農(nóng)業(yè)氣象測報(bào)工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)分析

羅錦華，劉 暢，劉 堯

（盤錦市氣象局，遼寧盤錦 124010）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展對農(nóng)業(yè)氣象測報(bào)精度與業(yè)務(wù)人員服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，通過獲取不同基層觀測臺站的業(yè)務(wù)人員工作基數(shù)進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行對接，能夠?yàn)闃I(yè)務(wù)質(zhì)量考核與評價(jià)提供重要參考依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)類型與具體內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)流框架的設(shè)計(jì)，包含以下4 個層級：1）數(shù)據(jù)源層，包含農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)、遙感系統(tǒng)（RS）數(shù)據(jù)、觀測基數(shù)參數(shù)及基數(shù)報(bào)表電子模板等數(shù)據(jù)及文件；2）模型方法層，設(shè)有數(shù)據(jù)訪問接口、統(tǒng)計(jì)分析算法模型、基數(shù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表組件等模塊；3）數(shù)據(jù)分析層，支持工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)分析、專題圖/報(bào)表制作；4）目標(biāo)用戶層，由各基層臺站業(yè)務(wù)人員、管理人員及省市級管理人員組成。

基于層間相互協(xié)作、層內(nèi)自主處理原則進(jìn)行系統(tǒng)邏輯架構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要劃分為以下4 個層級：1）基礎(chǔ)層，用于提供軟件設(shè)計(jì)與運(yùn)行的平臺環(huán)境，包含.Net 框架開發(fā)包、Oracle/SQL Server/MySQL 數(shù)據(jù)庫、ArcGIS Engine組件及桌面控件等；2）數(shù)據(jù)層，用于完成數(shù)據(jù)存儲與分類管理，將不同類型農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)與工作基數(shù)分別存儲在主數(shù)據(jù)、臨時數(shù)據(jù)、運(yùn)行管理及業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)等不同存儲區(qū)；3）組件層，用于提供基礎(chǔ)功能性操作、供各系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊的調(diào)用，可依據(jù)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)、專業(yè)算法、空間分析及數(shù)據(jù)訪問等不同基礎(chǔ)類庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能；4）應(yīng)用層，用于與用戶建立業(yè)務(wù)層面的直接交互，提供農(nóng)業(yè)氣象測報(bào)數(shù)據(jù)、工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果、業(yè)務(wù)人員考核結(jié)果查詢等應(yīng)用服務(wù)。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

1.2.1 插件框架技術(shù)

該技術(shù)主要利用插件進(jìn)行信息配置，遵循相關(guān)規(guī)范添加程序集，用于描述、定義插件信息，輔助主程序?qū)崿F(xiàn)對插件的動態(tài)加載［1］。針對插件結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行細(xì)分，包括以下4 個部分：1）應(yīng)用程序框架，負(fù)責(zé)提供插件調(diào)用接口，根據(jù)工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)需要進(jìn)行插件的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)具體功能；2）資源庫，對所有插件應(yīng)用程序進(jìn)行集中管理，輔助插件業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)；3）公共函數(shù)庫，配置動態(tài)鏈接庫DLL，支持調(diào)用插件及應(yīng)用程序框架；4）插件規(guī)范，基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行插件接口、插件調(diào)用環(huán)節(jié)的約束條件設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)基于C#進(jìn)行插件式框架的開發(fā)，利用該插件完成農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)等子系統(tǒng)的開發(fā)，在主界面窗口完成各插件、菜單欄、狀態(tài)欄的加載與顯示，用戶可利用插件執(zhí)行具體操作，并且基于統(tǒng)一接口規(guī)范進(jìn)行協(xié)作與復(fù)用，保證系統(tǒng)使用與界面顯示效果的一致性。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

該系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與分析，依照時間序列進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)分析，采用多種存儲方式匯集不同主體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，支持Oracle、SQL Server及MySQL 三種類型的數(shù)據(jù)庫，配合數(shù)據(jù)分區(qū)、冷熱備份等技術(shù)手段作為支撐。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)中主要包含以下2 種數(shù)據(jù)庫。

1）農(nóng)業(yè)氣象觀測資料庫。該數(shù)據(jù)庫由農(nóng)業(yè)氣象站點(diǎn)索引表.mbd、農(nóng)作物生育情況.mbd、土壤水分狀況與類型.mbd、自然物候特征.mbd 及畜牧氣象.mbd 共5 種數(shù)據(jù)庫文件組成，在各數(shù)據(jù)庫內(nèi)包含若干數(shù)據(jù)表，涵蓋農(nóng)業(yè)氣象觀測信息［2］。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需結(jié)合不同觀測數(shù)據(jù)庫類型與內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)要素字段的定義，并保留通用字段，完成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以農(nóng)作物生育情況觀測數(shù)據(jù)庫為例，“ID”通用字段的類型為長整型，精度為32 Bit，實(shí)行自動編號；“記錄表編碼”類型為文本，精度為13 字符，有索引，非空；“讀取狀態(tài)”類型為邏輯，精度為4 Bit，需編輯狀態(tài)；“修改次數(shù)”類型為長整型，精度為32 Bit；“首次修改時間”“最后修改時間”類型均為日期/時間，表現(xiàn)為yyyy-MM-dd hh:mm:ss 形式。

2）測報(bào)工作基數(shù)參數(shù)庫。該數(shù)據(jù)庫包含觀測工作基數(shù)、軟件基數(shù)等項(xiàng)目，用于存儲相關(guān)參數(shù)配置結(jié)果，為日常氣象測報(bào)業(yè)務(wù)管理工作提供數(shù)據(jù)支持。以觀測基數(shù)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，“觀測類型”屬于文本，精度為20 字符，有索引，非空；“項(xiàng)目名稱”“數(shù)據(jù)表”均屬于文本，精度為100 字符，有索引，非空；“查重字段列表”“分析字段列表”均為文本，精度為255 字符，非空；“基數(shù)”屬于雙精度，精度為64 Bit。在工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)分析上，基于SQL 查詢命令進(jìn)行工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)，面向不同類型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)配置，調(diào)用相應(yīng)參數(shù)與表格進(jìn)行分析控制，便于適應(yīng)業(yè)務(wù)變革需要進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展［3］。以遼寧省2020 年冬小麥發(fā)育期的氣象觀測基數(shù)統(tǒng)計(jì)分析為例，將分析代碼設(shè)計(jì)為：

基于上述過程完成2020 年冬小麥發(fā)育期內(nèi)觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，判斷數(shù)據(jù)輸入、存儲環(huán)節(jié)的有效次數(shù)，對照基礎(chǔ)分?jǐn)?shù)合算結(jié)果進(jìn)行觀測基數(shù)的計(jì)算與分析。

1.3 功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù)涉及農(nóng)作物、土壤水分、自然物候及畜牧等項(xiàng)目內(nèi)容，在軟件業(yè)務(wù)范圍逐漸拓展的背景下，還囊括農(nóng)氣測報(bào)軟件的應(yīng)用、月統(tǒng)計(jì)報(bào)表制作等業(yè)務(wù)內(nèi)容，對軟件系統(tǒng)及功能模塊設(shè)計(jì)提出更高要求。在軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)上，主要劃分為以下5 個項(xiàng)目類型：1）農(nóng)氣測報(bào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含觀測基數(shù)、農(nóng)氣報(bào)表基數(shù)、農(nóng)氣觀測錯情、農(nóng)氣月/年報(bào)表等統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目；2）農(nóng)氣軟件應(yīng)用項(xiàng)目，由基數(shù)統(tǒng)計(jì)、錯情統(tǒng)計(jì)、報(bào)表制作3 個模塊組成；3）土壤水分自動測報(bào)項(xiàng)目，包含測報(bào)結(jié)果、質(zhì)量考核情況等內(nèi)容；4）三表合計(jì)報(bào)表項(xiàng)目，由月報(bào)表、年報(bào)表2 大類組成；5）系統(tǒng)管理模塊，包含用戶賬號信息、工作臺賬記錄與維護(hù)等。在系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)上，采用Windows XP 操作系統(tǒng)、基于C#語言、選用Microsoft Visual Studio 2010 工具進(jìn)行軟件開發(fā)，利用Access 組件支持?jǐn)?shù)據(jù)庫管理，將觀測數(shù)據(jù)、工作基數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果以.xls報(bào)表格式導(dǎo)出。

2 應(yīng)用效果評價(jià)

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用

在系統(tǒng)實(shí)際操作環(huán)節(jié)，進(jìn)入系統(tǒng)后雙擊界面、打開觀測模塊的窗口，以農(nóng)業(yè)氣象作物觀測模塊為例，程序自動讀取指定月份的農(nóng)氣作物觀測信息，根據(jù)農(nóng)氣臺站選定觀測員，錄入觀測員在相應(yīng)子項(xiàng)上的觀測次數(shù)，由系統(tǒng)程序自動統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，將基數(shù)標(biāo)準(zhǔn)與觀測次數(shù)相乘獲取到基數(shù)小計(jì)結(jié)果，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果保存［4］。同時，當(dāng)切換觀測月份或觀測員時，系統(tǒng)將自動切換觀測基數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將各模塊基數(shù)匯總即可獲得工作基數(shù)合計(jì)結(jié)果，為質(zhì)量考核提供參考依據(jù)。例如，在農(nóng)氣觀測錯情模塊的統(tǒng)計(jì)分析上，可將其劃分為責(zé)任性、漏測、觀測等具體類型，在各類型中包含若干分項(xiàng)，將錯情標(biāo)準(zhǔn)與錯情次數(shù)相乘獲取到錯情小計(jì)結(jié)果。由觀測人員在系統(tǒng)界面相應(yīng)位置輸入錯情數(shù)量，系統(tǒng)將自動運(yùn)行相應(yīng)程序算法進(jìn)行錯情統(tǒng)計(jì)，并生成月度、年度報(bào)表，為質(zhì)量考核提供資料。通過在界面工具欄中點(diǎn)擊檢索模塊，即可生成相應(yīng)臺站中各觀測人員的年度質(zhì)量報(bào)表，對照質(zhì)量考核表進(jìn)行質(zhì)量基數(shù)梳理與統(tǒng)計(jì)，有效提升質(zhì)量考核工作效率。

2.2 效果分析

將該系統(tǒng)應(yīng)用于遼寧省氣象局進(jìn)行觀測人員工作基數(shù)與軟件操作基數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，獲取遼寧省水稻、玉米、大豆及高粱等農(nóng)作物的生育狀況、土壤水分、自然物候及畜牧氣象等觀測記錄，利用軟件操作分別對上述工作基數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與觀測人員手工測算的觀測基數(shù)進(jìn)行比較分析［5］。該系統(tǒng)經(jīng)由統(tǒng)計(jì)分析后自動生成遼寧省2020 年3 月軟件操作基數(shù)和全站年度農(nóng)氣軟件操作基數(shù)，與觀測基數(shù)、觀測人員測算結(jié)果保持一致，說明該系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果具備較高的準(zhǔn)確度，能夠?yàn)檗r(nóng)氣業(yè)務(wù)觀測質(zhì)量評估提供重要參考依據(jù)。

3 結(jié)語

當(dāng)前由國家氣象中心開發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象測報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件已于全國各省市實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，為農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供平臺支持。通過從現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中獲取相關(guān)觀測數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)執(zhí)行信息，能夠有效提升數(shù)據(jù)核算環(huán)節(jié)的工作效率，實(shí)現(xiàn)對觀測業(yè)務(wù)工作量、觀測質(zhì)量的精確反饋，為農(nóng)氣業(yè)務(wù)質(zhì)量考核提供輔助平臺支持。