四平市區域站數據狀態報警系統的介紹及其應用分析

摘 要：設計了一套四平市區域站數據狀態報警系統，對接吉林省地面氣象觀測監控管理平臺，實現站點數據異常信息告警。以標準EI（Event Information）形式接入吉林省氣象綜合業務監控與運維系統“天鏡2.0”。基于此，對該系統的設計內容、平臺架構、關鍵技術和創新點進行了分析，旨在提高氣象服務保障能力。

關鍵詞：氣象觀測；數據狀態；報警系統

中圖分類號：S165 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

為深入貫徹習近平總書記的重要指示精神，并根據氣象高質量發展綱要的要求，亟須滿足四平市氣象業務發展的需求，加快氣象現代化進程。為了更好地應對區域站的運行監控、數據分析和故障預警的挑戰，研發并設計了一套可靠性強、擴展性良好的區域自動氣象站運行監控報警系統。這一系統的報警功能能夠迅速、準確地將區域站的故障信息傳遞給維護保障人員，顯著縮短技術支持的響應時間，節省人力和物力資源，從而提高整體工作效率。

1 四平市區域站數據狀態報警系統研究的內容

本研究與開發的目標是構建一套滿足四平氣象業務需求的綜合系統。該系統將實時監控區域自動氣象站的狀態，并具備故障信息報警等重要功能。通過這一系統，能夠隨時掌握自動氣象站的運行狀態，及時識別并解決故障問題，從而確保氣象信息觀測的穩定性。該系統還將大幅提高運行和管理效率，助力氣象數據的高質量發展。

為實現這一目標，將深入分析四平地區區域站的運行監控需求與特點，全面研究現有區域自動氣象站監控系統，評估其優缺點，以便在新系統中進行針對性的改進與完善。同時，借鑒國內外先進的氣象監控技術和系統，確保解決方案處于國際領先水平。

在系統設計上，將重點關注實用性和易用性[1]。采用先進的技術與算法，確保系統能夠實時、準確地監測區域內自動氣象站的運行狀態。同時，努力提升用戶體驗，使系統界面更加簡便、易于操作，使用戶能輕松掌握氣象站的狀態信息。

在實施階段，將嚴格遵循開發計劃，確保每一步都穩健推進。為了保障項目的進度與質量，將構建高效的項目管理機制。同時，加強與用戶之間的溝通與協作，及時獲取用戶的需求和反饋，從而實現系統的持續改進與優化。

通過這一系統的建設與應用，為四平地區的氣象站運行監控提供強有力的支持，提升氣象信息觀測的穩定性，提高運行和管理效率，確保氣象數據的高質量發展。同時，該系統的成功實施也將為其他地區的氣象業務提供參考[2]。

1.1 監控信息數據庫設計

監控信息數據庫是該系統的核心基礎，其設計尤為重要。在滿足系統實際需求的同時，充分考慮數據庫的可靠性、可擴展性和可維護性。為了保障數據的穩定性和安全性，選擇SQL Server 2008數據庫系統進行構建。

該數據庫主要包括以下5個關鍵數據表：（1）用戶信息表，用于存儲用戶的基本信息及其權限設置，確保系統的安全與管理高效；（2）站點信息表，詳細記錄各個監控站點的信息，便于對監控點進行全面管理和分析；（3）故障信息表，記錄系統運行過程中出現的各種故障及其處理情況；（4）故障短信信息表，存儲在故障發生時發送給相關人員的短信記錄，確保及時溝通和響應；（5）報警對象信息表，詳細記錄報警對象的屬性與狀態信息，以便對潛在風險進行有效監控和管理。

在設計數據表時，充分考慮了實際應用的需求，確保每張表都具有明確的功能和規范化的字段。例如，用戶信息表不僅包括基本的用戶名和密碼字段，還增加了用戶角色和權限等關鍵信息，以增強系統的安全性。同時，站點信息表詳細記錄了站點的地理位置和設備配置等信息，便于實現對站點的高效管理與維護。

為了提升數據庫的性能和可擴展性，引入了索引優化和分區等先進技術。此外，高度重視數據庫的備份與恢復，以確保在意外情況下數據的安全無憂。總之，監控信息數據庫作為系統的核心組成部分，其設計與建設必須充分考慮實際需求和性能要求。通過采用SQL Server 2008數據庫系統，并結合規范化的數據表設計，成功構建了一個穩定、可靠、可擴展且易于維護的監控信息數據庫。

1.2 系統分層結構設計

系統體系結構是整個系統的核心，它決定了系統的功能和性能。根據系統的需求和設計理念，將系統體系結構分為三層，即數據層、服務接口層和表示層。

首先，數據層是整個體系結構的基礎，它為系統提供了基礎數據訪問和二次加工數據的存儲底層服務。數據層主要包括區域站元數據、監控信息數據等。區域站元數據等信息存儲于信息中心區域氣象站的資料數據庫，該數據庫用于輔助本系統運行監控、數據分析、數據來源和依據。而監控信息數據是系統的本地數據庫，用于存儲用戶信息、故障信息、報警信息等。數據層的設計考慮了數據的完整性和安全性，確保了數據的準確性和可靠性[3]。

其次，服務接口層位于數據層之上，起到了“承上啟下”的作用。它既為表示層提供接口化服務，又是數據層的直接使用者。服務接口層的主要功能是提供各種服務接口，如數據查詢、數據處理、數據存儲等。這些服務接口都是以松耦合的方式設計的，提高了系統的可擴展性和可維護性。服務接口層還負責處理表示層傳遞過來的請求，將請求轉化為對數據層的操作，并將結果返回給表示層。

最后，表示層位于整個體系結構的頂層，直接面對基層臺站，以臺站需求為中心設計。表示層的主要任務包括運行監控、數據圖形化顯示、故障分析查詢、系統管理、報警等。它通過調用服務接口層的服務，經過本層的處理，實現與業務人員的交互。在設計表示層時，秉承實用、輕巧的原則，盡可能地簡化界面和操作流程，提高用戶體驗和系統的易用性。

系統的體系結構分為數據層、服務接口層和表示層。每層都有其特定的功能和作用，共同協作完成整個系統的功能和任務。這種分層的設計模式有助于提高系統的可擴展性、可維護性和可重用性[4]。

1.3 系統數據庫訪問組件設計

該數據訪問系統在處理海量數據時展現出卓越的高效性和穩定性。它對區域站資料數據庫中超過110個自動站的持續數據判斷與分析，確保了系統的實時性與準確性。在實現這一功能時，數據庫訪問組件遵循了“向上統一，向下分離”的設計原則。這一原則使得上層程序在進行數據訪問操作時，既簡便又一致。

通過統一的數據庫訪問接口，上層程序僅需指定數據源和所需查詢結果，無須關注不同數據庫類型之間的具體訪問差異。這種抽象化處理大大減輕了程序開發的工作量，并提高了運行效率。數據庫訪問組件則負責處理不同數據庫類型的訪問差異，從而實現數據的可訪問性封裝。這種封裝不僅提升了程序的可移植性，還為后續的二次開發提供了極大的便利。

為了實現高效的數據處理和訪問，該系統引入了多種優化策略。第一，利用數據庫索引技術顯著加快了數據檢索速度，減少了不必要的磁盤I/O操作。第二，系統還實施了數據壓縮和緩存管理，進一步提高了處理效率。這些綜合優化措施確保了系統在處理大量數據時的穩定性和可靠性。

該數據訪問系統遵循“向上統一，向下分離”的設計原則，結合一系列優化手段，成功實現了高效、穩定的數據處理與訪問。這種設計不僅簡化了程序開發的復雜操作，還增強了系統的可維護性和可擴展性。展望未來，該系統將在數據處理和分析領域繼續發揮優勢，為行業的發展做出重要貢獻。

1.4 平臺內容設計

為了提高氣象服務保障能力，對接吉林省地面氣象觀測監控管理平臺（SMOS），并在此基礎上建設了四平市區域站數據狀態報警系統。這一系統的主要功能是獲取四平市112個區域站點的元數據信息、區域站設備電壓狀態信息、區域站通信狀態和數據完整性等相關信息。一旦區域站出現異常電壓、通信狀態異常或數據完整性異常等情況，該系統會自動生成告警信息，并以標準EI（Event Information）形式接入吉林省氣象綜合業務監控與運維系統“天鏡2.0”（圖1）。這些告警信息在天鏡2.0內的Alert告警模塊中實時展示，確保相關責任人能夠及時了解情況。

為了確保信息及時傳遞，積極運用企業微信，將告警信息快速推送給相關責任人。如此一來，一旦出現異常情況，責任人能在第一時間接收到通知，迅速采取必要的維護措施。通過這一系統的構建，不僅實現了對四平市區域站數據的全面監控，還顯著提高了氣象服務的效率，加快了響應速度。這一措施對保障四平市氣象服務的穩定i2p56U/2tMwsa/nQW5PbFY7cpGqO0gqx+h9jZHBW8Nc=運行，向當地居民提供準確的氣象預報和預警服務具有重要意義。

2 關鍵技術及創新點

2.1 關鍵技術

吉林省地面氣象觀測監控管理平臺數據庫的非直連數據源接入在吉林省地面氣象觀測監控管理平臺，為了更好地管理和利用這些數據，平臺采用了非直連數據源接入的方式，利用“天鏡2.0”數據中臺作為中間媒介，實現了從SQL Server數據庫到Kafka，再到 Elasticsearch的數據傳輸與存儲。

“天鏡2.0”數據中臺能夠將吉林省地面氣象觀測監控管理平臺SQL Server數據庫中的數據表安全、高效地接入Kafka。在此過程中，數據得到處理并按照主題進行分類，確保了數據的分類存儲和后續的索引化管理。通過創建主題，Kafka數據被進一步處理并以索引的形式存儲至Elasticsearch。這不僅提高了數據的檢索效率，還為后續的數據調用和分析提供了便利。此外，為了確保數據的安全性，采用數據接口調用數據的方式被廣泛應用。這種方式有效避免了直接暴露數據庫的敏感信息，如用戶名、密碼等，從而降低了數據安全風險。同時，非直連方式有效防止了數據庫負載過高的問題，避免了由于多個程序同時連接導致的數據庫連接異常和性能問題。

2.2 創新點

隨著科技的不斷進步，軟件結構的設計和實現變得越來越重要。與同類研究、同類技術相比，該成果在軟件結構方面具有先進性、創新性和推廣應用潛力。其特點如下：

首先，對客戶端設計進行了優化，使其相比傳統的C/S結構更加輕量化。新客戶端僅專注于數據圖形展示和用戶指令傳達，從而顯著降低了運行成本，使系統更易于推廣。這種設計理念不僅提升了系統性能，還有效降低了用戶的使用成本，為軟件的廣泛應用奠定了堅實基礎。

其次，相較于傳統的B/S結構，該成果顯著減輕了服務器的負擔。它充分利用本地客戶端強大的處理能力，能夠生成更豐富、更美觀的數據產品，并具備強大的數據處理能力。例如，在查詢數據時，系統服務器僅需提供基礎數據，而不必參與數據的排序、導出和圖形化處理，這一切都由客戶端獨立完成。這種高效的分工合作模式，充分發揮了客戶端與服務器各自的優勢，顯著提升了系統的整體性能。

最后，該成果在安全性方面表現尤為出色。通過將業務服務層與數據層進行有效分離，用戶無法直接訪問數據庫，進一步確保了數據層中信息的安全性。這一安全保障機制對保護數據隱私和敏感信息至關重要。在系統功能方面，這項成果得益于系統分析階段的深入調研，緊密圍繞運行監控業務的實際需求進行設計。努力提升用戶的操作便捷性，力求實現“一鍵式操作、自動化工作”。例如，特設的監控報表自動填報功能，成功解放了運行監控人員的時間，使他們能夠擺脫煩瑣的數據統計工作，將更多精力投入數據結果評估和監控技術研究。這種以用戶為中心的設計理念，不僅顯著提高了工作效率，還極大提升了用戶的使用體驗。

綜上所述，這一成果在軟件結構上展現出顯著的先進性、創新性及廣泛的推廣應用潛力。通過優化客戶端設計、減輕服務器負擔、確保數據安全、滿足用戶需求等創新措施，為運行監控業務提供了強有力的支持。未來，隨著技術的不斷演進和應用需求的不斷提升，這一成果能夠在更多領域發揮其獨特優勢，進一步推動軟件技術的進步與發展。

3 結束語

為了實現氣象現代化，必須不斷加大科技創新的力度，強化氣象探測設施的研發與應用，從而提升氣象監測的準確性和時效性。同時，深化氣象服務的應用研究，拓寬氣象服務的領域，以提高其社會效益和經濟效益。在推進《氣象高質量發展綱要（2022—2035年）》的過程中，需要注重站網布局的合理性和科學性，避免重復建設和資源浪費。同時，還需要加強氣象數據的收集、整理和分析，提高氣象預報的準確性和精細化程度。

為了充分發揮氣象防災減災的第一道防線作用，需要構建更有效的氣象災害預警和應急響應機制，增強公眾的氣象意識與應急能力。同時，加強與其他相關部門的協作與協調，共同應對氣象災害，以保障人民的生命財產安全。推進氣象現代化是一項長期而艱巨的任務。需要不斷強化科技創新和應用研究，提升氣象監測與服務水平，為經濟社會發展和人民福祉貢獻力量。

參考文獻

[1] 程胤碩，于云忠，孫磊.區域氣象站故障檢測與報警系統[J].黑龍江氣象，2018，35（4）：33-34.

[2] 胡祖權，王永明，覃愛金，等.來賓市自動氣象站監控告警系統的設計與實現[J].氣象水文海洋儀器，2021，38（2）：86-88.

[3] 李文韜，張明潔，劉策.區域自動氣象站監控報警與技術保障遠程支持系統的設計與實現[J].山東科學，2020，33（1）： 1-7.

[4] 竇以文，燕東渭，黃增林，等.區域氣象站監測數據傳輸關鍵技術[J].北京農業，2010（12）：63-66.