自動站數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張仕清，許曉雪，黃高平

（1.安徽省池州市氣象局，安徽 池州 247000；2.安徽省肥東縣氣象局，安徽 合肥 231600）

隨著氣象觀測自動化業(yè)務(wù)的運行，數(shù)據(jù)采集自動化設(shè)備不斷增加，氣象觀測數(shù)據(jù)量激增，給數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全帶來了新的考驗。目前，氣象臺站使用的測報業(yè)務(wù)軟件為ISOS軟件，它是通過Windows系統(tǒng)復(fù)制數(shù)據(jù)備份[1]，程序煩瑣，效率不高，增加了業(yè)務(wù)人員工作量，且常常由于誤操作而丟失數(shù)據(jù)。因此，為保證日集月累的海量觀測數(shù)據(jù)存儲安全，需要在自動站數(shù)據(jù)常規(guī)備份的基礎(chǔ)上，采取冗余原則，豐富數(shù)據(jù)備份功能。自動站數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)就是在此理念下設(shè)計的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是完善數(shù)據(jù)存儲安全措施行之有效的途徑之一。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

為保證自動站氣象觀測數(shù)據(jù)安全，自動站業(yè)務(wù)用機盡量減少與外接設(shè)備互聯(lián)，降低其感染計算機病毒的風(fēng)險。為達到自動站數(shù)據(jù)進行異機備份和移動存儲介質(zhì)（移動硬盤或U盤）備份這一業(yè)務(wù)要求，備份系統(tǒng)軟件落腳計算機必須與自動站業(yè)務(wù)計算機共處同一局域網(wǎng)段內(nèi)，通過建立網(wǎng)絡(luò)映射[2]，進行數(shù)據(jù)備份。

為實現(xiàn)上述要求，各地氣象臺站都按規(guī)定配備了自動站備份計算機，安裝了現(xiàn)用的ISOS等業(yè)務(wù)軟件，使得現(xiàn)用業(yè)務(wù)用機遭受病毒攻擊、雷擊事故等突發(fā)事件，造成自動站計算機系統(tǒng)崩潰、損壞時，能及時啟用自動站備份計算機，保證數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)正常運行[3]。基于ISOS業(yè)務(wù)軟件不同的文件夾下存有同名文件，因此，備份數(shù)據(jù)所存放的文件夾及路徑必須與現(xiàn)用計算機上的ISOS軟件結(jié)構(gòu)相同，且備份目標盤應(yīng)存有與ISOS業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的文件夾，這樣數(shù)據(jù)即可備份到相同的文件夾下，否則，應(yīng)先創(chuàng)建ISOS業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)相同的文件夾后，再進行數(shù)據(jù)備份。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

自動站觀測數(shù)據(jù)應(yīng)實時在線熱備，并定期采用移動硬盤或光盤離線備份。備份內(nèi)容至少包括原始數(shù)據(jù)文件（“dataset”文件夾）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)文件（“DataBase”文件夾）、參數(shù)配置文件（“Config”和“metadata”文件夾）。

離線備份頻次：原始數(shù)據(jù)文件和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)文件至少每月備份一次，參數(shù)配置文件變動后及時備份。為達到要求，數(shù)據(jù)備份通常采用自動數(shù)據(jù)備份和人機交互數(shù)據(jù)備份2類方式[4]。自動數(shù)據(jù)備份暨數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)備份（任務(wù)計劃）實現(xiàn)自動站觀測數(shù)據(jù)實時在線熱備，通過添加到Windows任務(wù)計劃實現(xiàn)。

人機交互數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)設(shè)計7個功能部分：實時數(shù)據(jù)備份、日數(shù)據(jù)備份、月數(shù)據(jù)備份、年數(shù)據(jù)備份、參數(shù)配置備份、建立網(wǎng)絡(luò)映射、幫助，數(shù)據(jù)備份需求內(nèi)容全部覆蓋。臺站號、映射盤符、備份數(shù)據(jù)的目標盤符存放在文件名user的文本文件中供調(diào)用。程序運行前，需要修改user中的參數(shù)，確定用戶。自動備份和人機交互備份均應(yīng)建立網(wǎng)絡(luò)映射，將ISOS文件夾映射到備份系統(tǒng)軟件計算機上。

第一類自動備份暨數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)備份（任務(wù)計劃）：每天備份前一天的所有數(shù)據(jù)。由于氣象觀測要素日界有20：00、地方平均太陽24：00之分，某些要素（如日照）還需要考慮地方時差，日數(shù)據(jù)文件形成的時間不一致，因此，數(shù)據(jù)實時備份（任務(wù)計劃）需添加到Windows任務(wù)計劃中，設(shè)置每天備份時間為00：00+時差+1 min；備份00：00前一天的數(shù)據(jù)文件，這樣才能保證日分鐘數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)完整。根據(jù)技術(shù)規(guī)定，日分鐘數(shù)據(jù)文件每天應(yīng)形成一個文件備份。

第二類人機交互數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)：集成創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)映射，實時數(shù)據(jù)備份。日數(shù)據(jù)備份、月數(shù)據(jù)備份、年數(shù)據(jù)備份、自動站參數(shù)配置文件備份于一體，如圖1所示，通過菜單選擇備份的類型進行數(shù)據(jù)備份。目標盤可以自由選擇，月、年數(shù)據(jù)備份時，檢索到未檢索到的數(shù)據(jù)文件備份，避免了多次重復(fù)復(fù)制，減少磁盤寫入次數(shù)，有效地保護磁盤。

圖1 程序功能圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 用戶參數(shù)設(shè)定

程序運行之前，首先要設(shè)置用戶參數(shù)，用戶參數(shù)保存在user文本文件中，如圖2所示。用戶根據(jù)自身的情況修改成參數(shù)，供備份數(shù)據(jù)軟件調(diào)用。具體設(shè)定如下。

圖2 用戶參數(shù)

IIiii：臺站號。系統(tǒng)運行前，用戶應(yīng)將其改成自己的臺站號進行保存。

xv：網(wǎng)絡(luò)映射盤符名。符名可以更改，可以隨意命名，但不能同名，不區(qū)分大小寫。

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)映射，運行本軟件：“地面觀測數(shù)據(jù)備份.exe”，建立網(wǎng)絡(luò)映射。如果不用已設(shè)置好的盤符名xv，運行之前在user.txt中設(shè)置好盤符名（比如yw），否則原數(shù)據(jù)路徑無法找到。

x：設(shè)置的路徑是\IPisos。

v：設(shè)置的路徑是\IPisosdataset省名臺站號。

f：備份數(shù)據(jù)目標盤符暨備份路徑（f可以自由選擇，本機或移動硬盤盤符）。如果程序放在備份站計算機上，最后一位f不能改為D（不分大小寫），否則備份站數(shù)據(jù)被覆蓋。

2.2 實時數(shù)據(jù)備份（任務(wù)計劃）

執(zhí)行Windows任務(wù)計劃，每日00：00后需備份前一天的所有數(shù)據(jù)。自動站觀測數(shù)據(jù)文件、各類狀態(tài)文件、系統(tǒng)與各類掛接設(shè)備的實時交互記錄文件等，均按文件名形成時間（以月、日為單位），形成不同的文件。需要指出的是：每月1日備份上個月最后一天的數(shù)據(jù)或上一年12月最后一天的數(shù)據(jù)，其他時間備份只需要當(dāng)天日期數(shù)減1形成文件名就能實現(xiàn)。每月1日數(shù)據(jù)備份步驟是：讀取計算機系統(tǒng)當(dāng)前時間月、日數(shù)值，通過數(shù)據(jù)處理，將當(dāng)天日期數(shù)減1是否等于0來確定是否為1日，再根據(jù)月份值來判斷上個月最后一天的數(shù)值（28、29、30、31）。2月份的天數(shù)不是固定值，可以通過把年份數(shù)值除以4看能否整除來確定是否閏年或平年。

例如，在3月1日備份2月份數(shù)據(jù)，程序代碼如下。

以上是對月、日數(shù)據(jù)處理，否則對其執(zhí)行數(shù)字運算就會報錯。

2.3 實時數(shù)據(jù)備份

在實時備份當(dāng)天當(dāng)時已存在的數(shù)據(jù)文件時，由于是實時備份數(shù)據(jù)，備份數(shù)據(jù)時需避開計算機采集數(shù)據(jù)時間，以免產(chǎn)生沖突，影響數(shù)據(jù)寫入。考慮到自動站計算機采集數(shù)據(jù)時間是每分鐘的第20秒進行，因此，備份數(shù)據(jù)最好在每分鐘的第22秒開始備份，每分鐘的第0—21秒是等待時間，如圖3所示。

圖3 實時備份等待圖

實現(xiàn)此功能程序代碼如下。

2.4 日數(shù)據(jù)備份

日數(shù)據(jù)備份設(shè)計初衷是發(fā)現(xiàn)本年度某天數(shù)據(jù)未備份，或者備份的某天數(shù)據(jù)不完整，需要重新備份。缺失備份的某天數(shù)據(jù)文件也可以在月、年數(shù)據(jù)備份中補全。程序?qū)斎氲脑路荨⑷諗?shù)數(shù)字合法性加以控制，合法的月份輸入為1—12，日數(shù)為1—31，輸入其他數(shù)字則返回重新輸入。

控制月份，日數(shù)程序合法性程序代碼如下。

2.5 月數(shù)據(jù)備份

月數(shù)據(jù)備份分為當(dāng)前月數(shù)據(jù)備份和歷史月（當(dāng)前月以外的）數(shù)據(jù)備份2個部分。其中當(dāng)前月數(shù)據(jù)備份備份到當(dāng)天的前一天（當(dāng)天數(shù)據(jù)不完整）。歷年小時、分鐘數(shù)據(jù)存放在各自的一個文件下，小時數(shù)據(jù)文件以月為單位，每月形成一個文件，小時數(shù)據(jù)文件采用覆蓋備份；分鐘數(shù)據(jù)以天為單位，每天形成一個文件，備份數(shù)據(jù)時檢索各文件下的數(shù)據(jù)文件，檢索到已備份了數(shù)據(jù)時自動跳過。

本月數(shù)據(jù)備份當(dāng)前月數(shù)據(jù)備份備份到當(dāng)天的前一天，可以采用循環(huán)語句加以控制，從1日循環(huán)備份數(shù)據(jù)到當(dāng)天的前一天。

本月數(shù)據(jù)日數(shù)循環(huán)控制程序代碼如下。

至于歷史月數(shù)據(jù)文件，一般較為完整，可以直接備份。

2.6 年數(shù)據(jù)備份

年數(shù)據(jù)備份分為歷年和本年度2個部分。本年度數(shù)據(jù)備份備份到本月的上一個月（當(dāng)月數(shù)據(jù)不完整）。采取的備份方式如同月備份，這里不再累述。

程序?qū)斎氲哪攴莺戏ㄐ约右钥刂疲戏ǖ哪攴葺斎霝?01X—202X，本程序暫設(shè)開始年份為2012年，輸入不合法年份數(shù)字，則返回重新輸入。控制年份輸入源代碼如下。

2.7 參數(shù)配置文件備份

參數(shù)配置文件備份比較簡單，可以采用覆蓋式備份參數(shù)配置文件（“Config”和“metadata”文件夾）的所有文件及區(qū)站參數(shù)等，當(dāng)參數(shù)配置文件變動后應(yīng)及時備份。

3 結(jié)束語

綜上所述，本系統(tǒng)采用基于對話框的用戶界面，人機交互界面簡潔清晰、操作簡單、使用方便、實用性強。運用此系統(tǒng)，可豐富自動站數(shù)據(jù)備份功能，滿足氣象觀測數(shù)據(jù)實時在線熱備要求，對提高數(shù)據(jù)存儲效率，保證數(shù)據(jù)存儲安全具有積極作用，適合基層氣象臺站推廣使用。