氣象計量業(yè)務(wù)管理平臺的研究與設(shè)計

楊 濤,王立民

(1.四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心,成都 610072;2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室,成都 610072)

0 引言

四川省現(xiàn)有區(qū)域站5139個,骨干站342個,國家站156個(主備雙套站),這些站點的觀測數(shù)據(jù)為提升氣象預報準確率和防災減災服務(wù)能力提供了有力支撐。保障觀測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性是各級氣象業(yè)務(wù)部門的持續(xù)重要工作。而定期對站點傳感器進行計量檢定則是確保觀測數(shù)據(jù)準確可靠的最基礎(chǔ)、最重要的手段[1-2]。

一直以來,氣象計量數(shù)據(jù)的記錄、管理和應(yīng)用效果不盡如人意。市、縣級現(xiàn)場校準核查均采用人工記錄數(shù)據(jù)的方式,紙質(zhì)記錄資料各自保存。由于全省計量人員技術(shù)水平參差不齊,數(shù)據(jù)存在記錄不完整、前后不一致、計算處理易出錯的情況,無法保證氣象計量工作質(zhì)量[3-4]。省級計量實驗室通過省級計量檢定系統(tǒng)完成國家站主站傳感器實驗室檢定,但數(shù)據(jù)無法與全省自動氣象站計量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)共享。計量數(shù)據(jù)使用不方便、整合困難、時效性差,管理部門無法及時獲得信息,無法智能檢索、統(tǒng)計和分析誤差變化趨勢和設(shè)備運行情況,無法形成業(yè)務(wù)計劃的預判。各級計量管理與業(yè)務(wù)部門之間的交互性亟待提升。

針對該情況,各省的計量技術(shù)人員進行了多方面探討。趙泉欽等[5]設(shè)計了省級氣象計量信息管理服務(wù)平臺,實現(xiàn)氣象計量儀器收發(fā)管理、檢校更新、查詢統(tǒng)計、發(fā)票登記等功能;鄒超等[6]通過云技術(shù)構(gòu)建新型移動計量網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)校準數(shù)據(jù)云端統(tǒng)一管理、證書省級簽發(fā)、校準規(guī)范參數(shù)自動推送等功能;陳平[7]設(shè)計氣象計量信息化系統(tǒng)的各個主要模塊功能,實現(xiàn)全國氣象裝備計量檢定業(yè)務(wù)信息統(tǒng)一管理,提供全國范圍內(nèi)的計量檢定業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品。以上研究都取得了不錯的成果,推動了計量工作的信息化進程。在此基礎(chǔ)上,文章設(shè)計了適合四川省計量業(yè)務(wù)體系的全流程管理平臺,掛接全省站點和設(shè)備,細分各級管理權(quán)限,制定計劃申請流程,建立統(tǒng)計查詢方式,整合現(xiàn)行的各類檢定校準核查規(guī)程規(guī)范方法,實現(xiàn)現(xiàn)場校準核查信息化,計量數(shù)據(jù)的實時關(guān)聯(lián)共享[8]。平臺貼合實際的計量業(yè)務(wù)流程,滿足實際計量業(yè)務(wù)工作的需要[9]。

1 功能設(shè)計

1.1 站點與設(shè)備管理

站點管理可以添加和刪除站點,在站點上掛接傳感器[10]。設(shè)備管理為傳感器及標準器的管理,包含增加、刪除和狀態(tài)變更功能。傳感器設(shè)置包括3種狀態(tài):在用、停用和待用。在用表示傳感器掛接在站點上;停用包括傳感器超檢、故障等情況;待用表示狀態(tài)正常,可隨時使用。標準器設(shè)置包括2種狀態(tài):正常和停用。

1.2 計劃與申請

計劃操作人員為區(qū)縣業(yè)務(wù)員、市州業(yè)務(wù)員、市州管理員和省級管理員。計劃制訂的類型包括3種,分別為年度工作計劃、臨時工作計劃和國家站傳感器實驗室檢定計劃制定。省級管理員可匯總市州管理員上報的國家站傳感器實驗室檢定計劃,生成全省國家站傳感器實驗室檢定計劃。申請人員為各級業(yè)務(wù)員,提出標準器的溯源、維修和購置的申請,市州管理員審核區(qū)縣業(yè)務(wù)員和市州業(yè)務(wù)員的申請,省級管理員審核省級業(yè)務(wù)員的申請。

1.3 檢定校準核查

同一種傳感器在不同的使用環(huán)境需要參照不同的規(guī)程規(guī)范方法,計量過程、計算方式亦不相同。省級業(yè)務(wù)員參照實驗室檢定規(guī)程完成國家級站點傳感器的實驗室檢定。市州業(yè)務(wù)員參照自動氣象站現(xiàn)場校準方法、自動氣象站現(xiàn)場核查方法和天氣現(xiàn)象現(xiàn)場核查方法完成國家站備站傳感器校準、天氣現(xiàn)象核查和多要素區(qū)域站核查。區(qū)縣業(yè)務(wù)員參照能見度核查方法、自動氣象站現(xiàn)場核查方法完成能見度儀核查和單雨量站核查。檢定校準核查模塊按照現(xiàn)行的規(guī)程規(guī)范方法,編制對應(yīng)的算法。以氣壓傳感器現(xiàn)場校準為例,自動氣象站現(xiàn)場校準算法按照溯源周期內(nèi)氣壓標準器證書上的計量數(shù)據(jù)信息,計算出氣壓標準器修正值對應(yīng)的修正區(qū)間[11-13]。在現(xiàn)場依據(jù)從低壓到高壓,再從高壓到低壓的順序,依次讀入氣壓傳感器與氣壓標準器的低壓、常壓和高壓數(shù)據(jù),計算出氣壓傳感器每個校準點讀數(shù)的平均值和氣壓標準器每個校準點讀數(shù)的平均值,根據(jù)氣壓標準器平均值所在的修正值區(qū)間,確定修正值,計算出氣壓標準器修正后的平均值,再算出氣壓傳感器的單程測量誤差值,如式(1)所示。求出每個校準點正反行程測量誤差平均值,選取3個校準點測量誤差平均值的最大值作為校準結(jié)果,與最大允許誤差相比較,判斷是否超差[14-16]。現(xiàn)場計量人員只需要正確讀取氣壓標準器和氣壓傳感器的數(shù)據(jù),其余由模塊自動完成。

ΔP=Pj-(Pb+xP)

(1)

式中,ΔP為每個校準點單程測量誤差值;Pj為被校氣壓傳感器2 min測量值的平均值;Pb為氣壓標準器2 min測量值的平均值;xp為氣壓標準器的修正值。

1.4 查詢統(tǒng)計

不同權(quán)限的管理員或業(yè)務(wù)員可以查詢對應(yīng)級別的計量信息,省級管理員可以查看全省的計量信息,市州級管理員只能查詢所轄站點的計量信息。可根據(jù)行政區(qū)劃、站點類型、站名站號、要素種類、計量工作方式和計量時間等屬性進行查詢。

1.5 通知預警

通知由各級管理員發(fā)布,市州級管理員發(fā)布的通知由所轄區(qū)域內(nèi)人員接收,省級管理員可以發(fā)布全省或特定范圍的通知。可設(shè)置的預警規(guī)則包括傳感器到期預警、標準器到期預警、人員資質(zhì)到期預警和授權(quán)到期預警。預警規(guī)則由平臺管理員設(shè)置,傳感器到期預警觸發(fā)時間為計量周期到期前110 d,標準器到期預警觸發(fā)時間為計量周期到期前110 d,人員資質(zhì)和授權(quán)到期預警觸發(fā)時間為資質(zhì)有效期截止前180 d。

1.6 文檔與系統(tǒng)管理

文檔管理的類別包括規(guī)程方法、政策文件和參考資料。規(guī)程方法包括傳感器實驗室檢定規(guī)程、自動氣象站現(xiàn)場校準方法和現(xiàn)場核查方法、能見度核查方法、天氣現(xiàn)象儀核查方法等;政策文件為各級單位下發(fā)的計量業(yè)務(wù)相關(guān)文件;參考資料包括傳感器和標準器的說明書、操作手冊等。

系統(tǒng)管理分為往來單位管理、人員資質(zhì)管理和日志管理。往來單位管理由平臺管理員完成,平臺管理員記錄供貨單位、送檢單位和送修單位3種單位類型;人員資質(zhì)分為技術(shù)員、一級注冊計量師、二級注冊計量師和內(nèi)審員,注冊計量師和內(nèi)審員可以為同一人;日志管理包括登錄日志、操作日志和SQL日志。

1.7 平臺權(quán)限

平臺權(quán)限分為平臺管理員、省管理員、省業(yè)務(wù)員、市州管理員、市州業(yè)務(wù)員和區(qū)縣業(yè)務(wù)員6類。

平臺管理員完成往來單位設(shè)置、用戶注冊、權(quán)限設(shè)置、預警設(shè)置、日志管理和系統(tǒng)維護等操作。

省管理員設(shè)置機構(gòu)與標準的授權(quán)信息,匯總制定傳感器年度實驗室檢定計劃,審核臨時傳感器檢定校準申請與省級業(yè)務(wù)員檢修或購買申請,查詢?nèi)鞲衅鳌藴势骱腿藛T的計量信息,發(fā)布通知信息、管理文檔。

省業(yè)務(wù)員管理省級標準器,包括增加(入庫)、刪除(報廢)、變更狀態(tài)(流轉(zhuǎn))和設(shè)置屬性,申請檢修或購買標準器,完成實驗室檢定,以及查詢省級計量信息。

市州管理員審核市州區(qū)縣業(yè)務(wù)員制訂的年度工作計劃和臨時計量工作申請,根據(jù)市州業(yè)務(wù)員的年度工作計劃制訂并上報傳感器年度實驗室檢定計劃,向省級申請臨時計量工作,審核市州及區(qū)縣業(yè)務(wù)員的標準器檢修購申請,查詢所轄區(qū)域計量信息,發(fā)布通知信息。

市州業(yè)務(wù)員添加/刪除所轄區(qū)域的站點,掛接傳感器,管理傳感器及標準器,制訂年度工作計劃和臨時工作計劃,申請檢修或購買標準器,現(xiàn)場校準核查,查詢所轄區(qū)域計量信息。

區(qū)縣業(yè)務(wù)員可掛接傳感器,管理傳感器及標準器。制訂年度工作計劃和臨時計量工作,申請檢修或購買標準器,現(xiàn)場核查,查詢所轄區(qū)域計量信息等。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 開發(fā)工具

氣象計量業(yè)務(wù)管理平臺采用標準的B/S 3層架構(gòu),開發(fā)平臺工具采用Visual Studio 2008—ASP.NET,數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2008[17-18]。

在MVC模式的B/S 3層架構(gòu)中,最上層為表示層,主要封裝了讀取控件狀態(tài)、設(shè)置控件狀態(tài)、讀取控件數(shù)據(jù)、設(shè)置控件數(shù)據(jù)及創(chuàng)建控件等方法。每個顯示組件還配有1個XML文件,用于描述該組件的表現(xiàn)形式與行為。中間層為業(yè)務(wù)邏輯層,主要由邏輯控制器和具體的業(yè)務(wù)邏輯類組成。邏輯控制器主要負責解析、提取XML配置文件,控制表示層組件的加載、顯示與輸出;業(yè)務(wù)邏輯類則主要用于校準核查、需求申請與審核、多條件統(tǒng)計查詢、設(shè)備管理、告警設(shè)置與管理、計劃管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、權(quán)限管理、文檔管理與日志管理等核心功能。最底層為數(shù)據(jù)訪問層,主要封裝了對SQL數(shù)據(jù)庫及XML配置文件的查詢、修改、寫入等操作。

Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境中的大量工具箱和設(shè)計器,具備WYSIWYG編輯、拖放服務(wù)器控件和自動部署等功能。.NET框架類庫、消息處理和數(shù)據(jù)訪問解決方案都可從Web無縫訪問。ASP.NET 使執(zhí)行常見任務(wù)變得容易,從簡單窗體提交和客戶端身份驗證到部署和站點配置,系統(tǒng)選擇適合Web應(yīng)用程序的C#語言。

SQL Server 2008作為高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),具有客戶機/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),能夠滿足大規(guī)模分布式計算環(huán)境的需要。其數(shù)據(jù)庫引擎集成了對XML的支持,同時憑借可擴展、易于使用和安全的特點,成為建設(shè)大型Web站點最好的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備之一,與專用于開發(fā)Web應(yīng)用的Windows DNA架構(gòu)相集成,完全可以滿足最大規(guī)模的Web站點的性能要求。

2.2 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)訪問與存取的工具。對于任何一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng),其數(shù)據(jù)處理的工具和對象均是數(shù)據(jù)表,通過界面中的控件可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的存取、訪問等操作。系統(tǒng)共涉及告警期限、廠家信息、文檔管理、現(xiàn)場校準、公告信息、觀測設(shè)備、標準器、設(shè)備申請、站點信息、用戶信息和年度計劃等11個數(shù)據(jù)表。

2.3 程序模塊類設(shè)計

系統(tǒng)按照不同功能模塊設(shè)計了不同類。以站點與設(shè)備管理模塊和檢定校準核查模塊為例,站點與設(shè)備管理模塊設(shè)計為4個類:往來單位管理類,站點信息管理類,觀測設(shè)備管理類和標準器管理類。往來單位管理包含單位名稱、法人、聯(lián)系方式、單位地址、開戶行、銀行賬號和單位屬性等;站點信息管理包含站名、站號、型號、廠家、級別和所屬范圍等;觀測設(shè)備管理包含設(shè)備名稱、設(shè)備編號、型號、廠家、檢定日期、到檢日期、設(shè)備狀態(tài)、所屬站點和所屬范圍等;標準器管理包含名稱、編號、型號、廠家、檢定日期、到檢日期、證書、溯源單位和修正值等。以往來單位管理為例,其屬性與方法如表1和表2所示。

表1 往來單位管理的屬性

表2 往來單位管理的方法

3 功能實現(xiàn)

系統(tǒng)完成后,錄入基本的站點、傳感器數(shù)據(jù)信息,添加站點、傳感器,完成傳感器的掛接,設(shè)置告警期限;制訂計劃,完成計劃審核;對自動氣象站的氣壓傳感器進行現(xiàn)場校準[19-22]。

4 結(jié)束語

氣象計量業(yè)務(wù)管理平臺整合了中國氣象局制定的計量規(guī)程和方法,梳理了省級、市級、縣級氣象部門所承擔的計量工作職責,使計量人員在現(xiàn)場開展計量工作的同時,實時完成計量數(shù)據(jù)信息化、標準化收集和計算,提高數(shù)據(jù)的準確性,規(guī)范計量人員的操作流程,也便于后續(xù)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、關(guān)聯(lián)共享和質(zhì)量分析。同時為各級業(yè)務(wù)管理部門提供所需的信息來源和數(shù)據(jù)支撐,幫助各級業(yè)務(wù)管理部門加大計量工作管理的力度。