基于.NET的自動氣象站監(jiān)控系統(tǒng)設計

余世同等

摘 要：該文對自動氣象站監(jiān)控及數(shù)據(jù)庫訪問技術進行了研究。首先從XML配置文件中獲取站點信息，然后用站點信息中的區(qū)站號到數(shù)據(jù)庫中查詢當前整點小時數(shù)據(jù)及缺測信息，接著對數(shù)據(jù)進行分析、處理，并將得到的異常信息存放到記事本中，最后將記事本中的內(nèi)容顯示到監(jiān)控平臺，為技術保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。

關鍵詞：自動氣象站 數(shù)據(jù)庫訪問 監(jiān)控技術 系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0011-02

當今極端天氣氣候事件頻發(fā)，在日趨嚴峻和復雜的氣象災害形勢面前，氣象服務對地面氣象觀測系統(tǒng)在站網(wǎng)密度、觀測自動化、觀測要素拓展等提出了更高的要求。寧夏目前已建設了900余個自動氣象站，大大增強了災害性天氣的監(jiān)測預警水平；另一方面，為了在防災減災氣象服務工作中進一步增強氣象預報服務能力，全區(qū)計劃建設更為密集的區(qū)域自動氣象站。

區(qū)域自動氣象站長期運行在野外惡劣環(huán)境下，隨著運行的年限增加，設備故障的多發(fā)性、不確定性因素也逐步增加，對設備的全面技術保障帶來了新的挑戰(zhàn)。為確保自動氣象站長期、穩(wěn)定地運行，切實發(fā)揮自動站網(wǎng)建設效益，建立完善的運行監(jiān)控系統(tǒng)，已成為當前重要地氣象探測設備保障工作之一[1]。設計一個實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)、并將自動站異常信息及時反饋給值班監(jiān)控員顯得非常重要。

1 技術路線

全區(qū)自動氣象站采用了多個氣象儀器廠家的產(chǎn)品，雖然結(jié)構不同，但傳輸?shù)絽^(qū)局的數(shù)據(jù)格式是一致的。因此，在區(qū)級建立一個自動氣象站實時監(jiān)控平臺，對氣象站上傳的每小時正點資料進行分析，從中檢查、分析出整點資料是否缺測或氣象要素是否異常。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)資料進行不間斷監(jiān)控，保證全區(qū)自動氣象站探測數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，出現(xiàn)故障及時響應維修。

如圖1為系統(tǒng)結(jié)構示意圖。首先，系統(tǒng)加載站點信息配置XML文件，從中逐條檢索自動氣象站區(qū)站號及站點名稱信息，然后以區(qū)站號去數(shù)據(jù)庫中檢索整點小時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析。最后對整點數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測或超越常規(guī)值的區(qū)站號、站點信息及有關要素值等異常信息顯示到監(jiān)控平面中。

在上層軟件設計中，論述了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制理論和系統(tǒng)開發(fā)中的數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術。然后對自動站上傳的氣象要素值進行邏輯分析，即當前要素值存在且出現(xiàn)在合理范圍內(nèi)時，則認為設備運行正常；反之，如果檢查出要素值缺測或超越常規(guī)值，達到示警條件時，異常信息自動在監(jiān)控系統(tǒng)中告警提示，從而體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

2 軟件設計

2.1 質(zhì)量控制技術

質(zhì)量控制是指利用氣象學、氣候?qū)W等原理，以氣象要素的時空規(guī)律及各要素的相互聯(lián)系為基礎，分析氣象資料是否合理。隨著氣象資料的進一步完善，質(zhì)量控制得到了進一步的優(yōu)化，對資料的連續(xù)性分析代替了對單要素數(shù)據(jù)的檢查分析[2]。文章主要介紹氣候界限檢查的資料分析。

依據(jù)氣象局對測報業(yè)務的要求，區(qū)域自動氣象站正點后15min內(nèi)，正點數(shù)據(jù)必須上傳到數(shù)據(jù)庫中。因此，在正點15分檢索數(shù)據(jù)庫，如果在服務器上沒有檢索到數(shù)據(jù)，則該站計缺測；如果有數(shù)據(jù)則按瞬時值控制技術[3]，檢查瞬時值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則該站數(shù)據(jù)異常。瞬時值合理性檢查見表1。

2.2 數(shù)據(jù)庫訪問

訪問服務器中的數(shù)據(jù)庫有多種技術，由于.NET框架中提供了豐富的應用程序組件，該文選用ADO.NET技術[3]。ADO.NET支持兩種訪問數(shù)據(jù)的模型：無連接模型和連接模型。無連接模型是將數(shù)據(jù)下載到客戶機上，并在客戶機上將數(shù)據(jù)封裝到內(nèi)存中，然后可以像訪問本地數(shù)據(jù)庫一樣訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。而連接模型依賴于逐記錄的訪問，要求始終保持與數(shù)據(jù)源的連接。由于全區(qū)氣象站在中心站服務器中有多個表，每個表對應一個站點，每個站點的氣象數(shù)據(jù)存放于對應的表中，而站點信息存放于XML配置文件，在數(shù)據(jù)訪問時需要依據(jù)XML配置文件逐記錄的訪問每一個表中的整點小時數(shù)據(jù)，故系統(tǒng)選用連接模型[4]。

由于全區(qū)站點信息存放在XML配置文件中，因此首先利用XElement.load（）方法逐記錄的讀取站點信息，包括區(qū)站號、站點名稱及所屬機構；然后用這個區(qū)站號去服務器中獲取數(shù)據(jù)，方法是利用SqlConnect類的Open（）方法連接數(shù)據(jù)庫，并用State屬性判斷數(shù)據(jù)庫的連接狀態(tài)；進而利用Command類的ExecuteReader（）方法與DataReader類的Reader（）方法讀取指定區(qū)站號的當前整點小時數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

軟件程序以Visual studio2010為編譯環(huán)境，運行于.NET Framework4.0上的C#為程序設計語言。軟件以Form窗體結(jié)構，并利用timer1控件設置時間判斷語句為1 s，當檢測到主機時間為xx：15：00時，運行主程序，并利用2.2中的方法逐記錄的獲取站點信息及當前正點小時數(shù)據(jù)。

獲得的小時數(shù)據(jù)包括氣溫、地表溫度、相對濕度、氣壓、極大風速、風向、瞬時風速、小時降水等氣象要素。如果數(shù)據(jù)缺測，則在上一正點時次的缺測記事本中檢索該區(qū)站號，判斷在該缺測記事本中是否第N+1次出現(xiàn)（N≥0），如果是，則在當前缺測記事本中站點信息更新為該要素第N+1次缺測；如果有數(shù)據(jù)則按照2.1中的質(zhì)量控制方法，檢查瞬時值是否在合理界限內(nèi)，超出合理界限范圍，則將該站點信息及相關要素存儲到數(shù)據(jù)異常記事本中。

當遍歷完XML配置文件中所有氣象站，退出主程序，將缺測記事本及異常記事本中的信息響應到監(jiān)控平臺，為值班監(jiān)控員快速掌握當前自動站的運行情況提供幫助。

3 結(jié)語

自動氣象站無論在觀測手段、運行機制、站網(wǎng)密度等方面與傳統(tǒng)的人工觀測都有很大的不同。為提高自動氣象站的持久、可靠的運行，提高當?shù)亟?jīng)濟的服務能力，需要對自動氣象站運行狀況進行必要的實時監(jiān)控。經(jīng)實際測試，監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可以真實的將異常信息的自動站情況實時反饋給值班監(jiān)控員，為技術保障員快速發(fā)現(xiàn)故障提供依據(jù)。另一方面，也為其他氣象探測設備的運行監(jiān)控技術提供了參考。

參考文獻

[1] 王旭，劉光博，李曉玲.海南省自動氣象站監(jiān)控系統(tǒng)建設[J].氣象水文海洋儀器，2010（3）：133-136.

[2] 游泳，王小蘭，余海蓉，等.四川省自動氣象站質(zhì)量控制技術簡介[J].四川氣象，2007（2）：40.

[3] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范（第22部分：觀測記錄質(zhì)量控制）[M].北京：氣象出版社，2007：2-3.

[4] 蘇群星，解璞.基于自動測試系統(tǒng)的故障診斷專家系統(tǒng)[J].自動化測試，2003（11）：11-12.

[5] 明日科技.C#開發(fā)入門及項目實踐[M].北京：清華大學出版社，2012：290-301.