基于Web的邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

于 希，趙 晉，肖 麗，袁 微，郭春輝

(1.綏寧縣氣象局，邵陽 422617；2.肇慶市氣象局，肇慶 526060)

0 引言

新一代多普勒天氣雷達(dá)可用于及時(shí)監(jiān)測(cè)暴雨、冰雹等惡劣天氣，尤其是天氣雷達(dá)組網(wǎng)的形成，使短時(shí)臨近預(yù)報(bào)及定量估測(cè)降水等方面的工作效率有了很大的提高[1-4]。湖南省先后建設(shè)了多部單偏振天氣雷達(dá)和雙偏振天氣雷達(dá)，利用雷達(dá)觀測(cè)天氣得到前所未有的發(fā)展，雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)日益密集的同時(shí)對(duì)雷達(dá)資料的管理和有效利用也有了更高的要求。因此創(chuàng)建一套雙偏振天氣基數(shù)據(jù)管理及雷達(dá)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)尤為重要。王恕[5]等根據(jù)沈陽氣象局實(shí)際業(yè)務(wù)工作開發(fā)了實(shí)時(shí)氣象資料管理系統(tǒng)，以磁盤陣列和光盤為主要存儲(chǔ)方式，自動(dòng)分類數(shù)據(jù)，自動(dòng)刻錄控制和多樣化的檢索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氣象資料的自動(dòng)存儲(chǔ)與管理；孫靜[6]利用多年從事雷達(dá)資料管理方面的經(jīng)驗(yàn)，分享了多普勒雷達(dá)資料管理方法和光盤刻錄的準(zhǔn)確性；楊有林[7]等使用云端技術(shù)建立了寧夏氣象數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，從而提高了數(shù)據(jù)利用率和氣象聯(lián)防能力；姜小云[8]等針對(duì)海南雷達(dá)的業(yè)務(wù)工作，開發(fā)了多個(gè)小軟件完成雷達(dá)基數(shù)據(jù)的管理和個(gè)例整編，為數(shù)據(jù)共享提供了便捷；杜言霞[9]等針對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，使雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量得到了改善，為數(shù)據(jù)的二次開發(fā)和數(shù)據(jù)共享打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了促進(jìn)邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高效管理，邵陽市氣象局利用NAS存儲(chǔ)架構(gòu)、批處理改名及自動(dòng)壓縮技術(shù)、數(shù)據(jù)批量下載等技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Web的邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能完成基數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)及天氣個(gè)例數(shù)據(jù)的整編，同時(shí)為了使預(yù)報(bào)員和相關(guān)科研人員能更加便捷地獲取雷達(dá)資料，還提供了歷史數(shù)據(jù)和個(gè)例數(shù)據(jù)的查詢與下載等功能。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于Web的邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成。模塊1是完成數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)，利用ROSE自帶FTP功能實(shí)時(shí)將雷達(dá)數(shù)據(jù)分發(fā)至NAS服務(wù)器；模塊2是完成天氣個(gè)例數(shù)據(jù)的整編；模塊3是針對(duì)雙偏振天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)和天氣雷達(dá)個(gè)例整編兩類數(shù)據(jù)的在線查詢與下載。模塊3主要分為4層[10]：第1層為采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，模塊1和模塊2完成了此項(xiàng)任務(wù)；第2層是業(yè)務(wù)邏輯層，主要完成應(yīng)用服務(wù)層的需求向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變的邏輯轉(zhuǎn)變功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的調(diào)用；第3層是數(shù)據(jù)緩存層，主要將數(shù)據(jù)緩存在服務(wù)器端，避免多用戶重復(fù)訪問造成服務(wù)器癱瘓；第4層是應(yīng)用服務(wù)層，采用HTML5技術(shù)提供速度更快的下載服務(wù)，方便用戶下載大量的數(shù)據(jù)。開發(fā)工具使用VS2019和DOS等，網(wǎng)頁開發(fā)過程中對(duì)界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行嚴(yán)格管理和測(cè)試，確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性[11，12]。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

文章通過對(duì)邵陽市縣兩級(jí)氣象局的日常工作需求進(jìn)行分析，確立邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能模塊主要包含雷達(dá)數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、雷達(dá)個(gè)例數(shù)據(jù)整編、基數(shù)據(jù)及個(gè)例數(shù)據(jù)的查詢與下載等功能。

2.1 雷達(dá)數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)

天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)采集單元RDA采集數(shù)據(jù)并生成基數(shù)據(jù)，然后分發(fā)給產(chǎn)品生成單位RPG，RPG將產(chǎn)品分發(fā)給PUP，基數(shù)據(jù)存放在RPG機(jī)的achive 2文件夾中。邵陽天氣雷達(dá)于2020年9月大修并升級(jí)為雙偏振天氣雷達(dá)，與之前的單偏振天氣雷達(dá)最大的區(qū)別是數(shù)據(jù)容量更大了?；鶖?shù)據(jù)容量由原來的9 M(壓縮后約1～2 M)升級(jí)至現(xiàn)在的36 M(壓縮后約4～5 M)左右。在RPG本機(jī)上已無法存放大量的基數(shù)據(jù)，故使用ROSE自帶的FTP傳輸功能將基數(shù)據(jù)發(fā)送至NAS服務(wù)器按年月日3級(jí)目錄存儲(chǔ)。NAS服務(wù)器有8塊硬盤，采用磁盤陣列框架，4塊硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，4塊硬盤用來備份，保障了數(shù)據(jù)的安全。

2.2 雷達(dá)個(gè)例數(shù)據(jù)整編

天氣雷達(dá)站每年都需要將上一年度發(fā)送的重大天氣過程進(jìn)行整編。整編內(nèi)容包含了發(fā)生災(zāi)害的時(shí)間段、地域范圍、天氣過程說明和雷達(dá)運(yùn)行情況等信息。其中工作量較大的就是對(duì)基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、狀態(tài)文件進(jìn)行改名壓縮處理過程。存在天氣過程的時(shí)間段內(nèi)有海量的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品文件，而且臺(tái)站存儲(chǔ)的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品文件名格式與個(gè)例整編的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品命名方式不一致，僅靠人工是無法完成的，邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使用批處理完成了文件自動(dòng)解壓、改名、壓縮等工作，然后按照中國氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司制定的《新一代天氣雷達(dá)災(zāi)害性天氣過程個(gè)例整編管理暫行規(guī)定》中的要求完成剩余內(nèi)容，最后分別刻錄光盤并送入NAS服務(wù)器存儲(chǔ)。

2.3 基數(shù)據(jù)及個(gè)例數(shù)據(jù)查詢與下載

常規(guī)基數(shù)據(jù)只能通過臺(tái)站與省信息中心利用ftp軟件或刻錄光盤的形式獲取，而且多數(shù)情況無法獲取，極大地限制了數(shù)據(jù)的共享性和開發(fā)利用價(jià)值。文章基于Web和H5技術(shù)開發(fā)了共享平臺(tái)，預(yù)報(bào)員和科研人員通過瀏覽器輸入內(nèi)網(wǎng)IP，驗(yàn)證身份即可在線按時(shí)間查詢和下載基數(shù)據(jù)、天氣個(gè)例數(shù)據(jù)等，無需安裝任何客戶端和插件，極大地提高了數(shù)據(jù)共享的便捷性。由于數(shù)據(jù)量大，基數(shù)據(jù)最多同時(shí)支持1 d的數(shù)據(jù)下載，個(gè)例數(shù)據(jù)可以按天氣過程描述、雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)說明、基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品等獨(dú)立下載。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)NAS環(huán)境的建設(shè)

雷達(dá)數(shù)據(jù)量較大且具有很高的時(shí)效性，為了滿足業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)構(gòu)建了NAS磁盤存儲(chǔ)陣列服務(wù)器。服務(wù)器由8塊2T硬盤組成超大容量存儲(chǔ)器，一半用來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一半用來備份數(shù)據(jù)。ROSE通過FTP協(xié)議實(shí)時(shí)將雷達(dá)基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品等數(shù)據(jù)傳輸至NAS服務(wù)器。NAS服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS協(xié)議實(shí)現(xiàn)文件訪問功能。NAS連接在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上，通過NAS專用的操作系統(tǒng)配置完成后，局域網(wǎng)內(nèi)的用戶可將NAS盤符網(wǎng)絡(luò)映射到本地。NAS可以映射到本地電腦，本地就會(huì)多出一個(gè)大容量的盤符。為保障數(shù)據(jù)高效傳輸和Web系統(tǒng)的及時(shí)交換，服務(wù)器采用LVS均衡提供并發(fā)處理，通過千兆交換機(jī)與內(nèi)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)高速可靠的通信。使用NAS簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)管理，提供了數(shù)據(jù)保護(hù)，而且容量易擴(kuò)展。

3.2 基于批處理改名及自動(dòng)壓縮技術(shù)

雷達(dá)數(shù)據(jù)量占用空間較大，且臺(tái)站存儲(chǔ)的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品與個(gè)例整編的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品命名方式不同，如果單靠人工是無法完成的。結(jié)合工作實(shí)際，該系統(tǒng)使用批處理完成了文件自動(dòng)解壓、改名、壓縮等一系列工作。DOS命令行為腳本語言，不需要另外下載編輯器，編寫方便，結(jié)合BZ2.EXE對(duì)文件進(jìn)行解壓、改名、壓縮等一系列操作，運(yùn)行速度較快。以雷達(dá)基數(shù)據(jù)整編為例，程序操作步驟如下：

1)bzip2-d-v *.bz2 //解壓所有基數(shù)據(jù)。

2)for/f %%i in(′dir/b ^|findstr...A′)do(//遍歷最新的雷達(dá)基數(shù)據(jù)文件

3)set time_str=%%i //獲取時(shí)間參數(shù)

4)set time_str = Z_RADR_I_Z9762_ ! time_str：～0，10 !! time_str：～11，2! 00_O_DOR_H_SA_VCP-21.bin.bz2//改名操作

5)bzip2-z-k-v %%i//調(diào)用bzip2.exe對(duì)改名后的基數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并刪除原始數(shù)據(jù))。

3.3 基于Web的批量基數(shù)據(jù)下載功能

常規(guī)基數(shù)據(jù)獲取方法只能通過臺(tái)站與省信息中心利用ftp軟件或刻錄光盤的形式獲取，極大地限制了數(shù)據(jù)的共享性。文章基于Web和H5技術(shù)開發(fā)了共享平臺(tái)，預(yù)報(bào)員和科研人員通過瀏覽器即可在線按時(shí)間查詢和下載基數(shù)據(jù)、天氣個(gè)例數(shù)據(jù)等。網(wǎng)頁文件下載主要使用的H5中a標(biāo)簽特有的download下載屬性，如：，點(diǎn)擊a標(biāo)簽即可完成常規(guī)數(shù)據(jù)下載。由于基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品均經(jīng)bz2.exe壓縮過，后綴均是“.bz2”，而bz2不是常規(guī)的壓縮工具，鏈接無法打開以“bz2”為后綴的文件，還需在IIS服務(wù)器中對(duì)應(yīng)網(wǎng)站的MIME支持的文件類型中增加application/x-bzip2才能完成數(shù)據(jù)下載。系統(tǒng)不僅支持單個(gè)文件下載還支持多個(gè)文件下載，可以手動(dòng)選擇多個(gè)文件，也可以點(diǎn)擊“全選”按鈕，最多同時(shí)選中240個(gè)a標(biāo)簽，通過鏈接依次下載，網(wǎng)頁下載基數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)共享的便捷性和使用靈活性。

4 結(jié)束語

為了促進(jìn)邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高效管理，提高數(shù)據(jù)共享效率，邵陽市氣象局利用NAS存儲(chǔ)架構(gòu)、批處理改名及自動(dòng)壓縮技術(shù)、數(shù)據(jù)批量下載等技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Web的邵陽天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)提高了雷達(dá)機(jī)務(wù)人員數(shù)據(jù)管理和個(gè)例整編的工作效率，減輕了工作壓力，為市縣兩級(jí)科研業(yè)務(wù)人員利用雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行天氣分析和科學(xué)研究提供了有效的數(shù)據(jù)保障。