氣象信息化標準體系框架研究

文｜周勇，劉東君，馬鋒波

氣象信息化標準體系框架研究

文｜周勇，劉東君，馬鋒波

一、引言

目前，氣象信息化建設面臨若干突出問題，如：資料格式不統一、數據質量不高、信息共享不暢、系統建設不集約等。標準體系建設作為氣象信息化建設的重要基礎性工作，已經放到了優先位置。建立健全氣象信息化標準體系是解決上述問題，保障氣象信息化建設順利進行的關鍵措施之一。

由于信息化建設是一項涉及面非常廣泛的系統工程，涉及大量的標準和規范，因此必須對這些標準和規范按照內在聯系進行有序地整理，最終形成一套完整的信息化標準體系。按照國家標準《標準體系表編制原則和要求》（GB/T 13016-2009），標準體系是一定范圍內的標準按其內在聯系形成的科學的有機整體。而標準體系框架作為標準體系的重要組成部分，表現為一種標準分類方法，用來對標準進行粗線條的分類，把大量的已制定的無序的標準映射為有序子體系，劃清各部分的界線，有助于發現標準制定的空白領域，提出需要加強的方面，從而系統性、整體性地推進信息化標準的制定和完善。

因此，建立健全氣象信息化標準體系，先要從氣象信息化標準體系框架的設計入手。

二、研究現狀

（一）國內其他行業和部門信息化標準體系框架研究現狀

信息化標準對于順利開展信息化建設，有效地開發利用和共享信息資源、實現系統的互聯互通和互操作、確保業務運行安全和可靠至關重要。而作為制定信息化標準的前期基礎性工作，信息化標準體系框架的設計得到了各行業、各部門的普遍重視。

2003年6月，水利部信息化工程領導小組辦公室編制出版了《水利信息化標準指南》，提出了由水利信息化基礎標準、信息傳輸與交換標準、業務應用系統規范、信息發布服務系統規范、水利信息化管理標準等部分組成的水利信息化標準框架，推進水利信息化標準建設。2004年8月，全國物流信息管理標準化技術委員會編制發布了《物流信息標準體系表》，主要包括物流信息基礎標準、物流信息技術標準、物流信息管理標準、物流信息服務標準及其他標準等框架性內容。2009-2010年，海關總署陸續發布了《海關信息化標準化工作指南》和《海關信息化標準體系》，提出了由總體標準、基礎設施標準、信息資源標準、應用標準、信息安全標準和信息化管理標準等6部分構成的海關信息化標準體系框架。2013年4月，交通運輸部編制了《交通運輸信息化標準體系表（2013年）》，提出來包括基礎設施、信息應用、信息資源、信息安全和信息工程等五部分組成的標準體系框架。至今，國內電子信息產業、水利、教育、建設、交通、銀行、保險、證券、煙草等諸多行業都開始或者已經制定了本行業的信息化標準體系，其中，食品藥品監管信息化標準體系、煙草行業信息化標準體系、電力行業信息化標準體系等已經成為行業標準。

（二）氣象信息化標準體系框架研究歷史和現狀

2007年3月26日，經國家標準化管理委員會批準成立全國氣象基本信息標準化技術委員會后，當年制定了《氣象基本信息標準分體系》框架結構。該框架結構由術語子體系（包括氣象數據和檔案管理術語、氣象通信網絡術語、氣象計算機應用術語）、氣象信息傳輸類子體系（包括數據采集和傳輸格式、氣象信息傳輸業務、氣象信息傳輸技術)、氣象數據管理子體系（包括氣象元數據、氣象數據處理、氣象數據存儲管理、氣象數據服務）、氣象檔案管理子體系（包括氣象檔案保護拯救與數字化、氣象檔案歸檔管理、氣象檔案館建設)、通信網絡子體系（包括通信網絡建設、通信網絡應用、通信網絡管理、通信網絡保障）、計算機應用子系統（包括高性能計算機建設、存儲系統建設、計算機系統管理、機房基礎設施建設管理）、氣象信息安全子體系（包括信息安全技術、信息安全管理）等7部分組成（圖1）。

圖1 氣象基本信息標準分體系結構圖（2007年）

《氣象基本信息標準分體系》框架結構的制定，對氣象信息網絡業務標準化的建設起到了積極的促進作用，但目前已經難以適應氣象現代化和現代信息技術的快速發展的新形勢，主要表現在：涉及范圍有待擴大，氣象信息化已不等同于傳統的氣象信息網絡業務，其涉及面更廣，與業務的融合度更高；框架結構有待調整，需要借鑒、吸納國家和外部門信息化標準體系框架研究的新成果、新經驗；內容有待細化，以期更具體、有效地指導氣象信息化標準的建設。

（三）信息化標準體系框架的比較分析

各行業和部門的信息化標準體系框架雖然各具特色，但通過比較分析，也不難發現它們具有的共同之處和規律性，這是由信息化工作的特點和自身規律性決定的。

表1 部分行業和部門信息化標準體系比較（簡表）

總體而言，信息化標準體系框架結構一般都包括總體標準（或稱為：總體框架標準、標準體系、標準化指南等）、術語標準（或稱為術語和主題詞表等）、網絡基礎設施標準（或稱為：信息網絡標準、基礎設施標準等）、信息資源標準、信息應用標準（或稱為：應用標準、業務應用系統規范等）、信息安全標準、管理標準（或稱為：信息化管理標準）、應用支撐標準等分系統內容。其中，總體標準包括信息化建設的總體性、框架性、基礎性的標準和規范，術語標準用于統一信息化建設中遇到的業務、技術和管理等各類詞匯，網絡基礎設施標準用于規范信息網絡基礎設置的技術架構、設備特性和接口標準等，信息資源標準用于規范數據格式、質量和共享等，信息應用標準為應用系統的建設提供統一的標準規范，信息安全標準貫穿信息化建設的全過程，是各行業、各部門信息化標準體系中不可或缺的組成部分。

三、氣象信息化標準體系框架結構

（一）氣象信息化標準體系框架模型

制定氣象信息化標準體系框架，先要從構建氣象信息化標準體系結構模型入手。氣象信息化標準體系框架模型是從系統工程的角度對氣象信息化標準進行抽象概括，一方面規定了氣象信息化標準所涵蓋的范圍及對象，另一方面也直觀地展現出各類信息化標準的作用及相互關系。依據國家《電子政務標準化指南》的參考模型，結合氣象信息化的特點，設計氣象信息化標準體系框架模型如圖2所示。

圖2 氣象信息化標準體系框架模型

總體標準為氣象信息化標準提供基本原則、指南和框架，以及通用性、基礎性的信息化術語定義。基礎設施標準為氣象信息網絡、軟硬件設備、機房場地環境的建設、運行、維護和管理提供技術規定和管理要求，確保氣象信息化基礎設施間能互聯互通。信息資源標準為各類氣象業務和行政管理數據資源提供數據類型、分類、編碼/代碼、元數據等方面的標準和規范，以實現跨部門、跨地區、跨系統的信息資源共享。信息應用標準為各種氣象信息系統提供技術設計、數據交換、系統接口等方面的標準與規范，以及為應用系統提供基礎服務、互操作機制、軟構件等應用支撐的技術要求。信息安全標準是確保氣象信息系統安全運行、確保信息和系統的保密性、完整性和可用性的保障體系，為氣象信息化建設提供各種安全保障的技術和管理方面的標準規范。信息化管理標準為氣象信息化建設提供管理手段和措施方面的標準規范，是氣象信息化建設和信息系統正常運行的重要保障。

框架模型各部分相互之間是緊密關聯的。總體標準分體系處于整個體系的最上層，為其它標準分體系提供總體指導和編制實施原則；信息安全標準分體系和信息化管理標準分體系貫穿于基礎設施標準分體系、信息資源標準分體系和信息應用標準分體系之中。

（二）氣象信息化標準體系框架

在上述框架模型的基礎上，細化設計出由總體標準、基礎設施標準、信息資源標準、信息應用標準、信息安全標準和信息化管理標準等6個分體系（一級類目）和29個二級類目構成的氣象信息化標準體系框架，如圖3所示。

1. 總體標準

總體標準分體系包括氣象信息化標準指南和氣象信息化術語2個二級類目。

氣象信息化標準指南的目的是為氣象信息化標準提供基本原則和框架。它主要包括氣象信息化標準體系框架、標準化項目表等總體性標準規范。

圖3 氣象信息化標準體系框架

氣象信息化術語標準的目的是統一氣象信息化建設中遇到的業務、技術和管理詞匯，避免引起對它們的歧義性理解。它主要包括氣象信息化基礎術語和專業術語表等相關標準規范。

2. 基礎設施標準

基礎設施標準分體系包括網絡環境標準、服務器及存儲設備標準、高性能計算機標準、電視會商系統標準，以及機房和場地環境標準等5個二級類目。

網絡環境標準的目的是規定氣象廣域網、局域網及互聯網接入的規劃設計和建設要求。它主要包括網絡結構、網絡接口、網絡設備、IP地址和域名分配等方面的標準規范。

服務器及存儲設備標準的目的是規定氣象信息化建設中使用的各種通用計算和存儲設備功能、性能等方面的要求。它主要包括通用計算機、服務器、存儲設備及相關外設等硬件，操作系統、商用數據庫等基礎軟件，以及氣象云中心基礎資源池建設等方面的標準規范。

高性能計算機標準的目的是規范氣象領域高性能計算機系統建設、使用和評測等方面技術和管理要求。它主要包括氣象部門建設和利用外部門高性能計算機系統資源相關的資源管理、測試評估等方面的標準規范。

電視會商系統標準的目的是規定氣象部門電視會商系統建設和運行所需遵循的技術和管理要求，確保各級各單位的電視會商系統互聯互通。它主要包括氣象行業電視會商系統技術規范和管理規范等。

機房和場地環境標準的目的是為保證氣象信息網絡系統正常運行，對機房場地、機房安全、防火、防塵、防靜電、溫度和濕度等方面提出具體要求和相關標準。它主要包括氣象信息系統機房設計、施工以及綜合布線等方面的標準規范。

3. 信息資源標準分體系

信息資源標準分體系包括數據分類分級和編碼標準、數據獲取標準、數據元和元數據標準、文件格式標準、數據庫標準、質量控制標準，以及政務信息代碼和數據格式標準等7個二級類目。

數據分類、分級和編碼標準的目的是把氣象信息按其屬性和特性進行歸并，科學劃分類別和級別，并按規范的符號體系賦予代碼或符號，作為有關信息系統進行處理和交換的共同語言。它主要包括氣象資料、要素、預報數據和產品、服務數據和產品，以及相關行業和社會數據（注：行政管理信息在“政務信息代碼和數據格式標準”部分）的分類、分級和編碼標準規范。

數據獲取標準的目的是規定氣象部門通過各種渠道獲取氣象、相關行業及社會數據的技術、業務和管理要求。它主要包括氣象部門內部綜合觀測、國際間交換數據、其它部委共享交換數據，以及互聯網和社交網絡數據等多來源數據獲取的標準規范。

數據元和元數據是定義和描述其他數據的數據。數據元是指用一組屬性描述定義、標識、表示和允許值的數據單元。數據元字典列出并定義相關數據元。元數據標準的目的是規范全球天氣、氣候、水文、地球環境以及氣象業務和服務相關等領域的海量數據資源，為提供標準便捷的數據服務打基礎。它主要包括氣象數據集核心元數據、氣象服務產品元數據、氣象應用元數據、氣象云數據資源業務元數據規范、氣象檔案元數據規范等標準規范。

文件格式標準的目的是為氣象數據采集、通信、存儲和處理提供一致的文件格式標準，為以文件方式進行氣象數據交換、共享服務提供支持。它主要包括文件命名、文件內容格式等方面的標準規范。

數據庫標準的目的是規范氣象業務和服務采用的數據庫內容和結構，為以數據庫方式進行氣象數據管理、共享服務提供支持。它主要包括數據庫和表結構、字段命名、要素格式、數據庫應用接口等方面的標準規范。

質量控制標準的目的是提供氣象數據質量控制算法和評估方法等技術和管理要求。它主要包括基本氣象資料質量控制算法和氣象數據質量評估方法等方面的標準規范。

政務信息代碼和數據格式標準的目的是為氣象部門電子政務建設提供統一的數據規范。它主要包括行政、財務、人事等電子政務相關領域的信息代碼和數據格式等標準規范。

4. 信息應用標準

信息應用標準分體系包括信息交換共享標準、應用系統標準、業務流程標準、專業算法標準和運行維護標準等5個二級類目。

信息交換共享標準的目的是為保證氣象部門內跨地區、跨部門、跨系統的數據交換提供交換機制。它主要包括氣象信息資源交換體系、數據中心開發所涉及的標準規范。

應用系統標準的目的是規定各業務和管理應用系統的功能、性能、設計規范、接口標準，以及為應用系統提供基礎服務、互操作機制、軟構件等應用支撐的技術要求。它主要包括觀測應用、預報預測應用、服務應用和電子政務等方面的標準規范。

業務流程標準的目的是對有必要保持一致并相對穩固的關鍵業務流程進行抽象化和規范化。它主要包括氣象行政許可操作流程、主要業務數據流等方面的標準規范。

專業算法標準的目的是規定各類氣象數據和產品加工處理算法等技術規定和管理要求。它主要包括基礎資料整編、多源數據融合、數據再分析算法以及氣象預報和服務產品制作等方面的專業算法標準規范。

運行維護標準的目的是規定氣象信息化系統可靠運行所需的技術規定和管理要求。它主要包括系統監控、運行管理、系統維護等方面的標準規范。

5. 信息安全標準

信息安全標準分體系包括信息安全總體標準、物理安全標準、網絡安全標準、主機安全標準、應用安全標準、數據安全標準和安全管理標準等7個二級類目。

信息安全總體標準的目的是為氣象信息安全建設提供總體框架。它主要包括安全體系結構、模型和總技術要求等方面的標準規范。

物理安全標準主要包括與物理設備的安全和設備的運行環境等相關的標準和規范。

網絡安全標準主要包括與計算機網絡系統安全相關的標準和規范。例如，安全協議、網絡訪問控制、入侵檢測和密鑰管理等。

主機安全標準主要包括與主機和操作系統的安全、密碼技術、電子簽名、抗抵賴機制、鑒別機制和信息安全產品相關的標準和規范。

應用安全標準主要包括與電子郵件安全、Web安全和域名系統安全等相關的標準和規范。

數據安全標準主要包括與涉密、敏感數據相關的密碼技術、密鑰管理、應用限制等標準和規范。

安全管理包括與系統安全管理、測試與評估和等級與風險管理等方面的相關標準規范和規章制度。

6. 信息化管理標準

信息化管理標準分體系包括工程項目管理標準、信息化評價評估標準和信息系統資產管理標準、氣象云建設和運行管理標準等4個二級類目。

工程項目管理標準的目的是氣象行業在信息化項目建設與管理過程中所涉及的相關標準。它主要包括項目規劃、立項、審批、實施、驗收、監理、測試及技術培訓等方面的標準規范。

信息化評價評估標準的目的是科學衡量各地區、各部門信息化發展水平，科學指導信息化建設。它主要包括氣象信息化水平定性和定量評價評估等方面的標準規范。

信息系統資產管理標準的目的是提高氣象信息系統投資效益和資產使用效益。它主要包括氣象信息化過程中形成的有形資產投資、使用等方面的標準規范。

氣象云建設和運行管理標準的目的是加強氣象云建設的標準化，規范公有云、私有云或專有云的設計、建設、監控和運行。它主要包括氣象云基礎設施標準、公有云數據管理規定等內容。

四、推進氣象信息化標準體系建設的幾點建議

2007年全國氣象基本信息標準化技術委員會成立以來，加速了氣象信息化標準化工作。為了適應氣象信息化發展新形勢、新需求，建議進一步做好以下幾方面工作：

（一）強化氣象信息化標準建設的系統性和整體性。深入研究、修改完善氣象信息化標準體系框架，進一步細化并編制氣象信息化標準體系表，并以行業標準或管理規范的形式下發執行，同時做好宣傳和培訓工作。

（二）加強氣象信息化標準制定的組織和管理工作。氣象信息化標準化工作是一項涉及業務、技術和管理等多方面，涵蓋信息網絡、資料業務、綜合觀測、預報預測和氣象服務等多領域，影響國家、省、地、縣等各級氣象部門及國際、國內相關行業的復雜系統性工程。建議在中國氣象局政策法規司的統一管理下，由全國氣象基本信息標準化技術委員會牽頭，組織部門內、外技術、業務和管理專家分組、有序、并行推進標準制定工作。

（三）重視引進、消化和吸收國內外相關行業信息化標準體系建設的成果和工作經驗。國際上，世界氣象組織（WMO）設有多個專家組，對《全球通信系統手冊》、《編碼手冊》等氣象信息化相關標準規范不斷進行修訂和補充，其成果可供借鑒和引用。在國內，我國氣象信息化標準體系建設工作比其他一些部委起步晚，可供借鑒的成果和經驗較多，只要充分利用好后發優勢，可以少走彎路，加速發展。

（四）堅持開放合作的發展理念。一方面，積極參與國際標準化活動，繼續推薦和派遣有關專家加入WMO氣象信息技術專家組，參加WIS、表驅碼、元數據以及各類資料格式相關業務技術標準規范的起草、制定和協調工作；另一方面，保持和擴大與國家標準化管理委員會、其他部位標準化管理機構和專家組的聯系，加強交流與合作。

五、結束語

氣象信息化是氣象現代化不可或缺的重要組成部分。國內外實踐經驗表明，信息化標準體系是信息化建設的前提，決定著信息化建設的成敗。目前，氣象信息化標準的制定還比較集中于通信規程、數據格式、軟件開發等業務技術領域，缺乏信息化管理和信息安全等方面的標準規范。而且，氣象信息化標準的整體性和系統性不強。針對上述問題，本文提出了一套氣象信息化標準體系的框架模型和基本框架，可為進一步完善和制定氣象信息化標準體系提供參考，進而推進氣象信息化建設的順利實施。

本項目的研究過程中得到了全國氣象信息化工作組和國家氣象信息中心氣象信息化標準工作組專家的大力支持和指導，取得的成果可供今后中國氣象局氣象信息化標準化建設和國內其他部委信息化標準體系建設參考。

作者單位：周勇、劉東君： 中國氣象局預報與網絡司，馬鋒波： 中國氣象局政策法規司