出的非正常情況可歸納為17種，其中有6種為需要及時處理的，其他為暫緩處理的。如監(jiān)控出現(xiàn)異常，將通過屏幕顯示和音頻方式發(fā)出告警信息。

2.4 數(shù)據(jù)讀取措施

主要有3種類型的數(shù)據(jù)讀取。

（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，指當(dāng)前T639數(shù)據(jù)，須從國家氣象局相關(guān)網(wǎng)絡(luò)獲取，按照雙方相關(guān)數(shù)據(jù)訪問協(xié)議，通過氣象網(wǎng)遠(yuǎn)程讀取，其源數(shù)據(jù)為文本文件的數(shù)據(jù)格式，訪問網(wǎng)絡(luò)成功后直接讀取。endprint

（2）區(qū)域歷史數(shù)據(jù)、機場當(dāng)前觀測數(shù)據(jù)，在本地局域網(wǎng)內(nèi)，直接讀取。其中，區(qū)域歷史數(shù)據(jù)屬文本文件數(shù)據(jù)，直接訪問讀??；機場當(dāng)前觀測數(shù)據(jù)，通過訪問氣象網(wǎng)數(shù)據(jù)庫讀取。訪問數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)以調(diào)用API函數(shù)來實現(xiàn)，其定義可表示如下：

Private Declare Function DuQuShuJu Lib "DQSJ.DLL" （ByVal PathX As String， ByVal X1 As String， ByVal X2 As String， ByVal X3 As String） As Single

（3）機場歷史數(shù)據(jù)，因其以Excel月總簿方式儲存，因此需要調(diào)用Excel來讀取。訪問并讀取和寫入Excel月總簿的基本方法如下。

①首先定義一個Excel對象、一個Excel工作簿、定義一個Excel工作表。

②其次創(chuàng)建一個Excel對象、打開一個工作簿、設(shè)置將要操作的工作表。

③然后進行讀取、寫入、存儲等操作。

④完成預(yù)定工作后，關(guān)閉工作薄、釋放已經(jīng)打開的Excel對象。

2.5 相似計算預(yù)報

相似計算和預(yù)報的過程相對較為復(fù)雜，期間須訪問和讀取約7000個數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)總量達到3G以上。由于數(shù)據(jù)文件量和數(shù)據(jù)量較為龐大，為確保計算運行過程的準(zhǔn)確性，科研組采用了模塊化的設(shè)計和編程方式，這樣就能保證編寫思路清晰，更容易調(diào)試和糾正問題。相似計算預(yù)報的流程見圖2。

2.6 綜合輔助功能

（1）參數(shù)管理：預(yù)報系統(tǒng)參數(shù)包括“工作狀態(tài)、采用要素、數(shù)據(jù)路徑、數(shù)據(jù)取值、相關(guān)信息”共5類，其中，“工作狀態(tài)”控制預(yù)報系統(tǒng)的運行方式、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、打印方式、音響效果；“數(shù)據(jù)路徑”控制數(shù)據(jù)讀取；“采用要素、數(shù)據(jù)取值、相關(guān)信息”控制相似分析預(yù)報的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）查詢、打印操作：查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)資料分析、850～ 500hPa、海平面氣壓場等的單項相似分析數(shù)據(jù)、多元相似分析數(shù)據(jù)、相似預(yù)報結(jié)論等，這些都可以打印輸出。

（3）圖像操作：預(yù)報系統(tǒng)本身沒有圖像功能，而是通過調(diào)用國家氣象局Micaps系統(tǒng)圖像功能來實現(xiàn)查看當(dāng)前天氣圖和歷史天氣圖的。通過操作預(yù)報系統(tǒng)，自動確認(rèn)需要訪問的圖像種類、圖像時間，然后確定圖像文件、圖像路徑等，然后自動轉(zhuǎn)向Micaps圖像顯示狀態(tài)。調(diào)用外部軟件的功能采用Shell命令來實現(xiàn)。

3 結(jié)語

預(yù)報系統(tǒng)軟件于2016年1月投入試運行，2017年1月驗收后正式投入運行。試運行1年、正式運行大半年以來，預(yù)報系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)達到預(yù)期目的，在哈爾濱太平國際機場日常飛行氣象服務(wù)工作中發(fā)揮了積極作用。

當(dāng)然，目前雖取得一定效果，但也發(fā)現(xiàn)預(yù)報系統(tǒng)存在一些問題，除了預(yù)報模式有待進一步升級完善外，系統(tǒng)軟件也有待進一步提高，尤其是在預(yù)報信息的自動發(fā)送、圖像功能的自我實現(xiàn)等方面還有許多工作需要去做。

參考文獻

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[2] 楊本倫.Visual Basic 6.0開發(fā)技術(shù)大全[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3] 黃文鈺.Delphi程序設(shè)計經(jīng)典[M].北京：科學(xué)出版社， 2005.endprint