基于數(shù)據(jù)庫的區(qū)域自動(dòng)站月報(bào)制作軟件

趙玉娟，張 輝

(1. 天津市氣象信息中心 天津 300074；2. 水利部海河水利委員會(huì) 天津 300170)

0 引 言

所謂地面氣象觀測月數(shù)據(jù)文件(簡稱 A文件)，是配有自動(dòng)氣象站的地面氣象觀測站根據(jù)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)和人工錄入的觀測記錄及月報(bào)表封面、紀(jì)要、天氣氣候概況、備注等文字說明，經(jīng)加工整理后形成的數(shù)據(jù)文件。[1]此類文件是氣象部門非常重要的一種數(shù)據(jù)形式，是許多應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。該文件的常規(guī)制作方式經(jīng)值班人員手工操作本地的氣象觀測軟件生成。[2]

對(duì)于國家級(jí)自動(dòng)站，值班人員可利用測報(bào)軟件手工制作，但對(duì)于數(shù)量眾多且無人值守的區(qū)域自動(dòng)站，手工制作方式不太適用?？紤]到區(qū)域自動(dòng)站僅有自動(dòng)觀測項(xiàng)目，制作月報(bào)文件無需人工錄入信息，而且區(qū)域自動(dòng)站的數(shù)據(jù)都已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，因此，筆者開發(fā)了一種基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量、遠(yuǎn)程制作區(qū)域自動(dòng)站月報(bào)文件的軟件。該軟件在天津氣象局區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)整編工作中發(fā)揮了重要作用。本文將對(duì)該軟件的設(shè)計(jì)及相關(guān)使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。

1 軟件功能需求分析

1.1 月報(bào)文件構(gòu)成簡介

地面氣象觀測月數(shù)據(jù)文件為文本文件，文件名由字母、數(shù)字、符號(hào)組成，其結(jié)構(gòu)為“AIIiii-YYYYMM.TXT”，文件內(nèi)容包括臺(tái)站參數(shù)、觀測數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制、附加信息 4部分。臺(tái)站參數(shù)是文件的第1條記錄，由12組數(shù)據(jù)構(gòu)成，描述了臺(tái)站位置、臺(tái)站觀測方式、觀測項(xiàng)目等信息。觀測數(shù)據(jù)由氣壓、氣溫、風(fēng)、降水等 20個(gè)地面要素構(gòu)成，每個(gè)要素由指示碼、方式位及該月觀測數(shù)據(jù)組成，各要素對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)段內(nèi)容與測站的實(shí)際觀測情況對(duì)應(yīng)。質(zhì)量控制部分位于觀測數(shù)據(jù)之后，根據(jù)文件首部的質(zhì)量控制碼生成。附加信息包括“月報(bào)封面”、“紀(jì)要”、“本月天氣氣候概況”、“備注”4個(gè)數(shù)據(jù)段。文件的詳細(xì)格式要求參見文獻(xiàn)[3]，文中不再贅述。

1.2 軟件功能需求分析

區(qū)域自動(dòng)站屬于無人值守站點(diǎn)，數(shù)量較多，觀測項(xiàng)目皆為自動(dòng)采集形式，各站的臺(tái)站參數(shù)、觀測項(xiàng)目存在差異，不同臺(tái)站月報(bào)文件在制作流程上相同，但內(nèi)容因站而異。此外，各氣象部門存儲(chǔ)區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫難免在命名、存儲(chǔ)位置、數(shù)據(jù)要素存儲(chǔ)形式上存在差別。鑒于上述原因，針對(duì)此類站點(diǎn)設(shè)計(jì)的月報(bào)制作軟件應(yīng)具備以下功能：①能夠根據(jù)各區(qū)域自動(dòng)站的不同特點(diǎn)靈活生成月報(bào)文件；②能夠批量制作月報(bào)文件，有效提高制作效率，降低人工操作強(qiáng)度；③數(shù)據(jù)源應(yīng)支持靈活配置，便于適應(yīng)不同氣象單位的數(shù)據(jù)庫在存儲(chǔ)形式上的差異；④用戶能夠按需設(shè)置制作月報(bào)文件的時(shí)間、站點(diǎn)條件。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

區(qū)域站月報(bào)制作軟件的運(yùn)行依賴于時(shí)間、站點(diǎn)、數(shù)據(jù)源及觀測數(shù)據(jù) 4類信息，總體包括站點(diǎn)信息維護(hù)、數(shù)據(jù)源信息維護(hù)、月報(bào)制作條件配置及月報(bào)制作4個(gè)模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

2.1.1 站點(diǎn)信息維護(hù)模塊

為了按各站特點(diǎn)靈活制作月報(bào)，必須有站號(hào)、站名、站點(diǎn)地理位置、觀測項(xiàng)目等站點(diǎn)描述信息的支持。站點(diǎn)信息維護(hù)模塊負(fù)責(zé)站點(diǎn)信息增刪改等功能的實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 數(shù)據(jù)源信息維護(hù)模塊

數(shù)據(jù)源信息維護(hù)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)源連接信息和存儲(chǔ)信息增刪改等功能的實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 月報(bào)制作條件配置模塊

時(shí)間和站點(diǎn)是制作月報(bào)的兩項(xiàng)決定因素，月報(bào)制作條件配置模塊主要負(fù)責(zé)時(shí)間和站點(diǎn)配置相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。

2.1.4 月報(bào)制作模塊

月報(bào)制作是軟件的核心功能。月報(bào)制作模塊根據(jù)用戶配置的月報(bào)制作條件及數(shù)據(jù)源信息，動(dòng)態(tài)獲取站點(diǎn)信息和觀測數(shù)據(jù)，按月報(bào)文件格式要求構(gòu)造各數(shù)據(jù)段內(nèi)容，生成月報(bào)文件。

2.2 元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

在軟件構(gòu)造領(lǐng)域，元數(shù)據(jù)被定義為：在程序中不是被加工的對(duì)象，而是通過其值的改變來改變程序行為的數(shù)據(jù)。本軟件的元數(shù)據(jù)包括時(shí)間、站點(diǎn)和數(shù)據(jù)源信息，時(shí)間信息為制作月報(bào)的年月信息，其他兩類元數(shù)據(jù)相對(duì)復(fù)雜，具體內(nèi)容設(shè)計(jì)如下：

2.2.1 站點(diǎn)元數(shù)據(jù)信息

站點(diǎn)元數(shù)據(jù)信息分為觀測環(huán)境信息、觀測項(xiàng)目信息、操作輔助信息 3類。其中，觀測環(huán)境信息包括站號(hào)、經(jīng)度、緯度、站名、站址環(huán)境、海拔高度、氣壓器高度、風(fēng)速反應(yīng)器高度；觀測項(xiàng)目信息包括觀測方式、要素?cái)?shù)；操作輔助信息包括“是否制作月報(bào)”、“所屬縣區(qū)”。“要素?cái)?shù)”與觀測項(xiàng)目有關(guān)(比如觀測溫雨站點(diǎn)的要素?cái)?shù)為 2)，根據(jù)此字段可控制月報(bào)文件中的臺(tái)站參數(shù)及觀測數(shù)據(jù)段生成?！笆欠裰谱髟聢?bào)”屬性用以控制月報(bào)制作時(shí)站點(diǎn)的選擇范圍?！八鶎倏h區(qū)”屬性用以支持按縣區(qū)選定多個(gè)臺(tái)站。

2.2.2 數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)信息

數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)分為數(shù)據(jù)源連接信息和觀測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息，其中數(shù)據(jù)源連接信息包括數(shù)據(jù)庫 IP、登錄賬號(hào)、登錄密碼、庫名，觀測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息包括數(shù)據(jù)表名、觀測時(shí)間類型、氣壓相關(guān)屬性、氣溫相關(guān)屬性、相對(duì)濕度相關(guān)屬性、降水量屬性、風(fēng)相關(guān)屬性、淺層地溫屬性、深層地溫屬性。月報(bào)文件雖涉及 20個(gè)地面要素，但區(qū)域站多數(shù)只觀測常規(guī)的壓溫雨濕風(fēng)，少數(shù)有淺、深層地溫觀測。因此，觀測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息中僅設(shè)計(jì)了與其相關(guān)的觀測項(xiàng)目。此外，為了適應(yīng)北京時(shí)、世界時(shí)兩種觀測時(shí)間，設(shè)計(jì)了“觀測時(shí)間類型”屬性。

2.3 月報(bào)制作流程設(shè)計(jì)

月報(bào)文件制作包括獲取配置信息和制作 A文件兩大環(huán)節(jié)，其中制作 A文件環(huán)節(jié)又分為提取觀測數(shù)據(jù)、構(gòu)造文件名、生成臺(tái)站參數(shù)、生成觀測數(shù)據(jù)段、生成質(zhì)控及附加信息段 5步，詳細(xì)流程如圖 2所示。A文件中觀測數(shù)據(jù)按要素排列，而非按時(shí)間排列，因此每構(gòu)造一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)段都需篩選一遍相應(yīng)月份的數(shù)據(jù)。獲取配置信息環(huán)節(jié)包括獲取用戶配置的時(shí)間、數(shù)據(jù)源、站點(diǎn)信息，該環(huán)節(jié)獲取的信息是后續(xù)步驟正確執(zhí)行的基礎(chǔ)。

圖2 月報(bào)文件制作流程Fig.2 Flowchart of monthly data file making

3 軟件實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

3.1 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件運(yùn)行環(huán)境為 Windows系統(tǒng)，利用Delphi實(shí)現(xiàn)開發(fā)，[4]站點(diǎn)及數(shù)據(jù)源信息采用 Access數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，觀測數(shù)據(jù)源支持 SQL-server數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫訪問利用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

本軟件為用戶提供增刪改數(shù)據(jù)源信息和站點(diǎn)信息的操作界面，對(duì)于初次生成數(shù)據(jù)源信息和站點(diǎn)信息提供文件導(dǎo)入和界面錄入兩種方式。配置月報(bào)制作條件時(shí)，對(duì)于時(shí)間信息可利用日歷控件選擇制作的時(shí)段(起始年月-結(jié)束年月)，站點(diǎn)選擇支持按縣區(qū)選擇站點(diǎn)和直接錄入站號(hào)選擇兩種方式，直接錄入站號(hào)支持寫入多個(gè)站號(hào)，每個(gè)站號(hào)一行。制作完成的月報(bào)文件可選擇按站號(hào)建目錄存儲(chǔ)和同一目錄存儲(chǔ)兩種方式。

3.2 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

為了一次批量制作多站多月的 A文件，需將多個(gè)數(shù)據(jù)表進(jìn)行整合，區(qū)域自動(dòng)站數(shù)量多，整合后數(shù)據(jù)量相對(duì)較大。以 224個(gè)區(qū)域自動(dòng)站為例，一個(gè)測站每日有 24條觀測記錄，整合一年的數(shù)據(jù)表記錄可達(dá)1,962,240條。以檢索單個(gè)站點(diǎn)一日的數(shù)據(jù)為例，在不建立索引的情況下，檢索 SQLServer 2000中的數(shù)據(jù)表一次耗費(fèi)將近15 s，而在日期時(shí)間上建立非聚集索引之后，僅需對(duì)索引進(jìn)行掃描，執(zhí)行時(shí)間不足 1,s，查詢速度提高了將近15倍。

制作 A文件時(shí)需要不斷從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)表，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫查詢環(huán)節(jié)的效率至關(guān)重要。鑒于上述查詢對(duì)比，我們在制作A文件時(shí)采取了如下優(yōu)化手段：①觀測數(shù)據(jù)以年為單位分表存儲(chǔ)；②在查詢常用的檢索列“日期時(shí)間”上建立非聚集索引。

4 結(jié) 語

本文介紹的區(qū)域自動(dòng)站月報(bào)制作軟件實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)庫的區(qū)域自動(dòng)站月報(bào)文件批量制作，在任何可訪問自動(dòng)站數(shù)據(jù)庫的環(huán)境下都可使用，擺脫了原有制作方式對(duì)觀測軟件的依賴，降低了對(duì)制作環(huán)境的要求，為用戶制作區(qū)域站月報(bào)文件提供了一種更為靈活、便捷的手段?！?/p>

［1］ 中國氣象局. 地面氣象觀測規(guī)范[M]. 北京：氣象出版社，2003.

［2］ 陳英，王荷平，張彩緋. 區(qū)域自動(dòng)站報(bào)表制作方法[J]. 浙江氣象，2011，32(1)：34-38.

［3］ 中國氣象局. 地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式[M]. 北京：氣象出版社，2005.

［4］ 劉瑞新. Delphi數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.