臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許鵬飛

摘 要：氣象觀察與人們的生活息息相關(guān)，做好氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)能夠?yàn)槿藗兊纳钐峁└嗟谋憷€能提前預(yù)知?dú)庀鬄?zāi)害，減少因氣象災(zāi)害帶來(lái)的損傷。想要提高氣候預(yù)測(cè)水平，其前提是建立準(zhǔn)確可靠的臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)，保證地面氣象觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性。因此，做好臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。該文首先分析了臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法，然后探究其具體的設(shè)計(jì)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)；數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來(lái)，我國(guó)氣象觀測(cè)發(fā)展越來(lái)越迅速，各種新型的設(shè)備和技術(shù)被運(yùn)用在氣象觀測(cè)當(dāng)中。在制定天氣預(yù)報(bào)時(shí)，地面氣象數(shù)據(jù)屬于基礎(chǔ)資料，重要性很高，其數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響了天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)開始建設(shè)自動(dòng)氣象觀測(cè)站，軟硬件設(shè)備也在不斷發(fā)展和成熟。在自動(dòng)化氣象觀測(cè)站當(dāng)中，地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)是控制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，相關(guān)單位要做好氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證地面數(shù)據(jù)觀測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法

在臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控工作當(dāng)中，評(píng)估業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)為質(zhì)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，在這些系統(tǒng)當(dāng)中，需要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、質(zhì)量評(píng)估、質(zhì)量控制等工作，再通過人機(jī)交互的方式，訂正氣象資料。以下針對(duì)臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控方法進(jìn)行具體分析：第一，傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法。在氣象觀測(cè)當(dāng)中，大氣的變量主要通過氣象觀測(cè)資料來(lái)反應(yīng)，因此，在傳統(tǒng)的質(zhì)量控制中，需要根據(jù)這些基本的規(guī)定，將各個(gè)要素融合在一起，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。包括內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、氣候?qū)W界限值檢查、數(shù)據(jù)預(yù)處理等。值得注意的是，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法不需要考慮空間的一致性檢查，也不涉及多站，適用范圍局限于臺(tái)站級(jí)氣象數(shù)據(jù)質(zhì)控，因此，在使用過程中，應(yīng)該多加注意。第二，數(shù)據(jù)挖掘算法質(zhì)控方法。地面氣象資料具有比較悠久的歷史，從古代開始，人們就非常注重地面氣象資料的收集和監(jiān)控，但是當(dāng)時(shí)的監(jiān)控設(shè)備有限，導(dǎo)致地面氣象資料監(jiān)控準(zhǔn)確性不高。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氣象站檢測(cè)設(shè)備越來(lái)越全面，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)。但是，在地面氣象資料監(jiān)控過程中，由于人工誤差、設(shè)備故障等多種因素的影響，出現(xiàn)誤差是不可避免的，為了減少誤差，做好質(zhì)量監(jiān)控十分必要。數(shù)據(jù)挖掘算法質(zhì)控方法主要是指通過因子分析的方式，建立Logistic回歸模型，對(duì)地面氣象資料數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，從而更好地做好質(zhì)量控制。在觀測(cè)過程中，如果時(shí)間段數(shù)據(jù)發(fā)生突變，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)出異常，為后續(xù)的災(zāi)害預(yù)警、天氣預(yù)測(cè)等提供更具說(shuō)服力的數(shù)據(jù)。第三，可疑度分級(jí)和處理方法。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到可疑數(shù)據(jù)后，需要通過質(zhì)控系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可疑度進(jìn)行分級(jí)，并且根據(jù)分級(jí)來(lái)采取相對(duì)應(yīng)的處理策略措施。一般情況下，地面氣象數(shù)據(jù)可分為5級(jí)：E級(jí)（數(shù)據(jù)正常）、D級(jí)（弱可疑數(shù)據(jù)，需要備注）、C級(jí)（可疑數(shù)據(jù)，本地保存不上報(bào)）、B級(jí)（強(qiáng)可疑數(shù)據(jù)，危險(xiǎn)等級(jí)，應(yīng)該剔除業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，僅作為參考數(shù)據(jù)保留）、A級(jí)（錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，直接剔除）。

2 臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)架構(gòu)

在地面氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量控制系統(tǒng)當(dāng)中，想要做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該做好系統(tǒng)架構(gòu)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架時(shí)，應(yīng)該充分考慮網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性和數(shù)據(jù)負(fù)載等要求，就當(dāng)前臺(tái)站級(jí)地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)要求普遍比較高，因此，應(yīng)該選擇Client/Sever開發(fā)方式，運(yùn)用3層構(gòu)架模式，將智控系統(tǒng)構(gòu)架建立起來(lái)。通常情況下，系統(tǒng)總體構(gòu)架氛圍表現(xiàn)層、匯聚處理層、通信分析層、設(shè)備層等4個(gè)層次，設(shè)計(jì)者可以賦予每一個(gè)層次相應(yīng)的功能，從而通過派生出的對(duì)象進(jìn)行組合覆蓋，實(shí)現(xiàn)質(zhì)控系統(tǒng)的自動(dòng)化。

2.2 臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)算法類庫(kù)

做好系統(tǒng)構(gòu)架后，想要保證臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)的運(yùn)行，還需要建立相應(yīng)的算法類庫(kù)，從而根據(jù)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的算法進(jìn)行編碼，通過DLL文件的形式，連接外部程序供應(yīng)口。管理人員只需要將解析賦值后的變量輸入其中，就能得到相應(yīng)的綜合質(zhì)控碼，并且自動(dòng)生成DLL文件。相對(duì)于其他系統(tǒng)而言，該算法程序封裝性良好，便于調(diào)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，錯(cuò)誤率低，能夠更好地保證臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)正常運(yùn)用和氣象監(jiān)控質(zhì)量。

2.3 臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

當(dāng)前的臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)都是運(yùn)用美國(guó)伯克利大學(xué)設(shè)計(jì)的Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，且具備開源界功能，能夠在多種版本中運(yùn)用，支持性比較高，同時(shí)具備語(yǔ)言綁定功能。因此，在臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，還需要做好后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。選擇開放性比較高的Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)具有極大優(yōu)勢(shì)。首先，Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)面向任意對(duì)象，操作者可以根據(jù)自己的需求隨意添加屬性。其次，Postgre SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)具有豐富的數(shù)據(jù)類型，包括點(diǎn)線面數(shù)據(jù)、符號(hào)數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等多種方面。第三，PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)全面支持SQL。第四，PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)屬于大數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量比較大，具有良好的系統(tǒng)支持性，能夠?yàn)榕_(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)提供更好的支持平臺(tái)。第五，能夠與Web集成，解決問題的能力更高。

2.4 臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)多線程處理

大多數(shù)氣象數(shù)據(jù)資料都是以TXT報(bào)表的形式存在的，這些報(bào)表想要傳遞到中心服務(wù)器，就需要通過網(wǎng)絡(luò)傳遞。當(dāng)前，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展十分迅速，臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出多線程操作，不同的報(bào)文對(duì)應(yīng)不同的線程。通常情況下，一條報(bào)文包括主線程、入庫(kù)線程、解析線程、讀寫線程等多個(gè)方面。在使用多線程處理時(shí)，一方面需要引入互斥機(jī)制，保證多個(gè)線程同時(shí)訪問資源，另一方面還需要引入同步機(jī)制，保證喚醒調(diào)用，從而更好地實(shí)現(xiàn)資源傳遞。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)有一個(gè)更加充分和深入的了解，通過系統(tǒng)架構(gòu)、算法類庫(kù)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、多線程處理等方面的設(shè)計(jì)，保證臺(tái)站級(jí)地面氣象數(shù)據(jù)綜合質(zhì)控系統(tǒng)完整，使其能夠在實(shí)際工作當(dāng)中提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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