氣象雷達數(shù)據(jù)管理和個例資料整編設(shè)計

鄒紅 青娉楚 盧淞巖

摘?要：雷達氣象資料是短臨預(yù)報、災(zāi)害天氣預(yù)警的重要資料，氣象雷達數(shù)據(jù)管理和個例資料整編系統(tǒng)采用WinForm編程語言和MSSQL?Server?2008數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)建立了相應(yīng)的南充雷達氣象資料數(shù)據(jù)庫，同時可以有效實現(xiàn)基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、歷史個例資料等氣象雷達數(shù)據(jù)的整編、壓縮、入庫、查詢、統(tǒng)計、下載等功能，減少人為操作，提高業(yè)務(wù)工作效率.為各級氣象業(yè)務(wù)人員下載雷達資料和查詢歷史個例信息提供了便利，能夠滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用中對雷達氣象資料存儲和檢索的要求。達到了對臺站雷達資料高效管理的目的。

關(guān)鍵詞：基數(shù)據(jù)?產(chǎn)品數(shù)據(jù)?歷史個例?整編?系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：P412.25

Design?of?the?Meteorological?Radar?Data?Management?and?Case?Data?Complilation?System

ZOU?Hong???QING?Pingchu???LU?Songyan

（Nanchong?Meteorological?Office，?Nanchong，Sichuan?Province，?637000?China）

Abstract：?Meteorological?radar?data?is?important?data?for?short-impending?prediction?and?disaster?weather?warning.?The?meteorological?radar?data?management?and?case?data?integration?system?establishes?the?corresponding?meteorological?radar?data?database?of?Nanchong?by?using?WinForm?programming?language?and?MSSQL?Server?2008?database?development?technology，?and?it?can?effectively?realize?the?compilation，?compression，?storage，?query，?statistics，?download?and?other?functions?of?meteorological?radar?data?such?as?basic?data，?product?data?and?historical?case?data，?reduce?manual?operation?and?improve?business?efficiency，?which?provides?convenience?for?meteorological?operators?at?all?levels?to?download?radar?data?and?query?historical?case?information，?meets?the?requirements?for?the?storage?and?retrieval?of?meteorological?radar?data?in?business?applications，?and?achieves?the?purpose?of?the?efficient?management?of?radar?data?at?stations.

Key?Words：?Base?data;?Product?data;?Historical?case;?Compilation;?System?design

在新一代天氣雷達業(yè)務(wù)觀測中，采用降水觀測模式2（VCP21），一天有近260個基數(shù)據(jù)和約有9000個數(shù)據(jù)產(chǎn)品，且基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)與資料整編文件名格式上的差異很大，如果僅依靠人工進行收集整編，不僅文件多，信息量大，校對審核工作也尤為繁雜。南充雷達從2006年開始運行以來，雷達資料都是每天人工通過復(fù)制、粘貼、刻錄等方式保存在光盤里。目前預(yù)報服務(wù)人員通過網(wǎng)站、省局PUPviewcimiss等系統(tǒng)查看天氣狀況，但是基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)都保存時間較短，對于歷史個例資料就更加不方便查看。各級業(yè)務(wù)人員只有通過去檔案室復(fù)制基數(shù)據(jù)光盤，然后再經(jīng)過RPG、PUP等程序處理出來，這樣就大大限制了天氣雷達數(shù)據(jù)使用效率同時增加了檔案室的工作量。近年來，有相關(guān)研究學(xué)者根據(jù)自身工作需求研發(fā)了適用于本地的雷達資料整編系統(tǒng)［1－4］，也有其他相關(guān)研究學(xué)者也開發(fā)了雷達數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)［5－8］，還有相關(guān)研究學(xué)者在雷達運行管理、運行監(jiān)控等方面進行了深入研究［9－12］。這些文獻提到的方法只考慮了基數(shù)據(jù)和個例的存儲管理，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料的管理方式很少提及，也并不適合當(dāng)前雷達業(yè)務(wù)需求。隨著時間推移雷達基數(shù)據(jù)資料、產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料和歷史個例資料會越來越多，目前管理雷達資料的方式已經(jīng)不能適應(yīng)目前氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，因此研發(fā)一套系統(tǒng)將雷達基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和個例資料整編入庫顯得比較緊迫和重要。

系統(tǒng)從著力于解決業(yè)務(wù)工作中的問題出發(fā)，擬研發(fā)一個數(shù)據(jù)和個例資料平臺，減少業(yè)務(wù)工作人員因人為操作引起的錯誤，提高自身工作效率的同時還為各級天氣預(yù)報人員更有效地開展短臨預(yù)報業(yè)務(wù)提供了便捷，也為其他科研業(yè)務(wù)人員提供了詳細和全面的氣象雷達觀測數(shù)據(jù)支撐。

1?系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用了層次化的設(shè)計思路，其總體框架由應(yīng)用軟件及其支撐環(huán)境共同組成。

1.1?應(yīng)用軟件主要分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和服務(wù)層

數(shù)據(jù)庫層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)環(huán)境的支撐，主要存儲了基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、雷達資料數(shù)據(jù)、存檔數(shù)據(jù)、?服務(wù)管理數(shù)據(jù)，采用?SQL?Server?2008?數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)進行統(tǒng)一存儲管理。應(yīng)用層包括基數(shù)據(jù)自動入庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和歷史個例的手動批量處理、氣象雷達數(shù)據(jù)的增加、刪除、管理和可視化支撐等功能。服務(wù)層實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、下載功能，通過選擇日期、數(shù)據(jù)類型等信息到數(shù)據(jù)庫進行查詢、統(tǒng)計并展現(xiàn)到界面，以便用戶下載。

1.2?系統(tǒng)框架

整個系統(tǒng)構(gòu)站級服務(wù)器或計算機、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的基礎(chǔ)設(shè)備平臺上，采用WinForm、C#編程語言、MSSQL?Server?2008數(shù)據(jù)庫，在?Microsoft?Visual?Studio?2010?（簡稱?VS2010）平臺開發(fā)，實現(xiàn)集雷達基數(shù)據(jù)、雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)和歷史個例資料數(shù)據(jù)三種不同格式數(shù)據(jù)的整編功能于一體，并輔以名稱選擇、時間選擇、目錄路徑選擇和運行結(jié)果信息報告等功能的綜合系統(tǒng)。

首先用Visual?Studio2010開發(fā)工具，搭建系統(tǒng)框架，創(chuàng)建系統(tǒng)主要菜單，包括基數(shù)據(jù)模塊、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模塊、個例資料模塊、系統(tǒng)基礎(chǔ)信息欄、登錄欄、狀態(tài)欄、主界面以及它們的下一級子菜單；同時使用C#開發(fā)語言對所有菜單功能進行編輯，實現(xiàn)條件篩選、批量壓縮、存儲和重命名等功能；再使用SQL?Server?2008?數(shù)據(jù)庫工具通用方法實現(xiàn)新增、修改、刪除、查詢和下載數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；綜合采用WINZIP壓縮技術(shù)、目錄監(jiān)控技術(shù)、自動批處理技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的整編設(shè)計，最終實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

2?系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)分三大模塊，一是實現(xiàn)基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、雷達狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的分類自動存儲和數(shù)據(jù)備份。二是實現(xiàn)個例數(shù)據(jù)收集備份，通過選擇過程開始和結(jié)束時間自動下載和解壓重要天氣過程雷達數(shù)據(jù)再調(diào)用個例整編子程序進行個例資料整編。三是實現(xiàn)雷達基數(shù)據(jù)整編，雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)整編，個例資料的整編、入庫、統(tǒng)計、查詢和下載等功能；

2.1?雷達數(shù)據(jù)分類存儲

天氣雷達數(shù)據(jù)采集單元rtshow實施控制程序采集數(shù)據(jù)并生成標準格式基數(shù)據(jù)和05V格式基數(shù)據(jù)，然后通過FTP軟件或電腦磁盤映射的方式分發(fā)給產(chǎn)品生成程序RPGCW，RPGCW通過一系列算法再生產(chǎn)雷達產(chǎn)品并分發(fā)給顯示程序PUP，最后得到雷達回波圖。05V基數(shù)據(jù)存放在rtshow實施控制程序電腦data文件夾中，標準數(shù)據(jù)格式基數(shù)據(jù)可存放在rtshow實施控制程序電腦bizp2文件夾中或者RPGCW機的achive2文件夾中。產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲在PUP電腦archive文件夾里。南充天氣雷達軟件業(yè)務(wù)已經(jīng)升級到ROSE2.1，與之前業(yè)務(wù)相比較，需要保存的基數(shù)據(jù)容量就更大了。

2.2雷達基數(shù)據(jù)整編設(shè)計

南充雷達運行已達15年，有大量歷史數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)基于工作實際出發(fā)將基數(shù)據(jù)整理模塊分為雷達實時基數(shù)據(jù)的自動入庫和歷史基數(shù)據(jù)手動入庫，通過程序?qū)崿F(xiàn)文件上傳，通過sql?server2008數(shù)據(jù)庫對文件上傳信息進行記錄。實時基數(shù)據(jù)的自動入庫實現(xiàn)方法為系統(tǒng)通過調(diào)用子程序定時訪問雷達數(shù)據(jù)采集單元rtshow實施控制程序電腦基數(shù)據(jù)生成data文件夾和bizp2文件夾，根據(jù)中國氣象局相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)定將新生成的基數(shù)據(jù)復(fù)制并整理成以天為單位的基數(shù)據(jù)并壓縮到指定文件夾，再通過整理程序入庫。歷史基數(shù)據(jù)手動入庫就需要在本系統(tǒng)中點擊基數(shù)據(jù)上傳資料，再通過選擇歷史數(shù)據(jù)存放路徑的方式來實現(xiàn)歷史基數(shù)據(jù)資料的入庫。同時實現(xiàn)基數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢和下載功能。

2.3雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)整編設(shè)計

在業(yè)務(wù)運行過程中雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)并沒有規(guī)定要求長期保存，但是個例預(yù)報人員在做技術(shù)總結(jié)和研究工作時，往往需要回看大量的雷達回波圖，如果通過基數(shù)據(jù)回放返演等方式無形當(dāng)中就會降低工作效率，但是如果保存了產(chǎn)品數(shù)據(jù)，預(yù)報人員就可以通過PUP軟件直接回看雷達回波。為了各級預(yù)報、服務(wù)和科研人員快速查看雷達回波圖，本系統(tǒng)將雷達產(chǎn)品數(shù)據(jù)以天為單位整理入庫。雷達實時產(chǎn)品數(shù)據(jù)的自動入庫和歷史產(chǎn)品數(shù)據(jù)手動入庫。系統(tǒng)實時產(chǎn)品數(shù)據(jù)入庫是通過訪問產(chǎn)品生成archive備份文件夾，將新生成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)復(fù)制并整理成以天為單位的產(chǎn)品數(shù)據(jù)壓縮文件，再通過整理程序入庫。歷史產(chǎn)品數(shù)據(jù)手動入庫就需要在本系統(tǒng)中點擊產(chǎn)品數(shù)據(jù)上傳資料，再通過選擇歷史數(shù)據(jù)存放路徑的方式來實現(xiàn)歷史產(chǎn)品數(shù)據(jù)資料的入庫。同時實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢和下載功能。

2.4個例資料整編設(shè)計

按照中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司制定的《新一代天氣雷達災(zāi)害性天氣過程個例整編管理暫行規(guī)定》，雷達站需要將重大天氣過程所涉及的雷達基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息進行收集整編。整編內(nèi)容包含了發(fā)生災(zāi)害的時間段、發(fā)生地、天氣過程說明和雷達運行情況等信息。其中工作量較大的就是對基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、狀態(tài)文件進行改名壓縮處理過程。存在天氣過程的時間段內(nèi)有大的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品文件，臺站存儲的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品文件名格式與個例整編規(guī)定要求的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)命名方式不同，個例整編模塊設(shè)計思路是先收集個例天氣實況、過程描述、服務(wù)情況、高空地面資料、基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、雷達狀態(tài)文件、災(zāi)情數(shù)據(jù)等并建立源文件夾，再根據(jù)個例整編規(guī)定建立三級目錄目標文件夾，通過調(diào)用個例整編子程序通過批處理方式完成了數(shù)據(jù)的自動解壓、更名、壓縮等工作，最后按照災(zāi)害類型將歷史個例進行分類管理，災(zāi)害類型包括暴雨、大風(fēng)、冰雹，通過條件篩選、批量拷貝的方式添加到不同災(zāi)害類型的個例庫中。用戶通過選擇日期或災(zāi)害類型來查詢、統(tǒng)計和下載歷史個例資料的功能。

2.5系統(tǒng)具體實現(xiàn)方法

文章通過定時處理程序把另外一臺電腦映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的方式?把archive2?目錄、archive目錄和UP_Back目錄映射到一個網(wǎng)絡(luò)磁盤中，使在?RPG和?PUP?中不增加任何開銷。（1）訪問RPGCW機的achive2文件夾，通過另一臺電腦映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的方式將achive2目錄中基數(shù)據(jù)按天整理存儲在網(wǎng)絡(luò)磁盤中，系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)磁盤中基數(shù)據(jù)整理并入庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件夾結(jié)構(gòu)設(shè)置為按天分目錄，再根據(jù)數(shù)據(jù)生成時間，系統(tǒng)生成以天為目錄的文件夾，并將數(shù)據(jù)復(fù)制放入相應(yīng)日期的文件夾中并將數(shù)據(jù)壓縮。（2）訪問PUP電腦產(chǎn)品數(shù)據(jù)archive文件夾?，通過另一臺電腦映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的方式將achive目錄中產(chǎn)品數(shù)據(jù)按天整理存儲在網(wǎng)絡(luò)磁盤中，將網(wǎng)絡(luò)磁盤中產(chǎn)品數(shù)據(jù)整理并入庫，系統(tǒng)生成以天為目錄的文件夾，并將數(shù)據(jù)復(fù)制放入相應(yīng)日期的文件夾中并將數(shù)據(jù)壓縮。（3）訪問存儲在rtshow實施控制程序電腦雷達狀態(tài)信息數(shù)據(jù)UP_Back文件夾，通過另一臺電腦映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的方式將UP_Back目錄中狀態(tài)信息按按月整理存儲在網(wǎng)絡(luò)磁盤中，將網(wǎng)絡(luò)磁盤中狀態(tài)信息數(shù)據(jù)整理并入庫，系統(tǒng)生成以月為目錄的文件夾，無壓縮。（4）下載保存地面高空及雨量資料到相應(yīng)磁盤文件夾。（5）?數(shù)據(jù)備份后，按照中國氣象局相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)范，對新一代天氣雷達災(zāi)害性天氣過程個例資料進行整編。再按照程序個例整編模塊設(shè)計模塊進行編程。

3?自動化批量數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)與編程開發(fā)

系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)就是實現(xiàn)源數(shù)據(jù)的自動搜索、識別和抓取、定時執(zhí)行、批量化處理、數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除、下載，批量化處理又包括目標數(shù)據(jù)的更名、壓縮和整理。

利用timer實現(xiàn)操作的定時執(zhí)行雷達數(shù)據(jù)的抓取，Timer控件是一種通過引發(fā)Timer事件，可以有規(guī)律地隔一段時間執(zhí)行一次代碼的控件。代碼：?lbl_GetType.Text?=?"雷達數(shù)據(jù)";?FormAutoProduct?frmSelectName?=?new?FormAutoProduct（）。

數(shù)據(jù)的壓縮重點代碼：?private?void?ZipMultiFiles（string?file，?ZipOutputStream?zipStream，?string?lastName?=?""）。

文件的自動搜索和整理重點代碼??：string?SetRadarUrl?=?ConfigurationManager.AppSettings["SetRadarUrl"]。

資料下載重點代碼：label_Add.Text?=?"源地址：";label_Cpy_Add.Text?=?"下載到：";label_Cpy_Lc.Text?=?"下載進程：";label_Write.Text?=?"已經(jīng)下載：";label_FileSize.Text?=?"源文件總大?。?。

4?個例資料整編數(shù)據(jù)格式對比分析

整編前基數(shù)據(jù)：2021082012000.05V，數(shù)據(jù)大小是12M左右，更名整編后數(shù)據(jù)格式：Z_RADR_I_Z9817_20210820120000_O_DOR_H_SC_VCP_21.bin.bz2，數(shù)據(jù)大小是850KB左右。產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如19號整編前產(chǎn)品數(shù)據(jù)20210728.140149.01.19.817，數(shù)據(jù)大小20KB；產(chǎn)品數(shù)據(jù)更名整編后是Z_RADR_I_Z9817_20210728060149_P_DOR_H_SC_R_3_75_5.817.bin.bz2，數(shù)據(jù)大小是10KB左右。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)整編后數(shù)據(jù)文件比整編前縮小10到16倍，目錄也更加清晰簡單。為各級預(yù)報員和科研人員查詢，下載個例資料提供了很大的便捷。

5?結(jié)語

系統(tǒng)建立了相應(yīng)的南充雷達氣象資料數(shù)據(jù)庫，同時可以有效實現(xiàn)基數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、歷史個例資料等氣象雷達數(shù)據(jù)的整編、壓縮、入庫、查詢、統(tǒng)計、下載等功能，減少人為操作，該系統(tǒng)自開發(fā)完畢并投入業(yè)務(wù)試運行一年以來，提高了業(yè)務(wù)工作效率.為各級氣象業(yè)務(wù)人員下載雷達資料和查詢歷史個例信息提供了便利，能夠滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用中對雷達氣象資料存儲和檢索的要求，達到了對臺站雷達資料高效管理的目的。

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