氣象計(jì)量業(yè)務(wù)管理平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

楊 濤,王立民

(1.四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心,成都 610072;2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610072)

0 引言

四川省現(xiàn)有區(qū)域站5139個(gè),骨干站342個(gè),國(guó)家站156個(gè)(主備雙套站),這些站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)為提升氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)能力提供了有力支撐。保障觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性是各級(jí)氣象業(yè)務(wù)部門(mén)的持續(xù)重要工作。而定期對(duì)站點(diǎn)傳感器進(jìn)行計(jì)量檢定則是確保觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的最基礎(chǔ)、最重要的手段[1-2]。

一直以來(lái),氣象計(jì)量數(shù)據(jù)的記錄、管理和應(yīng)用效果不盡如人意。市、縣級(jí)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)核查均采用人工記錄數(shù)據(jù)的方式,紙質(zhì)記錄資料各自保存。由于全省計(jì)量人員技術(shù)水平參差不齊,數(shù)據(jù)存在記錄不完整、前后不一致、計(jì)算處理易出錯(cuò)的情況,無(wú)法保證氣象計(jì)量工作質(zhì)量[3-4]。省級(jí)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室通過(guò)省級(jí)計(jì)量檢定系統(tǒng)完成國(guó)家站主站傳感器實(shí)驗(yàn)室檢定,但數(shù)據(jù)無(wú)法與全省自動(dòng)氣象站計(jì)量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)共享。計(jì)量數(shù)據(jù)使用不方便、整合困難、時(shí)效性差,管理部門(mén)無(wú)法及時(shí)獲得信息,無(wú)法智能檢索、統(tǒng)計(jì)和分析誤差變化趨勢(shì)和設(shè)備運(yùn)行情況,無(wú)法形成業(yè)務(wù)計(jì)劃的預(yù)判。各級(jí)計(jì)量管理與業(yè)務(wù)部門(mén)之間的交互性亟待提升。

針對(duì)該情況,各省的計(jì)量技術(shù)人員進(jìn)行了多方面探討。趙泉?dú)J等[5]設(shè)計(jì)了省級(jí)氣象計(jì)量信息管理服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)氣象計(jì)量?jī)x器收發(fā)管理、檢校更新、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、發(fā)票登記等功能;鄒超等[6]通過(guò)云技術(shù)構(gòu)建新型移動(dòng)計(jì)量網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)云端統(tǒng)一管理、證書(shū)省級(jí)簽發(fā)、校準(zhǔn)規(guī)范參數(shù)自動(dòng)推送等功能;陳平[7]設(shè)計(jì)氣象計(jì)量信息化系統(tǒng)的各個(gè)主要模塊功能,實(shí)現(xiàn)全國(guó)氣象裝備計(jì)量檢定業(yè)務(wù)信息統(tǒng)一管理,提供全國(guó)范圍內(nèi)的計(jì)量檢定業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品。以上研究都取得了不錯(cuò)的成果,推動(dòng)了計(jì)量工作的信息化進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上,文章設(shè)計(jì)了適合四川省計(jì)量業(yè)務(wù)體系的全流程管理平臺(tái),掛接全省站點(diǎn)和設(shè)備,細(xì)分各級(jí)管理權(quán)限,制定計(jì)劃申請(qǐng)流程,建立統(tǒng)計(jì)查詢(xún)方式,整合現(xiàn)行的各類(lèi)檢定校準(zhǔn)核查規(guī)程規(guī)范方法,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)核查信息化,計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)共享[8]。平臺(tái)貼合實(shí)際的計(jì)量業(yè)務(wù)流程,滿(mǎn)足實(shí)際計(jì)量業(yè)務(wù)工作的需要[9]。

1 功能設(shè)計(jì)

1.1 站點(diǎn)與設(shè)備管理

站點(diǎn)管理可以添加和刪除站點(diǎn),在站點(diǎn)上掛接傳感器[10]。設(shè)備管理為傳感器及標(biāo)準(zhǔn)器的管理,包含增加、刪除和狀態(tài)變更功能。傳感器設(shè)置包括3種狀態(tài):在用、停用和待用。在用表示傳感器掛接在站點(diǎn)上;停用包括傳感器超檢、故障等情況;待用表示狀態(tài)正常,可隨時(shí)使用。標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)置包括2種狀態(tài):正常和停用。

1.2 計(jì)劃與申請(qǐng)

計(jì)劃操作人員為區(qū)縣業(yè)務(wù)員、市州業(yè)務(wù)員、市州管理員和省級(jí)管理員。計(jì)劃制訂的類(lèi)型包括3種,分別為年度工作計(jì)劃、臨時(shí)工作計(jì)劃和國(guó)家站傳感器實(shí)驗(yàn)室檢定計(jì)劃制定。省級(jí)管理員可匯總市州管理員上報(bào)的國(guó)家站傳感器實(shí)驗(yàn)室檢定計(jì)劃,生成全省國(guó)家站傳感器實(shí)驗(yàn)室檢定計(jì)劃。申請(qǐng)人員為各級(jí)業(yè)務(wù)員,提出標(biāo)準(zhǔn)器的溯源、維修和購(gòu)置的申請(qǐng),市州管理員審核區(qū)縣業(yè)務(wù)員和市州業(yè)務(wù)員的申請(qǐng),省級(jí)管理員審核省級(jí)業(yè)務(wù)員的申請(qǐng)。

1.3 檢定校準(zhǔn)核查

同一種傳感器在不同的使用環(huán)境需要參照不同的規(guī)程規(guī)范方法,計(jì)量過(guò)程、計(jì)算方式亦不相同。省級(jí)業(yè)務(wù)員參照實(shí)驗(yàn)室檢定規(guī)程完成國(guó)家級(jí)站點(diǎn)傳感器的實(shí)驗(yàn)室檢定。市州業(yè)務(wù)員參照自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法、自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查方法和天氣現(xiàn)象現(xiàn)場(chǎng)核查方法完成國(guó)家站備站傳感器校準(zhǔn)、天氣現(xiàn)象核查和多要素區(qū)域站核查。區(qū)縣業(yè)務(wù)員參照能見(jiàn)度核查方法、自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)核查方法完成能見(jiàn)度儀核查和單雨量站核查。檢定校準(zhǔn)核查模塊按照現(xiàn)行的規(guī)程規(guī)范方法,編制對(duì)應(yīng)的算法。以氣壓傳感器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)為例,自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)算法按照溯源周期內(nèi)氣壓標(biāo)準(zhǔn)器證書(shū)上的計(jì)量數(shù)據(jù)信息,計(jì)算出氣壓標(biāo)準(zhǔn)器修正值對(duì)應(yīng)的修正區(qū)間[11-13]。在現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)從低壓到高壓,再?gòu)母邏旱降蛪旱捻樞?依次讀入氣壓傳感器與氣壓標(biāo)準(zhǔn)器的低壓、常壓和高壓數(shù)據(jù),計(jì)算出氣壓傳感器每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)讀數(shù)的平均值和氣壓標(biāo)準(zhǔn)器每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)讀數(shù)的平均值,根據(jù)氣壓標(biāo)準(zhǔn)器平均值所在的修正值區(qū)間,確定修正值,計(jì)算出氣壓標(biāo)準(zhǔn)器修正后的平均值,再算出氣壓傳感器的單程測(cè)量誤差值,如式(1)所示。求出每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)正反行程測(cè)量誤差平均值,選取3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量誤差平均值的最大值作為校準(zhǔn)結(jié)果,與最大允許誤差相比較,判斷是否超差[14-16]?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)量人員只需要正確讀取氣壓標(biāo)準(zhǔn)器和氣壓傳感器的數(shù)據(jù),其余由模塊自動(dòng)完成。

ΔP=Pj-(Pb+xP)

(1)

式中,ΔP為每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)單程測(cè)量誤差值;Pj為被校氣壓傳感器2 min測(cè)量值的平均值;Pb為氣壓標(biāo)準(zhǔn)器2 min測(cè)量值的平均值;xp為氣壓標(biāo)準(zhǔn)器的修正值。

1.4 查詢(xún)統(tǒng)計(jì)

不同權(quán)限的管理員或業(yè)務(wù)員可以查詢(xún)對(duì)應(yīng)級(jí)別的計(jì)量信息,省級(jí)管理員可以查看全省的計(jì)量信息,市州級(jí)管理員只能查詢(xún)所轄站點(diǎn)的計(jì)量信息?？筛鶕?jù)行政區(qū)劃、站點(diǎn)類(lèi)型、站名站號(hào)、要素種類(lèi)、計(jì)量工作方式和計(jì)量時(shí)間等屬性進(jìn)行查詢(xún)。

1.5 通知預(yù)警

通知由各級(jí)管理員發(fā)布,市州級(jí)管理員發(fā)布的通知由所轄區(qū)域內(nèi)人員接收,省級(jí)管理員可以發(fā)布全省或特定范圍的通知?？稍O(shè)置的預(yù)警規(guī)則包括傳感器到期預(yù)警、標(biāo)準(zhǔn)器到期預(yù)警、人員資質(zhì)到期預(yù)警和授權(quán)到期預(yù)警。預(yù)警規(guī)則由平臺(tái)管理員設(shè)置,傳感器到期預(yù)警觸發(fā)時(shí)間為計(jì)量周期到期前110 d,標(biāo)準(zhǔn)器到期預(yù)警觸發(fā)時(shí)間為計(jì)量周期到期前110 d,人員資質(zhì)和授權(quán)到期預(yù)警觸發(fā)時(shí)間為資質(zhì)有效期截止前180 d。

1.6 文檔與系統(tǒng)管理

文檔管理的類(lèi)別包括規(guī)程方法、政策文件和參考資料。規(guī)程方法包括傳感器實(shí)驗(yàn)室檢定規(guī)程、自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法和現(xiàn)場(chǎng)核查方法、能見(jiàn)度核查方法、天氣現(xiàn)象儀核查方法等;政策文件為各級(jí)單位下發(fā)的計(jì)量業(yè)務(wù)相關(guān)文件;參考資料包括傳感器和標(biāo)準(zhǔn)器的說(shuō)明書(shū)、操作手冊(cè)等。

系統(tǒng)管理分為往來(lái)單位管理、人員資質(zhì)管理和日志管理。往來(lái)單位管理由平臺(tái)管理員完成,平臺(tái)管理員記錄供貨單位、送檢單位和送修單位3種單位類(lèi)型;人員資質(zhì)分為技術(shù)員、一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師、二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師和內(nèi)審員,注冊(cè)計(jì)量師和內(nèi)審員可以為同一人;日志管理包括登錄日志、操作日志和SQL日志。

1.7 平臺(tái)權(quán)限

平臺(tái)權(quán)限分為平臺(tái)管理員、省管理員、省業(yè)務(wù)員、市州管理員、市州業(yè)務(wù)員和區(qū)縣業(yè)務(wù)員6類(lèi)。

平臺(tái)管理員完成往來(lái)單位設(shè)置、用戶(hù)注冊(cè)、權(quán)限設(shè)置、預(yù)警設(shè)置、日志管理和系統(tǒng)維護(hù)等操作。

省管理員設(shè)置機(jī)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的授權(quán)信息,匯總制定傳感器年度實(shí)驗(yàn)室檢定計(jì)劃,審核臨時(shí)傳感器檢定校準(zhǔn)申請(qǐng)與省級(jí)業(yè)務(wù)員檢修或購(gòu)買(mǎi)申請(qǐng),查詢(xún)?nèi)鞲衅鳌?biāo)準(zhǔn)器和人員的計(jì)量信息,發(fā)布通知信息、管理文檔。

省業(yè)務(wù)員管理省級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器,包括增加(入庫(kù))、刪除(報(bào)廢)、變更狀態(tài)(流轉(zhuǎn))和設(shè)置屬性,申請(qǐng)檢修或購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)器,完成實(shí)驗(yàn)室檢定,以及查詢(xún)省級(jí)計(jì)量信息。

市州管理員審核市州區(qū)縣業(yè)務(wù)員制訂的年度工作計(jì)劃和臨時(shí)計(jì)量工作申請(qǐng),根據(jù)市州業(yè)務(wù)員的年度工作計(jì)劃制訂并上報(bào)傳感器年度實(shí)驗(yàn)室檢定計(jì)劃,向省級(jí)申請(qǐng)臨時(shí)計(jì)量工作,審核市州及區(qū)縣業(yè)務(wù)員的標(biāo)準(zhǔn)器檢修購(gòu)申請(qǐng),查詢(xún)所轄區(qū)域計(jì)量信息,發(fā)布通知信息。

市州業(yè)務(wù)員添加/刪除所轄區(qū)域的站點(diǎn),掛接傳感器,管理傳感器及標(biāo)準(zhǔn)器,制訂年度工作計(jì)劃和臨時(shí)工作計(jì)劃,申請(qǐng)檢修或購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)器,現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)核查,查詢(xún)所轄區(qū)域計(jì)量信息。

區(qū)縣業(yè)務(wù)員可掛接傳感器,管理傳感器及標(biāo)準(zhǔn)器。制訂年度工作計(jì)劃和臨時(shí)計(jì)量工作,申請(qǐng)檢修或購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)器,現(xiàn)場(chǎng)核查,查詢(xún)所轄區(qū)域計(jì)量信息等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)發(fā)工具

氣象計(jì)量業(yè)務(wù)管理平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S 3層架構(gòu),開(kāi)發(fā)平臺(tái)工具采用Visual Studio 2008—ASP.NET,數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server 2008[17-18]。

在MVC模式的B/S 3層架構(gòu)中,最上層為表示層,主要封裝了讀取控件狀態(tài)、設(shè)置控件狀態(tài)、讀取控件數(shù)據(jù)、設(shè)置控件數(shù)據(jù)及創(chuàng)建控件等方法。每個(gè)顯示組件還配有1個(gè)XML文件,用于描述該組件的表現(xiàn)形式與行為。中間層為業(yè)務(wù)邏輯層,主要由邏輯控制器和具體的業(yè)務(wù)邏輯類(lèi)組成。邏輯控制器主要負(fù)責(zé)解析、提取XML配置文件,控制表示層組件的加載、顯示與輸出;業(yè)務(wù)邏輯類(lèi)則主要用于校準(zhǔn)核查、需求申請(qǐng)與審核、多條件統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、設(shè)備管理、告警設(shè)置與管理、計(jì)劃管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、權(quán)限管理、文檔管理與日志管理等核心功能。最底層為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層,主要封裝了對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)及XML配置文件的查詢(xún)、修改、寫(xiě)入等操作。

Visual Studio 2008集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中的大量工具箱和設(shè)計(jì)器,具備WYSIWYG編輯、拖放服務(wù)器控件和自動(dòng)部署等功能。.NET框架類(lèi)庫(kù)、消息處理和數(shù)據(jù)訪問(wèn)解決方案都可從Web無(wú)縫訪問(wèn)。ASP.NET 使執(zhí)行常見(jiàn)任務(wù)變得容易,從簡(jiǎn)單窗體提交和客戶(hù)端身份驗(yàn)證到部署和站點(diǎn)配置,系統(tǒng)選擇適合Web應(yīng)用程序的C#語(yǔ)言。

SQL Server 2008作為高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),具有客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),能夠滿(mǎn)足大規(guī)模分布式計(jì)算環(huán)境的需要。其數(shù)據(jù)庫(kù)引擎集成了對(duì)XML的支持,同時(shí)憑借可擴(kuò)展、易于使用和安全的特點(diǎn),成為建設(shè)大型Web站點(diǎn)最好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備之一,與專(zhuān)用于開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用的Windows DNA架構(gòu)相集成,完全可以滿(mǎn)足最大規(guī)模的Web站點(diǎn)的性能要求。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)訪問(wèn)與存取的工具。對(duì)于任何一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng),其數(shù)據(jù)處理的工具和對(duì)象均是數(shù)據(jù)表,通過(guò)界面中的控件可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的存取、訪問(wèn)等操作。系統(tǒng)共涉及告警期限、廠家信息、文檔管理、現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、公告信息、觀測(cè)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)器、設(shè)備申請(qǐng)、站點(diǎn)信息、用戶(hù)信息和年度計(jì)劃等11個(gè)數(shù)據(jù)表。

2.3 程序模塊類(lèi)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)按照不同功能模塊設(shè)計(jì)了不同類(lèi)。以站點(diǎn)與設(shè)備管理模塊和檢定校準(zhǔn)核查模塊為例,站點(diǎn)與設(shè)備管理模塊設(shè)計(jì)為4個(gè)類(lèi):往來(lái)單位管理類(lèi),站點(diǎn)信息管理類(lèi),觀測(cè)設(shè)備管理類(lèi)和標(biāo)準(zhǔn)器管理類(lèi)。往來(lái)單位管理包含單位名稱(chēng)、法人、聯(lián)系方式、單位地址、開(kāi)戶(hù)行、銀行賬號(hào)和單位屬性等;站點(diǎn)信息管理包含站名、站號(hào)、型號(hào)、廠家、級(jí)別和所屬范圍等;觀測(cè)設(shè)備管理包含設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備編號(hào)、型號(hào)、廠家、檢定日期、到檢日期、設(shè)備狀態(tài)、所屬站點(diǎn)和所屬范圍等;標(biāo)準(zhǔn)器管理包含名稱(chēng)、編號(hào)、型號(hào)、廠家、檢定日期、到檢日期、證書(shū)、溯源單位和修正值等。以往來(lái)單位管理為例,其屬性與方法如表1和表2所示。

表1 往來(lái)單位管理的屬性

表2 往來(lái)單位管理的方法

3 功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)完成后,錄入基本的站點(diǎn)、傳感器數(shù)據(jù)信息,添加站點(diǎn)、傳感器,完成傳感器的掛接,設(shè)置告警期限;制訂計(jì)劃,完成計(jì)劃審核;對(duì)自動(dòng)氣象站的氣壓傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)[19-22]。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣象計(jì)量業(yè)務(wù)管理平臺(tái)整合了中國(guó)氣象局制定的計(jì)量規(guī)程和方法,梳理了省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)氣象部門(mén)所承擔(dān)的計(jì)量工作職責(zé),使計(jì)量人員在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展計(jì)量工作的同時(shí),實(shí)時(shí)完成計(jì)量數(shù)據(jù)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化收集和計(jì)算,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,規(guī)范計(jì)量人員的操作流程,也便于后續(xù)數(shù)據(jù)查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)共享和質(zhì)量分析。同時(shí)為各級(jí)業(yè)務(wù)管理部門(mén)提供所需的信息來(lái)源和數(shù)據(jù)支撐,幫助各級(jí)業(yè)務(wù)管理部門(mén)加大計(jì)量工作管理的力度。