基于.NET的自動氣象站監控系統設計

余世同等

摘 要：該文對自動氣象站監控及數據庫訪問技術進行了研究。首先從XML配置文件中獲取站點信息，然后用站點信息中的區站號到數據庫中查詢當前整點小時數據及缺測信息，接著對數據進行分析、處理，并將得到的異常信息存放到記事本中，最后將記事本中的內容顯示到監控平臺，為技術保障員快速發現故障提供依據。

關鍵詞：自動氣象站 數據庫訪問 監控技術 系統設計

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0011-02

當今極端天氣氣候事件頻發，在日趨嚴峻和復雜的氣象災害形勢面前，氣象服務對地面氣象觀測系統在站網密度、觀測自動化、觀測要素拓展等提出了更高的要求。寧夏目前已建設了900余個自動氣象站，大大增強了災害性天氣的監測預警水平；另一方面，為了在防災減災氣象服務工作中進一步增強氣象預報服務能力，全區計劃建設更為密集的區域自動氣象站。

區域自動氣象站長期運行在野外惡劣環境下，隨著運行的年限增加，設備故障的多發性、不確定性因素也逐步增加，對設備的全面技術保障帶來了新的挑戰。為確保自動氣象站長期、穩定地運行，切實發揮自動站網建設效益，建立完善的運行監控系統，已成為當前重要地氣象探測設備保障工作之一[1]。設計一個實時監控與分析系統、并將自動站異常信息及時反饋給值班監控員顯得非常重要。

1 技術路線

全區自動氣象站采用了多個氣象儀器廠家的產品，雖然結構不同，但傳輸到區局的數據格式是一致的。因此，在區級建立一個自動氣象站實時監控平臺，對氣象站上傳的每小時正點資料進行分析，從中檢查、分析出整點資料是否缺測或氣象要素是否異常。系統對數據資料進行不間斷監控，保證全區自動氣象站探測數據的可靠性和準確性，出現故障及時響應維修。

如圖1為系統結構示意圖。首先，系統加載站點信息配置XML文件，從中逐條檢索自動氣象站區站號及站點名稱信息，然后以區站號去數據庫中檢索整點小時數據，并對數據進行分析。最后對整點數據出現缺測或超越常規值的區站號、站點信息及有關要素值等異常信息顯示到監控平面中。

在上層軟件設計中，論述了數據質量控制理論和系統開發中的數據庫查詢優化技術。然后對自動站上傳的氣象要素值進行邏輯分析，即當前要素值存在且出現在合理范圍內時，則認為設備運行正常；反之，如果檢查出要素值缺測或超越常規值，達到示警條件時，異常信息自動在監控系統中告警提示，從而體現了整個系統的監控能力。

2 軟件設計

2.1 質量控制技術

質量控制是指利用氣象學、氣候學等原理，以氣象要素的時空規律及各要素的相互聯系為基礎，分析氣象資料是否合理。隨著氣象資料的進一步完善，質量控制得到了進一步的優化，對資料的連續性分析代替了對單要素數據的檢查分析[2]。文章主要介紹氣候界限檢查的資料分析。

依據氣象局對測報業務的要求，區域自動氣象站正點后15min內，正點數據必須上傳到數據庫中。因此，在正點15分檢索數據庫，如果在服務器上沒有檢索到數據，則該站計缺測；如果有數據則按瞬時值控制技術[3]，檢查瞬時值是否在合理界限內，超出合理界限范圍，則該站數據異常。瞬時值合理性檢查見表1。

2.2 數據庫訪問

訪問服務器中的數據庫有多種技術，由于.NET框架中提供了豐富的應用程序組件，該文選用ADO.NET技術[3]。ADO.NET支持兩種訪問數據的模型：無連接模型和連接模型。無連接模型是將數據下載到客戶機上，并在客戶機上將數據封裝到內存中，然后可以像訪問本地數據庫一樣訪問內存中的數據。而連接模型依賴于逐記錄的訪問，要求始終保持與數據源的連接。由于全區氣象站在中心站服務器中有多個表，每個表對應一個站點，每個站點的氣象數據存放于對應的表中，而站點信息存放于XML配置文件，在數據訪問時需要依據XML配置文件逐記錄的訪問每一個表中的整點小時數據，故系統選用連接模型[4]。

由于全區站點信息存放在XML配置文件中，因此首先利用XElement.load（）方法逐記錄的讀取站點信息，包括區站號、站點名稱及所屬機構；然后用這個區站號去服務器中獲取數據，方法是利用SqlConnect類的Open（）方法連接數據庫，并用State屬性判斷數據庫的連接狀態；進而利用Command類的ExecuteReader（）方法與DataReader類的Reader（）方法讀取指定區站號的當前整點小時數據。

2.3 數據分析

軟件程序以Visual studio2010為編譯環境，運行于.NET Framework4.0上的C#為程序設計語言。軟件以Form窗體結構，并利用timer1控件設置時間判斷語句為1 s，當檢測到主機時間為xx：15：00時，運行主程序，并利用2.2中的方法逐記錄的獲取站點信息及當前正點小時數據。

獲得的小時數據包括氣溫、地表溫度、相對濕度、氣壓、極大風速、風向、瞬時風速、小時降水等氣象要素。如果數據缺測，則在上一正點時次的缺測記事本中檢索該區站號，判斷在該缺測記事本中是否第N+1次出現（N≥0），如果是，則在當前缺測記事本中站點信息更新為該要素第N+1次缺測；如果有數據則按照2.1中的質量控制方法，檢查瞬時值是否在合理界限內，超出合理界限范圍，則將該站點信息及相關要素存儲到數據異常記事本中。

當遍歷完XML配置文件中所有氣象站，退出主程序，將缺測記事本及異常記事本中的信息響應到監控平臺，為值班監控員快速掌握當前自動站的運行情況提供幫助。

3 結語

自動氣象站無論在觀測手段、運行機制、站網密度等方面與傳統的人工觀測都有很大的不同。為提高自動氣象站的持久、可靠的運行，提高當地經濟的服務能力，需要對自動氣象站運行狀況進行必要的實時監控。經實際測試，監控系統在實際運行中表現出良好的穩定性，可以真實的將異常信息的自動站情況實時反饋給值班監控員，為技術保障員快速發現故障提供依據。另一方面，也為其他氣象探測設備的運行監控技術提供了參考。

參考文獻

[1] 王旭，劉光博，李曉玲.海南省自動氣象站監控系統建設[J].氣象水文海洋儀器，2010（3）：133-136.

[2] 游泳，王小蘭，余海蓉，等.四川省自動氣象站質量控制技術簡介[J].四川氣象，2007（2）：40.

[3] 中國氣象局.地面氣象觀測規范（第22部分：觀測記錄質量控制）[M].北京：氣象出版社，2007：2-3.

[4] 蘇群星，解璞.基于自動測試系統的故障診斷專家系統[J].自動化測試，2003（11）：11-12.

[5] 明日科技.C#開發入門及項目實踐[M].北京：清華大學出版社，2012：290-301.