臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計

許鵬飛

摘 要：氣象觀察與人們的生活息息相關(guān)，做好氣象數(shù)據(jù)觀測能夠為人們的生活提供更多的便利，還能提前預(yù)知氣象災(zāi)害，減少因氣象災(zāi)害帶來的損傷。想要提高氣候預(yù)測水平，其前提是建立準(zhǔn)確可靠的臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)，保證地面氣象觀測資料的準(zhǔn)確性。因此，做好臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計尤為關(guān)鍵。該文首先分析了臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法，然后探究其具體的設(shè)計方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：臺站級地面氣象觀測；數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：P41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，我國氣象觀測發(fā)展越來越迅速，各種新型的設(shè)備和技術(shù)被運用在氣象觀測當(dāng)中。在制定天氣預(yù)報時，地面氣象數(shù)據(jù)屬于基礎(chǔ)資料，重要性很高，其數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響了天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。21世紀(jì)以來，我國已經(jīng)開始建設(shè)自動氣象觀測站，軟硬件設(shè)備也在不斷發(fā)展和成熟。在自動化氣象觀測站當(dāng)中，地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)是控制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，相關(guān)單位要做好氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)的設(shè)計，保證地面數(shù)據(jù)觀測的準(zhǔn)確性。

1 臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法

在臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控工作當(dāng)中，評估業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)為質(zhì)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，在這些系統(tǒng)當(dāng)中，需要依靠計算機技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、質(zhì)量評估、質(zhì)量控制等工作，再通過人機交互的方式，訂正氣象資料。以下針對臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法進行具體分析：第一，傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法。在氣象觀測當(dāng)中，大氣的變量主要通過氣象觀測資料來反應(yīng)，因此，在傳統(tǒng)的質(zhì)量控制中，需要根據(jù)這些基本的規(guī)定，將各個要素融合在一起，實現(xiàn)質(zhì)量控制。包括內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查、氣候?qū)W界限值檢查、數(shù)據(jù)預(yù)處理等。值得注意的是，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法不需要考慮空間的一致性檢查，也不涉及多站，適用范圍局限于臺站級氣象數(shù)據(jù)質(zhì)控，因此，在使用過程中，應(yīng)該多加注意。第二，數(shù)據(jù)挖掘算法質(zhì)控方法。地面氣象資料具有比較悠久的歷史，從古代開始，人們就非常注重地面氣象資料的收集和監(jiān)控，但是當(dāng)時的監(jiān)控設(shè)備有限，導(dǎo)致地面氣象資料監(jiān)控準(zhǔn)確性不高。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，氣象站檢測設(shè)備越來越全面，技術(shù)越來越先進。但是，在地面氣象資料監(jiān)控過程中，由于人工誤差、設(shè)備故障等多種因素的影響，出現(xiàn)誤差是不可避免的，為了減少誤差，做好質(zhì)量監(jiān)控十分必要。數(shù)據(jù)挖掘算法質(zhì)控方法主要是指通過因子分析的方式，建立Logistic回歸模型，對地面氣象資料數(shù)據(jù)進行挖掘，從而更好地做好質(zhì)量控制。在觀測過程中，如果時間段數(shù)據(jù)發(fā)生突變，系統(tǒng)能夠自動檢測出異常，為后續(xù)的災(zāi)害預(yù)警、天氣預(yù)測等提供更具說服力的數(shù)據(jù)。第三，可疑度分級和處理方法。當(dāng)系統(tǒng)檢測到可疑數(shù)據(jù)后，需要通過質(zhì)控系統(tǒng)對檢測數(shù)據(jù)的可疑度進行分級，并且根據(jù)分級來采取相對應(yīng)的處理策略措施。一般情況下，地面氣象數(shù)據(jù)可分為5級：E級（數(shù)據(jù)正常）、D級（弱可疑數(shù)據(jù)，需要備注）、C級（可疑數(shù)據(jù)，本地保存不上報）、B級（強可疑數(shù)據(jù)，危險等級，應(yīng)該剔除業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，僅作為參考數(shù)據(jù)保留）、A級（錯誤數(shù)據(jù)，直接剔除）。

2 臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)架構(gòu)

在地面氣象數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量控制系統(tǒng)當(dāng)中，想要做好系統(tǒng)設(shè)計，首先應(yīng)該做好系統(tǒng)架構(gòu)。在設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)架時，應(yīng)該充分考慮網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性和數(shù)據(jù)負(fù)載等要求，就當(dāng)前臺站級地面氣象觀測數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)要求普遍比較高，因此，應(yīng)該選擇Client/Sever開發(fā)方式，運用3層構(gòu)架模式，將智控系統(tǒng)構(gòu)架建立起來。通常情況下，系統(tǒng)總體構(gòu)架氛圍表現(xiàn)層、匯聚處理層、通信分析層、設(shè)備層等4個層次，設(shè)計者可以賦予每一個層次相應(yīng)的功能，從而通過派生出的對象進行組合覆蓋，實現(xiàn)質(zhì)控系統(tǒng)的自動化。

2.2 臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)算法類庫

做好系統(tǒng)構(gòu)架后，想要保證臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)的運行，還需要建立相應(yīng)的算法類庫，從而根據(jù)氣象觀測數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的算法進行編碼，通過DLL文件的形式，連接外部程序供應(yīng)口。管理人員只需要將解析賦值后的變量輸入其中，就能得到相應(yīng)的綜合質(zhì)控碼，并且自動生成DLL文件。相對于其他系統(tǒng)而言，該算法程序封裝性良好，便于調(diào)動，操作簡單，錯誤率低，能夠更好地保證臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)正常運用和氣象監(jiān)控質(zhì)量。

2.3 臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫

當(dāng)前的臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫都是運用美國伯克利大學(xué)設(shè)計的Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫經(jīng)過不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，且具備開源界功能，能夠在多種版本中運用，支持性比較高，同時具備語言綁定功能。因此，在臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，還需要做好后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。選擇開放性比較高的Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫具有極大優(yōu)勢。首先，Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫面向任意對象，操作者可以根據(jù)自己的需求隨意添加屬性。其次，Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫具有豐富的數(shù)據(jù)類型，包括點線面數(shù)據(jù)、符號數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等多種方面。第三，PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫全面支持SQL。第四，PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫屬于大數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲量比較大，具有良好的系統(tǒng)支持性，能夠為臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)提供更好的支持平臺。第五，能夠與Web集成，解決問題的能力更高。

2.4 臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)多線程處理

大多數(shù)氣象數(shù)據(jù)資料都是以TXT報表的形式存在的，這些報表想要傳遞到中心服務(wù)器，就需要通過網(wǎng)絡(luò)傳遞。當(dāng)前，我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展十分迅速，臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出多線程操作，不同的報文對應(yīng)不同的線程。通常情況下，一條報文包括主線程、入庫線程、解析線程、讀寫線程等多個方面。在使用多線程處理時，一方面需要引入互斥機制，保證多個線程同時訪問資源，另一方面還需要引入同步機制，保證喚醒調(diào)用，從而更好地實現(xiàn)資源傳遞。

3 結(jié)語

綜上所述，在臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，需要設(shè)計人員對臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)有一個更加充分和深入的了解，通過系統(tǒng)架構(gòu)、算法類庫、后臺數(shù)據(jù)庫、多線程處理等方面的設(shè)計，保證臺站級地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)完整，使其能夠在實際工作當(dāng)中提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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