雷達資料推送試驗及提高雷達資料時效的探討

作者簡介：凌士兵（1970—），男，安微蕪湖人，高級工程師，研究方向：氣象信息處理（E-mail：l_shibing@qq.com）；鄭志興（1982—），男，福建福州人，工程師，碩士，研究方向：氣象信息處理。

摘要：為了全面掌握雷達資料傳輸在各個環節的時效情況，探索提高雷達資料傳輸時效的方法和途徑，省氣象信息中心和寧德市氣象局、廈門市氣象局、福建省氣象臺聯合開展了雷達資料推送試驗。通過三種試驗方案，全面測試各種情況下的雷達資料傳輸時效，根據試驗得到的數據和分析，對提高雷達資料的時效提出有針對性的建議。

關鍵詞：雷達；資料推送；傳輸時效；消息

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A

1現狀與需求

1.1雷達資料傳輸流程現狀

雷達資料生成傳輸流程如圖1所示，首先是RDA接收并處理雷達掃描數據，將處理后的數據傳輸給RPG，由RPG生成雷達掃描基數據，PUP軟件連接到RPG，PUP從RPG同步獲取數據并生成各種雷達產品[1-3]。雷達資料傳輸軟件，定時掃描基數據和產品生成目錄（各個雷達站設置的掃描時間間隔不同，一般為30秒到幾分鐘不等），一旦發現新文件則通過全省寬帶網將新文件上傳到省氣象信息中心的新一代通信系統服務器，新一代通信系統根據制定好的規則進行一系列的處理、分發等操作，最后通過文件共享服務器向各業務單位提供服務[4-5]。1.2需求

突發災害性天氣的短時臨近預報對雷達資料的時效性要求越來越高，而隨著通信網絡技術的發展，預報員對雷達資料的傳輸時效的心理預期也越來越高[6-7]。中國氣象局也提出雷達產品3分鐘到達預報員桌面的目標。為了全面掌握雷達資料傳輸在各個環節的時效情況，探索提高雷達資料傳輸時效的方法和途徑，省氣象信息中心和寧德市氣象局、廈門市氣象局、福建省氣象臺聯合開展了雷達資料推送試驗[8]。

2推送方案的設計及結果

在試驗的過程中，為了保證所獲取的時間的準確性，將所有試驗用到的服務器、PC機等用時間同步軟件進行時間同步。

本文推送試驗選取的雷達資料包括雷達基數據、最早生成的19號產品以及最遲生成的37號產品。

2.1方案一：基于消息的資料推送

既然是資料推送試驗，首先就必須要設計一種將資料從省中心推送到相關市局的流程與機制，主要有兩種方案可供選擇，一種是傳統的直接將資料發送給市局（以下簡稱直接推送），全部操作都在省中心完成，市局只需被動接收；另一種方案就是基于消息的資料推送（以下簡稱消息推送），省中心將資料到達文件共享服務器的消息推送給市局，市局的客戶端軟件根據需要主動到省中心文件共享服務器下載資料。

2.1.1消息推送與直接推送比較

如果資料只推送給某一個單位，肯定是直接推送資料更簡單、直接。如果需要將資料推送給多個單位，消息推送與直接資料推送相比有如下優點：

1）消息推送的消息數據量非常小（只有幾十個字），處理速度快，需要推送給多個單位時，第一個收到消息與最后一個收到消息的時間差別非常小，在毫秒級。如果是直接推送，隨著資料文件的增大，第一個收到資料與最后一個收到資料的時間差會越來越大，同時隨著推送單位的增多，時間差也會越來越大，甚至會失去推送的意義。

2）在消息推送系統中，市、縣局需要什么資料可以通過客戶端自行設置，可以隨時調整；而直接推送系統，推送什么資料則完全有省中心決定，市、縣只能被動接收，要調整必須由省中心來修改，不方便。

3）消息推送服務端設計相對簡單很多，因為可以將所有的消息都推送給有所的客戶端，客戶端可以根據本單位的需求進行設置，自動過濾不需要的消息，對需要的消息才進行處理。如果是推送資料則服務端必須要對每個用戶進行區別對待，否則推送一堆沒用的資料將嚴重占用網絡資源，也會降低所需資料的推送效率。

2.1.2消息推送的方法與目的

試驗的目的是建立一種資料從省中心到各市局、縣局的快速傳輸流程，并檢驗此傳輸流程的效率。

為了開展消息推送試驗，省氣象信息中心組織技術人員開發了一套基于消息的資料推送軟件，軟件采用C/S架構，由服務端和客戶端組成。在省氣象信息中心部署消息推送服務端，在寧德市氣象局部署消息推送客戶端。

服務端監聽文件共享服務器的指定目錄（存放雷達基數據或產品的共享目錄），當文件變化發生時（有新文件存入），服務端就向客戶端推送一條相應的消息，該消息包括新到達的文件名稱、到達時間、存放的目錄等。客戶端根據制定的規則對收到的消息進行過濾，如果是所需要的文件，則進行下載或遠程打開等操作（流程如圖2所示）。

試驗過程中記錄雷達資料到達文件共享目錄的時間、服務端發出消息的時間、客戶端收到消息的時間、客戶端完成文件下載的時間，最后得出整個資料推送過程所需要的時間。

2.1.3消息推送結果

從省中心推送到寧德市局所需的時間就是省中心的文件創建時間與寧德市局下載到本地的文件的創建時間的時間差。

根據寧德市氣象局客戶端7月19日到7月26日的雷達產品推送監控日志及省氣象信息中心的文件時間日志，從服務端發送消息到寧德市局客戶端資料下載完成所需要的時間分布如圖3所示。消息發出到資料下載完成所需時間如表1所列。

試驗數據可以看出，雷達資料從消息發出到文件到達寧德平均只要0.906秒，最大也就2.985秒，最小僅用時0.462秒，具有非常好的時效性。

2.2方案二：長樂雷達PUP直連

2.2.1長樂雷達PUP直連方案介紹

在省氣象臺安裝PUP與長樂雷達站的RPG直連，省氣象臺與長樂雷達站同步生成雷達產品（圖略）。

目的是比較省臺本地生成的長樂雷達產品與由雷達站上傳到省中心共享的產品的時間差，同時記錄文件在省中心各服務器之間的流轉時效情況。

試驗過程中記錄本地PUP生成的雷達產品文件時間、長樂雷達站上傳文件到達省中心新一代通信系統的時間、到達文件處理服務器的時間以及到達文件共享服務器的時間，得到文件傳輸流轉各個環節的時效。

2.2.2長樂雷達PUP直連試驗結果

由雷達RPG、PUP的工作原理，不同的RPG、PUP同步生成基數據和產品，因此省臺連接長樂雷達的PUP與長樂雷達站自身的PUP是同時生成各種雷達產品文件的。同樣在后面試驗中，省中心RPG生成的廈門雷達基數據，在省臺、寧德市局生成的廈門雷達產品與廈門雷達本站生成的相應基數據和產品沒有延時，時間差都為0。

試驗選取9月4日到6日的部分本地PUP生成的19號產品與長樂雷達站上傳的19號產品文件進行跟蹤與比較，長樂雷達產品從雷達站生成到新一代通信系統，所需要的時間平均是14秒，從新一代通信系統分發到處理服務器（IP：10.140.9.6）需要的時間平均是57秒，從處理服務器分發到共享服務器（IP：10.140.9.4）需要的時間平均是16秒，總平均時間是1分27秒（如表3所示）。

2.3方案三：廈門雷達RPG及PUP直連

2.3.1廈門雷達RPG及PUP直連方案介紹

在省氣象信息中心安裝RPG與廈門雷達的RDA直連，在本地生成基數據，在省氣象臺、寧德市局安裝PUP與省中心的廈門雷達RPG直連，在省臺和寧德生成雷達產品（圖略）。

其目的是比較省中心RPG生成的基數據與廈門上傳的基數據的時間差，比較寧德PUP生成的廈門雷達產品與經消息推送并下載后到達寧德局的廈門雷達產品的時間差。

試驗過程中記錄省中心RPG的基數據生成時間、省臺PUP的產品文件生成時間、寧德市局PUP的產品文件生成時間、廈門上傳的基數據和產品文件到達文件共享服務器的時間、寧德市局通過推送系統收到產品文件的時間，得出傳輸、推送各環節的時效。

2.3.2廈門雷達RPG、PUP直連試驗結果

比較8月19日到21日省中心生成的基數據與廈門雷達站上傳的基數據（到達文件共享服務器），時間差最大為5分鐘，最小為1分09秒，平均時間是3分30秒（如圖8）。

比較本地PUP生成的19號雷達產品和廈門雷達站上傳的19號產品文件的時間（到達文件共享服務器），時間差最大的為12分鐘，最小的只有28秒，平均時間為2分10秒（見圖9）。

比較本地PUP生成的37號雷達產品和廈門雷達站上傳的37號產品文件的時間（到達文件共享服務器），時間差最大的為4分5秒，最小的只有24秒，平均時間為2分1秒（圖略）。

再將廈門雷達產品通過消息推送機制推送到寧德市氣象局，19號產品從廈門到省中心平均是2分10秒，再從省中心到寧德市局平均是1.4秒（見2.1.3節），總時間是2分12秒。37號產品從廈門到省中心平均是2分1秒，再從省中心到寧德市局平均是1.2秒（見2.1.3節），總時間是2分3秒。

廈門雷達站雷達資料傳輸到省中心的時效對比見表6。將廈門雷達站雷達資料經省中心推送到寧德的總時效對比見表7。

3小結

1）用消息推送的方式來推送雷達資料，從服務器端發現新文件到客戶端完成文件下載，平均只需要0.906秒。從文件到達共享服務器，再推送到指定的市局（本次試驗選擇寧德局），雷達基數據平均1.7秒就能到達，19號產品平均1.4秒就能到達，37號產品平均1.2秒就能到達，時效性非常好，具有非常好推廣應用的價值。

2）雷達產品的傳輸到省中心共享服務器，廈門雷達站19號產品平均需要2分10秒，37號產品平均需要2分1秒，長樂雷達站19號產品平均需要1分24秒，37號產品平均需要1分22秒，這可能與各雷達站設置的產品文件掃描周期有關（長樂設置的是30秒，廈門是2分鐘），設置掃描周期長的，所需要的平均時間也就長。但是不管是廈門還是長樂，傳輸時效基本都能滿足雷達產品2分鐘到達預報員桌面的要求。

3）雷達基數據的傳輸時效出現了兩種不同的結果，長樂雷達站的基數據平均傳輸時效57秒，好于產品的傳輸時效；廈門雷達站的基數據平均傳輸時效3分30秒，比產品的傳輸時效差很多。經詢問雷達站的技術人員，長樂雷達站與廈門雷達站的傳輸流程及傳輸軟件的掃描周期設置差別較大，長樂設置的是30秒，而廈門設置的是2分鐘，并且廈門基數據不是從最原始生成的目錄直接上傳，中間還有經過一次轉發，轉發設置的周期是30秒。

4）如果將各雷達站的RPG連接到省中心，可以實現省中心的基數據和產品生成與各雷達站同步，再在各相關市局安裝PUP與省中心的RPG相連，可以在相關市局同步生成雷達產品（相關市局是指雷達覆蓋半徑內的市局，比如長樂雷達的PUP可以給寧德、福州、莆田等局安裝），可以實現雷達產品零時延到達預報員桌面。通過試驗廈門雷達RDA連接2個RPG，系統運行正常；1個RPG連接6個PUP，運行正常。

但是這種連接方式也會帶來一系列的問題，首先是各雷達站的處理軟件要進行升級，必須支持連接多個RPG；其次是相關的雷達資料傳輸流程要做非常大的調整，與雷達資料相關的考核都有關聯；第三，RPG可以控制雷達，存在安全隱患；第四，各雷達站的RDA將會同全省寬帶網同處在一個網絡內，增加了RDA受病毒攻擊的危險；第五，如果每部雷達都連一個RPG到省中心（每個服務器只能裝一個RPG，幾個雷達站就要幾臺服務器），省中心的業務維護工作量將非常大。

4雷達資料傳輸建議

根據試驗得到的數據以及上述分析，要提高雷達資料的時效，建議如下：

第一，縮短雷達站傳輸程序文件掃描的時間間隔，建議設為30秒。

第二，省中心新一代通信系統分發、處理所需要的時間較長，平均需要57秒，如果能提高新一代通信系統的分發、處理效率，將有助于提高雷達資料的傳輸時效。還要減少資料在省中心的流轉環節，提高省中心的流轉效率，比如：從新一代通信系統直接分發到文件共享服務器就可以節省約16秒的時間；

第三，完善基于消息的雷達資料推送軟件的開發，在有關市、縣氣象局安裝基于消息的雷達資料推送客戶端，實現雷達資料快速推送。

第四，升級各雷達站軟件，分別在省中心連接一個RPG，在有關市局連接PUP，平時不運行，在省局啟動應急預案期間投入運行，以確保應急期間雷達資料的時效性。

參考文獻

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