基于.NET的自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

余世同等

摘 要：該文對(duì)自動(dòng)氣象站監(jiān)控及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)進(jìn)行了研究。首先從XML配置文件中獲取站點(diǎn)信息，然后用站點(diǎn)信息中的區(qū)站號(hào)到數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)當(dāng)前整點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)及缺測(cè)信息，接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(nèi)容顯示到監(jiān)控平臺(tái)，為技術(shù)保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn) 監(jiān)控技術(shù) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0011-02

當(dāng)今極端天氣氣候事件頻發(fā)，在日趨嚴(yán)峻和復(fù)雜的氣象災(zāi)害形勢(shì)面前，氣象服務(wù)對(duì)地面氣象觀測(cè)系統(tǒng)在站網(wǎng)密度、觀測(cè)自動(dòng)化、觀測(cè)要素拓展等提出了更高的要求。寧夏目前已建設(shè)了900余個(gè)自動(dòng)氣象站，大大增強(qiáng)了災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警水平；另一方面，為了在防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)工作中進(jìn)一步增強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)能力，全區(qū)計(jì)劃建設(shè)更為密集的區(qū)域自動(dòng)氣象站。

區(qū)域自動(dòng)氣象站長(zhǎng)期運(yùn)行在野外惡劣環(huán)境下，隨著運(yùn)行的年限增加，設(shè)備故障的多發(fā)性、不確定性因素也逐步增加，對(duì)設(shè)備的全面技術(shù)保障帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為確保自動(dòng)氣象站長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，切實(shí)發(fā)揮自動(dòng)站網(wǎng)建設(shè)效益，建立完善的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，已成為當(dāng)前重要地氣象探測(cè)設(shè)備保障工作之一[1]。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析系統(tǒng)、并將自動(dòng)站異常信息及時(shí)反饋給值班監(jiān)控員顯得非常重要。

1 技術(shù)路線

全區(qū)自動(dòng)氣象站采用了多個(gè)氣象儀器廠家的產(chǎn)品，雖然結(jié)構(gòu)不同，但傳輸?shù)絽^(qū)局的數(shù)據(jù)格式是一致的。因此，在區(qū)級(jí)建立一個(gè)自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)氣象站上傳的每小時(shí)正點(diǎn)資料進(jìn)行分析，從中檢查、分析出整點(diǎn)資料是否缺測(cè)或氣象要素是否異常。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行不間斷監(jiān)控，保證全區(qū)自動(dòng)氣象站探測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，出現(xiàn)故障及時(shí)響應(yīng)維修。

如圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。首先，系統(tǒng)加載站點(diǎn)信息配置XML文件，從中逐條檢索自動(dòng)氣象站區(qū)站號(hào)及站點(diǎn)名稱(chēng)信息，然后以區(qū)站號(hào)去數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索整點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。最后對(duì)整點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測(cè)或超越常規(guī)值的區(qū)站號(hào)、站點(diǎn)信息及有關(guān)要素值等異常信息顯示到監(jiān)控平面中。

在上層軟件設(shè)計(jì)中，論述了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制理論和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化技術(shù)。然后對(duì)自動(dòng)站上傳的氣象要素值進(jìn)行邏輯分析，即當(dāng)前要素值存在且出現(xiàn)在合理范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為設(shè)備運(yùn)行正常；反之，如果檢查出要素值缺測(cè)或超越常規(guī)值，達(dá)到示警條件時(shí)，異常信息自動(dòng)在監(jiān)控系統(tǒng)中告警提示，從而體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 質(zhì)量控制技術(shù)

質(zhì)量控制是指利用氣象學(xué)、氣候?qū)W等原理，以氣象要素的時(shí)空規(guī)律及各要素的相互聯(lián)系為基礎(chǔ)，分析氣象資料是否合理。隨著氣象資料的進(jìn)一步完善，質(zhì)量控制得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，對(duì)資料的連續(xù)性分析代替了對(duì)單要素?cái)?shù)據(jù)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(jù)氣象局對(duì)測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)的要求，區(qū)域自動(dòng)氣象站正點(diǎn)后15min內(nèi)，正點(diǎn)數(shù)據(jù)必須上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，在正點(diǎn)15分檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，如果在服務(wù)器上沒(méi)有檢索到數(shù)據(jù)，則該站計(jì)缺測(cè)；如果有數(shù)據(jù)則按瞬時(shí)值控制技術(shù)[3]，檢查瞬時(shí)值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則該站數(shù)據(jù)異常。瞬時(shí)值合理性檢查見(jiàn)表1。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)

訪問(wèn)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)有多種技術(shù)，由于.NET框架中提供了豐富的應(yīng)用程序組件，該文選用ADO.NET技術(shù)[3]。ADO.NET支持兩種訪問(wèn)數(shù)據(jù)的模型：無(wú)連接模型和連接模型。無(wú)連接模型是將數(shù)據(jù)下載到客戶機(jī)上，并在客戶機(jī)上將數(shù)據(jù)封裝到內(nèi)存中，然后可以像訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)一樣訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。而連接模型依賴(lài)于逐記錄的訪問(wèn)，要求始終保持與數(shù)據(jù)源的連接。由于全區(qū)氣象站在中心站服務(wù)器中有多個(gè)表，每個(gè)表對(duì)應(yīng)一個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)存放于對(duì)應(yīng)的表中，而站點(diǎn)信息存放于XML配置文件，在數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)需要依據(jù)XML配置文件逐記錄的訪問(wèn)每一個(gè)表中的整點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)，故系統(tǒng)選用連接模型[4]。

由于全區(qū)站點(diǎn)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(diǎn)信息，包括區(qū)站號(hào)、站點(diǎn)名稱(chēng)及所屬機(jī)構(gòu)；然后用這個(gè)區(qū)站號(hào)去服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)，方法是利用SqlConnect類(lèi)的Open（）方法連接數(shù)據(jù)庫(kù)，并用State屬性判斷數(shù)據(jù)庫(kù)的連接狀態(tài)；進(jìn)而利用Command類(lèi)的ExecuteReader（）方法與DataReader類(lèi)的Reader（）方法讀取指定區(qū)站號(hào)的當(dāng)前整點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

軟件程序以Visual studio2010為編譯環(huán)境，運(yùn)行于.NET Framework4.0上的C#為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。軟件以Form窗體結(jié)構(gòu)，并利用timer1控件設(shè)置時(shí)間判斷語(yǔ)句為1 s，當(dāng)檢測(cè)到主機(jī)時(shí)間為xx：15：00時(shí)，運(yùn)行主程序，并利用2.2中的方法逐記錄的獲取站點(diǎn)信息及當(dāng)前正點(diǎn)小時(shí)數(shù)據(jù)。

獲得的小時(shí)數(shù)據(jù)包括氣溫、地表溫度、相對(duì)濕度、氣壓、極大風(fēng)速、風(fēng)向、瞬時(shí)風(fēng)速、小時(shí)降水等氣象要素。如果數(shù)據(jù)缺測(cè)，則在上一正點(diǎn)時(shí)次的缺測(cè)記事本中檢索該區(qū)站號(hào)，判斷在該缺測(cè)記事本中是否第N+1次出現(xiàn)（N≥0），如果是，則在當(dāng)前缺測(cè)記事本中站點(diǎn)信息更新為該要素第N+1次缺測(cè)；如果有數(shù)據(jù)則按照2.1中的質(zhì)量控制方法，檢查瞬時(shí)值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則將該站點(diǎn)信息及相關(guān)要素存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)異常記事本中。

當(dāng)遍歷完XML配置文件中所有氣象站，退出主程序，將缺測(cè)記事本及異常記事本中的信息響應(yīng)到監(jiān)控平臺(tái)，為值班監(jiān)控員快速掌握當(dāng)前自動(dòng)站的運(yùn)行情況提供幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)氣象站無(wú)論在觀測(cè)手段、運(yùn)行機(jī)制、站網(wǎng)密度等方面與傳統(tǒng)的人工觀測(cè)都有很大的不同。為提高自動(dòng)氣象站的持久、可靠的運(yùn)行，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的服務(wù)能力，需要對(duì)自動(dòng)氣象站運(yùn)行狀況進(jìn)行必要的實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可以真實(shí)的將異常信息的自動(dòng)站情況實(shí)時(shí)反饋給值班監(jiān)控員，為技術(shù)保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。另一方面，也為其他氣象探測(cè)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王旭，劉光博，李曉玲.海南省自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[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(dòng)氣象站質(zhì)量控制技術(shù)簡(jiǎn)介[J].四川氣象，2007（2）：40.

[3] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范（第22部分：觀測(cè)記錄質(zhì)量控制）[M].北京：氣象出版社，2007：2-3.

[4] 蘇群星，解璞.基于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)[J].自動(dòng)化測(cè)試，2003（11）：11-12.

[5] 明日科技.C#開(kāi)發(fā)入門(mén)及項(xiàng)目實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：290-301.