國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)軟件項目建設(shè)研究

韋廣昊，相文璽

（1.中國海洋大學(xué) 青島市 266100； 2.國家海洋信息中心 天津市 300171）

國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)軟件項目建設(shè)研究

韋廣昊1,2，相文璽2

（1.中國海洋大學(xué) 青島市 266100； 2.國家海洋信息中心 天津市 300171）

通過介紹國際浮標(biāo)資料的應(yīng)用前景，指出建設(shè)國際浮標(biāo)資料處理系統(tǒng)的意義，闡述建設(shè)國際浮標(biāo)資料處理系統(tǒng)的建設(shè)原則和實(shí)施過程，旨在為同類軟件項目設(shè)計提供參考。

軟件項目 國際浮標(biāo) 建設(shè)

近年來，隨著國際業(yè)務(wù)化海洋學(xué)合作的不斷深入，所獲得的觀測資料在一定程度上為全球大洋研究、海洋防災(zāi)減災(zāi)等方面發(fā)揮了重要的支撐保障作用，國際海洋資料已成為重要的資料來源。盡管如此，我國目前某些海域的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)基本上還是空白，尤其是缺乏長期、定點(diǎn)、連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)。美國國家海洋資料浮標(biāo)中心（NDBC）和國際資料浮標(biāo)聯(lián)合工作組（DBCP）負(fù)責(zé)收集和實(shí)時發(fā)布全球錨系浮標(biāo)資料，觀測資料覆蓋大西洋、太平洋和印度洋等重要海域。建設(shè)國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)以獲取并處理此部分資料對于增加國際海洋環(huán)境資料儲量、分析掌握全球大洋溫、鹽、流、浪、氣象等環(huán)境場分布，提高海洋防災(zāi)減災(zāi)和海洋環(huán)境保障能力，尤其是海洋領(lǐng)域應(yīng)對氣候變化等方面，均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)建設(shè)原則

1.1 整體規(guī)劃，業(yè)務(wù)集成

國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)建設(shè)是一項涉及領(lǐng)域廣、技術(shù)要求高的業(yè)務(wù)化能力建設(shè)項目，在項目建設(shè)過程中，要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以服務(wù)海洋經(jīng)濟(jì)、海洋管理、海洋權(quán)益和防災(zāi)減災(zāi)為重點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃，明確項目建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)和質(zhì)量保障措施，同時結(jié)合國家海洋局已建和在建業(yè)務(wù)化系統(tǒng)和平臺，按照業(yè)務(wù)集成的整體要求，形成結(jié)構(gòu)合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、服務(wù)規(guī)范、安全可靠、快速高效的國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化運(yùn)行處理體系，提高國際浮標(biāo)數(shù)據(jù)的處理和管理水平。

1.2 重視科學(xué)，強(qiáng)調(diào)可行

系統(tǒng)開發(fā)必須做好前期可行性研究，加強(qiáng)NDBC 與 DBCP 網(wǎng)站發(fā)布數(shù)據(jù)現(xiàn)狀以及存在問題分析、系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行需求分析等，開展系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃與設(shè)計，既要體現(xiàn)和遵循海洋環(huán)境業(yè)務(wù)化觀測信息技術(shù)的科學(xué)性，又要突出和強(qiáng)化系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)用性。

1.3 注重標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)共享

系統(tǒng)建設(shè)盡量采用國家已有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。同時，為了實(shí)現(xiàn)與國內(nèi)海洋環(huán)境保障體系、海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫、海洋環(huán)境信息產(chǎn)品制作系統(tǒng)以及目前國家海洋局規(guī)劃建設(shè)的海洋環(huán)境與地理信息服務(wù)平臺等內(nèi)部與外部的信息交互與共享，制定必要的信息、編碼、接口等標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.4 夯實(shí)基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)運(yùn)行

充分利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，切實(shí)提高國際浮標(biāo)資料接收/收集/下載、處理、管理和應(yīng)用服務(wù)能力，同時從業(yè)務(wù)化運(yùn)行的目標(biāo)出發(fā)，集成建設(shè)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，信息及時方便更新、系統(tǒng)功能不斷完善的國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理與服務(wù)平臺。

1.5 統(tǒng)籌安排，分步實(shí)施

系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)從國際浮標(biāo)資料基礎(chǔ)信息和基本數(shù)據(jù)的組織和處理技術(shù)研究著手，構(gòu)架起堅實(shí)的信息基礎(chǔ)；以應(yīng)用目標(biāo)牽動分析建模工作，以點(diǎn)帶面，逐步深入，分步實(shí)施，最終集成。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 物理結(jié)構(gòu)

圖1 國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖

國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)在物理體系層是由服務(wù)器—客戶端等組成的局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括數(shù)據(jù)下載與解析服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理客戶端、數(shù)據(jù)加載服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)的軟、硬件系統(tǒng)，為國際浮標(biāo)資料的業(yè)務(wù)化接收、處理和輸出等環(huán)節(jié)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供必要的保障。國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)見圖 1 。

2.2 邏輯結(jié)構(gòu)

國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)由邏輯上集成、但又均能靈活配置獨(dú)立運(yùn)行、且均具有可復(fù)用性的 7 個功能模塊組成，包括資料下載與解析模塊、資料標(biāo)準(zhǔn)化處理模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量控制模塊、基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和 GIS 平臺的數(shù)據(jù)可視化與監(jiān)視模塊、專題數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，按照數(shù)據(jù)接收處理的流程設(shè)計各功能模塊之間的邏輯關(guān)系，邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖 2所示。

圖2 國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.3 功能結(jié)構(gòu)

國際浮標(biāo)資料業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)主要包括資料下載與解析、資料標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)庫存儲和管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)可視化與監(jiān)視、專題數(shù)據(jù)制作與數(shù)據(jù)庫存儲和管理等六大功能。

2.3.1 資料下載與解析功能

根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)布更新頻率、資料特點(diǎn)和網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)等，通過設(shè)置數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、系統(tǒng)啟動參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行周期、下載與解析策略配置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有各個網(wǎng)頁發(fā)布的國際浮標(biāo)資料的自動下載、解析與存儲，輸出原始數(shù)據(jù)集和臨時網(wǎng)頁代碼文件，對數(shù)據(jù)下載狀況進(jìn)行顯示、監(jiān)控和日志記錄。同時跟蹤網(wǎng)站結(jié)構(gòu)變化、站點(diǎn)增減與更新、數(shù)據(jù)無更新周期等信息，單獨(dú)日志記錄和警報更新及異常情況。

2.3.2 資料標(biāo)準(zhǔn)化處理功能

根據(jù)國際浮標(biāo)資料編碼屬性，實(shí)現(xiàn)資料的識別、解碼、格式檢查、代碼轉(zhuǎn)換等預(yù)處理，同時制定國際浮標(biāo)資料標(biāo)準(zhǔn)記錄格式，對資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件的雙路同步輸出，顯示、監(jiān)控和日志記錄數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理狀況，單獨(dú)日志記錄和警報異常情況。

2.3.3 數(shù)據(jù)庫存儲和管理功能

建立國際浮標(biāo)資料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的存儲、排重、基于元數(shù)據(jù)導(dǎo)航的查詢檢索、不同時空范圍與時空分辨率的要素統(tǒng)計分析、查詢檢索與統(tǒng)計分析結(jié)果的圖形/表格可視化展示及輸出文件功能。

2.3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制功能

基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和靈活配置的質(zhì)量控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對國際浮標(biāo)資料的非法碼檢驗(yàn)、范圍檢驗(yàn)、全等性檢驗(yàn)、合理性檢驗(yàn)、極值檢驗(yàn)、相關(guān)性檢驗(yàn)、尖峰檢驗(yàn)、著陸點(diǎn)檢驗(yàn)、梯度檢驗(yàn)、恒定檢驗(yàn)、氣候?qū)W檢驗(yàn)、溫鹽關(guān)系檢驗(yàn)等計算機(jī)自動質(zhì)量控制和人工審核，同時對質(zhì)控日志進(jìn)行顯示、查詢與輸出。

2.3.5 數(shù)據(jù)可視化與監(jiān)視功能

基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和GIS 平臺，利用站位分布圖、時間序列圖、空間分布圖以及數(shù)據(jù)表格等形式，實(shí)時監(jiān)視和可視化顯示下載的實(shí)時數(shù)據(jù)；利用設(shè)定的范圍、極值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的警示可視化顯示和與常態(tài)數(shù)據(jù)的對比分析，為異常海洋狀況、海洋災(zāi)害等情況的分析，提供數(shù)據(jù)預(yù)警、警報信息。

2.3.6 專題數(shù)據(jù)制作與數(shù)據(jù)庫存儲和管理

研究專題數(shù)據(jù)制作方法，利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)逐年逐日、逐年逐月、累年逐日、累年逐月統(tǒng)計分析等各類要素專題數(shù)據(jù)的制作功能，同時建立專題數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)專題數(shù)據(jù)的加載存儲、查詢檢索和統(tǒng)計分析等功能。

2.4 技術(shù)架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的總體功能定位，以數(shù)據(jù)的下載、處理、存儲和監(jiān)視過程為主線，采用多線池技術(shù)、正值表達(dá)式技術(shù)和模塊配置調(diào)度機(jī)制，結(jié)合開源或已授權(quán)的第三方軟件，構(gòu)建靈活、穩(wěn)定的架構(gòu)模式。

3 系統(tǒng)階段目標(biāo)

第一階段，完成國際浮標(biāo)資料的下載與解析、標(biāo)準(zhǔn)化處理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)入庫模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站國際浮標(biāo)資料的下載、解析、預(yù)處理檢驗(yàn)、代碼轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫實(shí)體建設(shè)以及基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)排重、查詢檢索、統(tǒng)計分析和輸出功能。

第二階段，完成基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量控制、基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和 GIS 平臺的數(shù)據(jù)可視化與監(jiān)視、專題數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊的開發(fā)；實(shí)現(xiàn)基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時資料自動質(zhì)量控制和延時資料可視化人工審核，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和 GIS 平臺的實(shí)時可視化監(jiān)視和異常數(shù)據(jù)警示，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫到專題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的自動提取、計算和加載更新等功能。

第三階段，實(shí)現(xiàn)各功能模塊的集成；整個系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)、測試、對各方面細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和完善；得到最終可用系統(tǒng)。

4 結(jié)語

隨著我國國際海洋學(xué)合作的不斷加深，國際海洋資料的獲取、處理與服務(wù)必將成為今后海洋資料處理中的一項重要工作。以國際浮標(biāo)資料處理系統(tǒng)為例，闡述了該軟件項目建設(shè)的原則、結(jié)構(gòu)組成和階段目標(biāo)，為其他同類軟件項目建設(shè)研究提供了參考。

2011年10月24日