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        區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

        2011-12-22 06:42:20楊遠(yuǎn)恒卜英竹
        中低緯山地氣象 2011年5期
        關(guān)鍵詞:一致性區(qū)域質(zhì)量

        楊遠(yuǎn)恒,卜英竹,田 蘭,汪 華

        (貴州省氣象信息中心,貴州 貴陽 550002)

        區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

        楊遠(yuǎn)恒,卜英竹,田 蘭,汪 華

        (貴州省氣象信息中心,貴州 貴陽 550002)

        為了實(shí)現(xiàn)貴州省區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制,筆者開發(fā)了“區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制系統(tǒng)”,系統(tǒng)在VC++6.0開發(fā)環(huán)境中設(shè)計(jì)開發(fā)。該文通過對(duì)系統(tǒng)需求的分析,重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能模塊和數(shù)據(jù)流程。系統(tǒng)投入使用后,初步建立了區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制體系,為資料在預(yù)報(bào)服務(wù)上的應(yīng)用提供了質(zhì)量保障。

        區(qū)域自動(dòng)站;實(shí)時(shí)資料;質(zhì)量控制

        1 引言

        隨著我省區(qū)域自動(dòng)氣象站的建設(shè),區(qū)域自動(dòng)站從最初的幾百個(gè)臺(tái)站,到目前的上千個(gè)臺(tái)站,觀測(cè)網(wǎng)基本覆蓋了全省區(qū)域。區(qū)域自動(dòng)站資料由于觀測(cè)密度大,填補(bǔ)了人工觀測(cè)的盲區(qū),解決了無人地區(qū)氣象觀測(cè)資料缺乏的問題,同時(shí)實(shí)現(xiàn)逐小時(shí)資料的采集傳輸,因此為氣象預(yù)報(bào)、服務(wù)提供豐富的實(shí)況資料。但是,由于自動(dòng)站觀測(cè)資料質(zhì)量保障體系不同于人工觀測(cè)資料質(zhì)量保障體系,在實(shí)際應(yīng)用過程中,實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量問題就突顯出來,成為困擾日常業(yè)務(wù)服務(wù)的一個(gè)問題。為確保區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的科學(xué)性、準(zhǔn)確性,開展區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制工作十分必要。區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域自動(dòng)站報(bào)文資料,采取氣候極值檢查、歷史極值檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質(zhì)量控制方法對(duì)溫度要素進(jìn)行質(zhì)量控制,采取歷史極值檢查、空間一致性檢查和綜合決策檢查3種質(zhì)量方法對(duì)雨量要素進(jìn)行質(zhì)量控制,對(duì)出現(xiàn)的異常資料進(jìn)行報(bào)警提示,實(shí)現(xiàn)了區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制,為資料在預(yù)報(bào)服務(wù)上的應(yīng)用提供了質(zhì)量保障。

        2 系統(tǒng)需求分析

        自我省的區(qū)域自動(dòng)站建設(shè)以來,由于硬件本身設(shè)備或軟件系統(tǒng)的原因,常常出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的問題,并且,未經(jīng)過質(zhì)量控制的實(shí)時(shí)資料直接應(yīng)用到了預(yù)報(bào)服務(wù)中,給預(yù)報(bào)服務(wù)帶來一定程度的影響。比如:由于溫度傳感器故障較嚴(yán)重造成采集到的溫度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、由于雨量計(jì)被堵導(dǎo)致一些站長(zhǎng)時(shí)間雨量值不準(zhǔn),或者由于自動(dòng)站部分運(yùn)行不穩(wěn)定,記錄缺測(cè)較多,等等。

        根據(jù)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀,區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制系統(tǒng)滿足以下幾方面的需求:

        ①能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,第一時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。

        ②能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度要素進(jìn)行氣候極值檢查、歷史極值檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查5種質(zhì)量控制方法。

        ③能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雨量要素進(jìn)行氣候極值檢查、空間一致性檢查以及綜合決策檢查3種質(zhì)量控制方法。

        ④能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)質(zhì)量控制非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。能對(duì)一段時(shí)間之內(nèi)的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)質(zhì)量控制,以便能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析應(yīng)用。

        ⑤能夠?qū)崿F(xiàn)日志顯示和疑誤數(shù)據(jù)報(bào)警功能。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可疑值或者錯(cuò)誤值進(jìn)行報(bào)警提醒,以便于對(duì)資料的審核和原因排查。

        3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

        3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)采用模塊化編程設(shè)計(jì)方式,在Visual C++環(huán)境下進(jìn)行開發(fā),運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),主要包括7個(gè)功能模塊,每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能,其顯著優(yōu)點(diǎn)是降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性,使得系統(tǒng)更易于修改和實(shí)現(xiàn),而且可以實(shí)現(xiàn)并行開發(fā)。系統(tǒng)功能如圖1所示。

        氣候極值質(zhì)控模塊:實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度氣候極值的配置,得到氣候極值質(zhì)控碼。

        歷史極值質(zhì)控模塊:實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、雨量歷史極值的配置,得到溫度、雨量的歷史極值質(zhì)控碼。

        時(shí)間一致性質(zhì)控模塊:實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度每小時(shí)內(nèi)時(shí)變參數(shù)的配置,得到溫度的時(shí)間一致性質(zhì)控碼。

        空間一致性質(zhì)控模塊:采用空間回歸檢驗(yàn)方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、雨量的質(zhì)量控制處理,得到空間一致性質(zhì)控碼。

        綜合決策質(zhì)控模塊:通過綜合分析每種質(zhì)控方法的質(zhì)控碼,得到綜合的質(zhì)控碼,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、雨量的綜合決策質(zhì)量控制。

        實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊:實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文目錄進(jìn)行監(jiān)控,在接受到報(bào)文的第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量控制,以提高質(zhì)量控制的時(shí)效。

        手動(dòng)質(zhì)控模塊:通過輸入需要進(jìn)行質(zhì)量控制的時(shí)次,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)行報(bào)文的質(zhì)量控制。

        圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

        3.2 數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)通過自動(dòng)質(zhì)控和手動(dòng)質(zhì)控兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)資料的質(zhì)量控制。其中,手動(dòng)質(zhì)控方式是對(duì)非實(shí)時(shí)的報(bào)文進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)任一時(shí)次的報(bào)文的質(zhì)量控制。而自動(dòng)質(zhì)控方式是對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制,其數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

        圖2 數(shù)據(jù)流程圖

        系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊監(jiān)控報(bào)文目錄,首先,當(dāng)接收到一份報(bào)文時(shí),及時(shí)對(duì)報(bào)文記錄進(jìn)行保存,同時(shí)判斷要素是否缺測(cè),如果缺測(cè),則報(bào)警顯示缺測(cè)記錄。其次,對(duì)溫度要素進(jìn)行氣候極值檢查,當(dāng)超過氣候極值范圍時(shí),直接報(bào)警顯示溫度氣候極值檢查錯(cuò)誤值;然后進(jìn)行歷史極值檢查和時(shí)間一致性檢查,并得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼;對(duì)雨量要素,直接進(jìn)行歷史極值檢查。第三,進(jìn)行空間一致性檢查時(shí),如果報(bào)文是及時(shí)報(bào)文,則等待系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一的空間質(zhì)控,得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼。如果是逾限報(bào)文,且是系統(tǒng)本時(shí)次的逾限報(bào)文,則增加保存到及時(shí)報(bào)文記錄列表中,并立刻對(duì)報(bào)文再次進(jìn)行空間一致性檢查并得到新的質(zhì)量控制碼。如果報(bào)文是上一個(gè)時(shí)次的逾限報(bào)文,則需要從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中提取出該時(shí)次的報(bào)文記錄之后,對(duì)報(bào)文進(jìn)行空間一致性檢查,再得到相應(yīng)的質(zhì)量控制碼。這樣既滿足了對(duì)及時(shí)報(bào)文的實(shí)時(shí)質(zhì)控,同時(shí)也滿足了對(duì)逾限報(bào)文的實(shí)時(shí)質(zhì)控。第四,當(dāng)系統(tǒng)完成空間一致性檢查之后,通過獲得的每種質(zhì)控方法的質(zhì)量控制碼,進(jìn)行綜合檢查,當(dāng)綜合檢查屬于可疑或者錯(cuò)誤值時(shí),直接報(bào)警顯示可疑值或者錯(cuò)誤值記錄。

        4 應(yīng)用效果

        系統(tǒng)自開發(fā)以來,已經(jīng)在業(yè)務(wù)值機(jī)平臺(tái)上穩(wěn)定運(yùn)行,能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的質(zhì)控控制。系統(tǒng)平臺(tái)界面如圖3所示,實(shí)時(shí)監(jiān)控文件部分對(duì)區(qū)域自動(dòng)站的報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,日志顯示部分顯示實(shí)時(shí)質(zhì)量控制的日志,以及及時(shí)顯示1 h之內(nèi)各種質(zhì)量控制方法的結(jié)果,以方便用戶查看和核查。

        圖3 系統(tǒng)界面圖

        5 結(jié)束語

        區(qū)域自動(dòng)站質(zhì)量控制系統(tǒng)充分應(yīng)用了氣候極值檢查、歷史極值檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查以及綜合決策5種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制,系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計(jì),層次清晰,便于軟件的管理、維護(hù),功能擴(kuò)充能力較強(qiáng)。系統(tǒng)的投入使用,初步建立了我省區(qū)域自動(dòng)站實(shí)時(shí)資料的質(zhì)量控制體系,系統(tǒng)能夠達(dá)到對(duì)實(shí)時(shí)資料進(jìn)行質(zhì)量控制,同時(shí)提供了人工手控質(zhì)量控制的功能,以便對(duì)任一時(shí)次的報(bào)文進(jìn)行質(zhì)量控制,除了為資料在預(yù)報(bào)服務(wù)上的應(yīng)用提供質(zhì)量保障外,通過對(duì)每小時(shí)的質(zhì)量控制結(jié)果的監(jiān)控顯示,也為觀測(cè)系統(tǒng)管理維護(hù)提供了有用的信息。

        [1] 王新華,羅四維,劉小寧,等.國(guó)家級(jí)地面自動(dòng)站A文件質(zhì)量控制方法及軟件開發(fā)[J]. 氣象,2006,32(3):108-112.

        [2] 劉小寧,鞠曉慧,范邵華.空間回歸檢驗(yàn)方法在氣象資料質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2006,17(1):37-42.

        [3] 楊文龍,姚淑珍,吳蕓.軟件工程[M].北京:電子工業(yè)出版社,1999.

        TP311

        B

        1003-6598(2011)05-0042-03

        2011-05-27

        楊遠(yuǎn)恒(1979-),女,工程師,主要從事氣象信息技術(shù)開發(fā)工作。

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