省級氣象器材編碼擴展技術設計與實現

呂雪芹，何艷麗，黃宏智，敖振浪

（廣東省氣象探測數據中心，廣東 廣州 510080）

0 引 言

我國改革開放以來，不斷適應科技發展潮流，物品編碼事業揚帆起航，現在物品編碼技術已經相當成熟了。我國綜合氣象觀測網在用氣象裝備種類多樣，分布區域廣泛，各類產品品目達500 余項，涉及高空、地面、遙感、通信和通用設備等方面，如新一代天氣雷達備件3 000 余種，自動氣象觀測站備件100 余種，但缺乏統一的編碼規則，無法對入網裝備進行跟蹤統計。中國氣象局發布的氣象行業標準《氣象觀測裝備編碼規則》（QX/T 347-2016），主要從目前已有業務使用需求的氣象設備出發，主要涵蓋大中小三類，基本上只包含目前在用的氣象設備，還沒有覆蓋到設備生產中的各種零部件的細類，也沒有包含科技發展推成出新的儀器設備。實際上在維修維護過程中用到各種各樣的零部件需要入庫管理和出庫管理，這些器材沒有對應編碼，沒辦法進入信息化管理，需要進一步拓展編碼加以管理。還有一種比較特殊的情況，在省級的氣象器材管理單位，可能同一個單位同一個庫房管理系統同時管理業務器材和企業生產器材，管理關系上要求能夠嚴格區分業務器材和企業生產器材，不能混淆。也就是說同一班管理人員，同一套管理系統，同一個庫存環境，管理著不同性質的器材分類，這就要求在基礎碼分類基礎上擴展編碼必須在忠于原來編碼規則的基礎上有足夠的擴展特點和屬性。就是說能夠通過擴展分類編碼能自動識別是企業生產器材還是業務使用的器材，這就需要擴展編碼設計在方法上有所突破。對于氣象器材的編碼已經有較多的文章介紹，例如馬蕾等提出一種基于RFID（Radio Frequency Identification）技術，手持設備和Web 開發相結合的氣象裝備全壽命跟蹤系統平臺，實現氣象裝備管理一體化和業務統一化，為每個氣象裝備能夠唯一標識，從而為氣象裝備壽命追蹤及預測提供參考數據；杜建蘋等結合氣象業務特點采用含義編碼、并置碼、層次碼順序遞增碼等編碼方法，區分了固定碼和動態碼，完善規范氣象裝備編碼規則；劉偉等利用氣象裝備基礎編碼建立氣象裝備保障智能信息管理系統，實現對全省各類氣象裝備全壽命跟蹤，提高氣象技術裝備配置、調撥供應等技術保障體系的運轉效率；方海濤等對綜合觀測網內的主要裝備進行類別梳理和劃分，對氣象裝備的命名進行專用術語定義，確定裝備分類原則和方法，有助于規范氣象觀測裝備命名和自動化編碼，為氣象裝備的信息化管理提供基礎，方便規范氣象裝備的使用、流轉、定位追蹤、數量統計與倉儲。以上這些編碼技術研究和應用都是從不同層面，不同的個性化需求出發，基本上基于中國氣象局發布的氣象裝備分類基礎編碼設計器材管理系統并應用，擴展編碼研究內容較少，需要不斷擴展豐富和完善。

正因為本單位管理的氣象器材存在多樣性和復雜性，很多原材料和零部件沒有對應的標準編碼，因此需要自行設計擴展編碼。如何設計擴展編碼分類，解決實際工作中混雜的氣象器材管理難題是本文重點研究的內容。

1 基礎編碼規則

目前氣象業務的氣象器材編碼主要遵循氣象行業標準《氣象觀測裝備編碼規則》（QX/T 347-2016）。作為基礎編碼，具體的裝備類編碼結構如表1所示，分為門類、大類、中類、小類、細類共5 類，結構由裝備類別碼、廠商碼、生產序列碼和校驗碼五部分組成，代碼總長度為34 個字符。如表1所示。

表1 氣象觀測裝備基礎編碼結構

表1的編碼結構表明，編碼對象主要針對三大門類器材：G：觀測儀器；Z：組件；H：耗材。

對于每一個門類向下不斷細化，又分為大、中、小、細4 類，例如，對于G 門類，細化為大類的時候，有地基觀測儀器、空間觀測儀器、天基觀測儀器，中類又在大類的基礎上，進一步細化為地面觀測儀器、地基遙感探測儀器、大氣成分觀測儀器、海洋觀測儀器，如此類推進行一層一層的向下細化編碼，直到細類編碼為止，其中，細類按照名稱和型號從0000 至9999 進行順序編碼。

為了應對不斷增加的新儀器設備擴展使用，中國氣象局基礎分類編碼在每個類中都預留了“保留項”和“其他項”，這種保留項和其他項都是由中國氣象局（國家級）主管機構統一擴展編碼的，如表2所示，小類編碼中保留項04-98 和其他項99，只能由國家級擴展使用，其他單位和企業不允許擅自直接使用這個保留項和其他項進行擴展編碼，獲得審批并備案除外。

表2 觀測儀器（門類G）空基觀測儀器（大類2）氣球探空（中類1）小類編碼

2 省級氣象器材編碼設計

一般情況下，氣象器材的管理工作分為兩大部分，中央投資建設的氣象裝備器材由國家級管理，納入國家級器材管理系統；各省地方投資建設的裝備器材由省級管理。按照中國氣象局總體要求，投入業務使用的中央投資的氣象探測裝備以及消耗器材和備品備件必須通過編碼管理系統生成物品編碼信息實時上傳到中國氣象局的管理系統中。省級地方財政投入的裝備器材和下屬企業生產所需的器材和設備，由各省氣象局統一管理。實際應用中，國家級管理的器材分類和數量有限，各省的氣象器材種類更多，五花八門，完全按照國家級現有的編碼是不夠用的，無法完成省級的基于物聯網的氣象器材編碼動態管理。

局限于人手和基礎條件，省級器材管理單位和各臺站往往使用同一套管理系統和倉儲環境。在器材物品錄入和使用時，必須能夠嚴格區分清楚哪些物品歸屬于中央管理，哪些物品歸屬于省級地方管理，即要求同一套編碼規則下的物品錄入或者查詢時必須能夠自動識別出哪些是國家級管理的，哪些是省級管理的，哪些是企業生產所需的。

如何在遵循國家級器材編碼規則基礎上實現省級器材編碼和靈活管理，做到總體編碼規則不變，實現省級和臺站用戶使用同一套管理系統就能夠靈活錄入及追蹤器材，既能夠自動區分國家級器材，又能夠自動區分省級器材和企業或者自有特定器材，這就需要巧妙的編碼擴展設計，下面詳細介紹。

2.1 氣象裝備編碼擴展設計策略

要在基礎編碼規范基礎上合理進行編碼擴展，需要考慮三個方面問題，一是不沖突原則，基礎編碼始終作為上位編碼，不管基礎編碼如何變化和按順序增補，各省級單位的擴展編碼都不應該受到影響，反之亦然。二是兼容原則，各省級單位的擴展編碼不管怎么增補或變化同樣不能影響基礎編碼，同時兩者的組合碼必須向上兼容并且遵循基礎編碼規則。三是擴展編碼和基礎編碼組合生成的二維碼能夠明確分辨出屬于基礎編碼還是各省級單位個性化的擴展編碼，組合的二維碼能夠清晰地識別出哪些物品是國家級的器材，哪些物品是省級的器材或者企業的器材。基于上述三方面的考慮，編碼擴展的策略只能在基礎編碼細類區域后半部進行擴展。

例如，國家級基礎編碼設計中的大、中、小類由中國氣象局嚴格定義，不允許其他用戶擴展使用。細類的序號為4 個字符，目前只用了2 位數，即00-99。其中保留項（序號為xx-98）和其他項（序號為99）。100-9999 還沒有使用。因此，本設計出于保險起見，在細類序號1000 后面擴展，避免將來可能的沖突。

2.2 編碼擴展設計

重點針對省內部分未納入中國氣象局統一編碼規范的設備，遵循基本規范進行編碼的再擴展再細化。擴展方法充分考慮兼容現有國家級編碼標準，方便應對未來中國氣象局對編碼的增補，省級單位可自由增加省內自身編碼。通過實踐，作者設計一個可行的巧妙方法。

中國氣象局基礎編碼里面的保留項和其他項中不允許用戶直接插入擴展編碼，也就是說基礎編碼形成的條碼結構和內容不允許用戶直接改變，為了忠于基礎條碼結構又需要進一步擴展，作者在整個條形碼末尾插入“擴展代號”，即在原來基礎編碼34 個字符組成的條形碼基礎上，追加2 個字符作為“擴展代號”，共36 個字符形成新的條形碼，這樣成功地解決了既保持了原來基礎編碼格式和前34 個字符內容不變，又實現了基礎編碼無感知擴展，邏輯設計圖如圖1所示。實際使用中，通過最后2 個字符的“擴展代號”來標識基礎編碼代表什么。即標識該條型碼歸屬于國家級標準（國家級目錄）的使用擴展代號00 表示；歸屬于國家級標準（省級目錄）的使用擴展代號01—03 表示；歸屬于省級標準（省級目錄）新增類別擴展標準的使用擴展代號04 和07 表示。

圖1 編碼擴展設計邏輯圖

有了上述擴展方法，在實際應用操作過程中，器材的錄入時就非常清晰區分歸屬哪一級的管理部門，對應錄入哪一級器材目錄；檢索時能夠清楚區分哪些是國家級器材，哪些是省級器材，哪些是企業器材或者其他器材，具體方法和功能描述如表3所示。

表3 擴展分類及擴展編碼說明一覽表

從表3可以看出，氣象器材入庫和二維碼的生成分為三種情況：第一種情況是所有國家級的器材直接按照基礎編碼錄入和檢索，全部納入國家級管理，生成的二維碼與國家級的標準二維碼相同。第二種情況是絕大多數歸屬于國家及管理，但是省級擴展了一部分細類器材，分別歸屬于國家級和省級管理。第三種情況是省級擴展的新門類即是元器件門類，該門類屬于省級所有，全部納入省級管理。

對于擴展的門類，例如新增加的元器件門類定義如下：

門類碼：元器件，代碼：P

大類碼：1：電阻類，2：電容類，3：電路板

中類碼0：固定值

小類碼00：固定值細類碼，按照業務需要設置，自行定義一般根據氣象專業特性、裝備用途進一步劃分。

在實際應用中，按照本設計擴展方法，生成的二維碼格式如下：

（1）裝備類別碼（第1—9 位）9 字符（門類碼1 字符，大類碼1字符，中類碼1字符，小類碼2 字符，細類碼4字符）；

（2）廠商碼（第10—17 位）8 字符；（注1）；

（3）序列碼（第18—31 位）14 字符（注2），其中：型號批次碼（第18—19 位）2 字符（固定：00），（第20—21 位）2 字符（固定：00），地域行政區劃碼（第22—27 位）6 字符（廣東省固定：440000），生產順序碼（第28—31位）4字符（注4）；

（4）校驗碼（第32—34 位）3 字符（注5）；

（5）擴展代號（第35—36 位）2 字符（注3）。

注1：廠商碼的獲取方法：（新設備）收貨單號：根據收貨單號從采購收貨表中取得采購單號，然后到采購明細表中獲取裝備類別碼相同的設備對應的供應商編碼。

注2：序列碼說明：通常情況下，序列碼是這樣構成：型號批次碼2 字符；生產日期碼8 字符；生產順序碼4 字符。

注3：擴展代號說明：當設備不是擴展設備，則擴展代號=00。當設備是擴展設備的時候（門類或廠商等是擴展的），擴展代號=擴展碼。

擴展碼的組合計算方法如表4所示。

表4 擴展碼組合方法

注4：生產順序碼的獲取方法：查詢【二維碼生成記錄表】，若相同裝備類別碼的記錄存在，那么取得最大的生產順序碼作為基準，按本次打碼數量分別加算出新的生產順序碼。比如，生產順序碼是0008，本次打碼數量是5，那么5 個新二維碼中的生產順序碼將分別是0009，0010，0011，0012，0013。若沒有相同裝備類別碼的存在，那么插入一條記錄，本次生產順序碼從0 算起。

注5：校驗碼的計算方法依據，參考中國氣象局《氣象觀測裝備分類與編碼方法（試行）的函》附錄B 部分。

2.3 擴展編碼生成和檢索功能的實現

擴展編碼生成和檢索功能在《廣東省氣象器材管理系統》中實現，按照中國氣象局基礎編碼規則和自行設計的擴展編碼進行系統開發，基礎編碼包含“儀器”“組件”“耗材”三大門類。擴展門類“元器件”根據省級和所屬企業個性化業務需求進行定義，但遵循基本編碼規則。

廣東省氣象器材管理系統開發基于Web 界面，采用JavaScript 語言進行編程。主功能模塊代碼如下：

窗體布局沿用習慣的設置方法，左邊是菜單欄，根據各項功能需求設置；右邊大部分區域是任務欄，完成每項功能的錄入和檢索查詢的所有選項及輸入項。除了必要信息輸入需要手工完成錄入，大多數能夠在預設的選項中直接選擇完成。界面友好美觀，操作便捷。主界面如圖2所示。

圖2 管理系統主界面

很方便在菜單上加入元器件門類（擴展）以及大類，中類、小類和細類。在左側菜單選擇對應的類別，在右上角點擊添加按鈕，輸入要添加的器件信息，系統自動完成編碼的生成。國家級基礎編碼錄入后即鎖定無法編輯，省級擴展編碼可修改編輯。在系統中預留了編碼對接接口，如果未來國家級編碼包含到省級自擴展設備，則通過后端進行兩種碼的關聯設置，兩種編碼同時適用，新設備再編碼時則遵循國家級編碼規則。擴展編碼生成模塊如圖3所示。

圖3 擴展編碼錄入模塊界面

錄入模塊確認后，系統自動把信息插入對應歸屬級別的數據庫保存。流程圖如圖4所示。

圖4 錄入歸屬流程圖

當對某個部件或者元器件查詢時，通過條碼掃碼槍或者人工直接輸入條碼，系統會根據自動識別它的歸屬地，進入對應的數據庫查詢。查詢模塊如圖5所示。物品編碼技術發展已經非常成熟，具有完整的技術規范。

圖5 查詢模塊

3 結 論

氣象器材管理的編碼有它的特殊性，很難照搬國家標準通用編碼。為了加速氣象器材管理標準化進程，中國氣象局制定了氣象觀測裝備編碼規則，已經在全國氣象部門推廣使用，運用物聯網技術管理全國的氣象器材，顯著提高管理效率和節約氣象裝備保障成本。然而，中國氣象局的基礎編碼定義的器材種類很有限，基本上是局限于當前已有的氣象器材的大類，實時擴展也不夠及時。隨著科學技術和氣象業務飛速發展，越來越多新的氣象觀測設備投入使用，尤其是各省區細分的氣象器材不斷增加，已有的基礎編碼已經遠遠不能滿足器材管理工作的需求。本設計的編碼擴展技術在不改變基礎編碼規則的條件下。通過生成的條碼在末位增加2 個字節作為擴展號的方法，很好地解決了器材歸屬地的識別和準確出入庫，非常方便擴展企業生產常用的“元器件”門類及其他門類，真正實現了基礎編碼無感知擴展。該擴展編碼技術在廣東省氣象器材管理系統中加以實現并應用，器材物流跟蹤、用戶器材申領、設備退修、臺站庫存管理、設備使用壽命追蹤等工作井井有條，多年以來運行穩定，使用方便，受到臺站廣泛好評。