賀州市區域自動氣象站監控平臺設計與實現

侯江生，鄒哲馨

（賀州市氣象局，廣西 賀州 542899）

1 引言

區域自動氣象觀測站是根據中小尺度災害性天氣預警、大中城市、特殊地區和專屬經濟區的氣象和環境預報服務需要，為提高中小尺度天氣監測和臨近預報的水平和能力，并應當地經濟社會發展需要而建設的地面氣象觀測站［1-3］。到目前為止，本市已經建了116個自動氣象站，由于區域自動氣象站數量和種類不斷增加，區域自動氣象觀測設備故障次數也變多，氣象保障維護人員需要不斷對區域氣象觀測設備狀態進行監控，以便及時對區域氣象設備維護和維修［4-10］。目前面臨實際情況是一方面市、縣局保障工作人員技術水平有限和人員緊張，另一方面故障報警時限長和故障判斷不準確，這些都給區域自動氣象站的穩定運行帶來很大困難。為解決這些問題，針對區域自動氣象站設備監控和數據質量控制，設計了本監控平臺。本監控平臺使用C#語言編程，按照MUSIC統一接口規定格式，實現了自動氣象站實況數據展示、氣象站數據對比查詢、質量控制，缺報次數統計、系統管理、報警信息存儲和報警信息發送等功能。

2 平臺分析

2.1 需求分析

目前大部分的市局級監控平臺是基于區氣象局服務器數據庫，從區氣象局服務器提取區域站數據。但是從中國氣象局的規劃和布置，在各級氣象部門和業務單位逐步推廣和使用CIMISS大數據平臺（全國綜合氣象信息共享平臺），所有采集的氣象數據都要錄入該平臺，同時所有需求氣象數據也都要從該平臺獲取。因此開發一個基于CIMISS平臺的監控平臺是非常必需的。

市縣裝備保障中心維護維修人員很多是兼職其他工作，因此需要一個平臺能夠直接給出可疑、錯誤、缺測站點的警示信息，以便判斷和圈定故障，對于可疑的可以進入下一時次繼續觀察，對于錯誤或缺測的能提醒維護維修人員及時到現場進行進一步判斷和現場維護維修。區域站報警信息及頻次應當設計合理，便于保障人員合理安排現場核查和維護工作。

2.2 平臺設計目標

在監控平臺界面上，應該結合行政區和站點要素類別進行顯示，還可以提供一定時間段的數據查詢，方便直觀的進行同要素數據對比檢查；其次，對于缺測或掉線等需重點關注的站點，利用醒目的顏色標識處理，以提醒保障人員及時處理和安排現場核查和維護；再次，對于各站點的實時和歷史數據進行科學合理的質量控制，通過數據挖掘能分析出一些隱性和不易察覺的錯誤信息；最后報警信息的提醒頻次和合理，不能太久和太多，一天一至兩次比較合適，提醒電話和信息安排在早上和下午上班后不久。

3 平臺設計

3.1 平臺架構

根據賀州市區域站監控平臺需求和可視化要求，平臺基于B/S結構，用VS2010開發、結合SQL2008數據庫和部分硬件應用。平臺總體上采用四層體系架構，用戶層、表現層、數據資源及處理層、基礎層（如圖1所示）。

3.2 平臺功能設計

平臺功能由短信貓（報警短信發送、電話撥打）和數據處理（獲取、質控、展示和存儲）和平臺設置功能組成。其中數據獲取和處理包括從CIMISS平臺獲取各轄區區域站數據，氣象數據質量控制、氣象數據展示等，而平臺設置包括利用SQL數據庫表實現臺站參數獲取、氣象要素閾值設置和手機號碼設置及分級權限管理等。

圖1 平臺總體架構模式

4 平臺功能實現

4.1 開發工具及質量控制理論

本平臺是基于Net Framework 4.0的設計，使用編程語言VS2010 C#語言編程，使用SQL數據庫管理權限和部分參數，用常見的窗體應用程序進行圖像化開發，數據曲線圖和柱狀圖使用OWC11插件技術，短信貓使用串口通信原理，數據來源于CIMISS。

根據賀州市區域站站點布局、周邊環境、氣候條件和經緯度等情況，選取了界限值檢查、極值檢查、內部一致性檢查、時間一致性檢查、相關性檢查和缺測檢查作為氣象數據質量控制方法［11］。

其中四方位空間一致性檢驗法［12］也是一種相關性檢查，它是利用某站（檢驗站）的東北—西南和西北-東南兩直線將其四周劃分為東南西北四塊區域，在四個區域內各選取與檢驗站距離最近的8個站作為比較站。對四個方位組的數據分別采用Madsen-Allerupt方法計算，只要有一組通過檢驗，則說明檢驗站的此氣象要素數據正確。在本平臺利用空間四方位空間一致性檢驗的氣象要素有溫度、氣壓、小時降水和濕度。

本平臺根據賀州市112個區域站的歷年降水資料，按照百分位法［13］排序，選出第99百分位上的值作為極端降水閾值，作為及時到現場檢查和設備維護維修的指標。

4.2 功能實現

本平臺采用VS2010 C#進行編程開發，結合SQL數據庫技術。主要實現了以下功能：短信發送和電話撥打、數據讀取、數據展示、數據對比查詢、數據質量控制、分級管理和參數設置等。

短信發送和電話撥打是通過短信貓硬件實現，短信報警程序首先判斷定時器是否啟動，然后判斷每個轄區對應的各站點報警信息中是否有新信息，如果有則讀取新信息，并對報警站點報警信息按照設定的格式（縣區名稱+報警信息發生時間+站點名稱+報警信息）進行組合與處理，然后在設定時間發送短信。如果沒有新報警信息則判斷本次報警無信息，自動轉到等待下一個定時啟動時進行信息獲取。

數據讀取是包括氣象數據和參數數據，參數數據是讀取本地SQL數據庫內數據。而區域站氣象數據是從CIMISS平臺內的“中國地面逐小時資料”里面讀取的，獲取數據的通過內部處理和轉換按照轄區進行分區顯示（圖2）。

數據查詢對比功能主要是用于自動判斷數據為可疑時需要人工輔助判斷，或者查詢一定時間段的要素趨勢分析。通過選擇數據可疑的站點、可疑要素、開始和結束時間、曲線圖或者柱狀圖必選參數，對比站點是周邊最近距離的兩個站點并且程序內部固定關聯。展示方式分兩欄，上半部分是表格數據，下半部分是可以選擇柱狀圖或者曲線圖來展示變化趨勢（圖3）。

數據質量控制通過設定的數據質量規則分氣象要素進行數據檢查和邏輯判斷，不能通過質控的數據按質控返回標識分別進行處理，有直接標記為錯誤數據、有的標記為等待到下一小時進行再判斷。錯誤數據存儲到報警信息內，到指定時間即通過短信或者手機進行報警，讓維護保障人員及時到現場進行有針對性處理。

分級管理是根據平臺需求設置了平臺管理員和市縣裝備保障人員兩種權限，平臺管理員擁有超級權限，而各市、縣區的管理員只擁有對應權限。其實現的方式是判斷賬號登陸信息，然后根據數據表用戶管理表內的用戶角色獲取權限標識來實現。

5 小結

通過賀州市區域自動氣象站監控平臺，可以實現對全市區域自動氣象站進行智能監控、數據對比查詢、報表統計、質量控制和故障報警等功能。特別是能及時將可疑信息和告警信息通知對應轄區的保障人員，讓保障人員能有針對性的到現場進行故障維護，確保區域自動氣象站設備正常運行、觀測數據正常采集傳輸和有效降低區域自動氣象站故障率。