自動氣象站業務可用性智能統計平臺開發

周嘉健，徐黃飛，呂玉嫦，曾慧明，鄒慶彪，湯晶晶

(廣東省氣象探測數據中心，廣州 510080)

0 引言

自動氣象站是獲取溫度、濕度、氣壓、風向風速和雨量等氣象要素的重要手段[1，2]。以廣東省為例，目前省內已布設約3000個自動氣象站。在珠三角區域，自動氣象站的分布密度可達5 km/個。國家級考核的自動氣象站代表了該區域氣象要素獲取的平均情況，其獲取的氣象要素信息是天氣預報重要的數據支撐。浮標站是海洋觀測的重要手段之一，由于臺風、熱帶氣旋等天氣系統生成于中國東南面海域并可帶來大風和強降水，因此沿海地區的海洋觀測對臺風、熱帶氣旋的提前預警預報起到了重要作用。

為保障自動氣象站穩定可靠運行，提高觀測數據的可用性和連續性，業務人員需要對國家級考核的自動氣象站、浮標站和風速持續1周為0的站點制作業務可用性統計報表(設備運行異常告知單)，對業務可用性不達標的站點進行通知和通報，并及時落實數據異常站點的維修工作[3-8]。目前告知單的制作流程是從監控系統獲取站點(國家級考核的自動氣象站和浮標站)業務可用性統計表，然后人工對數據進行篩選、排序等處理，最后人工編制設備運行異常告知單。人工流程多且繁瑣，容易在處理數據時出錯，因此文章參考了何瑤[9]等基于NET集成環境下開發的設備可用性評估報表的自動化生成平臺，基于MATLAB/GUI[10]設計并搭建了氣象觀測站運行業務可用性智能統計平臺(以下簡稱智能統計平臺)，對國家級考核的自動氣象站和浮標站的業務可用性進行統計和分析，并自動生成設備運行異常告知單，以提高工作效率和統計的準確性。

1 智能統計平臺總體框架

1.1 技術路線框架

圖1是智能統計平臺的技術路線框架，智能統計平臺總體分為輸入量、中間計算和輸出量3部分。其中，輸入量包括國家級考核自動氣象站業務可用性數據、浮標站業務可用性數據和風速持續1周為0站點的統計數據；中間計算環節是通過智能統計平臺對上述輸入量進行自動處理、統計和分析；輸出量是智能統計平臺自動生成區域站告知單和浮標站告知單。

圖1 智能統計平臺技術路線框架

1.2 智能統計平臺功能

智能統計平臺具有3大功能：一是數據導入；二是數據處理、顯示和保存；三是自動生成告知單。平臺界面設計簡約，操作簡單，減少了人工處理環節，提高了工作效率。

1.3 業務可用性

根據《綜合氣象觀測系統儀器裝備運行狀況通報辦法》，業務可用性(設備運行穩定率)是指在選取的評估時段內，設備無故障工作時間與規定工作時間的百分比，其目標值由中國氣象局綜合觀測司確定，目前國家級考核的區域氣象觀測站業務可用性需≥96%，其公式如下：

(1)

式中，RT為應工作時次：自動氣象站1 d應上傳24份報文，每整點1份，1 d的應工作時次為24次；NRT為未到報時次：當監控平臺未記錄當前時次某站點數據報文時，則計“未到報時次”1次；FET為報文格式錯誤時次：當監控平臺監控某站點數據報文不符合《地面氣象觀測規范》要求，使其無法進行數據文件解譯時，則計“報文格式錯誤時次” 1次；DET為數據錯誤(要素缺測)時次：數據錯誤時次指的是國家級自動氣象站/區域氣象觀測站在當前時次內觀測要素出現數據錯誤≥1種，則該時次計“數據錯誤時次”1次；要素缺測時次指的是國家級自動氣象站/區域氣象觀測站在當前時次內1個或多個觀測要素出現缺測時，則該時次計“要素缺測時次”1次。當數據錯誤和要素缺測同時出現時，僅按1次計算。

1.4 設備運行異常告知單

設備運行異常告知單是依據中國氣象局綜合觀測司制定的業務可用性目標值(≥96%)對過去1周國家級考核自動氣象站、風速為0站點和浮標站進行統計并人工編制報告。文章開發的智能統計平臺可依據業務自動生成設備運行異常告知單。

2 實例應用

2.1 數據來源

智能統計平臺輸入量是國家級考核的區域站(國家天氣站、區域站、浮標站)的業務可用性數據和風速持續1周為0站點信息數據。國家天氣站和區域站的業務可用性數據可通過綜合氣象觀測業務運行信息化平臺(以下簡稱“天元”系統)手動下載并保存為xls格式文件。但“天元”系統中沒有單獨對浮標站的業務可用性進行統計，浮標站業務可用性數據可通過廣東省運行監控業務系統(以下簡稱ASOM系統)手動下載并保存成xls格式文件。風速持續1周為0的站點信息是通過數據庫接口獲取的。

數據時間節點選取為2021-05-24T00：00—2021-05-31T00：00。國家級考核區域站(國家天氣站、區域站、浮標站)的業務可用性數據下載需要在各自對應的平臺登錄后才能獲取下載權限，而風速持續1周為0的站點統計數據需要在內網的環境下下載。

2.2 數據處理和顯示

1)原始統計數據中含有單位、城市、省份、站點、站號、業務可用性和應到時次等變量，使用“冒泡排序法”的方式，以業務可用性為關鍵詞，對其進行升序排序，并篩選出業務可用性小于96%的站點。

2)智能統計平臺可顯示處理前后的統計數據，原始統計數據均按照業務可用性(穩定運行率)的升序進行處理并顯示在平臺中。

3)利用Matlab的xlswrite函數對處理后的統計數據進行保存。

2.3 統計報表一鍵獲取

智能統計平臺具有設備運行異常告知單的一鍵生成功能。利用Matlab的Document.Open庫函數生成Word文檔，并對其進行相關格式操作和布置，并可根據不同需要，對模板中若干個自定義字符進行替換，分別形成 “設備運行異常告知單”和“浮標站運行情況告知單”。

3 結束語

隨著當今社會信息化的發展，在氣象業務工作中可以合理有效地利用信息技術，發揮信息化對氣象業務的支撐作用。文章開發的氣象觀測站運行業務可用性智能統計平臺自動化程度高，操作便捷，大大降低了人工成本，提高了工作效率，同時減少了人工處理數據時的失誤和錯誤情況，提高了數據的準確性。