區(qū)域自動站實時資料質量控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)

楊遠恒，卜英竹，田 蘭，汪 華

(貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

區(qū)域自動站實時資料質量控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)

楊遠恒，卜英竹，田 蘭，汪 華

(貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

為了實現(xiàn)貴州省區(qū)域自動站實時資料的質量控制，筆者開發(fā)了“區(qū)域自動站實時資料質量控制系統(tǒng)”，系統(tǒng)在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中設計開發(fā)。該文通過對系統(tǒng)需求的分析，重點闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能模塊和數(shù)據(jù)流程。系統(tǒng)投入使用后，初步建立了區(qū)域自動站實時資料的質量控制體系，為資料在預報服務上的應用提供了質量保障。

區(qū)域自動站;實時資料;質量控制

1 引言

隨著我省區(qū)域自動氣象站的建設，區(qū)域自動站從最初的幾百個臺站，到目前的上千個臺站，觀測網(wǎng)基本覆蓋了全省區(qū)域。區(qū)域自動站資料由于觀測密度大，填補了人工觀測的盲區(qū)，解決了無人地區(qū)氣象觀測資料缺乏的問題，同時實現(xiàn)逐小時資料的采集傳輸，因此為氣象預報、服務提供豐富的實況資料。但是，由于自動站觀測資料質量保障體系不同于人工觀測資料質量保障體系，在實際應用過程中，實時資料的質量問題就突顯出來，成為困擾日常業(yè)務服務的一個問題。為確保區(qū)域自動站實時資料的科學性、準確性，開展區(qū)域自動站實時資料質量控制工作十分必要。區(qū)域自動站實時資料質量控制系統(tǒng)，通過實時監(jiān)控區(qū)域自動站報文資料，采取氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質量控制方法對溫度要素進行質量控制，采取歷史極值檢查、空間一致性檢查和綜合決策檢查3種質量方法對雨量要素進行質量控制，對出現(xiàn)的異常資料進行報警提示，實現(xiàn)了區(qū)域自動站實時資料的質量控制，為資料在預報服務上的應用提供了質量保障。

2 系統(tǒng)需求分析

自我省的區(qū)域自動站建設以來，由于硬件本身設備或軟件系統(tǒng)的原因，常常出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)錯誤的問題，并且，未經(jīng)過質量控制的實時資料直接應用到了預報服務中，給預報服務帶來一定程度的影響。比如：由于溫度傳感器故障較嚴重造成采集到的溫度數(shù)據(jù)錯誤、由于雨量計被堵導致一些站長時間雨量值不準，或者由于自動站部分運行不穩(wěn)定，記錄缺測較多，等等。

根據(jù)業(yè)務現(xiàn)狀，區(qū)域自動站實時資料質量控制系統(tǒng)滿足以下幾方面的需求：

①能夠對采集到的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，第一時間對數(shù)據(jù)進行質量控制。

②能夠實現(xiàn)對溫度要素進行氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質量控制方法。

③能夠實現(xiàn)對雨量要素進行氣候極值檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查3種質量控制方法。

④能夠實現(xiàn)手動質量控制非實時數(shù)據(jù)的功能。能對一段時間之內(nèi)的非實時數(shù)據(jù)進行手動質量控制，以便能夠對數(shù)據(jù)進行進一步的分析應用。

⑤能夠實現(xiàn)日志顯示和疑誤數(shù)據(jù)報警功能。對實時數(shù)據(jù)的可疑值或者錯誤值進行報警提醒，以便于對資料的審核和原因排查。

3 系統(tǒng)設計與開發(fā)

3.1 系統(tǒng)功能結構設計

系統(tǒng)采用模塊化編程設計方式，在Visual C++環(huán)境下進行開發(fā)，運行在Windows操作系統(tǒng)平臺。本系統(tǒng)采用模塊化設計，主要包括7個功能模塊，每個模塊完成一個子功能，其顯著優(yōu)點是降低了系統(tǒng)的復雜性，使得系統(tǒng)更易于修改和實現(xiàn)，而且可以實現(xiàn)并行開發(fā)。系統(tǒng)功能如圖1所示。

氣候極值質控模塊：實現(xiàn)對溫度氣候極值的配置，得到氣候極值質控碼。

歷史極值質控模塊：實現(xiàn)對溫度、雨量歷史極值的配置，得到溫度、雨量的歷史極值質控碼。

時間一致性質控模塊：實現(xiàn)對溫度每小時內(nèi)時變參數(shù)的配置，得到溫度的時間一致性質控碼。

空間一致性質控模塊：采用空間回歸檢驗方法，實現(xiàn)對溫度、雨量的質量控制處理，得到空間一致性質控碼。

綜合決策質控模塊：通過綜合分析每種質控方法的質控碼，得到綜合的質控碼，實現(xiàn)對溫度、雨量的綜合決策質量控制。

實時監(jiān)控模塊：實現(xiàn)對報文目錄進行監(jiān)控，在接受到報文的第一時間內(nèi)進行質量控制，以提高質量控制的時效。

手動質控模塊：通過輸入需要進行質量控制的時次，實現(xiàn)手動進行報文的質量控制。

圖1 系統(tǒng)功能結構圖

3.2 數(shù)據(jù)流程設計

系統(tǒng)通過自動質控和手動質控兩種方式實現(xiàn)對資料的質量控制。其中，手動質控方式是對非實時的報文進行處理，實現(xiàn)了對任一時次的報文的質量控制。而自動質控方式是對采集的實時數(shù)據(jù)進行質量控制，其數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流程圖

系統(tǒng)通過實時監(jiān)控模塊監(jiān)控報文目錄，首先，當接收到一份報文時，及時對報文記錄進行保存，同時判斷要素是否缺測，如果缺測，則報警顯示缺測記錄。其次，對溫度要素進行氣候極值檢查，當超過氣候極值范圍時，直接報警顯示溫度氣候極值檢查錯誤值;然后進行歷史極值檢查和時間一致性檢查，并得到相應的質量控制碼;對雨量要素，直接進行歷史極值檢查。第三，進行空間一致性檢查時，如果報文是及時報文，則等待系統(tǒng)設定的時間進行統(tǒng)一的空間質控，得到相應的質量控制碼。如果是逾限報文，且是系統(tǒng)本時次的逾限報文，則增加保存到及時報文記錄列表中，并立刻對報文再次進行空間一致性檢查并得到新的質量控制碼。如果報文是上一個時次的逾限報文，則需要從實時數(shù)據(jù)庫中提取出該時次的報文記錄之后，對報文進行空間一致性檢查，再得到相應的質量控制碼。這樣既滿足了對及時報文的實時質控，同時也滿足了對逾限報文的實時質控。第四，當系統(tǒng)完成空間一致性檢查之后，通過獲得的每種質控方法的質量控制碼，進行綜合檢查，當綜合檢查屬于可疑或者錯誤值時，直接報警顯示可疑值或者錯誤值記錄。

4 應用效果

系統(tǒng)自開發(fā)以來，已經(jīng)在業(yè)務值機平臺上穩(wěn)定運行，能夠充分實現(xiàn)對區(qū)域自動站實時資料的質控控制。系統(tǒng)平臺界面如圖3所示，實時監(jiān)控文件部分對區(qū)域自動站的報文進行實時監(jiān)控，日志顯示部分顯示實時質量控制的日志，以及及時顯示1 h之內(nèi)各種質量控制方法的結果，以方便用戶查看和核查。

圖3 系統(tǒng)界面圖

5 結束語

區(qū)域自動站質量控制系統(tǒng)充分應用了氣候極值檢查、歷史極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策5種方法實現(xiàn)對實時資料的質量控制，系統(tǒng)采用結構化模塊設計，層次清晰，便于軟件的管理、維護，功能擴充能力較強。系統(tǒng)的投入使用，初步建立了我省區(qū)域自動站實時資料的質量控制體系，系統(tǒng)能夠達到對實時資料進行質量控制，同時提供了人工手控質量控制的功能，以便對任一時次的報文進行質量控制，除了為資料在預報服務上的應用提供質量保障外，通過對每小時的質量控制結果的監(jiān)控顯示，也為觀測系統(tǒng)管理維護提供了有用的信息。

［1］ 王新華，羅四維，劉小寧，等.國家級地面自動站A文件質量控制方法及軟件開發(fā)［J］. 氣象，2006，32(3)：108-112.

［2］ 劉小寧，鞠曉慧，范邵華.空間回歸檢驗方法在氣象資料質量檢驗中的應用［J］. 應用氣象學報，2006，17(1)：37-42.

［3］ 楊文龍，姚淑珍，吳蕓.軟件工程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1999.

TP311

B

1003-6598(2011)05-0042-03

2011-05-27

楊遠恒(1979-)，女，工程師，主要從事氣象信息技術開發(fā)工作。