田 程,鐘 健,雷登林,彭 茜,倪 雷

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550002)

1 引言

中小尺度天氣系統(tǒng)引發(fā)的突發(fā)氣象災害(暴雨、冰雹、雷暴、龍卷、大風等)常常對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和百姓的生命財產(chǎn)造成極大的損失和危害。在短期預報對中小尺度天氣系統(tǒng)預報比較困難的情況下，用天氣雷達實時觀測資料進行預警顯得尤為重要。天氣雷達資料以其較高的時空分辨率在臨近預報及天氣預警方面具有獨特的優(yōu)勢。氣象業(yè)務上強對流天氣預警主要依賴于天氣雷達的實時監(jiān)測,因此各類短臨預報軟件是否能及時獲取天氣雷達資料就顯得非常重要。目前，雷達拼圖、MICAPS4雷達模塊、GR2、SWAN等短臨預報軟件的基礎數(shù)據(jù)來源于標準化命名的敏視達格式雷達基數(shù)據(jù),此數(shù)據(jù)由雷達站配備的RPGCA程序負責標準化命名、壓縮和上傳省局服務器。

中小尺度天氣系統(tǒng)一般生成和消亡都比較快,留給預報員預報及預警的時間非常有限，但是RPGCA程序并不能實時處理和上傳雷達數(shù)據(jù)，有可能造成數(shù)分鐘的數(shù)據(jù)延遲，占用了本來就不多的預警時間，不僅如此，經(jīng)過貴陽雷達站對RPGCA程序長期業(yè)務運行發(fā)現(xiàn)，該程序有時不能完全上傳所有基數(shù)據(jù)，并且上傳過程中占用較大系統(tǒng)資源，可能造成上傳電腦死機。這些弊端不僅增加了雷達探測人員的工作量，也對實時性要求較高的短時臨近預警業(yè)務造成了較大影響。據(jù)筆者了解，其它型號天氣雷達類似功能由RPGCD程序來實現(xiàn)，RPGCD程序也有RPGCA程序相似的弊端。同行針對這些弊端已經(jīng)開發(fā)了新的程序[1]，但是這些程序無法在貴陽的CINRAD/CD型雷達上使用，所以針對RPGCA程序的弊端貴陽雷達站開發(fā)了RPGCA改進版，新版本程序提高了CINRAD/CD型雷達基數(shù)據(jù)上傳的時效性，同時也減少了網(wǎng)絡帶寬的占用率，在數(shù)據(jù)上傳出錯時通過聲音和文字進行報警，并能手動或自動補傳數(shù)據(jù)。新程序的使用提高了國家局考核標準下的傳輸及時率，有效提高CINRAD/CD型雷達資料應用的時效性和雷達數(shù)據(jù)的可用性，滿足了CINRAD/CD型雷達基數(shù)據(jù)上傳的要求，可以在同型號天氣雷達站推廣使用。

2 RPGCA程序的弊端

CINRAD/CD雷達體掃后生成的*.05V基數(shù)據(jù)經(jīng)Radar Products Generation(RPG)軟件轉(zhuǎn)錄后得到以archive.001-archive999為文件名的敏視達格式基數(shù)據(jù)文件，RPGCA程序定時將這些文件的文件名修改為標準化命名的文件名，然后將標準化命名后的基數(shù)據(jù)文件壓縮上傳至省局服務器。RPGCA程序改名、壓縮、上傳這一過程不是實時進行的，起初設置為間隔6 min監(jiān)測一次數(shù)據(jù)文件，造成敏視達格式基數(shù)據(jù)可能會延遲6 min才傳到省局，后經(jīng)省局要求將此間隔修改為1 min，按照這種方式設置，雖然時效性得到了保障，但是在新的原始基數(shù)據(jù)文件生成前，RPGCA程序每過1 min就重復改名、壓縮、上傳同一個文件，這給省地網(wǎng)絡造成了較大負擔，也給省局的相關數(shù)據(jù)處理帶來了麻煩，同時還占用了大量的本地計算機資源，造成本地計算機死機。有時雷達工作正常，但省地網(wǎng)出現(xiàn)故障，RPGCA程序即停止工作，當省地網(wǎng)絡恢復正常后，RPGCA程序無法處理舊的原始雷達基數(shù)據(jù)文件，造成網(wǎng)絡故障期間標準化命名的敏視達格式雷達基數(shù)據(jù)丟失。RPGCA程序在出故障時沒有聲音報警提醒雷達探測人員解決相應故障，其上傳過程中耗用系統(tǒng)資源較大,并且有時不能完全上傳所有基數(shù)據(jù)。[1]針對上述RPGCA程序的弊端，筆者使用C#開發(fā)了RPGCA改進版。

3 命名規(guī)則和壓縮方式的研究

新程序的改名和壓縮功能必須與原有軟件一模一樣，所以得研究PGCA程序是如何實現(xiàn)改名和壓縮功能的。

3.1 命名規(guī)則

首先需要把原始的敏視達格式雷達基數(shù)據(jù)標準化命名，標準化的文件名如下“Z_RADR_I_Z9851_20180101005942_O_DOR_CD_CAP.bin”，其中只有“Z9851”和“20180101005942”兩個字段是變化的。“Z9851”字段是貴陽雷達站的站號，其它CD型天氣雷達站的這個字段就是其臺站號?！?0180101005942”字段是archive基數(shù)據(jù)文件的生成時間(世界時)，因為archive文件不是一次寫入完成的，需要6～7 s才寫入完成，所以不能用archive文件的創(chuàng)建時間作為此字段，而應該以archive文件的最后一次寫入時間作為該字段。RPGCA改進版采用fileSystemWatcher控件實時監(jiān)控archive文件，一旦監(jiān)控到有新的archive文件創(chuàng)建，程序等待9 s后立即獲取當前archive文件的“最后寫入時間”，將此時間轉(zhuǎn)換成世界時后，變?yōu)椤皔yyyMMddHHmmss”的格式，即可作為標準化的文件名的時間字段。

3.2 壓縮方式

原版的RPGCA程序采用了bzip2格式壓縮文件，bzip2是Julian Seward公司開發(fā)并按照開源軟件協(xié)議發(fā)布的數(shù)據(jù)壓縮算法及程序。它是一款基于Burrows-Wheeler變換的無損壓縮軟件，是一款開放源代碼并且免費的軟件，廣泛存在于UNIX和LNUX系統(tǒng)的許多發(fā)行版本中。bzip2能夠進行高質(zhì)量的數(shù)據(jù)壓縮，它利用先進的壓縮技術，能夠把普通的數(shù)據(jù)文件壓縮10%～15%，壓縮的速度和解壓的效率都非常高。想要在C#中使用bzip2方式壓縮文件，需要在https://github.com/icsharpcode/SharpZipLib 網(wǎng)址下載ICSharpCode.SharpZipLib.dll文件，在C#中添加此dll文件的引用，并在程序中“using ICSharpCode.SharpZipLib.BZip2”。這樣就能在C#中調(diào)用此dll把archive文件壓縮為bzip2格式。

4 RPGCA改進版的設計和實現(xiàn)

軟件的運行流程如圖1所示。首先使用.Net中的fileSystemWatcher控件實時監(jiān)控archive基數(shù)據(jù)文件夾，一旦有新的基數(shù)據(jù)文件生成就立即進入下一環(huán)節(jié)，如果持續(xù)8 min都沒有新文件生成就立即報警，并且檢查本機是否能夠訪問archive基數(shù)文件夾，能訪問就重啟fileSystemWatcher控件，否則就提起局域網(wǎng)故障報警。因為當fileSystemWatcher控件監(jiān)控的目錄不是本地計算機時，偶爾會丟失監(jiān)控功能，而且不能自動重連，所以一旦超過預定時間沒有監(jiān)控到新文件生成就應該重啟此控件[2]。

fileSystemWatcher控件一旦監(jiān)控到新的archive基數(shù)據(jù)文件生成，在等待9 s后，去獲取當前archive基數(shù)據(jù)的最后寫入時間并轉(zhuǎn)化為世界時，將其作為新文件名的日期字段，然后將此文件拷貝到本機，壓縮改名。如果這個過程出現(xiàn)任何錯誤就提起壓縮改名失敗報警。

改名壓縮后的基數(shù)據(jù)文件用ftp方式上傳省局服務器，上傳成功后把數(shù)據(jù)移動到按日分類保存的文件夾里存檔。如果此文件上傳失敗，則檢查省地網(wǎng)是否正常，不正常就提起省地網(wǎng)故障報警，如果省地網(wǎng)正常則延時自動補傳相應的文件。

此外RPGCA改進版還提供了手動上傳功能，可以選擇單個或多個archive基數(shù)據(jù)改名壓縮上傳省局服務器。這些功能的提供彌補了原來RPGCA的短板，提高了數(shù)據(jù)上傳的實時性和穩(wěn)定性。

圖1 RPGCA改進版軟件流程圖Fig.1 The software flow pattern of RPGCA improved version

5 實用效果

該軟件自2018年3月1日正式開始運行，截至2018年8月17日運行情況良好，沒有出現(xiàn)異常跳出。軟件更名和壓縮功能正確無誤，上傳及時穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)漏傳。在網(wǎng)絡故障恢復后能及時自動補傳數(shù)據(jù)，可以手動選擇上傳文件。期間該程序所在計算機穩(wěn)定性和速度都有一定提高。圖2是軟件的運行和設置界面。

新的RPGCA改進版的使用提高了雷達基數(shù)據(jù)上傳的及時性和穩(wěn)定性，有效的提高了雷達資料應用的時效性和可用性。不做任何修改即可推廣至其他CINRAD/CD型雷達站使用(其余型號雷達的基數(shù)據(jù)處理流程不一樣所以不能使用此軟件)。如有需要可在此鏈接(https://pan.baidu.com/s/1jNh2Em-A5D_hY7-ecIUroA)下載試用，并希望各位同仁給出寶貴的修改意見。

圖2 軟件運行和設置界面Fig.2 Run and set the interface