文｜周勇，劉東君，馬鋒波

氣象信息化標準體系框架研究

文｜周勇，劉東君，馬鋒波

一、引言

目前，氣象信息化建設面臨若干突出問題，如：資料格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)質量不高、信息共享不暢、系統(tǒng)建設不集約等。標準體系建設作為氣象信息化建設的重要基礎性工作，已經放到了優(yōu)先位置。建立健全氣象信息化標準體系是解決上述問題，保障氣象信息化建設順利進行的關鍵措施之一。

由于信息化建設是一項涉及面非常廣泛的系統(tǒng)工程，涉及大量的標準和規(guī)范，因此必須對這些標準和規(guī)范按照內在聯(lián)系進行有序地整理，最終形成一套完整的信息化標準體系。按照國家標準《標準體系表編制原則和要求》（GB/T 13016-2009），標準體系是一定范圍內的標準按其內在聯(lián)系形成的科學的有機整體。而標準體系框架作為標準體系的重要組成部分，表現(xiàn)為一種標準分類方法，用來對標準進行粗線條的分類，把大量的已制定的無序的標準映射為有序子體系，劃清各部分的界線，有助于發(fā)現(xiàn)標準制定的空白領域，提出需要加強的方面，從而系統(tǒng)性、整體性地推進信息化標準的制定和完善。

因此，建立健全氣象信息化標準體系，先要從氣象信息化標準體系框架的設計入手。

二、研究現(xiàn)狀

（一）國內其他行業(yè)和部門信息化標準體系框架研究現(xiàn)狀

信息化標準對于順利開展信息化建設，有效地開發(fā)利用和共享信息資源、實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通和互操作、確保業(yè)務運行安全和可靠至關重要。而作為制定信息化標準的前期基礎性工作，信息化標準體系框架的設計得到了各行業(yè)、各部門的普遍重視。

2003年6月，水利部信息化工程領導小組辦公室編制出版了《水利信息化標準指南》，提出了由水利信息化基礎標準、信息傳輸與交換標準、業(yè)務應用系統(tǒng)規(guī)范、信息發(fā)布服務系統(tǒng)規(guī)范、水利信息化管理標準等部分組成的水利信息化標準框架，推進水利信息化標準建設。2004年8月，全國物流信息管理標準化技術委員會編制發(fā)布了《物流信息標準體系表》，主要包括物流信息基礎標準、物流信息技術標準、物流信息管理標準、物流信息服務標準及其他標準等框架性內容。2009-2010年，海關總署陸續(xù)發(fā)布了《海關信息化標準化工作指南》和《海關信息化標準體系》，提出了由總體標準、基礎設施標準、信息資源標準、應用標準、信息安全標準和信息化管理標準等6部分構成的海關信息化標準體系框架。2013年4月，交通運輸部編制了《交通運輸信息化標準體系表（2013年）》，提出來包括基礎設施、信息應用、信息資源、信息安全和信息工程等五部分組成的標準體系框架。至今，國內電子信息產業(yè)、水利、教育、建設、交通、銀行、保險、證券、煙草等諸多行業(yè)都開始或者已經制定了本行業(yè)的信息化標準體系，其中，食品藥品監(jiān)管信息化標準體系、煙草行業(yè)信息化標準體系、電力行業(yè)信息化標準體系等已經成為行業(yè)標準。

（二）氣象信息化標準體系框架研究歷史和現(xiàn)狀

2007年3月26日，經國家標準化管理委員會批準成立全國氣象基本信息標準化技術委員會后，當年制定了《氣象基本信息標準分體系》框架結構。該框架結構由術語子體系（包括氣象數(shù)據(jù)和檔案管理術語、氣象通信網(wǎng)絡術語、氣象計算機應用術語）、氣象信息傳輸類子體系（包括數(shù)據(jù)采集和傳輸格式、氣象信息傳輸業(yè)務、氣象信息傳輸技術)、氣象數(shù)據(jù)管理子體系（包括氣象元數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)處理、氣象數(shù)據(jù)存儲管理、氣象數(shù)據(jù)服務）、氣象檔案管理子體系（包括氣象檔案保護拯救與數(shù)字化、氣象檔案歸檔管理、氣象檔案館建設)、通信網(wǎng)絡子體系（包括通信網(wǎng)絡建設、通信網(wǎng)絡應用、通信網(wǎng)絡管理、通信網(wǎng)絡保障）、計算機應用子系統(tǒng)（包括高性能計算機建設、存儲系統(tǒng)建設、計算機系統(tǒng)管理、機房基礎設施建設管理）、氣象信息安全子體系（包括信息安全技術、信息安全管理）等7部分組成（圖1）。

圖1 氣象基本信息標準分體系結構圖（2007年）

《氣象基本信息標準分體系》框架結構的制定，對氣象信息網(wǎng)絡業(yè)務標準化的建設起到了積極的促進作用，但目前已經難以適應氣象現(xiàn)代化和現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展的新形勢，主要表現(xiàn)在：涉及范圍有待擴大，氣象信息化已不等同于傳統(tǒng)的氣象信息網(wǎng)絡業(yè)務，其涉及面更廣，與業(yè)務的融合度更高；框架結構有待調整，需要借鑒、吸納國家和外部門信息化標準體系框架研究的新成果、新經驗；內容有待細化，以期更具體、有效地指導氣象信息化標準的建設。

（三）信息化標準體系框架的比較分析

各行業(yè)和部門的信息化標準體系框架雖然各具特色，但通過比較分析，也不難發(fā)現(xiàn)它們具有的共同之處和規(guī)律性，這是由信息化工作的特點和自身規(guī)律性決定的。

表1 部分行業(yè)和部門信息化標準體系比較（簡表）

總體而言，信息化標準體系框架結構一般都包括總體標準（或稱為：總體框架標準、標準體系、標準化指南等）、術語標準（或稱為術語和主題詞表等）、網(wǎng)絡基礎設施標準（或稱為：信息網(wǎng)絡標準、基礎設施標準等）、信息資源標準、信息應用標準（或稱為：應用標準、業(yè)務應用系統(tǒng)規(guī)范等）、信息安全標準、管理標準（或稱為：信息化管理標準）、應用支撐標準等分系統(tǒng)內容。其中，總體標準包括信息化建設的總體性、框架性、基礎性的標準和規(guī)范，術語標準用于統(tǒng)一信息化建設中遇到的業(yè)務、技術和管理等各類詞匯，網(wǎng)絡基礎設施標準用于規(guī)范信息網(wǎng)絡基礎設置的技術架構、設備特性和接口標準等，信息資源標準用于規(guī)范數(shù)據(jù)格式、質量和共享等，信息應用標準為應用系統(tǒng)的建設提供統(tǒng)一的標準規(guī)范，信息安全標準貫穿信息化建設的全過程，是各行業(yè)、各部門信息化標準體系中不可或缺的組成部分。

三、氣象信息化標準體系框架結構

（一）氣象信息化標準體系框架模型

制定氣象信息化標準體系框架，先要從構建氣象信息化標準體系結構模型入手。氣象信息化標準體系框架模型是從系統(tǒng)工程的角度對氣象信息化標準進行抽象概括，一方面規(guī)定了氣象信息化標準所涵蓋的范圍及對象，另一方面也直觀地展現(xiàn)出各類信息化標準的作用及相互關系。依據(jù)國家《電子政務標準化指南》的參考模型，結合氣象信息化的特點，設計氣象信息化標準體系框架模型如圖2所示。

圖2 氣象信息化標準體系框架模型

總體標準為氣象信息化標準提供基本原則、指南和框架，以及通用性、基礎性的信息化術語定義?；A設施標準為氣象信息網(wǎng)絡、軟硬件設備、機房場地環(huán)境的建設、運行、維護和管理提供技術規(guī)定和管理要求，確保氣象信息化基礎設施間能互聯(lián)互通。信息資源標準為各類氣象業(yè)務和行政管理數(shù)據(jù)資源提供數(shù)據(jù)類型、分類、編碼/代碼、元數(shù)據(jù)等方面的標準和規(guī)范，以實現(xiàn)跨部門、跨地區(qū)、跨系統(tǒng)的信息資源共享。信息應用標準為各種氣象信息系統(tǒng)提供技術設計、數(shù)據(jù)交換、系統(tǒng)接口等方面的標準與規(guī)范，以及為應用系統(tǒng)提供基礎服務、互操作機制、軟構件等應用支撐的技術要求。信息安全標準是確保氣象信息系統(tǒng)安全運行、確保信息和系統(tǒng)的保密性、完整性和可用性的保障體系，為氣象信息化建設提供各種安全保障的技術和管理方面的標準規(guī)范。信息化管理標準為氣象信息化建設提供管理手段和措施方面的標準規(guī)范，是氣象信息化建設和信息系統(tǒng)正常運行的重要保障。

框架模型各部分相互之間是緊密關聯(lián)的?？傮w標準分體系處于整個體系的最上層，為其它標準分體系提供總體指導和編制實施原則；信息安全標準分體系和信息化管理標準分體系貫穿于基礎設施標準分體系、信息資源標準分體系和信息應用標準分體系之中。

（二）氣象信息化標準體系框架

在上述框架模型的基礎上，細化設計出由總體標準、基礎設施標準、信息資源標準、信息應用標準、信息安全標準和信息化管理標準等6個分體系（一級類目）和29個二級類目構成的氣象信息化標準體系框架，如圖3所示。

1. 總體標準

總體標準分體系包括氣象信息化標準指南和氣象信息化術語2個二級類目。

氣象信息化標準指南的目的是為氣象信息化標準提供基本原則和框架。它主要包括氣象信息化標準體系框架、標準化項目表等總體性標準規(guī)范。

圖3 氣象信息化標準體系框架

氣象信息化術語標準的目的是統(tǒng)一氣象信息化建設中遇到的業(yè)務、技術和管理詞匯，避免引起對它們的歧義性理解。它主要包括氣象信息化基礎術語和專業(yè)術語表等相關標準規(guī)范。

2. 基礎設施標準

基礎設施標準分體系包括網(wǎng)絡環(huán)境標準、服務器及存儲設備標準、高性能計算機標準、電視會商系統(tǒng)標準，以及機房和場地環(huán)境標準等5個二級類目。

網(wǎng)絡環(huán)境標準的目的是規(guī)定氣象廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)接入的規(guī)劃設計和建設要求。它主要包括網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡接口、網(wǎng)絡設備、IP地址和域名分配等方面的標準規(guī)范。

服務器及存儲設備標準的目的是規(guī)定氣象信息化建設中使用的各種通用計算和存儲設備功能、性能等方面的要求。它主要包括通用計算機、服務器、存儲設備及相關外設等硬件，操作系統(tǒng)、商用數(shù)據(jù)庫等基礎軟件，以及氣象云中心基礎資源池建設等方面的標準規(guī)范。

高性能計算機標準的目的是規(guī)范氣象領域高性能計算機系統(tǒng)建設、使用和評測等方面技術和管理要求。它主要包括氣象部門建設和利用外部門高性能計算機系統(tǒng)資源相關的資源管理、測試評估等方面的標準規(guī)范。

電視會商系統(tǒng)標準的目的是規(guī)定氣象部門電視會商系統(tǒng)建設和運行所需遵循的技術和管理要求，確保各級各單位的電視會商系統(tǒng)互聯(lián)互通。它主要包括氣象行業(yè)電視會商系統(tǒng)技術規(guī)范和管理規(guī)范等。

機房和場地環(huán)境標準的目的是為保證氣象信息網(wǎng)絡系統(tǒng)正常運行，對機房場地、機房安全、防火、防塵、防靜電、溫度和濕度等方面提出具體要求和相關標準。它主要包括氣象信息系統(tǒng)機房設計、施工以及綜合布線等方面的標準規(guī)范。

3. 信息資源標準分體系

信息資源標準分體系包括數(shù)據(jù)分類分級和編碼標準、數(shù)據(jù)獲取標準、數(shù)據(jù)元和元數(shù)據(jù)標準、文件格式標準、數(shù)據(jù)庫標準、質量控制標準，以及政務信息代碼和數(shù)據(jù)格式標準等7個二級類目。

數(shù)據(jù)分類、分級和編碼標準的目的是把氣象信息按其屬性和特性進行歸并，科學劃分類別和級別，并按規(guī)范的符號體系賦予代碼或符號，作為有關信息系統(tǒng)進行處理和交換的共同語言。它主要包括氣象資料、要素、預報數(shù)據(jù)和產品、服務數(shù)據(jù)和產品，以及相關行業(yè)和社會數(shù)據(jù)（注：行政管理信息在“政務信息代碼和數(shù)據(jù)格式標準”部分）的分類、分級和編碼標準規(guī)范。

數(shù)據(jù)獲取標準的目的是規(guī)定氣象部門通過各種渠道獲取氣象、相關行業(yè)及社會數(shù)據(jù)的技術、業(yè)務和管理要求。它主要包括氣象部門內部綜合觀測、國際間交換數(shù)據(jù)、其它部委共享交換數(shù)據(jù)，以及互聯(lián)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等多來源數(shù)據(jù)獲取的標準規(guī)范。

數(shù)據(jù)元和元數(shù)據(jù)是定義和描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)元是指用一組屬性描述定義、標識、表示和允許值的數(shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)元字典列出并定義相關數(shù)據(jù)元。元數(shù)據(jù)標準的目的是規(guī)范全球天氣、氣候、水文、地球環(huán)境以及氣象業(yè)務和服務相關等領域的海量數(shù)據(jù)資源，為提供標準便捷的數(shù)據(jù)服務打基礎。它主要包括氣象數(shù)據(jù)集核心元數(shù)據(jù)、氣象服務產品元數(shù)據(jù)、氣象應用元數(shù)據(jù)、氣象云數(shù)據(jù)資源業(yè)務元數(shù)據(jù)規(guī)范、氣象檔案元數(shù)據(jù)規(guī)范等標準規(guī)范。

文件格式標準的目的是為氣象數(shù)據(jù)采集、通信、存儲和處理提供一致的文件格式標準，為以文件方式進行氣象數(shù)據(jù)交換、共享服務提供支持。它主要包括文件命名、文件內容格式等方面的標準規(guī)范。

數(shù)據(jù)庫標準的目的是規(guī)范氣象業(yè)務和服務采用的數(shù)據(jù)庫內容和結構，為以數(shù)據(jù)庫方式進行氣象數(shù)據(jù)管理、共享服務提供支持。它主要包括數(shù)據(jù)庫和表結構、字段命名、要素格式、數(shù)據(jù)庫應用接口等方面的標準規(guī)范。

質量控制標準的目的是提供氣象數(shù)據(jù)質量控制算法和評估方法等技術和管理要求。它主要包括基本氣象資料質量控制算法和氣象數(shù)據(jù)質量評估方法等方面的標準規(guī)范。

政務信息代碼和數(shù)據(jù)格式標準的目的是為氣象部門電子政務建設提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范。它主要包括行政、財務、人事等電子政務相關領域的信息代碼和數(shù)據(jù)格式等標準規(guī)范。

4. 信息應用標準

信息應用標準分體系包括信息交換共享標準、應用系統(tǒng)標準、業(yè)務流程標準、專業(yè)算法標準和運行維護標準等5個二級類目。

信息交換共享標準的目的是為保證氣象部門內跨地區(qū)、跨部門、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換提供交換機制。它主要包括氣象信息資源交換體系、數(shù)據(jù)中心開發(fā)所涉及的標準規(guī)范。

應用系統(tǒng)標準的目的是規(guī)定各業(yè)務和管理應用系統(tǒng)的功能、性能、設計規(guī)范、接口標準，以及為應用系統(tǒng)提供基礎服務、互操作機制、軟構件等應用支撐的技術要求。它主要包括觀測應用、預報預測應用、服務應用和電子政務等方面的標準規(guī)范。

業(yè)務流程標準的目的是對有必要保持一致并相對穩(wěn)固的關鍵業(yè)務流程進行抽象化和規(guī)范化。它主要包括氣象行政許可操作流程、主要業(yè)務數(shù)據(jù)流等方面的標準規(guī)范。

專業(yè)算法標準的目的是規(guī)定各類氣象數(shù)據(jù)和產品加工處理算法等技術規(guī)定和管理要求。它主要包括基礎資料整編、多源數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)再分析算法以及氣象預報和服務產品制作等方面的專業(yè)算法標準規(guī)范。

運行維護標準的目的是規(guī)定氣象信息化系統(tǒng)可靠運行所需的技術規(guī)定和管理要求。它主要包括系統(tǒng)監(jiān)控、運行管理、系統(tǒng)維護等方面的標準規(guī)范。

5. 信息安全標準

信息安全標準分體系包括信息安全總體標準、物理安全標準、網(wǎng)絡安全標準、主機安全標準、應用安全標準、數(shù)據(jù)安全標準和安全管理標準等7個二級類目。

信息安全總體標準的目的是為氣象信息安全建設提供總體框架。它主要包括安全體系結構、模型和總技術要求等方面的標準規(guī)范。

物理安全標準主要包括與物理設備的安全和設備的運行環(huán)境等相關的標準和規(guī)范。

網(wǎng)絡安全標準主要包括與計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)安全相關的標準和規(guī)范。例如，安全協(xié)議、網(wǎng)絡訪問控制、入侵檢測和密鑰管理等。

主機安全標準主要包括與主機和操作系統(tǒng)的安全、密碼技術、電子簽名、抗抵賴機制、鑒別機制和信息安全產品相關的標準和規(guī)范。

應用安全標準主要包括與電子郵件安全、Web安全和域名系統(tǒng)安全等相關的標準和規(guī)范。

數(shù)據(jù)安全標準主要包括與涉密、敏感數(shù)據(jù)相關的密碼技術、密鑰管理、應用限制等標準和規(guī)范。

安全管理包括與系統(tǒng)安全管理、測試與評估和等級與風險管理等方面的相關標準規(guī)范和規(guī)章制度。

6. 信息化管理標準

信息化管理標準分體系包括工程項目管理標準、信息化評價評估標準和信息系統(tǒng)資產管理標準、氣象云建設和運行管理標準等4個二級類目。

工程項目管理標準的目的是氣象行業(yè)在信息化項目建設與管理過程中所涉及的相關標準。它主要包括項目規(guī)劃、立項、審批、實施、驗收、監(jiān)理、測試及技術培訓等方面的標準規(guī)范。

信息化評價評估標準的目的是科學衡量各地區(qū)、各部門信息化發(fā)展水平，科學指導信息化建設。它主要包括氣象信息化水平定性和定量評價評估等方面的標準規(guī)范。

信息系統(tǒng)資產管理標準的目的是提高氣象信息系統(tǒng)投資效益和資產使用效益。它主要包括氣象信息化過程中形成的有形資產投資、使用等方面的標準規(guī)范。

氣象云建設和運行管理標準的目的是加強氣象云建設的標準化，規(guī)范公有云、私有云或專有云的設計、建設、監(jiān)控和運行。它主要包括氣象云基礎設施標準、公有云數(shù)據(jù)管理規(guī)定等內容。

四、推進氣象信息化標準體系建設的幾點建議

2007年全國氣象基本信息標準化技術委員會成立以來，加速了氣象信息化標準化工作。為了適應氣象信息化發(fā)展新形勢、新需求，建議進一步做好以下幾方面工作：

（一）強化氣象信息化標準建設的系統(tǒng)性和整體性。深入研究、修改完善氣象信息化標準體系框架，進一步細化并編制氣象信息化標準體系表，并以行業(yè)標準或管理規(guī)范的形式下發(fā)執(zhí)行，同時做好宣傳和培訓工作。

（二）加強氣象信息化標準制定的組織和管理工作。氣象信息化標準化工作是一項涉及業(yè)務、技術和管理等多方面，涵蓋信息網(wǎng)絡、資料業(yè)務、綜合觀測、預報預測和氣象服務等多領域，影響國家、省、地、縣等各級氣象部門及國際、國內相關行業(yè)的復雜系統(tǒng)性工程。建議在中國氣象局政策法規(guī)司的統(tǒng)一管理下，由全國氣象基本信息標準化技術委員會牽頭，組織部門內、外技術、業(yè)務和管理專家分組、有序、并行推進標準制定工作。

（三）重視引進、消化和吸收國內外相關行業(yè)信息化標準體系建設的成果和工作經驗。國際上，世界氣象組織（WMO）設有多個專家組，對《全球通信系統(tǒng)手冊》、《編碼手冊》等氣象信息化相關標準規(guī)范不斷進行修訂和補充，其成果可供借鑒和引用。在國內，我國氣象信息化標準體系建設工作比其他一些部委起步晚，可供借鑒的成果和經驗較多，只要充分利用好后發(fā)優(yōu)勢，可以少走彎路，加速發(fā)展。

（四）堅持開放合作的發(fā)展理念。一方面，積極參與國際標準化活動，繼續(xù)推薦和派遣有關專家加入WMO氣象信息技術專家組，參加WIS、表驅碼、元數(shù)據(jù)以及各類資料格式相關業(yè)務技術標準規(guī)范的起草、制定和協(xié)調工作；另一方面，保持和擴大與國家標準化管理委員會、其他部位標準化管理機構和專家組的聯(lián)系，加強交流與合作。

五、結束語

氣象信息化是氣象現(xiàn)代化不可或缺的重要組成部分。國內外實踐經驗表明，信息化標準體系是信息化建設的前提，決定著信息化建設的成敗。目前，氣象信息化標準的制定還比較集中于通信規(guī)程、數(shù)據(jù)格式、軟件開發(fā)等業(yè)務技術領域，缺乏信息化管理和信息安全等方面的標準規(guī)范。而且，氣象信息化標準的整體性和系統(tǒng)性不強。針對上述問題，本文提出了一套氣象信息化標準體系的框架模型和基本框架，可為進一步完善和制定氣象信息化標準體系提供參考，進而推進氣象信息化建設的順利實施。

本項目的研究過程中得到了全國氣象信息化工作組和國家氣象信息中心氣象信息化標準工作組專家的大力支持和指導，取得的成果可供今后中國氣象局氣象信息化標準化建設和國內其他部委信息化標準體系建設參考。

作者單位：周勇、劉東君： 中國氣象局預報與網(wǎng)絡司，馬鋒波： 中國氣象局政策法規(guī)司