地面氣象觀測數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)

任燕 謝永德 任萍

摘 要：在實際的氣象服務(wù)實踐中用戶的需求是千變?nèi)f化的，經(jīng)常會需要非常規(guī)的統(tǒng)計資料，氣象部門沒辦法面面俱到地事先建立起包含各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫供使用者查詢，為了能滿足用戶的各種需要，需要構(gòu)建出一個數(shù)據(jù)加工平臺。該平臺實現(xiàn)的手段：一是針對不同要素的物理意義及特點盡可能多地增加統(tǒng)計數(shù)據(jù)的品種，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；二是設(shè)計出復(fù)雜的豐富的邏輯查詢方法從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)；三是設(shè)計出針對數(shù)據(jù)庫中基本數(shù)據(jù)的自由選擇時間段的向?qū)降慕y(tǒng)計查詢的方法；四是設(shè)計出一個可交互的數(shù)據(jù)工作表以及二次加工算法工具，對通過各種方式查詢顯示在工作表中的數(shù)據(jù)進行二次加工，由使用者根據(jù)需要自行設(shè)計統(tǒng)計方法，得出較復(fù)雜的統(tǒng)計序列。

關(guān)鍵詞：氣象觀測 信息服務(wù) 數(shù)據(jù)處理 加工平臺

中圖分類號：P413 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0092-02

在實際的氣象服務(wù)實踐中服務(wù)對象的需求是千變?nèi)f化的，經(jīng)常會需要非常規(guī)的統(tǒng)計資料，氣象部門沒辦法面面俱到地事先建立起包含各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫供服務(wù)人員查詢，通過采取以下四種措施構(gòu)建了一個數(shù)據(jù)加工平臺：一是針對不同要素的物理意義及特點盡可能多地增加統(tǒng)計數(shù)據(jù)的品種，豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；二是設(shè)計出復(fù)雜的邏輯查詢方法從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)；三是設(shè)計出針對數(shù)據(jù)庫中基本數(shù)據(jù)的自由選擇時間段的向?qū)降慕y(tǒng)計查詢的方法；四是設(shè)計出一個可交互的數(shù)據(jù)工作表以及二次加工算法工具，由服務(wù)人員根據(jù)需要自行設(shè)計統(tǒng)計方法，得出較復(fù)雜的統(tǒng)計序列。

1 數(shù)據(jù)加工平臺框架

數(shù)據(jù)加工平臺由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和軟件系統(tǒng)四部分組成。數(shù)據(jù)源由信息化數(shù)據(jù)文件組成；數(shù)據(jù)集是由信息化數(shù)據(jù)文件經(jīng)過統(tǒng)計加工形成的數(shù)據(jù)文件；數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)集；軟件系統(tǒng)由若干程序模塊組成，是整個系統(tǒng)的核心。

2 數(shù)據(jù)集的設(shè)計與制作

數(shù)據(jù)集的設(shè)計與制作是構(gòu)建數(shù)據(jù)加工平臺的一個重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的高低將直接影響數(shù)據(jù)加工平臺的性能。在數(shù)據(jù)加工與統(tǒng)計產(chǎn)品研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的需要設(shè)計制作，利用經(jīng)過質(zhì)量控制的信息化數(shù)據(jù)文件進行統(tǒng)計加工形成16個文本文件。

2.1 源數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)集制作用到的是地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件（A、A0、A1、A6、A7文件），在進行數(shù)據(jù)集加工之前，必須對所使用的資料進行質(zhì)量控制。對原始觀測資料的質(zhì)量控制方法有：要素允許值范圍檢查、氣候?qū)W界限值檢查、極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查等。數(shù)據(jù)集加工用到的數(shù)據(jù)應(yīng)是具有質(zhì)量控制標(biāo)識的數(shù)據(jù)，其中標(biāo)識為正確和可疑的數(shù)據(jù)參加統(tǒng)計，對標(biāo)識為錯誤的數(shù)據(jù)進行訂正，無法訂正時，按缺測處理。

2.2 數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)組成及內(nèi)容設(shè)計

日數(shù)據(jù)集內(nèi)含定時觀測數(shù)據(jù)及日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以進行千變?nèi)f化的統(tǒng)計加工；旬?dāng)?shù)據(jù)集內(nèi)含定時及日統(tǒng)計值的旬統(tǒng)計值；月數(shù)據(jù)集包含定時及日平均、日極值等的月統(tǒng)計值以及有關(guān)要素的回數(shù)、次數(shù)、日數(shù)、頻率、極值、日期等的月統(tǒng)計值；年數(shù)據(jù)集包括常規(guī)氣象要素的年統(tǒng)計值以及有關(guān)要素的回數(shù)、次數(shù)、日數(shù)、頻率、極值、日期等的年統(tǒng)計值。

3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法原則

數(shù)據(jù)加工平臺的數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要是靜態(tài)的數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計，一旦設(shè)計完成，在實際的應(yīng)用當(dāng)中數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)基本是固定的，而變化的只是氣象資料的續(xù)加。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和應(yīng)用程序的設(shè)計緊密相連，以保證實現(xiàn)應(yīng)用程序的全部功能。

3.2 數(shù)據(jù)庫的安全訪問策略

數(shù)據(jù)加工平臺數(shù)據(jù)庫的安全策略由四層安全驗證體系組成。

（1）客戶端軟件級別。數(shù)據(jù)加工平臺采用公共用戶和公共密鑰的方式進行訪問，公共用戶和公共密鑰由系統(tǒng)管理員提供給用戶，真實的登錄密碼隱含在密鑰當(dāng)中，由客戶端應(yīng)用程序軟件系統(tǒng)負責(zé)解釋，這樣就保證了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的安全。

（2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器級別。由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器SQLServer2000進行身份的認證，確保非法用戶無法登錄。

（3）數(shù)據(jù)庫級別。訪問數(shù)據(jù)庫的用戶必須是在指定的數(shù)據(jù)庫上已經(jīng)注冊的合法用戶，否則無法訪問。

（4）數(shù)據(jù)對象級別。數(shù)據(jù)庫的合法用戶并不能訪問所有數(shù)據(jù)，而只能訪問獲得訪問許可的以單站劃分的數(shù)據(jù)對象。

4 軟件系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用

數(shù)據(jù)加工平臺的所有功能都是通過軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)的，軟件系統(tǒng)提供了一個集成的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，其承載著數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)加工的責(zé)任，同時又是一個開放的系統(tǒng)，允許使用者利用自身的想象力進行統(tǒng)計方法的設(shè)計與開發(fā)，從而滿足用戶的不同需求。

4.1 軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

軟件系統(tǒng)是一個多功能模塊的組合體。其組成見圖1。

4.2 軟件模塊功能設(shè)計及應(yīng)用

4.2.1 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置客戶端軟件運行時所需要的參數(shù)數(shù)據(jù)。

4.2.2 連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

該模塊負責(zé)打開遠程的數(shù)據(jù)庫，并建立連接。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫維護模塊

主要包括：

（1）管理員入口，該模塊是專門提供給數(shù)據(jù)加工平臺的管理員使用的。

（2）預(yù)處理A0文件，為了保證數(shù)據(jù)統(tǒng)計的一致性和正確性，在進行數(shù)據(jù)集加工之前需要對A0文件進行必要的處理，統(tǒng)一A0文件的格式。

（3）建數(shù)據(jù)集，利用原始數(shù)據(jù)文件統(tǒng)計加工形成建數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件。

（4）數(shù)據(jù)集入庫，將16個數(shù)據(jù)集內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4.2.4 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模塊

（1）工作簿操作。

一個客戶端軟件實例可以新建或打開多個工作簿，每一個工作簿包含多個工作表，在形式和功能上很像Microsoft office Excel工作簿。工作表是查詢結(jié)果的載體，也是對查詢結(jié)果進行進一步加工的平臺。工作表由若干行若干列交叉形成單元格，查詢出的數(shù)據(jù)最終顯示在單元格內(nèi)，每一個單元格內(nèi)的數(shù)據(jù)都是可以交互的，單元格可以被選中、多重選中，單元格里的內(nèi)容可以刪除、修改、移動等。

客戶端軟件的工作簿很好的兼容了Excel工作簿，這樣查詢結(jié)果就很容易被傳播和共享。

（2）常規(guī)查詢。

常規(guī)查詢的功能：

①分別指定被查詢資料的起止日期，被查詢出的資料是不同年份的同一時間段。

②一次可以查詢多個要素，在列表中任意選擇。多要素查詢時每個要素在工作表內(nèi)占一列，按時間順序從上到下顯示；單要素查詢時可以按列顯示，也可以按行顯示，即查詢出的同一年的數(shù)據(jù)顯示在一行內(nèi)，從左到右日期由先到后，這種方式為在工作表上對資料進行二次加工，比如累年統(tǒng)計，提供了極大的方便。

③對每一個被查詢的要素都可以同時指定查詢條件，查詢條件用邏輯表達式表示。在查詢同一時間不同要素時，每個要素都可以指定查詢條件，要素之間的查詢條件可以是與的關(guān)系也可以是或的關(guān)系，通過這些查詢條件的設(shè)定可以做出非常復(fù)雜的查詢結(jié)果。

（3）統(tǒng)計查詢。

統(tǒng)計查詢和一般查詢不同的是它更具靈活性，它輸出的數(shù)據(jù)不是數(shù)據(jù)庫中事先統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)，而是根據(jù)用戶需求對數(shù)據(jù)庫中日數(shù)據(jù)表中的日數(shù)據(jù)進行進一步統(tǒng)計加工的結(jié)果，該模塊提供了豐富的統(tǒng)計項目列表，針對不同的氣象要素的物理意義設(shè)計出豐富多彩的統(tǒng)計項目，并且各統(tǒng)計項目中加進了大量的可由用戶定制的參數(shù)，使統(tǒng)計計算出的結(jié)果千變?nèi)f化。

①任意時間段要素統(tǒng)計。

任意時間段要素統(tǒng)計是對日數(shù)據(jù)表中某一時間段的四次定時數(shù)據(jù)或日統(tǒng)計數(shù)據(jù)的進一步加工，統(tǒng)計時間跨度是任意的，可以跨年跨月，也可以將時間段設(shè)成逐月的方式，從而直接統(tǒng)計出一年當(dāng)中逐月的統(tǒng)計值，是對常規(guī)查詢的重要補充。

②初終日期統(tǒng)計。

該統(tǒng)計模塊允許用戶任意設(shè)定要素的界限值，從而可以統(tǒng)計出滿足用戶需求的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)。初終日期統(tǒng)計包括天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的初終日期和氣象要素值達到某一標(biāo)準(zhǔn)的初終日期。

③初終日（初日固定日期）間要素統(tǒng)計。

初終日（初日固定日期）間要素統(tǒng)計就是先統(tǒng)計出歷年某種現(xiàn)象出現(xiàn)或某要素達到標(biāo)準(zhǔn)的初終日期（方法見5.2.4.3.2），然后再統(tǒng)計該初終日期間（或初日到某一固定日期間）某氣象要素的統(tǒng)計值，例如：日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃期間的積溫、降水量合計、日照時數(shù)等等。

（4）工作表函數(shù)計算。

工作表的函數(shù)計算功能是本系統(tǒng)最為突出的特點，它是利用嵌入在表內(nèi)的統(tǒng)計函數(shù)和運算符號對表內(nèi)的數(shù)據(jù)進行二次統(tǒng)計加工，可以滿足復(fù)雜統(tǒng)計的需求。它使得客戶端軟件加工出的數(shù)據(jù)千變?nèi)f化。

統(tǒng)計工具能識別數(shù)據(jù)系列（日期的統(tǒng)計只對日期格式的單元格有效），當(dāng)焦點單元格在數(shù)據(jù)行尾或數(shù)據(jù)列尾時可以自動選擇需要統(tǒng)計的數(shù)據(jù)行或數(shù)據(jù)列并將統(tǒng)計值顯示在焦點單元格內(nèi)。

5 結(jié)論

通過對地面氣象資料產(chǎn)品的即時加工技術(shù)研究，得到以下結(jié)論：

（1）突破以往的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)局限，即構(gòu)造一個地面氣象數(shù)據(jù)加工平臺，而不是一個簡單的查詢系統(tǒng)，滿足用戶千變?nèi)f化的特殊需求。

（2）除了常規(guī)的統(tǒng)計值，針對不同的要素設(shè)計出不同的統(tǒng)計產(chǎn)品，比如：氣溫最強連續(xù)升高數(shù)值、氣溫最強連續(xù)降低數(shù)值、最多連續(xù)降水量、取暖度日數(shù)、土壤解凍（凍結(jié)）初終日期等等。

（3）在地面氣象資料數(shù)據(jù)共享方面提出了具體的做法。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，搭建數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

參考文獻

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