基于分鐘級地面觀測數據的GPS/MET 資料匹配系統開發

鐘艷雯，朱亮，夏正龍，羅林艷，歐陽計躍

（湖南省氣象信息中心，長沙410118）

0 引言

全球導航衛星系統氣象觀測（GPS/MET）數據包括GPS 導航文件（n 文件）、GPS 觀測文件（o 文件）、GPS氣象文件（m 文件）等。導航文件主要是衛星廣播軌道，衛星狀態信息及電離層和時間信息。觀測文件主要是每個歷元的衛星觀測的L1、L2 的C 碼和P 碼偽距以及L1、L2 的相位。氣象文件即是指GPS 臺站的地面氣象觀測文件。測站每小時將GPS 原始數據通過專線或其他方式傳至省級信息中心，省級信息中心將GPS 原始數據文件換名打包后上傳國家氣象信息中心[1-3]。

目前湖南省已經建成73 個GPS 臺站，但是由于種種原因，部分站點無法生成m 文件，對于缺少氣象觀測文件的站點，按照中國氣象局《GPSMET 數據傳輸規范》的要求，可以使用國家地面自動氣象站觀測數據與GPS 資料匹配，生成對應的GPS 氣象文件；而臺站由于GPS 觀測設備版本不同，上傳的數據格式新舊混雜，需要進行規范化處理，因此進行基于分鐘級地面觀測數據的GPS/MET 資料匹配系統（以下簡稱系統）開發十分必要。

1 系統設計與實現

1.1 系統結構

GPS/MET 資料匹配系統主要由文件匹配模塊、資料處理模塊組成，文件匹配模塊包括氣象文件匹配等3個子模塊，資料處理模塊包塊文件形式檢查、文件解壓等9 個子模塊。系統功能劃分圖所圖1 所示。

圖1 系統功能結構圖

測站上傳的GPS 原始數據由于觀測儀器版本不同，分為報文傳輸和壓縮包傳輸兩種方式。對于缺少氣象觀測文件的站點，報文傳輸方式下，省級中心需要從CIMISS（全國綜合氣象信息共享平臺）數據服務接口獲取分鐘氣象要素，生成m 文件后與n 文件、o 文件等合并壓縮成以規定文件名命名的壓縮包文件上傳國家氣象信息中心；壓縮包傳輸方式下，省級中心需要增加壓縮包文件解壓環節，其余處理流程與報文傳輸方式相同。數據流向見圖2。

圖2 數據流向圖

GPS/MET 文件匹配模塊從CIMISS 服務接口中讀取氣象要素，生成RINEX 格式的GPS 站氣象文件。GPS/MET 資料處理模塊對臺站上傳的數據進行文件形式檢查，壓縮包解壓縮；對不規范的文件名換名處理；判斷是否包含m 文件，對于缺少氣象觀測文件的站點用GPS/MET 資料匹配模塊生成的m 文件代替；將GPS導航文件、GPS 觀測文件、GPS 氣象文件等使用zip 格式壓縮成單個壓縮包文件，按規定方式命名，并在正點后20 分鐘之內上傳。提供文件匹配、資料處理情況的監控。系統流程如圖3 所示。

圖3 系統流程圖

1.2 軟件環境

運行環境為Windows 操作系統；采用MS.NET 程序設計語言開發，支撐環境為.NET Framework 3.5。

1.3 GPS/MET文件匹配模塊

（1）功能結構

文件匹配模塊包括氣象文件匹配、參數設置、文件匹配監控等3 個子模塊。各子模塊主要功能為：

①氣象文件匹配子模塊：按照中國氣象局《GPSMET 數據傳輸規范》附件2 的要求，從數據服務接口中讀取分鐘級氣壓、瞬時氣溫、濕度氣象要素，生成RINEX 格式的GPS 氣象文件，并將生成的GPS 氣象文件推送到指定目錄。

②參數設置子模塊：輸出路徑、運行時間、頻次、接口信息等相關參數可靈活配置。

③文件匹配監控子模塊：監控GPS 氣象文件生成情況，在生成總數低于閾值時報警。

（2）功能實現

氣象數據統一服務接口MUSIC（Meteorological Unified Service Interface Community），支持多協議、跨平臺、多語言，基于國省統一的數據環境（CIMISS），面向氣象業務和科研，提供全國統一、標準、豐富的數據訪問服務和應用編程接口（API），提供全面的數據獲取功能，提供多種不同的服務方式[4]。根據統一數據來源要求，系統從MUSIC 中獲取要匹配的臺站的氣象觀測數據。

文件匹配模塊按照用戶設置的時間間隔，使用接口getSurfEleByTimeRangeAndStaID（按時間段、臺站檢索地面數據要素）從SURF_CHN_MAIN_MIN（中國地面分鐘壓溫濕風資料）中讀取氣壓、氣溫、濕度，生成RINEX 格式的GPS 氣象文件并推送到指定目錄[5-6]。匹配的站點總數低于閾值時，在界面以聲音、文字提示報警。

1.4 GPS/MET資料處理模塊

（1）功能結構

GPS/MET 資料處理模塊對臺站上傳的GPS 數據進行檢查、匹配，按照中國氣象局的要求，將GPS 數據壓縮成單個壓縮包文件，并按規定方式命名。模塊共包含9 個子模塊，其具體的功能為：

①文件形式檢查子模塊：判斷收集到的GPS 數據是壓縮包還是文件。

②文件解壓子模塊：根據用戶設置，對接收到的壓縮的數據進行解壓縮處理。

③文件名檢查子模塊：根據文件命名規范，判斷GPS 文件的文件名是否符合其所屬文件類別的命名規則，同時返回命名不規范的文件列表。

④文件換名子模塊：根據文件換名策略，對指定目錄中的文件按照指定的換名規則進行文件名轉換，換名后將以新文件名參與后續的收集處理。

⑤文件類型檢查子模塊：對收集的GPS 資料進行格式檢查，記錄缺少氣象文件的GPS 站點，將格式錯誤的文件移入錯誤目錄中，并記錄日志信息。

⑥氣象文件獲取子模塊：根據文件類型檢查的結果，匹配缺少氣象文件的GPS 站點數據。

⑦文件打包處理模塊：按照中國氣象局的要求，將GPS 導航文件、GPS 觀測文件、GPS 氣象文件等壓縮成單個壓縮包文件，按規定方式命名，同時推送到用戶指定目錄；詳細記錄打包、推送信息。

⑧參數設置子模塊：文件檢查、匹配規則是用戶可配置的。

⑨資料處理監控：顯示臺站上傳的GPS 數據檢查、換名、匹配、外推情況，在打包GPS 數據總數低于閾值時報警。

圖4文件匹配界面

（2）功能實現

照中國氣象局《GPSMET 數據傳輸規范》要求，GPS/MET 資料處理模塊按時次定時對原始數據的短文件名方式進行文件形式檢查、文件名檢查及格式轉換等，規范臺站上傳的GPS 數據；匹配缺失的GPS 氣象文件；按數據命名規則合并GPS 數據生成長文件名Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_GPS2.rnx.zip 壓縮數據文件，外推至指定目錄。界面展示當前運行實況、壓縮文件個數、缺少文件個數、缺測站點等；靈活配置原始文件路徑、外推路徑、開始運行時間等參數。

圖5 GPS/MET資料處理模塊界面

2 結語

目前系統已經在湖南省氣象信息中心投入業務運行。系統投入運行前，部分GPS 氣象文件缺測，系統運行后，GPS 氣象文件頻次為5 分鐘，小時數據密度提高了12 倍，為各類基于GPS/MET 數據的氣象產品的精度提高提供了數據支撐。同時，系統的數據處理、監控報警等功能減少了人工操作，提高了GPS 資料的傳輸率，保障GPS 數據及時準確地提供給各級氣象業務服務工作，在預報、預測、公共服務、人工影響天氣、防災減災等方面充分發揮氣象資料的整體效益。但由于信息網絡技術的多樣化和快速的發展，系統肯定存在一些不足的地方，我們將在今后的業務應用中不斷改進和優化，同時也希望得到各位讀者的寶貴意見和建議。