雷達(dá)資料推送試驗(yàn)及提高雷達(dá)資料時(shí)效的探討

作者簡(jiǎn)介：凌士兵（1970—），男，安微蕪湖人，高級(jí)工程師，研究方向：氣象信息處理（E-mail：l_shibing@qq.com）；鄭志興（1982—），男，福建福州人，工程師，碩士，研究方向：氣象信息處理。

摘要：為了全面掌握雷達(dá)資料傳輸在各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)效情況，探索提高雷達(dá)資料傳輸時(shí)效的方法和途徑，省氣象信息中心和寧德市氣象局、廈門(mén)市氣象局、福建省氣象臺(tái)聯(lián)合開(kāi)展了雷達(dá)資料推送試驗(yàn)。通過(guò)三種試驗(yàn)方案，全面測(cè)試各種情況下的雷達(dá)資料傳輸時(shí)效，根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和分析，對(duì)提高雷達(dá)資料的時(shí)效提出有針對(duì)性的建議。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；資料推送；傳輸時(shí)效；消息

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1現(xiàn)狀與需求

1.1雷達(dá)資料傳輸流程現(xiàn)狀

雷達(dá)資料生成傳輸流程如圖1所示，首先是RDA接收并處理雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給RPG，由RPG生成雷達(dá)掃描基數(shù)據(jù)，PUP軟件連接到RPG，PUP從RPG同步獲取數(shù)據(jù)并生成各種雷達(dá)產(chǎn)品[1-3]。雷達(dá)資料傳輸軟件，定時(shí)掃描基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品生成目錄（各個(gè)雷達(dá)站設(shè)置的掃描時(shí)間間隔不同，一般為30秒到幾分鐘不等），一旦發(fā)現(xiàn)新文件則通過(guò)全省寬帶網(wǎng)將新文件上傳到省氣象信息中心的新一代通信系統(tǒng)服務(wù)器，新一代通信系統(tǒng)根據(jù)制定好的規(guī)則進(jìn)行一系列的處理、分發(fā)等操作，最后通過(guò)文件共享服務(wù)器向各業(yè)務(wù)單位提供服務(wù)[4-5]。1.2需求

突發(fā)災(zāi)害性天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)對(duì)雷達(dá)資料的時(shí)效性要求越來(lái)越高，而隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)報(bào)員對(duì)雷達(dá)資料的傳輸時(shí)效的心理預(yù)期也越來(lái)越高[6-7]。中國(guó)氣象局也提出雷達(dá)產(chǎn)品3分鐘到達(dá)預(yù)報(bào)員桌面的目標(biāo)。為了全面掌握雷達(dá)資料傳輸在各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)效情況，探索提高雷達(dá)資料傳輸時(shí)效的方法和途徑，省氣象信息中心和寧德市氣象局、廈門(mén)市氣象局、福建省氣象臺(tái)聯(lián)合開(kāi)展了雷達(dá)資料推送試驗(yàn)[8]。

2推送方案的設(shè)計(jì)及結(jié)果

在試驗(yàn)的過(guò)程中，為了保證所獲取的時(shí)間的準(zhǔn)確性，將所有試驗(yàn)用到的服務(wù)器、PC機(jī)等用時(shí)間同步軟件進(jìn)行時(shí)間同步。

本文推送試驗(yàn)選取的雷達(dá)資料包括雷達(dá)基數(shù)據(jù)、最早生成的19號(hào)產(chǎn)品以及最遲生成的37號(hào)產(chǎn)品。

2.1方案一：基于消息的資料推送

既然是資料推送試驗(yàn)，首先就必須要設(shè)計(jì)一種將資料從省中心推送到相關(guān)市局的流程與機(jī)制，主要有兩種方案可供選擇，一種是傳統(tǒng)的直接將資料發(fā)送給市局（以下簡(jiǎn)稱直接推送），全部操作都在省中心完成，市局只需被動(dòng)接收；另一種方案就是基于消息的資料推送（以下簡(jiǎn)稱消息推送），省中心將資料到達(dá)文件共享服務(wù)器的消息推送給市局，市局的客戶端軟件根據(jù)需要主動(dòng)到省中心文件共享服務(wù)器下載資料。

2.1.1消息推送與直接推送比較

如果資料只推送給某一個(gè)單位，肯定是直接推送資料更簡(jiǎn)單、直接。如果需要將資料推送給多個(gè)單位，消息推送與直接資料推送相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）消息推送的消息數(shù)據(jù)量非常?。ㄖ挥袔资畟€(gè)字），處理速度快，需要推送給多個(gè)單位時(shí)，第一個(gè)收到消息與最后一個(gè)收到消息的時(shí)間差別非常小，在毫秒級(jí)。如果是直接推送，隨著資料文件的增大，第一個(gè)收到資料與最后一個(gè)收到資料的時(shí)間差會(huì)越來(lái)越大，同時(shí)隨著推送單位的增多，時(shí)間差也會(huì)越來(lái)越大，甚至?xí)ネ扑偷囊饬x。

2）在消息推送系統(tǒng)中，市、縣局需要什么資料可以通過(guò)客戶端自行設(shè)置，可以隨時(shí)調(diào)整；而直接推送系統(tǒng)，推送什么資料則完全有省中心決定，市、縣只能被動(dòng)接收，要調(diào)整必須由省中心來(lái)修改，不方便。

3）消息推送服務(wù)端設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單很多，因?yàn)榭梢詫⑺械南⒍纪扑徒o有所的客戶端，客戶端可以根據(jù)本單位的需求進(jìn)行設(shè)置，自動(dòng)過(guò)濾不需要的消息，對(duì)需要的消息才進(jìn)行處理。如果是推送資料則服務(wù)端必須要對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，否則推送一堆沒(méi)用的資料將嚴(yán)重占用網(wǎng)絡(luò)資源，也會(huì)降低所需資料的推送效率。

2.1.2消息推送的方法與目的

試驗(yàn)的目的是建立一種資料從省中心到各市局、縣局的快速傳輸流程，并檢驗(yàn)此傳輸流程的效率。

為了開(kāi)展消息推送試驗(yàn)，省氣象信息中心組織技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了一套基于消息的資料推送軟件，軟件采用C/S架構(gòu)，由服務(wù)端和客戶端組成。在省氣象信息中心部署消息推送服務(wù)端，在寧德市氣象局部署消息推送客戶端。

服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)文件共享服務(wù)器的指定目錄（存放雷達(dá)基數(shù)據(jù)或產(chǎn)品的共享目錄），當(dāng)文件變化發(fā)生時(shí)（有新文件存入），服務(wù)端就向客戶端推送一條相應(yīng)的消息，該消息包括新到達(dá)的文件名稱、到達(dá)時(shí)間、存放的目錄等。客戶端根據(jù)制定的規(guī)則對(duì)收到的消息進(jìn)行過(guò)濾，如果是所需要的文件，則進(jìn)行下載或遠(yuǎn)程打開(kāi)等操作（流程如圖2所示）。

試驗(yàn)過(guò)程中記錄雷達(dá)資料到達(dá)文件共享目錄的時(shí)間、服務(wù)端發(fā)出消息的時(shí)間、客戶端收到消息的時(shí)間、客戶端完成文件下載的時(shí)間，最后得出整個(gè)資料推送過(guò)程所需要的時(shí)間。

2.1.3消息推送結(jié)果

從省中心推送到寧德市局所需的時(shí)間就是省中心的文件創(chuàng)建時(shí)間與寧德市局下載到本地的文件的創(chuàng)建時(shí)間的時(shí)間差。

根據(jù)寧德市氣象局客戶端7月19日到7月26日的雷達(dá)產(chǎn)品推送監(jiān)控日志及省氣象信息中心的文件時(shí)間日志，從服務(wù)端發(fā)送消息到寧德市局客戶端資料下載完成所需要的時(shí)間分布如圖3所示。消息發(fā)出到資料下載完成所需時(shí)間如表1所列。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，雷達(dá)資料從消息發(fā)出到文件到達(dá)寧德平均只要0.906秒，最大也就2.985秒，最小僅用時(shí)0.462秒，具有非常好的時(shí)效性。

2.2方案二：長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)PUP直連

2.2.1長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)PUP直連方案介紹

在省氣象臺(tái)安裝PUP與長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站的RPG直連，省氣象臺(tái)與長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站同步生成雷達(dá)產(chǎn)品（圖略）。

目的是比較省臺(tái)本地生成的長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)產(chǎn)品與由雷達(dá)站上傳到省中心共享的產(chǎn)品的時(shí)間差，同時(shí)記錄文件在省中心各服務(wù)器之間的流轉(zhuǎn)時(shí)效情況。

試驗(yàn)過(guò)程中記錄本地PUP生成的雷達(dá)產(chǎn)品文件時(shí)間、長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站上傳文件到達(dá)省中心新一代通信系統(tǒng)的時(shí)間、到達(dá)文件處理服務(wù)器的時(shí)間以及到達(dá)文件共享服務(wù)器的時(shí)間，得到文件傳輸流轉(zhuǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)效。

2.2.2長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)PUP直連試驗(yàn)結(jié)果

由雷達(dá)RPG、PUP的工作原理，不同的RPG、PUP同步生成基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，因此省臺(tái)連接長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)的PUP與長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站自身的PUP是同時(shí)生成各種雷達(dá)產(chǎn)品文件的。同樣在后面試驗(yàn)中，省中心RPG生成的廈門(mén)雷達(dá)基數(shù)據(jù)，在省臺(tái)、寧德市局生成的廈門(mén)雷達(dá)產(chǎn)品與廈門(mén)雷達(dá)本站生成的相應(yīng)基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品沒(méi)有延時(shí)，時(shí)間差都為0。

試驗(yàn)選取9月4日到6日的部分本地PUP生成的19號(hào)產(chǎn)品與長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站上傳的19號(hào)產(chǎn)品文件進(jìn)行跟蹤與比較，長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)產(chǎn)品從雷達(dá)站生成到新一代通信系統(tǒng)，所需要的時(shí)間平均是14秒，從新一代通信系統(tǒng)分發(fā)到處理服務(wù)器（IP：10.140.9.6）需要的時(shí)間平均是57秒，從處理服務(wù)器分發(fā)到共享服務(wù)器（IP：10.140.9.4）需要的時(shí)間平均是16秒，總平均時(shí)間是1分27秒（如表3所示）。

2.3方案三：廈門(mén)雷達(dá)RPG及PUP直連

2.3.1廈門(mén)雷達(dá)RPG及PUP直連方案介紹

在省氣象信息中心安裝RPG與廈門(mén)雷達(dá)的RDA直連，在本地生成基數(shù)據(jù)，在省氣象臺(tái)、寧德市局安裝PUP與省中心的廈門(mén)雷達(dá)RPG直連，在省臺(tái)和寧德生成雷達(dá)產(chǎn)品（圖略）。

其目的是比較省中心RPG生成的基數(shù)據(jù)與廈門(mén)上傳的基數(shù)據(jù)的時(shí)間差，比較寧德PUP生成的廈門(mén)雷達(dá)產(chǎn)品與經(jīng)消息推送并下載后到達(dá)寧德局的廈門(mén)雷達(dá)產(chǎn)品的時(shí)間差。

試驗(yàn)過(guò)程中記錄省中心RPG的基數(shù)據(jù)生成時(shí)間、省臺(tái)PUP的產(chǎn)品文件生成時(shí)間、寧德市局PUP的產(chǎn)品文件生成時(shí)間、廈門(mén)上傳的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品文件到達(dá)文件共享服務(wù)器的時(shí)間、寧德市局通過(guò)推送系統(tǒng)收到產(chǎn)品文件的時(shí)間，得出傳輸、推送各環(huán)節(jié)的時(shí)效。

2.3.2廈門(mén)雷達(dá)RPG、PUP直連試驗(yàn)結(jié)果

比較8月19日到21日省中心生成的基數(shù)據(jù)與廈門(mén)雷達(dá)站上傳的基數(shù)據(jù)（到達(dá)文件共享服務(wù)器），時(shí)間差最大為5分鐘，最小為1分09秒，平均時(shí)間是3分30秒（如圖8）。

比較本地PUP生成的19號(hào)雷達(dá)產(chǎn)品和廈門(mén)雷達(dá)站上傳的19號(hào)產(chǎn)品文件的時(shí)間（到達(dá)文件共享服務(wù)器），時(shí)間差最大的為12分鐘，最小的只有28秒，平均時(shí)間為2分10秒（見(jiàn)圖9）。

比較本地PUP生成的37號(hào)雷達(dá)產(chǎn)品和廈門(mén)雷達(dá)站上傳的37號(hào)產(chǎn)品文件的時(shí)間（到達(dá)文件共享服務(wù)器），時(shí)間差最大的為4分5秒，最小的只有24秒，平均時(shí)間為2分1秒（圖略）。

再將廈門(mén)雷達(dá)產(chǎn)品通過(guò)消息推送機(jī)制推送到寧德市氣象局，19號(hào)產(chǎn)品從廈門(mén)到省中心平均是2分10秒，再?gòu)氖≈行牡綄幍率芯制骄?.4秒（見(jiàn)2.1.3節(jié)），總時(shí)間是2分12秒。37號(hào)產(chǎn)品從廈門(mén)到省中心平均是2分1秒，再?gòu)氖≈行牡綄幍率芯制骄?.2秒（見(jiàn)2.1.3節(jié)），總時(shí)間是2分3秒。

廈門(mén)雷達(dá)站雷達(dá)資料傳輸?shù)绞≈行牡臅r(shí)效對(duì)比見(jiàn)表6。將廈門(mén)雷達(dá)站雷達(dá)資料經(jīng)省中心推送到寧德的總時(shí)效對(duì)比見(jiàn)表7。

3小結(jié)

1）用消息推送的方式來(lái)推送雷達(dá)資料，從服務(wù)器端發(fā)現(xiàn)新文件到客戶端完成文件下載，平均只需要0.906秒。從文件到達(dá)共享服務(wù)器，再推送到指定的市局（本次試驗(yàn)選擇寧德局），雷達(dá)基數(shù)據(jù)平均1.7秒就能到達(dá)，19號(hào)產(chǎn)品平均1.4秒就能到達(dá)，37號(hào)產(chǎn)品平均1.2秒就能到達(dá)，時(shí)效性非常好，具有非常好推廣應(yīng)用的價(jià)值。

2）雷達(dá)產(chǎn)品的傳輸?shù)绞≈行墓蚕矸?wù)器，廈門(mén)雷達(dá)站19號(hào)產(chǎn)品平均需要2分10秒，37號(hào)產(chǎn)品平均需要2分1秒，長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站19號(hào)產(chǎn)品平均需要1分24秒，37號(hào)產(chǎn)品平均需要1分22秒，這可能與各雷達(dá)站設(shè)置的產(chǎn)品文件掃描周期有關(guān)（長(zhǎng)樂(lè)設(shè)置的是30秒，廈門(mén)是2分鐘），設(shè)置掃描周期長(zhǎng)的，所需要的平均時(shí)間也就長(zhǎng)。但是不管是廈門(mén)還是長(zhǎng)樂(lè)，傳輸時(shí)效基本都能滿足雷達(dá)產(chǎn)品2分鐘到達(dá)預(yù)報(bào)員桌面的要求。

3）雷達(dá)基數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)效出現(xiàn)了兩種不同的結(jié)果，長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站的基數(shù)據(jù)平均傳輸時(shí)效57秒，好于產(chǎn)品的傳輸時(shí)效；廈門(mén)雷達(dá)站的基數(shù)據(jù)平均傳輸時(shí)效3分30秒，比產(chǎn)品的傳輸時(shí)效差很多。經(jīng)詢問(wèn)雷達(dá)站的技術(shù)人員，長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)站與廈門(mén)雷達(dá)站的傳輸流程及傳輸軟件的掃描周期設(shè)置差別較大，長(zhǎng)樂(lè)設(shè)置的是30秒，而廈門(mén)設(shè)置的是2分鐘，并且廈門(mén)基數(shù)據(jù)不是從最原始生成的目錄直接上傳，中間還有經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置的周期是30秒。

4）如果將各雷達(dá)站的RPG連接到省中心，可以實(shí)現(xiàn)省中心的基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品生成與各雷達(dá)站同步，再在各相關(guān)市局安裝PUP與省中心的RPG相連，可以在相關(guān)市局同步生成雷達(dá)產(chǎn)品（相關(guān)市局是指雷達(dá)覆蓋半徑內(nèi)的市局，比如長(zhǎng)樂(lè)雷達(dá)的PUP可以給寧德、福州、莆田等局安裝），可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)產(chǎn)品零時(shí)延到達(dá)預(yù)報(bào)員桌面。通過(guò)試驗(yàn)廈門(mén)雷達(dá)RDA連接2個(gè)RPG，系統(tǒng)運(yùn)行正常；1個(gè)RPG連接6個(gè)PUP，運(yùn)行正常。

但是這種連接方式也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，首先是各雷達(dá)站的處理軟件要進(jìn)行升級(jí)，必須支持連接多個(gè)RPG；其次是相關(guān)的雷達(dá)資料傳輸流程要做非常大的調(diào)整，與雷達(dá)資料相關(guān)的考核都有關(guān)聯(lián)；第三，RPG可以控制雷達(dá)，存在安全隱患；第四，各雷達(dá)站的RDA將會(huì)同全省寬帶網(wǎng)同處在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，增加了RDA受病毒攻擊的危險(xiǎn)；第五，如果每部雷達(dá)都連一個(gè)RPG到省中心（每個(gè)服務(wù)器只能裝一個(gè)RPG，幾個(gè)雷達(dá)站就要幾臺(tái)服務(wù)器），省中心的業(yè)務(wù)維護(hù)工作量將非常大。

4雷達(dá)資料傳輸建議

根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)以及上述分析，要提高雷達(dá)資料的時(shí)效，建議如下：

第一，縮短雷達(dá)站傳輸程序文件掃描的時(shí)間間隔，建議設(shè)為30秒。

第二，省中心新一代通信系統(tǒng)分發(fā)、處理所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，平均需要57秒，如果能提高新一代通信系統(tǒng)的分發(fā)、處理效率，將有助于提高雷達(dá)資料的傳輸時(shí)效。還要減少資料在省中心的流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，提高省中心的流轉(zhuǎn)效率，比如：從新一代通信系統(tǒng)直接分發(fā)到文件共享服務(wù)器就可以節(jié)省約16秒的時(shí)間；

第三，完善基于消息的雷達(dá)資料推送軟件的開(kāi)發(fā)，在有關(guān)市、縣氣象局安裝基于消息的雷達(dá)資料推送客戶端，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)資料快速推送。

第四，升級(jí)各雷達(dá)站軟件，分別在省中心連接一個(gè)RPG，在有關(guān)市局連接PUP，平時(shí)不運(yùn)行，在省局啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案期間投入運(yùn)行，以確保應(yīng)急期間雷達(dá)資料的時(shí)效性。

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