氣象觀測設(shè)備測試與試驗系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王小蘭 張雪芬 張婷 任曉毓 李濤 胡樹貞

(1 中國氣象局氣象探測中心，北京 100081; 2 新疆氣象技術(shù)裝備保障中心，烏魯木齊 830000; 3 南京信息工程大學(xué)，南京 210044)

引言

綜合氣象觀測系統(tǒng)是支撐氣象預(yù)測預(yù)報服務(wù)的主體[1-2]，氣象觀測設(shè)備的性能直接影響其獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性[3]，開展氣象觀測設(shè)備的測試評估與試驗，是改進(jìn)和完善觀測設(shè)備性能、確定技術(shù)指標(biāo)是否滿足觀測業(yè)務(wù)需求的重要環(huán)節(jié)，是把好觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的“第一道關(guān)口”[4]。20世紀(jì)80年代始，開展氣象觀測設(shè)備測試評估與試驗的主要依據(jù)為《氣象儀器定型試驗方法》(國軍標(biāo)GJB 570.1～570.14-1988)，90年代至今氣象觀測設(shè)備儀器實現(xiàn)了從機(jī)械式到電測化、數(shù)字化再到自動化、遙測式的大發(fā)展，軍方主要依據(jù)《軍用氣象裝備定型試驗方法》(國軍標(biāo)GJB 6556.1～6556.8-2008)進(jìn)行測試評估與試驗工作。中國氣象局氣象探測中心20多年來完成了上百項氣象觀測設(shè)備的測試評估與試驗工作[5-12]，積累和凝練了一套氣象觀測設(shè)備測試評估與試驗的流程和方法，并形成了系列技術(shù)規(guī)范和氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，反映了目前國內(nèi)外氣象觀測設(shè)備測試方法的先進(jìn)水平[4]。氣象觀測設(shè)備測試評估與試驗業(yè)務(wù)包括了測試評估方案制定、資料審查、實施測試與試驗、測評報告編制和資料歸檔等多個環(huán)節(jié)，大部分環(huán)節(jié)尚處于人工處理模式、信息化和智能化程度低的狀態(tài)。目前每年需開展的測試項目大致包括地面、探空、雷達(dá)、地基遙感4類觀測設(shè)備，設(shè)備型號約30余種，觀測數(shù)據(jù)格式迥異，且涉及到全國多個試驗基地的測試與試驗業(yè)務(wù)，因此，需要建立一個全國范圍內(nèi)的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信息共享平臺，滿足測試評估與試驗業(yè)務(wù)中多種類多型號參試設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)控、試驗信息收集和管理、測試與試驗數(shù)據(jù)處理、測評報告生成和歸檔等功能需求，以提高該項業(yè)務(wù)的工作效率和信息化程度，并使之規(guī)范化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。

基于地面類氣象觀測設(shè)備測試評估與試驗的流程和方法總體較為成熟，針對地面氣象觀測設(shè)備的測試與試驗系統(tǒng)已建設(shè)并業(yè)務(wù)試用，文章就該系統(tǒng)的設(shè)計思路和技術(shù)實現(xiàn)進(jìn)行闡述，并將以此為基礎(chǔ)，繼續(xù)推進(jìn)針對探空設(shè)備、氣象雷達(dá)和地基遙感類觀測設(shè)備的測試評估與試驗系統(tǒng)平臺的建設(shè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

系統(tǒng)設(shè)計在整體上遵循開放、包容理念[13]，充分考慮氣象觀測設(shè)備種類和型號繁多、觀測試驗數(shù)據(jù)格式多樣以及未來不斷增加的新型觀測設(shè)備及數(shù)據(jù)的兼容性，以配置方式實現(xiàn)設(shè)備信息管理、觀測要素數(shù)據(jù)、試驗信息管理、試驗流程管理、計算參數(shù)設(shè)置的靈活可配，配置信息全部存儲至Oracle數(shù)據(jù)庫記錄表中。通過這種靈活、可擴(kuò)展的配置方式[13]，用戶可實現(xiàn)自由選擇數(shù)據(jù)統(tǒng)計時段、觀測要素、計算類別，以及多個不同測試評估設(shè)備的交叉數(shù)據(jù)查詢和對比顯示。系統(tǒng)采用分層、模塊化應(yīng)用組件設(shè)計和統(tǒng)計處理通用算法[14]，梳理并聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)測試評估與試驗業(yè)務(wù)多個環(huán)節(jié)的閉環(huán)操作，同時為適應(yīng)不斷增加的業(yè)務(wù)新需求而設(shè)計的新系統(tǒng)模塊提供較為靈活的可擴(kuò)展應(yīng)用框架和二次開發(fā)接口[15]。系統(tǒng)部署采用服務(wù)器端多配置、用戶端少配置的原則，以減少用戶部署的繁瑣和避免不必要的錯誤，提高系統(tǒng)的簡易性、安全性、可靠性和易擴(kuò)展性。

1.2 總體架構(gòu)

整個系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，以地面氣象觀測設(shè)備測試與試驗業(yè)務(wù)為主線、以測試評估數(shù)據(jù)為核心，主體采用B/S架構(gòu)，適合于探測中心、試驗小組、試驗基地外場等多個層面的業(yè)務(wù)人員的同時操作，且有效地保證數(shù)據(jù)一致性和管理訪問權(quán)限。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取[16]，維護(hù)測試評估業(yè)務(wù)涉及的各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，提供數(shù)據(jù)備份、存檔和安全機(jī)制，為整個系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源的保障[17]。系統(tǒng)使用適用于“對象”和“關(guān)系”O(jiān)racle數(shù)據(jù)庫[18]，分為試驗數(shù)據(jù)庫和支撐數(shù)據(jù)庫，包括設(shè)備觀測試驗原始數(shù)據(jù)(txt、二進(jìn)制、流數(shù)據(jù)等多種類型)、解析后的Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、計算處理后數(shù)據(jù)和圖形、CIMISS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典、系統(tǒng)信息和用戶信息數(shù)據(jù)等。

(2)基礎(chǔ)服務(wù)層是上層業(yè)務(wù)需求和下層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理之間的橋梁。將通用能力抽象為服務(wù)，對外提供統(tǒng)一的原子化接口，通過靈活地組合這些原子化接口，滿足上層業(yè)務(wù)需求的變化，實現(xiàn)能力的復(fù)用以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。同時為應(yīng)用與數(shù)據(jù)存儲之間提供有效隔離，數(shù)據(jù)庫的分庫分表在此處進(jìn)行接口實現(xiàn)，保證對上層應(yīng)用透明，降低上層服務(wù)實現(xiàn)的復(fù)雜度。本層具體實現(xiàn)的服務(wù)包括數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、消息服務(wù)和云服務(wù)，可為特殊格式的數(shù)據(jù)做解析輔助和預(yù)處理、為業(yè)務(wù)處理和與外系統(tǒng)的連接提供數(shù)據(jù)接口、為系統(tǒng)提供上通下聯(lián)的消息服務(wù)以及為系統(tǒng)提供地圖、云服務(wù)接口等。

(3)業(yè)務(wù)處理層負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的處理、邏輯性數(shù)據(jù)生成、處理及轉(zhuǎn)換[19]。業(yè)務(wù)處理層是系統(tǒng)的核心，使用面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的思想進(jìn)行組件化設(shè)計，將應(yīng)用程序的不同功能單元(稱為服務(wù))進(jìn)行拆分，并通過服務(wù)定義接口和協(xié)議。接口采用中立的方式進(jìn)行定義，獨(dú)立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，使構(gòu)件在各類系統(tǒng)中的服務(wù)得以統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，達(dá)到功能模塊之間的解耦，提供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活度。本層設(shè)計實現(xiàn)的服務(wù)模塊包括數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)存儲分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)計算、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計和圖形化處理和測評報告關(guān)聯(lián)處理等核心業(yè)務(wù)處理。

(4)用戶層是系統(tǒng)架構(gòu)的頂層，通過瀏覽器與用戶進(jìn)行交互，通過各種功能組件，協(xié)同完成邏輯應(yīng)用，將業(yè)務(wù)處理層的內(nèi)容展示給用戶進(jìn)行應(yīng)用。由于前序各層級的實現(xiàn)，用戶層主要完成界面、交互與展示等功能。系統(tǒng)綜合應(yīng)用Web、API、JavaScript等技術(shù)實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)的前端展示，以及前端界面與用戶的交互。同時，充分使用ECharts等成熟的開源控件庫，提高展示效果。

1.3 功能實現(xiàn)

Spring框架提供了構(gòu)建Web應(yīng)用程序的全功能MVC(Model代表模型、View代表視圖、Controller代表控制器)模塊，是MVC架構(gòu)模式的提煉和升華。系統(tǒng)基于Spring MVC的框架進(jìn)行實現(xiàn)，開發(fā)語言工具為Java。Spring MVC框架模式將邏輯、界面和數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，使代碼組織結(jié)構(gòu)更加清晰明了，同時繼承了Spring框架的特點，減少了系統(tǒng)研發(fā)成本和內(nèi)耗，并提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整體性。使用MVC設(shè)計模式，加入SOA(面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu))設(shè)計，基于成熟的Java中間件技術(shù)有效地解決業(yè)務(wù)模塊擴(kuò)展的問題，同時各業(yè)務(wù)模塊可采用相同規(guī)范的技術(shù)接口實現(xiàn)模塊插拔[20]，并可根據(jù)測試評估與試驗業(yè)務(wù)特點進(jìn)行適應(yīng)性的改進(jìn)。

(1)流程管理。流程管理是對某項測試評估的過程管理，包括對測試評估過程中各環(huán)節(jié)的個性化設(shè)置和對每個環(huán)節(jié)的具體信息的管理，可以增加、刪除、分級設(shè)置過程環(huán)節(jié)，以及開啟流程、查看進(jìn)度、上傳或下載過程文檔。

(2)數(shù)據(jù)配置。以配置方式對測試評估的項目信息、場地信息、設(shè)備(及生產(chǎn)廠家)信息、評估組人員信息、設(shè)備試驗數(shù)據(jù)、比對標(biāo)準(zhǔn)器信息及其觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行命名、類型、字段和單位等配置，并預(yù)設(shè)試驗數(shù)據(jù)分析計算所需的參數(shù)。

(3)設(shè)備運(yùn)行及狀態(tài)管理。對測試評估過程中參試設(shè)備安裝的場地信息及其變化情況進(jìn)行記錄和查詢、對設(shè)備故障和維修維護(hù)信息進(jìn)行記錄和查詢、對設(shè)備實時運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和報警、對設(shè)備運(yùn)行過程中監(jiān)控狀態(tài)的歷史統(tǒng)計和查詢，實現(xiàn)對設(shè)備在整個測試評估過程中運(yùn)行狀態(tài)全程管理，用于后期對設(shè)備性能的綜合分析。

(4)專家分析計算。對于入庫的參試設(shè)備的觀測試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的質(zhì)量控制，包括野值、粗大值剔除和正態(tài)分布評估，按照測試評估方法[21]進(jìn)行統(tǒng)計計算和分析，重點實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性、一致性、穩(wěn)定性、可靠性和可比較性(以下簡稱“六性”)的計算和設(shè)備性能分析評估，可自由設(shè)置不同時間段、不同設(shè)備、不同觀測要素、不同計算類型的隨機(jī)組合分析計算，歷次計算結(jié)果可查詢顯示。

(5)數(shù)據(jù)查詢顯示。對于測試評估參試設(shè)備的信息、原始觀測數(shù)據(jù)、比對標(biāo)準(zhǔn)器觀測數(shù)據(jù)、質(zhì)控后數(shù)據(jù)、“六性”計算處理后的數(shù)據(jù)均可以查詢和圖形顯示，查詢條件包括觀測時間、觀測地點、選擇設(shè)備、觀測要素等，可實現(xiàn)同一場測試評估內(nèi)不同參試設(shè)備相同觀測要素數(shù)值、同一場測試評估內(nèi)某一參試設(shè)備多個觀測要素數(shù)值以及不同場次測試評估不同參試設(shè)備的同一要素的對比查詢和折線圖形顯示。對于“六性”計算后的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以查看統(tǒng)計計算時間段內(nèi)原始觀測數(shù)據(jù)、差值、系統(tǒng)誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差和允許誤差等折線圖形顯示。

(6)測評報告生成導(dǎo)出。邏輯關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)配置和專家分析計算模塊，將測試評估信息和分析計算結(jié)果直接帶入測評報告模板，自動生成和插入文字和圖片，同時支持人機(jī)交互編輯修正，靈活增減報告的各模塊內(nèi)容[22]，導(dǎo)出底層帶有測試單位水印的測評報告。測評報告的相關(guān)附件文檔，也可導(dǎo)入系統(tǒng)存檔及帶水印導(dǎo)出，實現(xiàn)報告的統(tǒng)一規(guī)范管理。

(7)系統(tǒng)管理。包括系統(tǒng)底層地圖管理、用戶權(quán)限管理、登錄、注銷、試驗觸發(fā)和終止、日志管理、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、配套終端APP啟停等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)配置

不同于綜合氣象觀測業(yè)務(wù)在用設(shè)備的型號和觀測數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一規(guī)整，測試與試驗的參試設(shè)備均為業(yè)務(wù)應(yīng)用前尚未定制規(guī)格型號的新型設(shè)備，系統(tǒng)需要涵蓋多個測試評估項目，每個項目中包含的參試設(shè)備類型、采集要素、試驗觀測數(shù)據(jù)格式(頻次)繁多且各異，甚至同一類型的設(shè)備不同測試階段所采集的數(shù)據(jù)要素和格式也不完全相同。為了突破關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中每類設(shè)備需要單獨(dú)設(shè)計一張對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表的常規(guī)方法，保證新增測試評估項目時數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表之間的數(shù)據(jù)通用和直接比較，以支撐后續(xù)的數(shù)據(jù)對比和專家分析計算功能，提出了一種采用靈活配置的方式、適配多類觀測數(shù)據(jù)存儲的統(tǒng)一數(shù)據(jù)表方案。

試驗觀測數(shù)據(jù)的類型一般分為整型、浮點型、日期時間型、字符串型四種，針對不同的測試評估項目設(shè)計相同的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，在每個觀測數(shù)據(jù)庫表中先預(yù)設(shè)多組此四類數(shù)據(jù)的字段，統(tǒng)一命名，如整型字段為A01…An，浮點型字段為B01…Bn，以此類推，用于存儲試驗氣象觀測數(shù)據(jù)。再設(shè)計物理意義記錄表，存儲觀測數(shù)據(jù)表中設(shè)備觀測要素在對應(yīng)字段的物理意義，因此同一字段在不同的測試評估項目中存儲的數(shù)據(jù)類型雖然一樣，其物理意義卻各不相同，如表1所示，自動站的氣溫數(shù)據(jù)和超聲測風(fēng)儀的風(fēng)速數(shù)據(jù)均為浮點型數(shù)據(jù)，均存儲于統(tǒng)一觀測數(shù)據(jù)表中的B01字段，但通過物理意義表的對應(yīng)記錄可以映射獲知B01在自動站測試評估數(shù)據(jù)中表示氣溫，而在超聲測風(fēng)試驗數(shù)據(jù)中表示風(fēng)速。如此，以雙表配合且觀測要素數(shù)值和物理意義分離的方式，分別保存于兩個對應(yīng)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫表中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲內(nèi)容的靈活可配，滿足種類繁多的試驗觀測數(shù)據(jù)的兼容性存儲[15]，以及后續(xù)的數(shù)據(jù)解析入庫。根據(jù)上述數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案在系統(tǒng)功能中增加了數(shù)據(jù)配置模塊，可對每個測試評估項目內(nèi)的項目信息、場地信息、設(shè)備(及生產(chǎn)廠家)信息、評估組人員信息、比對標(biāo)準(zhǔn)器信息、試驗觀測數(shù)據(jù)的名稱、類型、字段和單位等進(jìn)行配置。

2.2 數(shù)據(jù)解析入庫

如何處理多樣的、未來不確定的數(shù)據(jù)格式的解析入庫是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，系統(tǒng)采用模板方式為主、本地程序升級為輔的數(shù)據(jù)解析方案。通過梳理分析地面新型自動站、大氣電場儀、天氣現(xiàn)象儀、超聲波測風(fēng)儀、熱點式數(shù)字輻射表、雪深觀測儀、雨滴譜儀、地基微波輻射計等27類觀測設(shè)備的數(shù)據(jù)格式，提取數(shù)據(jù)文件格式模板。最終將數(shù)據(jù)文件格式類型分為：固定長度、特殊符號分割和模板配置3類。結(jié)合表1所列不同類型數(shù)據(jù)文件解析的示例說明如下：①固定長度類適用于數(shù)據(jù)文件中每個觀測要素數(shù)據(jù)所占字節(jié)長度確定(或一致)的情況，如自動站數(shù)據(jù)觀測記錄的總長度固定為250個字節(jié)(byte)，每個觀測要素所占字節(jié)數(shù)也固定，如氣溫出現(xiàn)在第65～68位占4字節(jié)，相對濕度占據(jù)第85～88位，解析時只需在指定位置上讀取對應(yīng)要素數(shù)據(jù)；②特殊符號分割類適用于數(shù)據(jù)文件使用諸如斜杠、逗號等特殊符號進(jìn)行字段分隔的情況，如超聲測風(fēng)儀數(shù)據(jù)，每條觀測數(shù)據(jù)主體包括5個要素數(shù)據(jù)，中間以逗號分隔，解析時先對數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分割，再讀取對應(yīng)的要素數(shù)據(jù)；③模板配置類適用于數(shù)據(jù)文件格式符合既定的地面觀測數(shù)據(jù)字典要求的情況，如數(shù)字輻射表數(shù)據(jù)，每條記錄以BG開始ED結(jié)束，觀測數(shù)值之前加入該觀測要素的英文縮寫，并以逗號分隔，解析時先對數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分割，跳過英文縮寫字段，再通過模板配置讀取對應(yīng)的要素數(shù)據(jù)。對于非上述的特殊數(shù)據(jù)格式，如二進(jìn)制、流數(shù)據(jù)、譜數(shù)據(jù)等，針對性地開發(fā)本地適應(yīng)性程序先格式轉(zhuǎn)換，再解析處理與入庫。

表1 數(shù)據(jù)文件解析模板示例

解析過程中，傳統(tǒng)的單線程操作方式效率較低，故設(shè)計使用多線程方式保證解析過程的穩(wěn)定、高效[23]，包括主線程、讀寫線程、解析線程以及入庫線程，主線程主要進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的預(yù)處理及掃描定時器的設(shè)定，啟動讀寫線程進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的讀取、文件辨別和文件分類，分類完畢后進(jìn)入解析線程提取文件各個要素值，再調(diào)用入庫線程編寫保存日志，最終將結(jié)果逐級傳遞至主線程，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)解析入庫線程時序

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化計算評估

氣象觀測設(shè)備的測試評估與試驗需要首先對試驗過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實時獲取、解析及入庫管理，然后對入庫后的規(guī)格化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析處理，獲取其性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的極值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計特征值[24]，依據(jù)統(tǒng)計處理的結(jié)果，對設(shè)備的六性進(jìn)行系統(tǒng)性評估。系統(tǒng)建設(shè)參照了氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、并制定了大量的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)規(guī)范和管理規(guī)范[2、4、21、25]，數(shù)據(jù)計算處理和分析功能嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)，包括了數(shù)據(jù)預(yù)處理和六性的全部計算以及評估判據(jù)、判定方法[4、21]。圖3給出了系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)的六性計算和評估的標(biāo)準(zhǔn)化流程，其中穩(wěn)定性計算分為靜態(tài)測試法和現(xiàn)場比對法兩種，二者取一即可，由穩(wěn)定性指標(biāo)或允許誤差限判定穩(wěn)定性是否合格；可靠性的計算分為定性判斷和定量估計，無論最終可靠性判定是否為合格，均需計算出MTBF的置信區(qū)間限值；準(zhǔn)確性、一致性、可比較性和穩(wěn)定性(現(xiàn)場比對法)是否達(dá)標(biāo)，根據(jù)測試評估方案中要求的判定標(biāo)準(zhǔn)來確定。自此改變了地面氣象觀測設(shè)備測試評估方法非規(guī)范化、非標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀，并在系統(tǒng)中實現(xiàn)了六性計算的自動化和信息化。

圖3 評估計算標(biāo)準(zhǔn)化流程

2.4 動態(tài)計算和顯示

系統(tǒng)使用動態(tài)計算的方式保證測試評估過程中對已收集的試驗觀測數(shù)據(jù)的階段性計算處理，可選擇確定測試評估項目、觀測時間段、既定觀測要素、計算類別進(jìn)行有針對性的“六性”計算，且計算結(jié)果也可前端動態(tài)顯示，根據(jù)既定選擇動態(tài)調(diào)整輸出。有別于后臺計算固定輸出的傳統(tǒng)功能實現(xiàn)，使用上述方式需要在數(shù)據(jù)檢索、提取、計算、圖形顯示等方面具備極優(yōu)化的特性，系統(tǒng)使用ECharts控件實現(xiàn)可視化展示，其依托ZRender、ClayGL等基礎(chǔ)庫進(jìn)行實現(xiàn)，具有靈活度高、可定制等優(yōu)點，能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)行的速度和效率要求。對于任一數(shù)據(jù)，能夠?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行唯一標(biāo)識所需的最少屬性稱為該數(shù)據(jù)的檢索維度[26]。目前常規(guī)地面氣象觀測設(shè)備試驗數(shù)據(jù)的檢索維度為2維或3維，因此圖形動態(tài)顯示以折線圖展示為主。

3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

系統(tǒng)建成后各項功能已試用于近年來的測試評估與試驗業(yè)務(wù)，在超大城市綜合觀測試驗、數(shù)字輻射表、數(shù)字日照計[5]、地面觀測硬件集成處理器等測試、試驗的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、試驗流程管理等方面發(fā)揮作用。以2018年11月4日至2019年4月10日于內(nèi)蒙古錫林浩特、新疆阿勒泰開展的某廠家某型號雪深觀測儀測試評估為例，該測試評估以人工觀測積雪深度值為對比參考標(biāo)準(zhǔn)，將參試雪深觀測儀的觀測數(shù)據(jù)與其進(jìn)行對比分析，對設(shè)備的數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性、設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性等指標(biāo)進(jìn)行評估，表2列出了該場測試評估的基本信息。該場測試評估的所有信息文檔與過程管理、數(shù)據(jù)計算分析、測評報告生成導(dǎo)出均在系統(tǒng)中得以實現(xiàn)。圖4給出了雪深觀測儀外場測試系統(tǒng)部分功能：設(shè)備歷史狀態(tài)查詢顯示(圖4a)、試驗數(shù)據(jù)配置(圖4b)、試驗數(shù)據(jù)查詢顯示(圖4c)和手動剔除問題試驗數(shù)據(jù)(圖4d)。

表2 雪深觀測儀測試評估基本信息

圖4 雪深觀測儀測試評估在系統(tǒng)中的實現(xiàn)展示:(a)設(shè)備歷史狀態(tài)查詢顯示,(b)試驗數(shù)據(jù)配置,(c)數(shù)據(jù)查詢顯示,(d)手動剔除數(shù)據(jù)

由于測試期間錫林浩特的降雪異常偏少，故僅對阿勒泰的兩臺設(shè)備依據(jù)《自動雪深觀測儀功能需求書(試驗版)》[27]的指標(biāo)要求進(jìn)行了數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性、設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性評估。經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)3δ剔除后，阿勒泰1和阿勒泰2的有效樣本數(shù)分別為425個和490個，系統(tǒng)計算的系統(tǒng)誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差分別與人工計算結(jié)果比對情況基本一致(表3)，完整性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性綜合評估均滿足指標(biāo)要求，與人工評估結(jié)論一致。

表3 阿勒泰兩臺參試設(shè)備計算結(jié)果對比

使用系統(tǒng)的專家分析計算功能，能夠設(shè)置不同的計算條件和參數(shù)分別進(jìn)行多種分析計算，計算效率明顯優(yōu)于人工計算，且計算結(jié)果可以圖表形式展示，如圖5給出其中一臺參試設(shè)備完整性和準(zhǔn)確性的圖形展示。測試評估計算結(jié)果可直接關(guān)聯(lián)至測試報告生成導(dǎo)出模塊，人機(jī)交互手動編輯報告封面、測試評估基本信息填報，并導(dǎo)出攜帶試驗基地指定水印的完整的測評報告，同時提供報告管理功能用于查詢歷史測評報告。

圖5 參試設(shè)備完整性和準(zhǔn)確性的圖形展示:(a)完整性,(b)準(zhǔn)確性

4 結(jié)論

作為氣象觀測設(shè)備測試評估與試驗業(yè)務(wù)的工作平臺，系統(tǒng)以該業(yè)務(wù)流程管理和核心技術(shù)實現(xiàn)為主要內(nèi)容，通過靈活配置的方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程、試驗數(shù)據(jù)、設(shè)備場地等信息的管理，通過規(guī)范測試評估方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過動態(tài)插件的方式實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、圖形顯示、報告生成等功能，系統(tǒng)實現(xiàn)了測試評估與試驗業(yè)務(wù)的規(guī)范管理，同時提高了信息化水平。

以地面氣象觀測設(shè)備測試與試驗系統(tǒng)的實現(xiàn)為基礎(chǔ)，后期將繼續(xù)規(guī)范探空、天氣雷達(dá)、地基遙感類觀測設(shè)備的測試評估與試驗業(yè)務(wù)，建立相應(yīng)的測試評估業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及綜合性測試與試驗系統(tǒng)的整合建設(shè)。