氣候志分析統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

舒秦

摘要：按照《民用航空氣象資料管理辦法》，具有五年或者五年以上24小時(shí)或者13小時(shí)氣象觀測(cè)資料的機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)或者機(jī)場(chǎng)氣象站應(yīng)當(dāng)編寫《民用機(jī)場(chǎng)航空氣候志》，并應(yīng)逐年更新機(jī)場(chǎng)氣候表，每五年續(xù)編一次。該文系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，根據(jù)觀測(cè)報(bào)表系統(tǒng)收集的存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)，生成規(guī)定格式的氣候志統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用于氣候志的分析與編寫。

關(guān)鍵詞：氣象報(bào)表；觀測(cè)數(shù)據(jù)；B/S架構(gòu)；氣候志

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）03-0010-03

The Design and Implement of Aeronautical Climatic Annals

SHU Qin

（Meteorological Databse of Meteorological Center of Southwest Air Traffic Management Bureau， Chengdu 610202， China）

Abstract：According to the relevant instruments for meteorology information management of CAAC， the meteorological stations， which have at least five years records of meteorological observational data for twenty-four hours or thirteen hours， should make the aeronautical climatic annals of the related civil airport. The meteorological stations should update climatic annals every years， and recognize it every five years. In this paper， a software system based on B/S systematic structure which present by compile meteorological data from meteorological report system， will be used for make and analyze the aeronautical climatic annals.

Key words：meteorological reports； observational data； B/S systematic structure； climatic annals

1 概述

按照《民用航空氣象資料管理辦法》，具有五年或者五年以上24小時(shí)或者13小時(shí)氣象觀測(cè)資料的機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)或者機(jī)場(chǎng)氣象站應(yīng)當(dāng)編寫《民用機(jī)場(chǎng)航空氣候志》，并應(yīng)逐年更新機(jī)場(chǎng)氣候表，每五年續(xù)編一次。編寫過程中設(shè)計(jì)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，使用人工方式不僅極大增加編寫人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和負(fù)擔(dān)，而且存在不同人數(shù)據(jù)處理方式不一致等風(fēng)險(xiǎn)。本系統(tǒng)按照《中華人民共和國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，民用航空氣象第7部分：氣候資料整編與分析》，利用觀測(cè)報(bào)表系統(tǒng)收集的觀測(cè)資料，生成規(guī)定格式的氣候志統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用于氣候志的分析與編寫。大大減輕了氣候志編寫的勞動(dòng)強(qiáng)度。在數(shù)據(jù)更新后，或是需要續(xù)編氣候志時(shí)，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，重新運(yùn)行計(jì)算即可，避免了數(shù)年之后統(tǒng)計(jì)方式上的差異，保持計(jì)算的一致性。系統(tǒng)同時(shí)以文件系統(tǒng)格式保存和維護(hù)已生成的氣候志統(tǒng)計(jì)結(jié)果，只要能連上服務(wù)器，即可下載瀏覽，方便使用。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以word格式的氣候志附表形式保存，氣候志編寫人員可下載即使用，不需在進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，由于客戶端為瀏覽器，在維護(hù)和管理上也很方便。

2開發(fā)環(huán)境

軟件架構(gòu)在已有的觀測(cè)報(bào)表系統(tǒng)之上，使用觀測(cè)報(bào)表系統(tǒng)收集整理的氣象觀測(cè)資料，但由于氣候志分析統(tǒng)計(jì)比觀測(cè)報(bào)表要求更高更細(xì)致，在原有報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了擴(kuò)展，以滿足新的統(tǒng)計(jì)需求。

本系統(tǒng)由vs2008.net開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用oracle10g，采用B/S模式，具有易于維護(hù)升級(jí)，方便管理的優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)站服務(wù)器部署在氣象中心數(shù)據(jù)庫室機(jī)房，網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫建立在氣象中心數(shù)據(jù)庫室現(xiàn)有oracle服務(wù)器上，氣候志統(tǒng)計(jì)在服務(wù)器端統(tǒng)一生成，同時(shí)，生成的氣候志附表提供全表word格式、分表Word和分表數(shù)據(jù)txt格式壓縮包、分表數(shù)據(jù)txt格式壓縮包三種方式下載。由于生成的附表總計(jì)有100多張，網(wǎng)頁預(yù)覽速度較慢，省去了網(wǎng)頁預(yù)覽的方式。當(dāng)結(jié)果有疑問需要修改時(shí)，用戶可對(duì)下載的文件進(jìn)行修改。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 氣候志分析系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

系統(tǒng)以氣象觀測(cè)報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在不改變已有結(jié)構(gòu)的前提下，進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)據(jù)集中存放于服務(wù)器端的Oracle數(shù)據(jù)庫中，客戶端不保存任何業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫連接信息，安全性較高。同時(shí)由于數(shù)據(jù)是集中存放的，不存在數(shù)據(jù)一致性問題。日常維護(hù)通常只需維護(hù)WEB服務(wù)器即可，所有客戶端只是瀏覽器，升級(jí)應(yīng)用軟件時(shí)一般無需對(duì)客戶端做任何修改，因此其維護(hù)和升級(jí)也比較方便，基本上不影響用戶使用。

3.1 數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展

由于氣候志數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比年月報(bào)表更為細(xì)致，同時(shí)也數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)范圍也更廣，原有的支持年月報(bào)表統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分解表不能很好地滿足氣候志統(tǒng)計(jì)的需求。如能見度低于某一范圍的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，雷暴的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間等。因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展。

細(xì)化后增加的數(shù)據(jù)表包含：cloudDetailtable（云況細(xì)節(jié)表）、cloudlist（云狀定義表）、weathersign（天氣現(xiàn)象定義表）。

[字段名＼&存儲(chǔ)內(nèi)容＼&NAME＼&中文天氣現(xiàn)象集合名＼&NAME_PINYIN＼&中文天氣現(xiàn)象集合名的拼音＼&CODE＼&天氣現(xiàn)象列表，以”|“隔開＼&]

云狀定義表包含了《民用航空氣象地面觀測(cè)規(guī)范》附錄七中所定義的云狀。只有在該表中出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象記錄中的代碼視為云狀，其他為天氣現(xiàn)象。后兩張為系統(tǒng)參數(shù)配置，用于調(diào)整統(tǒng)計(jì)對(duì)象。后文會(huì)進(jìn)一步說明。

改動(dòng)的數(shù)據(jù)表包含：nengjianduyanbian（能見度演變表）、leibaoyanbian（雷暴演變表）、weatheryabian（天氣現(xiàn)象演變表）。在各表中增加了轉(zhuǎn)換為北京時(shí)的時(shí)次段。由于原記錄時(shí)次為世界時(shí)，而分段時(shí)次為北京時(shí)，因此，需要對(duì)時(shí)次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)。轉(zhuǎn)換時(shí)，需要注意對(duì)日界的處理，當(dāng)1600處于開始時(shí)次時(shí)，轉(zhuǎn)換后應(yīng)為0000，否則視為2400。

3.2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

統(tǒng)計(jì)結(jié)果以word和文本兩種格式輸出。其中標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)以word和txt兩種格式輸出，word格式的輸出可直接附在氣候志正文后，以附表形式直接使用。具體內(nèi)容可查看先關(guān)規(guī)范。。。。。擴(kuò)展統(tǒng)計(jì)僅以txt輸出，用于輔助進(jìn)行氣候分析，包括逐年降水量、逐年各風(fēng)向段（30°內(nèi)）出現(xiàn)頻率、累年平均逐時(shí)段能見度低于規(guī)定值的頻率、能見度在800以內(nèi)，且持續(xù)時(shí)間超過12小時(shí)的起止時(shí)間、持續(xù)時(shí)間超過6小時(shí)的雷暴等，主要是針對(duì)附表中已有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍上的擴(kuò)展。

3.3 根據(jù)需求設(shè)計(jì)類結(jié)構(gòu)

因?yàn)閠xt僅作為word輸出的擴(kuò)展，依附于word格式的輸出。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，以word為主要對(duì)象，后續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展到txt。

分析word格式輸出要求可得，最終結(jié)果由26類數(shù)據(jù)表構(gòu)成，每類數(shù)據(jù)表可能包含1-12個(gè)數(shù)據(jù)表。采用簡(jiǎn)化的工廠模式，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表的類。加上其他用于統(tǒng)計(jì)分析、用戶交互、結(jié)果輸出等類，最終主要類結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 主要類結(jié)構(gòu)圖

BiaoA1到BiaoA26對(duì)應(yīng)氣候志附表要求的26類表，都實(shí)現(xiàn)了抽象類SingleTable的getData（）方法。各表數(shù)據(jù)輸出方法基本上一致，output（）方法的實(shí)現(xiàn)放在SingleTable類中。制作氣候志附表時(shí)，只需根據(jù)需要生成相應(yīng)表的實(shí)例，調(diào)用getData（）方法生成數(shù)據(jù)，然后調(diào)用output（）方法輸出數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 氣候志附表的生成

COMMFUN和StaticParas為靜態(tài)類，前者包含各種時(shí)間制式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)文本格式輸出、月份天數(shù)計(jì)算等功能，后者主要包含數(shù)據(jù)格式、Word模板位置、生成結(jié)果位置、能見度標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)及數(shù)值。DBOper封裝了所有對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，如建立連接、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)查詢更改等。WDA_SingleDay用于對(duì)當(dāng)日天氣現(xiàn)象的處理。QueryStrCreator提供了氣候志所有統(tǒng)計(jì)的sql語句，是數(shù)據(jù)分析和提取的核心類，當(dāng)某類統(tǒng)計(jì)方法發(fā)生變更時(shí)，修改該類中相應(yīng)方法即可。

3.4 系統(tǒng)參數(shù)配置設(shè)置

分析氣候志附表要求可知，統(tǒng)計(jì)需要定義中文天氣現(xiàn)象的簡(jiǎn)字集合，如圖4所示。故需要建立表weathersign。

圖4 氣候志附表表1局部

云的演變也以類似天氣現(xiàn)象的格式記錄在天氣現(xiàn)象演變中，在信息提取時(shí)需要與天氣現(xiàn)象區(qū)分開來。云狀數(shù)量較少，且規(guī)則單一無變化，因此增加cloudlist表，存儲(chǔ)所有云狀，不在該表中天氣現(xiàn)象演變記錄代碼均視為天氣現(xiàn)象。圖5為系統(tǒng)提供的修改云狀信息的用戶界面，圖6為修改中文定義天氣現(xiàn)象與天氣現(xiàn)象簡(jiǎn)字的對(duì)應(yīng)表，每一種天氣現(xiàn)象簡(jiǎn)字以“|”分開。

圖5 云狀修改頁面

圖6 天氣現(xiàn)象修改頁面（局部）

擁有氣候志附表管理員權(quán)限的角色，可以在該界面中直接進(jìn)行編輯，而不需要修改程序。普通用戶和站點(diǎn)氣候志制作用戶只能進(jìn)行瀏覽，即氣候志附表的制作方式統(tǒng)一由附表管理員制定，保證附表制作方式上不同站點(diǎn)的一致性。

3.5 額外統(tǒng)計(jì)

額外統(tǒng)計(jì)包括累年能見度分段頻率、持續(xù)時(shí)間大于6小時(shí)的雷暴信息、各段能見度出現(xiàn)頻率等。該類統(tǒng)計(jì)由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并未要求在氣候志附表中列出，因此只以txt的形式提供給氣候志編寫人員分析。

3.6 持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)

需要注意的是對(duì)天氣現(xiàn)象演變信息的分析統(tǒng)計(jì)。能見度的變化記錄，依附于天氣現(xiàn)象的記錄，天氣現(xiàn)象演變的記錄格式為每類天氣現(xiàn)象一行，分開記錄。

以能見度為例，要注意的是由于天氣現(xiàn)象演變的記錄方式，不同類天氣現(xiàn)象可能同時(shí)或交替地出現(xiàn)，在持續(xù)時(shí)間上存在疊加部分。能見度的改變可能由于一類天氣現(xiàn)象的終止而暫停記錄，但在另一類天氣現(xiàn)象中又得以延續(xù)，且在不同天氣現(xiàn)象的記錄中，起止點(diǎn)也常常落在另一天氣現(xiàn)象之間而非起止時(shí)間上。即能見度的變化段存在相互疊加的情況。因此，在連續(xù)性的統(tǒng)計(jì)上，必須注意起止時(shí)間是一個(gè)區(qū)間而非一個(gè)點(diǎn)，即不能以該段的結(jié)束時(shí)間作為下一段的開始時(shí)間。圖7中顯示了雷暴出現(xiàn)時(shí)間段互相疊加的情況。

以統(tǒng)計(jì)能見度小于800m的持續(xù)時(shí)間段為例，統(tǒng)計(jì)流程如圖8所示。條件一的判斷將會(huì)用到當(dāng)前記錄的前一條記錄，即如果當(dāng)前記錄的起始時(shí)間，晚于前一條記錄的結(jié)束時(shí)間，則當(dāng)前記錄視為新持續(xù)段的起始時(shí)間。否則，根據(jù)處理順利可知，該段已被統(tǒng)計(jì)到上一持續(xù)段之中。條件二的判斷將會(huì)用到當(dāng)前記錄的后一條記錄，即如果當(dāng)前記錄的結(jié)束時(shí)間晚于下一條記錄的起始時(shí)間，則以兩條記錄中較晚的結(jié)束時(shí)間作為新的結(jié)束時(shí)間，繼續(xù)判斷。

圖7 雷暴演變節(jié)選

圖8 能見度持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3.7 用戶管理

由于多個(gè)站點(diǎn)可共用該系統(tǒng)進(jìn)行氣候志相關(guān)資料的分析統(tǒng)計(jì)，本系統(tǒng)在用戶管理上分為三個(gè)用戶組：系統(tǒng)用戶、高級(jí)用戶和普通用戶。

系統(tǒng)用戶擁有對(duì)生成的氣候志附表參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的權(quán)利，但不能制作氣候志附表。高級(jí)用戶必然屬于某一個(gè)氣象站點(diǎn)，僅可制作該站點(diǎn)的氣候志附表，并擁有普通用戶的權(quán)限，但不能對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。普通用戶是權(quán)限最低的用戶，僅可瀏覽下載其所屬站點(diǎn)的氣候志附表，查看相關(guān)參數(shù)定義等，不能對(duì)系統(tǒng)作任何的修改。

圖9 高級(jí)用戶和普通用戶菜單

圖10 系統(tǒng)用戶菜單

同時(shí)，系統(tǒng)用戶和高級(jí)用戶只能單點(diǎn)登錄，普通用戶由于不存在對(duì)系統(tǒng)的修改，不做此限制。

4 結(jié)束語

氣候志的制作，是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，數(shù)據(jù)信息的有效提取，是氣候分析的必不可少的前提。本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，能夠滿足氣候志所需數(shù)據(jù)信息的提取，可供多個(gè)氣象站點(diǎn)使用，且以氣候志附表的格式直接輸出結(jié)果，使用簡(jiǎn)便。系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，也便于后續(xù)的算法變更和擴(kuò)展。

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