貴州省地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

支亞京，卜英竹，陳貞宏，楊恩波

(1.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽(yáng) 550002； 3.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；4.貴州省松桃苗族自治縣氣象局，貴州 松桃 554100)

0 引言

2014年4月30日，中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)與網(wǎng)絡(luò)司下發(fā)的《預(yù)報(bào)司關(guān)于印發(fā)全國(guó)地面自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)資料質(zhì)量評(píng)估辦法通知》中提到，為了加強(qiáng)臺(tái)站數(shù)據(jù)處理能力和提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，要對(duì)自動(dòng)氣象站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量考核。數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)有助于綜合考核臺(tái)站數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高全國(guó)自動(dòng)氣象站資料質(zhì)量，促進(jìn)自動(dòng)氣象站資料在國(guó)家、省級(jí)氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)中的應(yīng)用。貴州省觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)處為了加強(qiáng)本省臺(tái)站數(shù)據(jù)處理能力和提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)本省自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)按照中國(guó)氣象局觀(guān)測(cè)司地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估辦法進(jìn)行考核，其質(zhì)量評(píng)估對(duì)象包括國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站(不包含無(wú)人值守氣象站)和考核區(qū)域站。

氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)(Meteorological Data Operational System, MDOS)[1-2]實(shí)現(xiàn)了國(guó)家、省、臺(tái)站三級(jí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)，數(shù)據(jù)質(zhì)控)、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用等流程，實(shí)現(xiàn)了歷史資料和實(shí)時(shí)資料業(yè)務(wù)一體化，全面提高各類(lèi)氣象資料的應(yīng)用。MDOS系統(tǒng)完成的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)包括國(guó)家站(包含無(wú)人值守氣象站)和所有區(qū)域自動(dòng)氣象站(無(wú)考核區(qū)域站和非考核區(qū)域站之分)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。其統(tǒng)計(jì)結(jié)果與國(guó)家氣象局和貴州省質(zhì)量考核對(duì)象不一致，每次進(jìn)行觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，業(yè)務(wù)人員需要人工將非考核臺(tái)站從質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果中剔除，再重新計(jì)算考核站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，增加了業(yè)務(wù)人員的工作量，有時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果不準(zhǔn)確。

1 理論概述

1.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼(QC碼)[3]規(guī)定

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼規(guī)定如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制碼規(guī)定Tab.1 Data quality control code specification

1.2 地面觀(guān)測(cè)資料數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)[3]

評(píng)估氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的4個(gè)指標(biāo)分別是：數(shù)據(jù)可用率、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率、數(shù)據(jù)可疑率和數(shù)據(jù)缺測(cè)率，通過(guò)統(tǒng)計(jì)MDOS數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)質(zhì)控碼來(lái)反映氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量狀況。統(tǒng)計(jì)方法如下：

假設(shè)有n(1,2,…,i，…)個(gè)臺(tái)站進(jìn)行觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì),其中，第i個(gè)臺(tái)站在觀(guān)測(cè)運(yùn)行期間數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為應(yīng)有數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)i，對(duì)通過(guò)質(zhì)量檢查的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)i、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)i、可疑數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)i以及缺測(cè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)i進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，則該站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：

(1)

(2)

(3)

(4)

數(shù)據(jù)可用率i、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率i、數(shù)據(jù)可疑率i和數(shù)據(jù)缺測(cè)率i滿(mǎn)足如下關(guān)系式：

數(shù)據(jù)可用率i+數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率i+數(shù)據(jù)可疑率i+數(shù)據(jù)缺測(cè)率i=100%

(5)

n個(gè)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：

(6)

(7)

(8)

(9)

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程是：首先，按地市讀入自定義的臺(tái)站配置表，根據(jù)臺(tái)站號(hào)按照各類(lèi)臺(tái)站考核要素，通過(guò)讀取本地MDOS oracle數(shù)據(jù)庫(kù)臺(tái)站信息表中的觀(guān)測(cè)要素標(biāo)識(shí)碼來(lái)判斷該臺(tái)站是否觀(guān)測(cè)此要素，計(jì)算該臺(tái)站考核要素中總觀(guān)測(cè)要素個(gè)數(shù)。其次，遍歷對(duì)應(yīng)臺(tái)站逐時(shí)次的小時(shí)數(shù)據(jù)表，獲取查詢(xún)時(shí)間段的考核要素質(zhì)控碼。最后，通過(guò)遍歷質(zhì)控碼，根據(jù)可用率計(jì)算公式得到各臺(tái)站和各地市的可用率，輸出到Excel表格中。系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)邏輯圖如圖1 所示：

圖1 程序結(jié)構(gòu)邏輯圖Fig.1 Logic diagram of program structure

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心基于Windows系統(tǒng)的客戶(hù)端-服務(wù)器端(以下簡(jiǎn)稱(chēng)C/S)架構(gòu)體系和MDOS2.1的ORACLE 11g數(shù)據(jù)庫(kù)。利用Micorosoft Visual Studio 2010[5]在此數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。邏輯結(jié)構(gòu)為典型的三層C/S結(jié)構(gòu)：表示層、功能層、數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)界面即為表示層，負(fù)責(zé)用戶(hù)與應(yīng)用間的交互，業(yè)務(wù)人員可以直接進(jìn)行操作；功能層是觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)功能編入程序中；數(shù)據(jù)層即數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)ORACLE 11g 數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)[5]。各模塊在邏輯上獨(dú)立，邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System logic structure diagram

2.2 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶(hù)需求，統(tǒng)計(jì)任意時(shí)間段內(nèi)任意可用率閾值地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的可用率，系統(tǒng)包括國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站的可用率統(tǒng)計(jì)、考核區(qū)域站的可用率統(tǒng)計(jì)以及所有區(qū)域站的可用率統(tǒng)計(jì)。在界面上選擇好時(shí)間、文件存放路徑、可用率閾值之后，需要統(tǒng)計(jì)哪類(lèi)觀(guān)測(cè)資料數(shù)據(jù)質(zhì)量就點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，期間可以顯示出當(dāng)前資料數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)的運(yùn)行進(jìn)度，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果便于業(yè)務(wù)人員統(tǒng)計(jì)了解全省各個(gè)地市數(shù)據(jù)質(zhì)量情況。系統(tǒng)的主界面圖如圖3 所示：

圖3 系統(tǒng)界面圖Fig.3 System interface diagram

2.3 系統(tǒng)輸出結(jié)果

系統(tǒng)可按地市、臺(tái)站分別統(tǒng)計(jì)國(guó)家地面氣象站、區(qū)域氣象站觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)可用率，對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)可用率低于99%的臺(tái)站統(tǒng)一列出，根據(jù)業(yè)務(wù)需要統(tǒng)計(jì)有關(guān)站數(shù)。以考核區(qū)域站統(tǒng)計(jì)結(jié)果為例，圖4 為考核區(qū)域站可用率統(tǒng)計(jì)_按臺(tái)站升序排列統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖、圖5為考核區(qū)域站可用率統(tǒng)計(jì)_按地市升序排列統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖、圖6為全省各地市可用率低于99%的臺(tái)站個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖。

圖4 考核區(qū)域站可用率統(tǒng)計(jì)_按臺(tái)站升序排列統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖Fig.4 The statistical results diagram of data availability order by station ascending

圖5 考核區(qū)域站可用率統(tǒng)計(jì)_按地市降序排列統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.5 the statistical results diagram of data availability order by city descending

圖6 全省各地市可用率低于99%的臺(tái)站個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.6 Statistical results of the number of stations with a rate of less than 99% in all cities

3 結(jié)語(yǔ)

貴州省地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果有助于臺(tái)站工作人員了解本站的數(shù)據(jù)質(zhì)量狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器運(yùn)行故障、數(shù)據(jù)傳輸失敗、省級(jí)數(shù)據(jù)未入庫(kù)等問(wèn)題，有助于省級(jí)管理部門(mén)掌握全省自動(dòng)氣象站的運(yùn)行情況，提高貴州省自動(dòng)氣象站資料質(zhì)量，為氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)中應(yīng)用提供及時(shí)準(zhǔn)確的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。作為MDOS的輔助系統(tǒng)，存在以下待優(yōu)化方面：一是選取時(shí)間不夠靈活，目前統(tǒng)計(jì)時(shí)間間隔為1 d，后續(xù)需要調(diào)整時(shí)間間隔為1 h，使數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)時(shí)段更加靈活；二是基于客戶(hù)端-服務(wù)器端(C/S)[6]架構(gòu)，不便于擴(kuò)展系統(tǒng)性能，希望改進(jìn)成瀏覽器端-服務(wù)器端(B/S)架構(gòu)。