基于分鐘級地面觀測數(shù)據(jù)的GPS/MET 資料匹配系統(tǒng)開發(fā)

鐘艷雯，朱亮，夏正龍，羅林艷，歐陽計躍

（湖南省氣象信息中心，長沙410118）

0 引言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)氣象觀測（GPS/MET）數(shù)據(jù)包括GPS 導(dǎo)航文件（n 文件）、GPS 觀測文件（o 文件）、GPS氣象文件（m 文件）等。導(dǎo)航文件主要是衛(wèi)星廣播軌道，衛(wèi)星狀態(tài)信息及電離層和時間信息。觀測文件主要是每個歷元的衛(wèi)星觀測的L1、L2 的C 碼和P 碼偽距以及L1、L2 的相位。氣象文件即是指GPS 臺站的地面氣象觀測文件。測站每小時將GPS 原始數(shù)據(jù)通過專線或其他方式傳至省級信息中心，省級信息中心將GPS 原始數(shù)據(jù)文件換名打包后上傳國家氣象信息中心[1-3]。

目前湖南省已經(jīng)建成73 個GPS 臺站，但是由于種種原因，部分站點無法生成m 文件，對于缺少氣象觀測文件的站點，按照中國氣象局《GPSMET 數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范》的要求，可以使用國家地面自動氣象站觀測數(shù)據(jù)與GPS 資料匹配，生成對應(yīng)的GPS 氣象文件；而臺站由于GPS 觀測設(shè)備版本不同，上傳的數(shù)據(jù)格式新舊混雜，需要進行規(guī)范化處理，因此進行基于分鐘級地面觀測數(shù)據(jù)的GPS/MET 資料匹配系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）開發(fā)十分必要。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GPS/MET 資料匹配系統(tǒng)主要由文件匹配模塊、資料處理模塊組成，文件匹配模塊包括氣象文件匹配等3個子模塊，資料處理模塊包塊文件形式檢查、文件解壓等9 個子模塊。系統(tǒng)功能劃分圖所圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

測站上傳的GPS 原始數(shù)據(jù)由于觀測儀器版本不同，分為報文傳輸和壓縮包傳輸兩種方式。對于缺少氣象觀測文件的站點，報文傳輸方式下，省級中心需要從CIMISS（全國綜合氣象信息共享平臺）數(shù)據(jù)服務(wù)接口獲取分鐘氣象要素，生成m 文件后與n 文件、o 文件等合并壓縮成以規(guī)定文件名命名的壓縮包文件上傳國家氣象信息中心；壓縮包傳輸方式下，省級中心需要增加壓縮包文件解壓環(huán)節(jié)，其余處理流程與報文傳輸方式相同。數(shù)據(jù)流向見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)流向圖

GPS/MET 文件匹配模塊從CIMISS 服務(wù)接口中讀取氣象要素，生成RINEX 格式的GPS 站氣象文件。GPS/MET 資料處理模塊對臺站上傳的數(shù)據(jù)進行文件形式檢查，壓縮包解壓縮；對不規(guī)范的文件名換名處理；判斷是否包含m 文件，對于缺少氣象觀測文件的站點用GPS/MET 資料匹配模塊生成的m 文件代替；將GPS導(dǎo)航文件、GPS 觀測文件、GPS 氣象文件等使用zip 格式壓縮成單個壓縮包文件，按規(guī)定方式命名，并在正點后20 分鐘之內(nèi)上傳。提供文件匹配、資料處理情況的監(jiān)控。系統(tǒng)流程如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖

1.2 軟件環(huán)境

運行環(huán)境為Windows 操作系統(tǒng)；采用MS.NET 程序設(shè)計語言開發(fā)，支撐環(huán)境為.NET Framework 3.5。

1.3 GPS/MET文件匹配模塊

（1）功能結(jié)構(gòu)

文件匹配模塊包括氣象文件匹配、參數(shù)設(shè)置、文件匹配監(jiān)控等3 個子模塊。各子模塊主要功能為：

①氣象文件匹配子模塊：按照中國氣象局《GPSMET 數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范》附件2 的要求，從數(shù)據(jù)服務(wù)接口中讀取分鐘級氣壓、瞬時氣溫、濕度氣象要素，生成RINEX 格式的GPS 氣象文件，并將生成的GPS 氣象文件推送到指定目錄。

②參數(shù)設(shè)置子模塊：輸出路徑、運行時間、頻次、接口信息等相關(guān)參數(shù)可靈活配置。

③文件匹配監(jiān)控子模塊：監(jiān)控GPS 氣象文件生成情況，在生成總數(shù)低于閾值時報警。

（2）功能實現(xiàn)

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口MUSIC（Meteorological Unified Service Interface Community），支持多協(xié)議、跨平臺、多語言，基于國省統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境（CIMISS），面向氣象業(yè)務(wù)和科研，提供全國統(tǒng)一、標準、豐富的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和應(yīng)用編程接口（API），提供全面的數(shù)據(jù)獲取功能，提供多種不同的服務(wù)方式[4]。根據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源要求，系統(tǒng)從MUSIC 中獲取要匹配的臺站的氣象觀測數(shù)據(jù)。

文件匹配模塊按照用戶設(shè)置的時間間隔，使用接口getSurfEleByTimeRangeAndStaID（按時間段、臺站檢索地面數(shù)據(jù)要素）從SURF_CHN_MAIN_MIN（中國地面分鐘壓溫濕風(fēng)資料）中讀取氣壓、氣溫、濕度，生成RINEX 格式的GPS 氣象文件并推送到指定目錄[5-6]。匹配的站點總數(shù)低于閾值時，在界面以聲音、文字提示報警。

1.4 GPS/MET資料處理模塊

（1）功能結(jié)構(gòu)

GPS/MET 資料處理模塊對臺站上傳的GPS 數(shù)據(jù)進行檢查、匹配，按照中國氣象局的要求，將GPS 數(shù)據(jù)壓縮成單個壓縮包文件，并按規(guī)定方式命名。模塊共包含9 個子模塊，其具體的功能為：

①文件形式檢查子模塊：判斷收集到的GPS 數(shù)據(jù)是壓縮包還是文件。

②文件解壓子模塊：根據(jù)用戶設(shè)置，對接收到的壓縮的數(shù)據(jù)進行解壓縮處理。

③文件名檢查子模塊：根據(jù)文件命名規(guī)范，判斷GPS 文件的文件名是否符合其所屬文件類別的命名規(guī)則，同時返回命名不規(guī)范的文件列表。

④文件換名子模塊：根據(jù)文件換名策略，對指定目錄中的文件按照指定的換名規(guī)則進行文件名轉(zhuǎn)換，換名后將以新文件名參與后續(xù)的收集處理。

⑤文件類型檢查子模塊：對收集的GPS 資料進行格式檢查，記錄缺少氣象文件的GPS 站點，將格式錯誤的文件移入錯誤目錄中，并記錄日志信息。

⑥氣象文件獲取子模塊：根據(jù)文件類型檢查的結(jié)果，匹配缺少氣象文件的GPS 站點數(shù)據(jù)。

⑦文件打包處理模塊：按照中國氣象局的要求，將GPS 導(dǎo)航文件、GPS 觀測文件、GPS 氣象文件等壓縮成單個壓縮包文件，按規(guī)定方式命名，同時推送到用戶指定目錄；詳細記錄打包、推送信息。

⑧參數(shù)設(shè)置子模塊：文件檢查、匹配規(guī)則是用戶可配置的。

⑨資料處理監(jiān)控：顯示臺站上傳的GPS 數(shù)據(jù)檢查、換名、匹配、外推情況，在打包GPS 數(shù)據(jù)總數(shù)低于閾值時報警。

圖4文件匹配界面

（2）功能實現(xiàn)

照中國氣象局《GPSMET 數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范》要求，GPS/MET 資料處理模塊按時次定時對原始數(shù)據(jù)的短文件名方式進行文件形式檢查、文件名檢查及格式轉(zhuǎn)換等，規(guī)范臺站上傳的GPS 數(shù)據(jù)；匹配缺失的GPS 氣象文件；按數(shù)據(jù)命名規(guī)則合并GPS 數(shù)據(jù)生成長文件名Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_GPS2.rnx.zip 壓縮數(shù)據(jù)文件，外推至指定目錄。界面展示當前運行實況、壓縮文件個數(shù)、缺少文件個數(shù)、缺測站點等；靈活配置原始文件路徑、外推路徑、開始運行時間等參數(shù)。

圖5 GPS/MET資料處理模塊界面

2 結(jié)語

目前系統(tǒng)已經(jīng)在湖南省氣象信息中心投入業(yè)務(wù)運行。系統(tǒng)投入運行前，部分GPS 氣象文件缺測，系統(tǒng)運行后，GPS 氣象文件頻次為5 分鐘，小時數(shù)據(jù)密度提高了12 倍，為各類基于GPS/MET 數(shù)據(jù)的氣象產(chǎn)品的精度提高提供了數(shù)據(jù)支撐。同時，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控報警等功能減少了人工操作，提高了GPS 資料的傳輸率，保障GPS 數(shù)據(jù)及時準確地提供給各級氣象業(yè)務(wù)服務(wù)工作，在預(yù)報、預(yù)測、公共服務(wù)、人工影響天氣、防災(zāi)減災(zāi)等方面充分發(fā)揮氣象資料的整體效益。但由于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多樣化和快速的發(fā)展，系統(tǒng)肯定存在一些不足的地方，我們將在今后的業(yè)務(wù)應(yīng)用中不斷改進和優(yōu)化，同時也希望得到各位讀者的寶貴意見和建議。