黑龍江省單站數(shù)值預(yù)報時序圖服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

李曉峰，張金鑫，馬國忠，劉松濤

（1.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省氣象信息中心，黑龍江 哈爾濱150030；3.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，氣象服務(wù)已不能僅僅局限在粗線條、大尺度的框架內(nèi)，人們對氣象服務(wù)提出了更高的要求，期望氣象部門能提供在時間和空間上更為精細(xì)、量級上更為準(zhǔn)確、要素上更為多樣化的天氣預(yù)報產(chǎn)品。因此進(jìn)一步開展數(shù)值預(yù)報模式解釋應(yīng)用技術(shù)研究，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)和完善基于數(shù)值預(yù)報模式解釋應(yīng)用技術(shù)的精細(xì)化的氣象要素及其它客觀氣象預(yù)報系統(tǒng)是當(dāng)前面臨的一個十分重要的問題。黑龍江省單站數(shù)值預(yù)報時序圖服務(wù)系統(tǒng)就是建設(shè)一套基于單站精細(xì)化綜合時序圖的生成，顯示和分析的系統(tǒng)。單站氣象要素天氣預(yù)報是現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系發(fā)展的需要，此科研成果可直接投入省級制作和發(fā)布指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品，各市地縣都可推廣使用。

2 總體設(shè)計

2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)勢是降低了系統(tǒng)的通訊開銷，數(shù)據(jù)的儲存管理功能較為透明，劣勢是高昂的維護(hù)成本且投資大。

因為本系統(tǒng)是在氣象系統(tǒng)內(nèi)部使用，數(shù)據(jù)安全性要求比較高，數(shù)據(jù)也不需要在互聯(lián)網(wǎng)上共享,因此采用Client/Server結(jié)構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)：

本系統(tǒng)采用三層構(gòu)架，包括用戶服務(wù)層、應(yīng)用功能層、數(shù)據(jù)服務(wù)層三個部分。用戶服務(wù)層：包括省客戶端軟件、市縣的客戶端軟件、數(shù)據(jù)處理客戶端；應(yīng)用功能層：主要是利用現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務(wù)層：主要用于數(shù)據(jù)存儲。

2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包括省客戶端客戶機(jī)、市縣客戶端客戶機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理客戶端計算機(jī)四部分。

省客戶端客戶機(jī)：和市縣客戶端客戶機(jī)功能一樣，多一個可以輸入任意經(jīng)緯度點(diǎn)生成時序圖的功能。

市縣客戶端客戶機(jī)：該軟件主要完成數(shù)值預(yù)報時序圖檢索顯示保存等功能。客戶機(jī)將從預(yù)報員收集來的查詢條件提交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器返回的圖像資料顯示出來，供預(yù)報員查看和保存。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：主要是數(shù)據(jù)庫管理軟件運(yùn)行用機(jī)。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和保存，為統(tǒng)計查詢提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理客戶端：是自動運(yùn)行的軟件。管理員設(shè)定好時間表后，程序定時按照參數(shù)文件設(shè)定的各種參數(shù)將各種數(shù)值預(yù)報的格點(diǎn)文件調(diào)用GEADS，生成83個臺站的時序圖，并將這些圖形文件按照二進(jìn)制方式存入數(shù)據(jù)庫。

2.4 開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境

數(shù)據(jù)庫采用SQL-SERVER2008，開發(fā)環(huán)境采用VS2010，基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，并利用INTERNET上細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品制作黑龍江省縣站及任意經(jīng)緯度點(diǎn)的單站綜合時序圖。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用第三范式設(shè)計，即要求一個數(shù)據(jù)庫表中不包含其它表中已包含的非主關(guān)鍵字信息,保證作業(yè)數(shù)據(jù)冗余度最小。

數(shù)據(jù)表分為二類，第一類是用于存儲系統(tǒng)相關(guān)信息的表，如 TabStations；tab_dish；mod等。 它存儲系統(tǒng)運(yùn)行時一些重要參數(shù)，是維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。第二類是用于存儲時序圖信息的表，如EC、T639、WRF、NCEP、JP等。它存儲用戶記錄的報文缺測或逾限信息，是進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)。表1是系統(tǒng)主要表和視圖的名稱及相關(guān)說明。

表1 數(shù)據(jù)表說明

4 基于C/S結(jié)構(gòu)的客戶端軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

客戶端軟件分為數(shù)據(jù)處理客戶端、市縣客戶端、省客戶端三個部分。

4.1 數(shù)據(jù)處理客戶端

本程序是24 h運(yùn)行，根據(jù)設(shè)定的時間，進(jìn)行生成最新的節(jié)目表，定時按照參數(shù)文件設(shè)定的各種參數(shù)將各種數(shù)值預(yù)報的格點(diǎn)文件調(diào)用GEADS，生成83個臺站的時序圖，并將這些圖形文件按照二進(jìn)制方式存入數(shù)據(jù)庫。本程序采用時間片運(yùn)行機(jī)制，因此不需要人工干預(yù)。為了防止機(jī)器意外關(guān)機(jī)，將程序添加到啟動組中，隨著windows一起啟動。

4.2 市縣客戶端

本程序主要是市縣級預(yù)報員使用，預(yù)報員選擇數(shù)值預(yù)報模式，起報時間，臺站名稱等信息，點(diǎn)擊查詢按鈕。程序收集這些查詢信息并將它發(fā)送給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，將服務(wù)器端發(fā)送過來的二進(jìn)制單站數(shù)值預(yù)報時序圖給預(yù)報員進(jìn)行分析預(yù)報,同時提供圖形的保存及編輯功能。

4.3 省客戶端

本程序和市縣的程序基本功能差不多，增加了一個任意點(diǎn)時序圖的生成功能。預(yù)報員通過目錄選擇數(shù)值預(yù)報文件，然后輸入任意點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，點(diǎn)擊查詢。程序會收集這些信息生成參數(shù)文件并調(diào)用GEADS在臨時目錄下生成任意點(diǎn)的時序圖，并顯示給預(yù)報員。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)是完全按照軟件工程理論設(shè)計實(shí)現(xiàn)的，具有很好的接口和良好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)預(yù)報人員的需要，并可以根據(jù)日后業(yè)務(wù)需求的擴(kuò)展進(jìn)行擴(kuò)展。本系統(tǒng)文檔齊全，幫助系統(tǒng)詳細(xì)，使用人員經(jīng)過簡單的培訓(xùn)即可使用。本課題歷時一年時間，經(jīng)歷了前期調(diào)研需求分析，中期開發(fā)調(diào)試及試運(yùn)行，后期課題驗收三個階段，已經(jīng)投入正常的業(yè)務(wù)運(yùn)行，取得了很好的效果。