借助Matlab GUI、C#開發(fā)基于CIMISS和SQL Server的城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺

李若楠　呂家欣　全美蘭　李俊樂　李炳坤　馬曉穎　劉暢

摘要 天氣預報質(zhì)量不僅是氣象部門的日常業(yè)務考核內(nèi)容，也是各個氣象臺站、每個預報員業(yè)務水平高低的具體體現(xiàn)。城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺采用C#語言通過氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口（MUSIC），將CIMISSS中的氣象數(shù)據(jù)提取到本地SQL Server數(shù)據(jù)庫中，利用Matlab GUI編程并可視化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可隨時有效地對當?shù)卣w天氣預報質(zhì)量和個人預報員的天氣預報質(zhì)量進行評定。系統(tǒng)自2020年1月投入運行以來，天氣預報質(zhì)量評定效率顯著提高，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、界面友好、操作簡單、評定準確、性能可靠，可在各市氣象局進行推廣使用。

關(guān)鍵詞 城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗;CIMISS;MUSIC;C#;SQL Server;MATLAB GUI

中圖分類號：P409 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2021）11–0054–02

信息化是當今世界經(jīng)濟社會發(fā)展的大趨勢，為了推進氣象信息化工作，滿足各種氣象業(yè)務應用需求，統(tǒng)一氣象數(shù)據(jù)環(huán)境，國家發(fā)改委建設(shè)重點項目“全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）”，實現(xiàn)了國家級、省級數(shù)據(jù)同步和實時歷史數(shù)據(jù)一體化管理，并提供了氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口（MUSIC），為國、省、地、縣各級氣象局應用系統(tǒng)提供唯一權(quán)威的數(shù)據(jù)接入服務，這為各級氣象臺站共享氣象信息和業(yè)務應用開發(fā)與科研工作提供了便利條件，現(xiàn)已成為氣象數(shù)據(jù)流動的“主動脈”[1-2]。各級氣象部門基于CIMISS也研發(fā)出了多種業(yè)務應用系統(tǒng)[3-7]。天氣預報的準確度不僅是氣象部門日常業(yè)務重要的考核內(nèi)容，也是每個氣象臺站和每個預報員業(yè)務能力高低水平的具體體現(xiàn)。為減少人工統(tǒng)計的工作量和準確度，本文借助C#、SQLserver2008和Matlab GUI設(shè)計開發(fā)出城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺，此平臺能快速查詢并統(tǒng)計出全體或個人歷史天氣預報質(zhì)量情況。

1 系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)路線

1.1 基本思路

利用C#編程每日定時（08：00、20：00）將日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量數(shù)據(jù)提取出，并保存到本地SQL數(shù)據(jù)庫中，再通過Matlab GUI設(shè)計開發(fā)城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺，通過建立ODBC源的方式隨時讀取SQL Server數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計分析和可視化展示。

1.2 功能設(shè)計

城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺主要分為4個功能：個人/地區(qū)分時段質(zhì)量檢驗、分時段逐月—年檢驗、綜合逐月個人檢驗、綜合逐月—年檢驗。可通過2種方式將查詢結(jié)果保存：保存當前結(jié)果、截圖當前界面。天氣預報準確率是指最高溫度準確率、最低溫度準確率、晴雨準確率，統(tǒng)計時段為08：00～08：00或20：00～20：00。通過組合選擇平臺自動提取和計算數(shù)據(jù)，并將統(tǒng)計結(jié)果展示在界面上。

1.2.1 個人/地區(qū)分時段質(zhì)量檢驗 輸入統(tǒng)計年份，選擇統(tǒng)計月份和統(tǒng)計時段，根據(jù)選擇好的統(tǒng)計選項（預報員、整體），統(tǒng)計結(jié)果包含月平均準確率、每個評分臺站月晴雨錯落報數(shù)及逐日質(zhì)量評定詳情（實況值、預報值、評定結(jié)果）。

1.2.2 分時段逐月—年檢驗 輸入統(tǒng)計年份，選擇統(tǒng)計月份和統(tǒng)計時段，點擊分時段逐月—年檢驗，統(tǒng)計對象為所有評分臺站。統(tǒng)計結(jié)果包含4個部分：統(tǒng)計時段年平均準確率、逐月預報準確率、累計月預報準確率、逐月和累計月預報準確率和累計月值班數(shù)。

1.2.3 綜合逐月個人檢驗 輸入統(tǒng)計年份，選擇統(tǒng)計月份，點擊綜合逐月個人檢驗，統(tǒng)計對象為所有評分臺站，統(tǒng)計時段為2個時段的合并，統(tǒng)計結(jié)果包含4個部分：集體月平均準確率、年平均準確率、選擇月份每個預報員和集體的天氣預報月準確率以及月值班班次、1月至選擇月份每個預報員和集體的天氣預報累計月平均準確率以及對應總值班班次。

1.2.4 綜合逐月個人檢驗 輸入統(tǒng)計年份點擊綜合逐月—年檢驗，統(tǒng)計對象為所有評分臺站，統(tǒng)計月為輸入年的全月，統(tǒng)計時段為2個統(tǒng)計時段的合并，統(tǒng)計結(jié)果包含集體天氣預報準確率、每個預報員和集體全年逐月天氣預報準確率和年天氣預報準確率、每個預報員和集體全年每月值班班次和次數(shù)。

2 統(tǒng)計原理

2.1 晴雨統(tǒng)計原理

晴雨預報準確率規(guī)定：雨天標記為1，晴天標記為0，即降水量不為0的日為降水日，當預報標記=實況標記就判定為晴雨預報正確。

2.2 溫度統(tǒng)計原理

根據(jù)（遼氣發(fā)[2006]171號）關(guān)于印發(fā)《遼寧省氣象部門鄉(xiāng)鎮(zhèn)短期天氣預報質(zhì)量檢驗辦法（試行）》的通知中對溫度預報準確率的規(guī)定，若預報溫度與實況溫度絕對差值不大于2判定溫度預報是正確的，評定值為1，否則為0。

2.3 準確率統(tǒng)計原理

P=（M/N）×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

P：準確率;

N：統(tǒng)計樣本總?cè)諗?shù)（即班次）;

M：統(tǒng)計樣本中評定值為1的日數(shù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟包含：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理設(shè)計、實施與測試、運行維護等幾個階段[8]。

本文利用Microsoft SQL Server 2008創(chuàng)建本地數(shù)據(jù)庫，庫名Ground并設(shè)置用戶名和登錄密碼;新建數(shù)據(jù)表dbo.daysvalue和dbo.CityTRstatistics分別用于存儲08：00～08：00、20：00～20：00日各站點實況值、預報值與評定結(jié)果和各預報員城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量數(shù)據(jù)。

3.2 基于CIMISS環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)訪問及數(shù)據(jù)入庫設(shè)計

MUSIC是用戶從Cimiss數(shù)據(jù)環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)或產(chǎn)品的應用編程接口，參考MUSIC網(wǎng)站說明調(diào)用接口函數(shù)，即可完成從cimiss環(huán)境中獲取數(shù)據(jù)或產(chǎn)品功能。本文利用C#編寫調(diào)用代碼從CIMISS中讀取需要的氣象數(shù)據(jù)并入庫到本地SQL數(shù)據(jù)庫中。

3.3 氣象數(shù)據(jù)的可視化

MATLAB軟件具有強大的數(shù)據(jù)分析、科學計算和圖像處理功能，其圖形用戶界面（GUI模塊）是包括窗口、圖標、菜單、工具條等的用戶界面，具有設(shè)計界面友好、人機交互方便的特點，使用GUIDE即可完成GUI圖像界面布局和GUI編程這2項工作[9]。

本文選取菜單編輯器、靜態(tài)文本、可編輯文本、彈起式菜單、觸控按鈕、表格、面板完成氣象數(shù)據(jù)可視化的界面設(shè)計。

4 應用實例

以2020年6月08：00～08：00為例，統(tǒng)計選項里“整體”為例展示個人/地區(qū)分時段質(zhì)量檢驗功能（圖略）。平臺顯示出6月每日每個值班員當日各氣象要素預報的準確情況以整體08：00～08：00月預報準確率為：最高溫度準確率為93.33%、最低溫度準確率為88%、晴雨準確率為89.33%，晴雨錯落報情況：章黨錯（落）報1次，清原和新賓各錯（落）報2次。

5 結(jié)束語

利用C#編程可以將Cimiss中需要的日氣象數(shù)據(jù)定時提取并保存到本地SQL數(shù)據(jù)庫中，通過Matlab GUI設(shè)計開發(fā)城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量檢驗平臺可以隨時查詢到某日具體預報質(zhì)量情況，根據(jù)日常業(yè)務功能需求，能自動統(tǒng)計出撫順地區(qū)城鎮(zhèn)天氣預報質(zhì)量日質(zhì)量、月質(zhì)量、年質(zhì)量情況和各預報員天氣預報質(zhì)量日質(zhì)量、月質(zhì)量、年質(zhì)量情況。相比手動編輯統(tǒng)計的方式，數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)既保證了數(shù)據(jù)的安全性、準確性和長久性，友好的人機交互界面和多功能數(shù)據(jù)可視化設(shè)計也極大地方便了預報員總結(jié)分析預報質(zhì)量，為目標考核和優(yōu)秀預報員評比提供了科學的依據(jù)。

參考文獻

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[9] 羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計學習手記[M].第2版.北京：北京航空航天大學出版社，2011.

責任編輯：黃艷飛

Development of Urban Weather Forecast Quality Inspection Platform Based on CIMISS and SQL Server With the Help of Matlab GUI and C #

LI Ruo-nan et al（Fushun Meteorological Bureau， Fushun， Liaoning 113000）

Abstract The quality of weather forecast is not only the daily operational assessment content of meteorological departments， but also the concrete embodiment of the operational level of each meteorological station and forecaster. The quality inspection platform of urban weather forecast uses C# language to extract meteorological data from cimisss to local SQL Server database through the unified service interface of meteorological data （music）， by using Matlab GUI programming and visualizing the data in the database， the local overall weather forecast quality and individual forecasters weather forecast quality can be effectively evaluated at any time. Since the system was put into operation in January 2020， the weather forecast quality evaluation efficiency of Fushun meteorological station has been significantly improved. The platform has the advantages of stable operation， friendly interface， simple operation， accurate evaluation and reliable performance， which can be widely used in various municipal bureaus.

Key words Quality test of urban weather forecast; CIMISS; MUSIC; C#; SQL Server; MATLAB GUI

作者簡介 李若楠（1989—），女，吉林遼源人，工程師，主要從事天氣預報預警和氣象服務工作。#通信作者：呂家欣（1995—），女，遼寧綏中人，助理工程師，E-mail：1091627551@qq.com。

收稿日期 2021-07-23