侯江生，鄒哲馨

（賀州市氣象局，廣西 賀州 542899）

1 引言

區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站是根據(jù)中小尺度災(zāi)害性天氣預(yù)警、大中城市、特殊地區(qū)和專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的氣象和環(huán)境預(yù)報(bào)服務(wù)需要，為提高中小尺度天氣監(jiān)測(cè)和臨近預(yù)報(bào)的水平和能力，并應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要而建設(shè)的地面氣象觀測(cè)站［1-3］。到目前為止，本市已經(jīng)建了116個(gè)自動(dòng)氣象站，由于區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)量和種類(lèi)不斷增加，區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備故障次數(shù)也變多，氣象保障維護(hù)人員需要不斷對(duì)區(qū)域氣象觀測(cè)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)對(duì)區(qū)域氣象設(shè)備維護(hù)和維修［4-10］。目前面臨實(shí)際情況是一方面市、縣局保障工作人員技術(shù)水平有限和人員緊張，另一方面故障報(bào)警時(shí)限長(zhǎng)和故障判斷不準(zhǔn)確，這些都給區(qū)域自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很大困難。為解決這些問(wèn)題，針對(duì)區(qū)域自動(dòng)氣象站設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，設(shè)計(jì)了本監(jiān)控平臺(tái)。本監(jiān)控平臺(tái)使用C#語(yǔ)言編程，按照MUSIC統(tǒng)一接口規(guī)定格式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)氣象站實(shí)況數(shù)據(jù)展示、氣象站數(shù)據(jù)對(duì)比查詢(xún)、質(zhì)量控制，缺報(bào)次數(shù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理、報(bào)警信息存儲(chǔ)和報(bào)警信息發(fā)送等功能。

2 平臺(tái)分析

2.1 需求分析

目前大部分的市局級(jí)監(jiān)控平臺(tái)是基于區(qū)氣象局服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，從區(qū)氣象局服務(wù)器提取區(qū)域站數(shù)據(jù)。但是從中國(guó)氣象局的規(guī)劃和布置，在各級(jí)氣象部門(mén)和業(yè)務(wù)單位逐步推廣和使用CIMISS大數(shù)據(jù)平臺(tái)（全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)），所有采集的氣象數(shù)據(jù)都要錄入該平臺(tái)，同時(shí)所有需求氣象數(shù)據(jù)也都要從該平臺(tái)獲取。因此開(kāi)發(fā)一個(gè)基于CIMISS平臺(tái)的監(jiān)控平臺(tái)是非常必需的。

市縣裝備保障中心維護(hù)維修人員很多是兼職其他工作，因此需要一個(gè)平臺(tái)能夠直接給出可疑、錯(cuò)誤、缺測(cè)站點(diǎn)的警示信息，以便判斷和圈定故障，對(duì)于可疑的可以進(jìn)入下一時(shí)次繼續(xù)觀察，對(duì)于錯(cuò)誤或缺測(cè)的能提醒維護(hù)維修人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步判斷和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)維修。區(qū)域站報(bào)警信息及頻次應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)合理，便于保障人員合理安排現(xiàn)場(chǎng)核查和維護(hù)工作。

2.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

在監(jiān)控平臺(tái)界面上，應(yīng)該結(jié)合行政區(qū)和站點(diǎn)要素類(lèi)別進(jìn)行顯示，還可以提供一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)查詢(xún)，方便直觀的進(jìn)行同要素?cái)?shù)據(jù)對(duì)比檢查；其次，對(duì)于缺測(cè)或掉線等需重點(diǎn)關(guān)注的站點(diǎn)，利用醒目的顏色標(biāo)識(shí)處理，以提醒保障人員及時(shí)處理和安排現(xiàn)場(chǎng)核查和維護(hù)；再次，對(duì)于各站點(diǎn)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的質(zhì)量控制，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘能分析出一些隱性和不易察覺(jué)的錯(cuò)誤信息；最后報(bào)警信息的提醒頻次和合理，不能太久和太多，一天一至兩次比較合適，提醒電話和信息安排在早上和下午上班后不久。

3 平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

根據(jù)賀州市區(qū)域站監(jiān)控平臺(tái)需求和可視化要求，平臺(tái)基于B/S結(jié)構(gòu)，用VS2010開(kāi)發(fā)、結(jié)合SQL2008數(shù)據(jù)庫(kù)和部分硬件應(yīng)用。平臺(tái)總體上采用四層體系架構(gòu)，用戶層、表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)資源及處理層、基礎(chǔ)層（如圖1所示）。

3.2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)功能由短信貓（報(bào)警短信發(fā)送、電話撥打）和數(shù)據(jù)處理（獲取、質(zhì)控、展示和存儲(chǔ)）和平臺(tái)設(shè)置功能組成。其中數(shù)據(jù)獲取和處理包括從CIMISS平臺(tái)獲取各轄區(qū)區(qū)域站數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、氣象數(shù)據(jù)展示等，而平臺(tái)設(shè)置包括利用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)表實(shí)現(xiàn)臺(tái)站參數(shù)獲取、氣象要素閾值設(shè)置和手機(jī)號(hào)碼設(shè)置及分級(jí)權(quán)限管理等。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)模式

4 平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 開(kāi)發(fā)工具及質(zhì)量控制理論

本平臺(tái)是基于Net Framework 4.0的設(shè)計(jì)，使用編程語(yǔ)言VS2010 C#語(yǔ)言編程，使用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理權(quán)限和部分參數(shù)，用常見(jiàn)的窗體應(yīng)用程序進(jìn)行圖像化開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)曲線圖和柱狀圖使用OWC11插件技術(shù)，短信貓使用串口通信原理，數(shù)據(jù)來(lái)源于CIMISS。

根據(jù)賀州市區(qū)域站站點(diǎn)布局、周邊環(huán)境、氣候條件和經(jīng)緯度等情況，選取了界限值檢查、極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、相關(guān)性檢查和缺測(cè)檢查作為氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法［11］。

其中四方位空間一致性檢驗(yàn)法［12］也是一種相關(guān)性檢查，它是利用某站（檢驗(yàn)站）的東北—西南和西北-東南兩直線將其四周劃分為東南西北四塊區(qū)域，在四個(gè)區(qū)域內(nèi)各選取與檢驗(yàn)站距離最近的8個(gè)站作為比較站。對(duì)四個(gè)方位組的數(shù)據(jù)分別采用Madsen-Allerupt方法計(jì)算，只要有一組通過(guò)檢驗(yàn)，則說(shuō)明檢驗(yàn)站的此氣象要素?cái)?shù)據(jù)正確。在本平臺(tái)利用空間四方位空間一致性檢驗(yàn)的氣象要素有溫度、氣壓、小時(shí)降水和濕度。

本平臺(tái)根據(jù)賀州市112個(gè)區(qū)域站的歷年降水資料，按照百分位法［13］排序，選出第99百分位上的值作為極端降水閾值，作為及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)檢查和設(shè)備維護(hù)維修的指標(biāo)。

4.2 功能實(shí)現(xiàn)

本平臺(tái)采用VS2010 C#進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)，結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：短信發(fā)送和電話撥打、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)對(duì)比查詢(xún)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、分級(jí)管理和參數(shù)設(shè)置等。

短信發(fā)送和電話撥打是通過(guò)短信貓硬件實(shí)現(xiàn)，短信報(bào)警程序首先判斷定時(shí)器是否啟動(dòng)，然后判斷每個(gè)轄區(qū)對(duì)應(yīng)的各站點(diǎn)報(bào)警信息中是否有新信息，如果有則讀取新信息，并對(duì)報(bào)警站點(diǎn)報(bào)警信息按照設(shè)定的格式（縣區(qū)名稱(chēng)+報(bào)警信息發(fā)生時(shí)間+站點(diǎn)名稱(chēng)+報(bào)警信息）進(jìn)行組合與處理，然后在設(shè)定時(shí)間發(fā)送短信。如果沒(méi)有新報(bào)警信息則判斷本次報(bào)警無(wú)信息，自動(dòng)轉(zhuǎn)到等待下一個(gè)定時(shí)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行信息獲取。

數(shù)據(jù)讀取是包括氣象數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)，參數(shù)數(shù)據(jù)是讀取本地SQL數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)。而區(qū)域站氣象數(shù)據(jù)是從CIMISS平臺(tái)內(nèi)的“中國(guó)地面逐小時(shí)資料”里面讀取的，獲取數(shù)據(jù)的通過(guò)內(nèi)部處理和轉(zhuǎn)換按照轄區(qū)進(jìn)行分區(qū)顯示（圖2）。

數(shù)據(jù)查詢(xún)對(duì)比功能主要是用于自動(dòng)判斷數(shù)據(jù)為可疑時(shí)需要人工輔助判斷，或者查詢(xún)一定時(shí)間段的要素趨勢(shì)分析。通過(guò)選擇數(shù)據(jù)可疑的站點(diǎn)、可疑要素、開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間、曲線圖或者柱狀圖必選參數(shù)，對(duì)比站點(diǎn)是周邊最近距離的兩個(gè)站點(diǎn)并且程序內(nèi)部固定關(guān)聯(lián)。展示方式分兩欄，上半部分是表格數(shù)據(jù)，下半部分是可以選擇柱狀圖或者曲線圖來(lái)展示變化趨勢(shì)（圖3）。

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制通過(guò)設(shè)定的數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)則分氣象要素進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和邏輯判斷，不能通過(guò)質(zhì)控的數(shù)據(jù)按質(zhì)控返回標(biāo)識(shí)分別進(jìn)行處理，有直接標(biāo)記為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、有的標(biāo)記為等待到下一小時(shí)進(jìn)行再判斷。錯(cuò)誤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到報(bào)警信息內(nèi)，到指定時(shí)間即通過(guò)短信或者手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，讓維護(hù)保障人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有針對(duì)性處理。

分級(jí)管理是根據(jù)平臺(tái)需求設(shè)置了平臺(tái)管理員和市縣裝備保障人員兩種權(quán)限，平臺(tái)管理員擁有超級(jí)權(quán)限，而各市、縣區(qū)的管理員只擁有對(duì)應(yīng)權(quán)限。其實(shí)現(xiàn)的方式是判斷賬號(hào)登陸信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)表用戶管理表內(nèi)的用戶角色獲取權(quán)限標(biāo)識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 小結(jié)

通過(guò)賀州市區(qū)域自動(dòng)氣象站監(jiān)控平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全市區(qū)域自動(dòng)氣象站進(jìn)行智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)對(duì)比查詢(xún)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量控制和故障報(bào)警等功能。特別是能及時(shí)將可疑信息和告警信息通知對(duì)應(yīng)轄區(qū)的保障人員，讓保障人員能有針對(duì)性的到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障維護(hù)，確保區(qū)域自動(dòng)氣象站設(shè)備正常運(yùn)行、觀測(cè)數(shù)據(jù)正常采集傳輸和有效降低區(qū)域自動(dòng)氣象站故障率。