區(qū)域自動(dòng)氣象站站網(wǎng)信息管理存在問題及對(duì)策

何 林，鄧?guó)P東

(陜西省氣象信息中心，西安 710014)

目前我國(guó)已形成地基、空基、天基相結(jié)合的綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)，覆蓋地面、高空、海洋、農(nóng)氣、輻射、大氣成分、雷達(dá)、衛(wèi)星等多種類的觀測(cè)，近年來又出現(xiàn)了一站多能、移動(dòng)車、無人機(jī)等新型觀測(cè)方式。在綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)迅猛發(fā)展的過程中，各類站網(wǎng)信息都匯聚到省級(jí)數(shù)據(jù)中心，如何管理好這些信息，實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)站網(wǎng)布局優(yōu)化，以及保證站點(diǎn)信息等元數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性逐步成為業(yè)務(wù)工作的重中之重，并且對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和使用等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1 站網(wǎng)信息管理的主要對(duì)象

觀測(cè)站網(wǎng)信息管理的關(guān)鍵是對(duì)站點(diǎn)元數(shù)據(jù)管理。所謂元數(shù)據(jù)，即描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)[1]，氣象站點(diǎn)元數(shù)據(jù)是氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的重要背景信息，是了解、管理、應(yīng)用氣象數(shù)據(jù)所必需的基礎(chǔ)信息[2]。不同觀測(cè)種類的站點(diǎn)布局各具特點(diǎn)，對(duì)于站數(shù)較少、變更不是很頻繁的站網(wǎng)，元數(shù)據(jù)管理較為容易，而對(duì)于站點(diǎn)布局密度較大的站網(wǎng)，則需借助自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范管理。本文選取區(qū)域自動(dòng)氣象站(以下簡(jiǎn)稱區(qū)域站)為代表，闡述觀測(cè)站網(wǎng)信息管理中的相關(guān)問題及建議解決方案。以陜西省為例，截止2018年，區(qū)域站共計(jì)1 900余個(gè)，其中，省級(jí)考核站點(diǎn)1 525個(gè)(含骨干考核站294個(gè))，地市自建的非考核站點(diǎn)400余個(gè)。區(qū)域站的站點(diǎn)信息通過中心站軟件統(tǒng)一管理。區(qū)域站中心站一般在省級(jí)進(jìn)行部署管理，地市保留自建站的中心站軟件，作為備份手段實(shí)現(xiàn)報(bào)文的應(yīng)急傳輸。主備中心站的業(yè)務(wù)布局進(jìn)一步加大了區(qū)域站站點(diǎn)信息管理的難度。

參照中國(guó)氣象局下發(fā)的《區(qū)域氣象觀測(cè)站建設(shè)指導(dǎo)意見》，區(qū)域站的站點(diǎn)元數(shù)據(jù)包括省、縣 (市、區(qū))、站名、區(qū)站號(hào)、站址、經(jīng)度、緯度、觀測(cè)場(chǎng)高度、氣壓高度、降水停用時(shí)段(月)、自動(dòng)站型號(hào)、自動(dòng)站生產(chǎn)廠、要素?cái)?shù)、自動(dòng)觀測(cè)要素項(xiàng)、供電方式、安裝位置、安裝時(shí)間、啟用時(shí)間、站址環(huán)境等20項(xiàng)[3]。本文以區(qū)域自動(dòng)站為例，其他觀測(cè)站類可參考該指導(dǎo)意見，在區(qū)域站元數(shù)據(jù)項(xiàng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增刪。

2 站網(wǎng)信息管理存在問題

2.1 站點(diǎn)信息存在明顯錯(cuò)誤

例如區(qū)域站的站址、所在行政地區(qū)，與經(jīng)度、緯度、海拔高度等地理信息不對(duì)應(yīng)。如圖1所示，將渭南市全市的區(qū)域站按原始上傳報(bào)文中的經(jīng)緯度信息標(biāo)注在地理信息系統(tǒng)時(shí)，出現(xiàn)了明顯的奇異點(diǎn)。業(yè)務(wù)管理部門上報(bào)的站點(diǎn)信息中，應(yīng)屬于韓城市轄區(qū)的陜渭王峰(V3418)站的位置出現(xiàn)明顯偏差。這類錯(cuò)誤導(dǎo)致該站數(shù)據(jù)不可信，對(duì)繪制等值線圖、色斑圖進(jìn)行數(shù)據(jù)插值時(shí)造成影響。

2.2 站點(diǎn)元數(shù)據(jù)不全或精度錯(cuò)誤

主要反映在臺(tái)站的海拔高度項(xiàng)。例如，海拔高度缺失，雖然在報(bào)文傳輸過程中能夠正常傳輸?shù)绞【?，但是?huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)快速質(zhì)量控制模塊報(bào)錯(cuò)，報(bào)文無法正常分發(fā)和入庫，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)缺失。海拔高度比實(shí)際值擴(kuò)大10倍的精度錯(cuò)誤現(xiàn)象極為常見，使得原屬平原地區(qū)的站變成高山站，對(duì)地形影響氣溫要素的預(yù)報(bào)訂正、氣候資料序列非均一性檢驗(yàn)訂正等研究工作造成極大影響。

2.3 不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中站點(diǎn)信息不一致

各業(yè)務(wù)系統(tǒng)一般都是用自維護(hù)站點(diǎn)元數(shù)據(jù)表，當(dāng)發(fā)生臺(tái)站元數(shù)據(jù)變更時(shí)，信息更新不及時(shí)，或者雖然使用同一站點(diǎn)信息，但由于量綱單位不統(tǒng)一，容易對(duì)基層單位使用觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策服務(wù)造成一定影響。例如，A業(yè)務(wù)系統(tǒng)的經(jīng)緯度項(xiàng)為度分秒格式，B業(yè)務(wù)系統(tǒng)的經(jīng)緯度項(xiàng)以度為單位，小數(shù)點(diǎn)后保留4位。在量綱轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)精度損失從而造成信息不一致。

2.4 考核級(jí)別與業(yè)務(wù)流程存在矛盾

目前區(qū)域站一般分為國(guó)家級(jí)考核站(骨干站)、省級(jí)考核站、地市自建非考核站三大類。其中，考核站的元數(shù)據(jù)管理較為規(guī)范，而非考核站未制定相應(yīng)的元數(shù)據(jù)管理流程，信息較為混亂。例如，非考核區(qū)域站不計(jì)算通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)質(zhì)量，但卻要求服務(wù)時(shí)盡可能保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性和可靠性。這反映出站點(diǎn)考核級(jí)別元數(shù)據(jù)，通信質(zhì)量、數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)流程，以及數(shù)據(jù)服務(wù)需求的嚴(yán)重不匹配。此外，省級(jí)主中心站和市級(jí)備中心站的元數(shù)據(jù)難以做到一致性的同步，進(jìn)一步加劇了考核級(jí)別與業(yè)務(wù)流程之間的矛盾。

3 原因分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1 人為因素及措施

由于工作人員失誤，在建站時(shí)填報(bào)了錯(cuò)誤的地理位置、觀測(cè)項(xiàng)目、相關(guān)采集器停用時(shí)段等原始數(shù)據(jù)信息。例如，區(qū)域站海拔高度的數(shù)值，按照定義應(yīng)為觀測(cè)場(chǎng)地面的海拔高度(精確到1 m)，有氣壓要素時(shí)，還要測(cè)定氣壓傳感器的海拔高度(精確到0.1 m)，由于兩者精度相差不大，極易混淆，填報(bào)時(shí)稍不注意就會(huì)配置錯(cuò)誤的元數(shù)據(jù)。針對(duì)人為因素，除了在管理層面加強(qiáng)探測(cè)設(shè)備安裝和維護(hù)人員的責(zé)任心之外，還需要定期進(jìn)行儀器檢定和元數(shù)據(jù)復(fù)核，從數(shù)據(jù)源頭確保站點(diǎn)信息的準(zhǔn)確。

3.2 流程因素及措施

一方面是站點(diǎn)信息配置流程不規(guī)范，包括變更流程、上報(bào)流程、上報(bào)格式等。例如，配置中心站元數(shù)據(jù)的建站人員，在進(jìn)行中心站操作時(shí)，如果沒有日志留痕，或未按標(biāo)準(zhǔn)格式表單上報(bào)相應(yīng)的管理部門，則很難對(duì)元數(shù)據(jù)的變更進(jìn)行追溯，從而對(duì)后續(xù)元數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理埋下隱患。另一方面是站點(diǎn)信息配置操作不及時(shí)。由于站點(diǎn)撤銷、遷移、新建，設(shè)備升級(jí)更換，考核級(jí)別發(fā)生變化等正常業(yè)務(wù)流程的發(fā)生頻次較高時(shí)，如果未能及時(shí)更新上報(bào)，則會(huì)造成元數(shù)據(jù)信息偏差，對(duì)使用數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

雖然《區(qū)域氣象觀測(cè)站建設(shè)指導(dǎo)意見》規(guī)定了省級(jí)氣象局要在每年5月和11月底前將新建站的《區(qū)域氣象觀測(cè)站基本信息表》上報(bào)中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)主管部門備案。站點(diǎn)的撤銷、遷移、位置參數(shù)變更和觀測(cè)要素變更，同樣需及時(shí)上報(bào)中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)主管部門備案。但在具體實(shí)施時(shí)，由于存在國(guó)、省兩級(jí)考核級(jí)別的差異，以及對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)效的要求，不能完全滿足省級(jí)業(yè)務(wù)管理需求。

針對(duì)流程因素，可按省級(jí)實(shí)際需求，從數(shù)據(jù)服務(wù)的角度，弱化站點(diǎn)考核級(jí)別。同時(shí)，規(guī)范站點(diǎn)信息變更操作和上報(bào)流程，并參照ISO9001國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，加入省級(jí)觀測(cè)業(yè)務(wù)的質(zhì)量管理體系[4]。圖2為建議擬定的站網(wǎng)元數(shù)據(jù)信息管理程序流程圖。

圖2 站網(wǎng)元數(shù)據(jù)信息管理程序流程圖

3.3 平臺(tái)因素及措施

針對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用自維護(hù)站點(diǎn)信息表的情況，可規(guī)定統(tǒng)一的站點(diǎn)元數(shù)據(jù)信息獲取途徑。全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)(China integrated meteorological information sharing system，CIMISS系統(tǒng))作為國(guó)家級(jí)、省級(jí)統(tǒng)一氣象數(shù)據(jù)環(huán)境，提供了豐富、全面、權(quán)威的全國(guó)范圍內(nèi)不同站網(wǎng)的站點(diǎn)元數(shù)據(jù)信息。省級(jí)新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可使用氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(meteorological unified service interface community，MUSIC)與CIMISS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接[5]，獲取所需的行政區(qū)域范圍的站點(diǎn)信息。表1給出了通過MUSIC獲取站點(diǎn)元數(shù)據(jù)的示例。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與CIMISS實(shí)現(xiàn)對(duì)接后，一旦元數(shù)據(jù)發(fā)生變化，只需更新CIMISS系統(tǒng)，其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)即可聯(lián)動(dòng)更新，極大減輕了多表維護(hù)的壓力。對(duì)于與CIMISS對(duì)接較為困難的老舊業(yè)務(wù)系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)出現(xiàn)站點(diǎn)信息不一致的現(xiàn)象時(shí)，從管理層面規(guī)定，以CIMISS系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為最終依據(jù)。

表1 MUSIC接口獲取站點(diǎn)元數(shù)據(jù)示例

針對(duì)站點(diǎn)元數(shù)據(jù)的維護(hù)，包括站點(diǎn)信息的增加、刪除、修改、查詢等常規(guī)操作，可研發(fā)B/S架構(gòu)的全省統(tǒng)一觀測(cè)站網(wǎng)元數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，作為指定的業(yè)務(wù)操作平臺(tái)[6]。該平臺(tái)以全國(guó)推廣應(yīng)用的縣級(jí)綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)集成平臺(tái)(meteorological observation platform for station，MOPS系統(tǒng))的站網(wǎng)管理模塊[7]為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)，采用權(quán)限與功能分離，以及省-地-縣三級(jí)審核的機(jī)制，對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。同時(shí)，平臺(tái)通過MUSIC的寫入接口實(shí)現(xiàn)對(duì)CIMISS系統(tǒng)錄入元數(shù)據(jù)的更新，再通過MUSIC的檢索接口實(shí)現(xiàn)對(duì)更新后元數(shù)據(jù)的查詢。此外，還支持基于WebGIS的站點(diǎn)信息可視化操作[8]，以及對(duì)各類站網(wǎng)的元數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出功能，包括xls、xml、json、doc等常見數(shù)據(jù)格式，以方便元數(shù)據(jù)批量操作及各級(jí)部門管理。