氣象探測設(shè)備信息管理數(shù)字化方法研究及實現(xiàn)

左湘文，李成陽，薛箏箏，劉曉磊

(寧夏大氣探測技術(shù)保障中心，寧夏銀川，750002)

關(guān)鍵字：探測設(shè)備；信息管理；數(shù)字化；數(shù)據(jù)庫

0 引言

隨著大氣探測裝備技術(shù)的快速發(fā)展，投入業(yè)務(wù)使用的大氣探測裝備越來越多，自動化程度越來越高，對氣象儀器的管理使用也提出了更高的要求。目前我區(qū)的維修保障信息管理、檢定管理、裝備信息管理主要采用紙質(zhì)件，紙質(zhì)件零散不便于保存，沒有形成統(tǒng)一的管理模式，對設(shè)備檢定信息、裝備信息、維修技術(shù)保障檔案及臺站信息管理效率低，管理方式較為落后，管理人員工作量大，查詢檢索困難。為了解決存在的問題，實現(xiàn)對全區(qū)儀器裝備的分布情況、使用狀態(tài)、計量檢定、運行狀況、維修過程等內(nèi)容進(jìn)行自動化管理，進(jìn)行氣象探測設(shè)備信息數(shù)字化工作十分有必要。

1 研究內(nèi)容

開展氣象探測設(shè)備信息數(shù)字化管理方法研究，對寧夏氣象探測設(shè)備信息（設(shè)備檢定信息、裝備信息、維修技術(shù)保障檔案、臺站信息）進(jìn)行信息化編碼，并建立探測設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫及數(shù)字化信息管理平臺，將歷史信息按編碼規(guī)則輸入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)氣象探測設(shè)備信息的數(shù)字化管理。

2 總體設(shè)計方案

2.1 技術(shù)思路

探測設(shè)備信息化編碼是氣象裝備數(shù)據(jù)庫建設(shè)的關(guān)鍵，通過查閱關(guān)于氣象裝備的分類標(biāo)準(zhǔn)資料,并根據(jù)國家氣象局的分類標(biāo)準(zhǔn)和寧夏本區(qū)實際的應(yīng)用分類方法，確立統(tǒng)一的信息化編碼標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在氣象裝備數(shù)據(jù)庫設(shè)計上,以大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MS SQL Server 構(gòu)架為底層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和存儲模式，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、規(guī)范、信息完整的寧夏氣象裝備數(shù)據(jù)庫。建立B/S 結(jié)構(gòu)的氣象探測設(shè)備信息化管理系統(tǒng)，利用C#開發(fā)信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢、編輯等基本操縱功能及氣象信息網(wǎng)絡(luò)中氣象裝備數(shù)據(jù)的自動收集和數(shù)據(jù)庫自動更新功能，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的載入、轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)和數(shù)據(jù)字典的維護(hù)功能等。采用SQL Server 數(shù)據(jù)源建立與氣象裝備數(shù)據(jù)庫的連接，保持管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間的獨立性。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)框架

氣象探測技術(shù)保障信息化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖1，分為三層。分別是數(shù)據(jù)層、服務(wù)接口層、表示層。第一層是數(shù)據(jù)層，該層為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問和二次加工數(shù)據(jù)的存儲底層服務(wù)，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]。數(shù)據(jù)層的基數(shù)據(jù)主要有：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)—臺站信息、裝備信息、巡檢信息、維修信息，這些數(shù)據(jù)存儲在SQL Sever 數(shù)據(jù)庫中。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)—臺站方位照片、衛(wèi)星地圖瓦片等，這些數(shù)據(jù)存儲以文件的形式存儲在文件管理系統(tǒng)中。第二層是服務(wù)接口層，該層起到“承上啟下”作用，即為表示層提供接口化服務(wù)，也是數(shù)據(jù)層的直接使用者。服務(wù)接口層主要任務(wù)有GIS 數(shù)據(jù)柵格化、氣象探測技術(shù)保障信息檢索、設(shè)備故障情況分析處理、檢定信息離線同步。第三層是表示層，該層通過調(diào)用服務(wù)接口層的服務(wù)，經(jīng)過本層處理，實現(xiàn)與業(yè)務(wù)人員的交互。該層主要的任務(wù)有：維修信息管理、故障次數(shù)統(tǒng)計、單站故障分析、全站故障分析、檢定信息管理、檢定信息查詢、臺站基礎(chǔ)信息管理、臺站裝備管理等功能。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫訪問組件設(shè)計

數(shù)據(jù)庫訪問組件要遵循“向上統(tǒng)一，向下分離”的原則[2-5]。所有的數(shù)據(jù)訪問操作皆通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問接口來提供服務(wù)。上層程序只需指定數(shù)據(jù)源、要查詢的數(shù)據(jù)結(jié)果，不需要考慮數(shù)據(jù)庫類型訪問差異。數(shù)據(jù)庫的類型訪問差異問題由數(shù)據(jù)庫訪問組件來解決，這樣可以提高程序運行效率，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可訪問的功能性封裝，便于移植和二次開發(fā)。

2.3.2 臺站信息GIS 地圖實現(xiàn)方法

為節(jié)省開發(fā)時間和開發(fā)效率，臺站信息衛(wèi)星地圖采用百度高清衛(wèi)星地圖服務(wù)。并使用百度地圖API 組件實現(xiàn)了對特定站點周圍（10KM 內(nèi)）站點布局情況，特定區(qū)域面積、距離自動計算功能。為站點布局提供空間依據(jù)。通過采用第三方服務(wù)的方案縮短了開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。

2.3.3 氣象探測設(shè)備信息化數(shù)據(jù)庫建設(shè)

以大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MS SQL Server構(gòu)架為底層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和存儲模式開展數(shù)據(jù)庫建設(shè)[6-8]。數(shù)據(jù)庫共包含數(shù)據(jù)表包含臺站基礎(chǔ)信息表、臺站裝備信息表、巡檢信息表、用戶信息表、設(shè)備維修保障信息表、編碼字典表及其輔助表12個，臺站照片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用文件系統(tǒng)存儲。數(shù)據(jù)庫關(guān)系示意圖2 如下。

2.4 系統(tǒng)功能布局

探測技術(shù)保障信息化系統(tǒng)主要有4個大功能模塊和9 個小功能模塊，具體情況如圖所示：

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 維修保障模塊

維修保障模塊主要的功能有對各種裝備維修記錄的數(shù)字化管理、利用數(shù)字化管理技術(shù)對維修信息的進(jìn)一步發(fā)掘和分析、各臺站故障次數(shù)的統(tǒng)計、各個分系統(tǒng)和各個部件的故障率統(tǒng)計、對全區(qū)每種設(shè)備總體故障情況的分析等功能，為氣象信數(shù)字化管理更加標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、科學(xué)化，做好了氣象服務(wù)的基礎(chǔ)保障，為維護(hù)人員提供了技術(shù)參考。

3.2 計量檢定

計量檢定功能模塊主要針對臺站巡檢信息收集而設(shè)計，實現(xiàn)了對紛繁復(fù)雜的設(shè)備現(xiàn)場檢定工作的流程數(shù)字化、信息數(shù)字化。該模塊巡檢信息管理和巡檢信息查詢量部分組成。巡檢信息管理采用離線的C/S 結(jié)構(gòu)軟件實現(xiàn)。這樣保證在戶外網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境也能完成巡檢信息的錄入，在軟件接入網(wǎng)絡(luò)后再將信息上傳。

圖4 巡檢信息管理軟件

3.3 臺站信息管理

臺站信息管理實現(xiàn)了對臺站基礎(chǔ)信息及臺站裝備信息的數(shù)字化管理。另外借助第三方GIS 服務(wù)，實現(xiàn)了對臺站周邊地形地貌以及周邊（10KM 內(nèi)）臺站分布情況的展示。在裝備信息管理方面實現(xiàn)了與動態(tài)裝備管理系統(tǒng)的對接，能夠?qū)Ω髋_站裝備的全壽命跟蹤。

3.4 系統(tǒng)管理

為了進(jìn)一步方便用戶使用本系統(tǒng)，用戶權(quán)限劃分采用IP檢測的方式來實現(xiàn)對用戶登錄的控制，免去了輸用戶名密碼的步驟，提供的系統(tǒng)訪問效率。

4 系統(tǒng)測試

4.1 功能性

系統(tǒng)實現(xiàn)了通過數(shù)據(jù)字典管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的功能，能夠在多用戶操作（20 個用戶同時在線）的情況下保證數(shù)據(jù)交換正常。軟件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫連接較為良好，各個功能模塊經(jīng)過漏洞修復(fù)后，達(dá)到了業(yè)務(wù)試運行要求。

4.2 易用性

對數(shù)據(jù)庫操作時，實現(xiàn)了提示信息的一致性和可理解性；整合后的界面易于操作，具有較好的可操作性。

4.3 可靠性

總體滿足需求，歷經(jīng)兩個月左右的測試過程中發(fā)現(xiàn)1 次死機(jī)現(xiàn)象，經(jīng)檢查時因為斷電引起，與軟件無關(guān)。

4.4 兼容性

系統(tǒng)在Windows2008R2、Windows2003下各運行61天，沒有因軟件引起的系統(tǒng)或殺毒軟件報錯現(xiàn)象，數(shù)據(jù)庫在Windows2008R2 系統(tǒng)中運行60 天，未發(fā)現(xiàn)異常顯現(xiàn)。

為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，測試小組分別從軟件的功能性、易用性、可靠性以及兼容性四個方面進(jìn)行了為期兩個月左右的測試。測試功能點21 個，執(zhí)行了129 個功能用例，發(fā)現(xiàn)軟件漏洞48 個，解決修復(fù)了39 個軟件漏洞，其余9 個軟件漏洞因系統(tǒng)功能修改而丟棄。系統(tǒng)實現(xiàn)了通過數(shù)據(jù)字典管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的功能，能夠在多用戶操作（20 個用戶同時在線）的情況下保證數(shù)據(jù)交換正常。軟件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫連接較為良好，各個功能模塊經(jīng)過漏洞修復(fù)后，達(dá)到了業(yè)務(wù)試運行要求。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的裝備編碼方案為依據(jù)，建立的符合實際業(yè)務(wù)需求的氣象探測技術(shù)保障信息數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、安全的、規(guī)范的訪問，體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計理念的科學(xué)性。另外，該系統(tǒng)的建立開辟了我區(qū)在氣象探測技術(shù)保障信息數(shù)字化管理方面的先河，具有一定的先進(jìn)性。提高了寧夏氣象探測設(shè)備管理統(tǒng)一性、完成性，信息的維護(hù)成本將進(jìn)一步下降，大幅度降低工作人員的勞動強(qiáng)度。為進(jìn)一步挖掘氣象探測設(shè)備的信息的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)研究打下了基礎(chǔ)。