區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

楊遠(yuǎn)恒，卜英竹，田 蘭，汪 華

(貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

楊遠(yuǎn)恒，卜英竹，田 蘭，汪 華

(貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

為了實(shí)現(xiàn)貴州省區(qū)域自動站實(shí)時資料的質(zhì)量控制，筆者開發(fā)了“區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制系統(tǒng)”，系統(tǒng)在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中設(shè)計開發(fā)。該文通過對系統(tǒng)需求的分析，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能模塊和數(shù)據(jù)流程。系統(tǒng)投入使用后，初步建立了區(qū)域自動站實(shí)時資料的質(zhì)量控制體系，為資料在預(yù)報服務(wù)上的應(yīng)用提供了質(zhì)量保障。

區(qū)域自動站;實(shí)時資料;質(zhì)量控制

1 引言

隨著我省區(qū)域自動氣象站的建設(shè)，區(qū)域自動站從最初的幾百個臺站，到目前的上千個臺站，觀測網(wǎng)基本覆蓋了全省區(qū)域。區(qū)域自動站資料由于觀測密度大，填補(bǔ)了人工觀測的盲區(qū)，解決了無人地區(qū)氣象觀測資料缺乏的問題，同時實(shí)現(xiàn)逐小時資料的采集傳輸，因此為氣象預(yù)報、服務(wù)提供豐富的實(shí)況資料。但是，由于自動站觀測資料質(zhì)量保障體系不同于人工觀測資料質(zhì)量保障體系，在實(shí)際應(yīng)用過程中，實(shí)時資料的質(zhì)量問題就突顯出來，成為困擾日常業(yè)務(wù)服務(wù)的一個問題。為確保區(qū)域自動站實(shí)時資料的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，開展區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制工作十分必要。區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制系統(tǒng)，通過實(shí)時監(jiān)控區(qū)域自動站報文資料，采取氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質(zhì)量控制方法對溫度要素進(jìn)行質(zhì)量控制，采取歷史極值檢查、空間一致性檢查和綜合決策檢查3種質(zhì)量方法對雨量要素進(jìn)行質(zhì)量控制，對出現(xiàn)的異常資料進(jìn)行報警提示，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域自動站實(shí)時資料的質(zhì)量控制，為資料在預(yù)報服務(wù)上的應(yīng)用提供了質(zhì)量保障。

2 系統(tǒng)需求分析

自我省的區(qū)域自動站建設(shè)以來，由于硬件本身設(shè)備或軟件系統(tǒng)的原因，常常出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)錯誤的問題，并且，未經(jīng)過質(zhì)量控制的實(shí)時資料直接應(yīng)用到了預(yù)報服務(wù)中，給預(yù)報服務(wù)帶來一定程度的影響。比如：由于溫度傳感器故障較嚴(yán)重造成采集到的溫度數(shù)據(jù)錯誤、由于雨量計被堵導(dǎo)致一些站長時間雨量值不準(zhǔn)，或者由于自動站部分運(yùn)行不穩(wěn)定，記錄缺測較多，等等。

根據(jù)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，區(qū)域自動站實(shí)時資料質(zhì)量控制系統(tǒng)滿足以下幾方面的需求：

①能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，第一時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。

②能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度要素進(jìn)行氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質(zhì)量控制方法。

③能夠?qū)崿F(xiàn)對雨量要素進(jìn)行氣候極值檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查3種質(zhì)量控制方法。

④能夠?qū)崿F(xiàn)手動質(zhì)量控制非實(shí)時數(shù)據(jù)的功能。能對一段時間之內(nèi)的非實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行手動質(zhì)量控制，以便能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析應(yīng)用。

⑤能夠?qū)崿F(xiàn)日志顯示和疑誤數(shù)據(jù)報警功能。對實(shí)時數(shù)據(jù)的可疑值或者錯誤值進(jìn)行報警提醒，以便于對資料的審核和原因排查。

3 系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化編程設(shè)計方式，在Visual C++環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)平臺。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要包括7個功能模塊，每個模塊完成一個子功能，其顯著優(yōu)點(diǎn)是降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)更易于修改和實(shí)現(xiàn)，而且可以實(shí)現(xiàn)并行開發(fā)。系統(tǒng)功能如圖1所示。

氣候極值質(zhì)控模塊：實(shí)現(xiàn)對溫度氣候極值的配置，得到氣候極值質(zhì)控碼。

歷史極值質(zhì)控模塊：實(shí)現(xiàn)對溫度、雨量歷史極值的配置，得到溫度、雨量的歷史極值質(zhì)控碼。

時間一致性質(zhì)控模塊：實(shí)現(xiàn)對溫度每小時內(nèi)時變參數(shù)的配置，得到溫度的時間一致性質(zhì)控碼。

空間一致性質(zhì)控模塊：采用空間回歸檢驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)對溫度、雨量的質(zhì)量控制處理，得到空間一致性質(zhì)控碼。

綜合決策質(zhì)控模塊：通過綜合分析每種質(zhì)控方法的質(zhì)控碼，得到綜合的質(zhì)控碼，實(shí)現(xiàn)對溫度、雨量的綜合決策質(zhì)量控制。

實(shí)時監(jiān)控模塊：實(shí)現(xiàn)對報文目錄進(jìn)行監(jiān)控，在接受到報文的第一時間內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量控制，以提高質(zhì)量控制的時效。

手動質(zhì)控模塊：通過輸入需要進(jìn)行質(zhì)量控制的時次，實(shí)現(xiàn)手動進(jìn)行報文的質(zhì)量控制。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.2 數(shù)據(jù)流程設(shè)計

系統(tǒng)通過自動質(zhì)控和手動質(zhì)控兩種方式實(shí)現(xiàn)對資料的質(zhì)量控制。其中，手動質(zhì)控方式是對非實(shí)時的報文進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了對任一時次的報文的質(zhì)量控制。而自動質(zhì)控方式是對采集的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，其數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流程圖

系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)控模塊監(jiān)控報文目錄，首先，當(dāng)接收到一份報文時，及時對報文記錄進(jìn)行保存，同時判斷要素是否缺測，如果缺測，則報警顯示缺測記錄。其次，對溫度要素進(jìn)行氣候極值檢查，當(dāng)超過氣候極值范圍時，直接報警顯示溫度氣候極值檢查錯誤值;然后進(jìn)行歷史極值檢查和時間一致性檢查，并得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼;對雨量要素，直接進(jìn)行歷史極值檢查。第三，進(jìn)行空間一致性檢查時，如果報文是及時報文，則等待系統(tǒng)設(shè)定的時間進(jìn)行統(tǒng)一的空間質(zhì)控，得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼。如果是逾限報文，且是系統(tǒng)本時次的逾限報文，則增加保存到及時報文記錄列表中，并立刻對報文再次進(jìn)行空間一致性檢查并得到新的質(zhì)量控制碼。如果報文是上一個時次的逾限報文，則需要從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中提取出該時次的報文記錄之后，對報文進(jìn)行空間一致性檢查，再得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼。這樣既滿足了對及時報文的實(shí)時質(zhì)控，同時也滿足了對逾限報文的實(shí)時質(zhì)控。第四，當(dāng)系統(tǒng)完成空間一致性檢查之后，通過獲得的每種質(zhì)控方法的質(zhì)量控制碼，進(jìn)行綜合檢查，當(dāng)綜合檢查屬于可疑或者錯誤值時，直接報警顯示可疑值或者錯誤值記錄。

4 應(yīng)用效果

系統(tǒng)自開發(fā)以來，已經(jīng)在業(yè)務(wù)值機(jī)平臺上穩(wěn)定運(yùn)行，能夠充分實(shí)現(xiàn)對區(qū)域自動站實(shí)時資料的質(zhì)控控制。系統(tǒng)平臺界面如圖3所示，實(shí)時監(jiān)控文件部分對區(qū)域自動站的報文進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，日志顯示部分顯示實(shí)時質(zhì)量控制的日志，以及及時顯示1 h之內(nèi)各種質(zhì)量控制方法的結(jié)果，以方便用戶查看和核查。

圖3 系統(tǒng)界面圖

5 結(jié)束語

區(qū)域自動站質(zhì)量控制系統(tǒng)充分應(yīng)用了氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策5種方法實(shí)現(xiàn)對實(shí)時資料的質(zhì)量控制，系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計，層次清晰，便于軟件的管理、維護(hù)，功能擴(kuò)充能力較強(qiáng)。系統(tǒng)的投入使用，初步建立了我省區(qū)域自動站實(shí)時資料的質(zhì)量控制體系，系統(tǒng)能夠達(dá)到對實(shí)時資料進(jìn)行質(zhì)量控制，同時提供了人工手控質(zhì)量控制的功能，以便對任一時次的報文進(jìn)行質(zhì)量控制，除了為資料在預(yù)報服務(wù)上的應(yīng)用提供質(zhì)量保障外，通過對每小時的質(zhì)量控制結(jié)果的監(jiān)控顯示，也為觀測系統(tǒng)管理維護(hù)提供了有用的信息。

［1］ 王新華，羅四維，劉小寧，等.國家級地面自動站A文件質(zhì)量控制方法及軟件開發(fā)［J］. 氣象，2006，32(3)：108-112.

［2］ 劉小寧，鞠曉慧，范邵華.空間回歸檢驗(yàn)方法在氣象資料質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用［J］. 應(yīng)用氣象學(xué)報，2006，17(1)：37-42.

［3］ 楊文龍，姚淑珍，吳蕓.軟件工程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1999.

TP311

B

1003-6598(2011)05-0042-03

2011-05-27

楊遠(yuǎn)恒(1979-)，女，工程師，主要從事氣象信息技術(shù)開發(fā)工作。