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系統概述

區域站運行監控系統是針對我國現有的3萬余套省級臺站區域自動氣象站和將建的3萬多套加密自動氣象站及6萬余套暴雨監測站而建設的監控保障業務應用系統。系統采用兩級部署、多級應用的模式，為國家級、省級和市縣級保障人員、管理人員和預報預測人員提供統一的工作平臺。整個系統分國家級和省級兩級系統（圖1），兩者功能基本一致，均實現了氣象探測設備運行狀態、探測數據質量狀況、維護維修狀況、觀測站網信息的實時和非實時監控，對設備運行能力、探測數據質量狀況、維修保障能力、觀測數據報文有效性、觀測站網信息的準確性等的綜合分析評估，以及探測產品的分析顯示功能。根據實際業務需求，兩級系統之間功能上有所側重但又相互聯系：國家級系統主要供國家級相關人員使用，注重全國范圍內自動站設備運行狀況的綜合分析評估、探測產品的綜合分析顯示；省級系統供本級及以下級別人員使用，注重設備維修保障，兩級系統之間可以實現觀測數據質量控制結果、維護維修信息、觀測站網信息的定時交互。本監控系統是保障我國區域自動氣象站、加密自動氣象站及暴雨監測站正常運行、提高探測數據質量、縮短保障時間的實時業務平臺。系統的建成將在一定程度上提高設備的穩定可靠運行能力，充分發揮其建設效益。

系統結構

系統采用兩級部署、多級使用、多方共享的邏輯架構（圖2），即在國家級和省級部署，國家級、省級、地市級和縣級業務管理人員、技術保障人員、監控人員、預報預測人員等多用戶群體使用，另外系統還可分別向國家級和省及以下各級相關業務系統共享相關數據。國家級和省級系統分別基于客戶端和瀏覽器的設計模式，國家級與省及以下級別人員可在氣象業務系統局域網內分別通過安裝客戶端和基于網頁形式實現對系統的訪問。區域站運行監控系統技術架構總體可分為平臺和處理平臺兩部分（圖3）。平臺是面向用戶服務的體系結構，是對外服務的門戶，通過各類展現技術（如GIS），將狀態監控、產品分析、質量控制、維修管理、分析評估和觀測站網等監控結果提供給各類用戶，同時接收用戶的請求并響應；處理平臺主要是數據處理的體系結構，包括數據采集、數據解析、數據分析、產品生成、產品入庫、軟件管理等。整個系統內部的功能模塊是在統一的技術框架下實現，最大程度保證系統的擴展能力和穩定性。

系統主要技術路線

系統采用C／S（客戶端／服務器）與B／S（瀏覽器／服務器）相結合的方式設計，對于比較復雜、通信量高、交互性強的應用，采用客戶端模式，實現部分信息的本地化安裝，如GIS數據、站網信息數據等，圖3系統技術框架圖提供快速響應能力和對較大數據的處理分析能力等；使用編程語言方面，系統采用C／C＋＋和Java相結合的語言開發；為便于系統在全國推廣使用，在系統軟件選擇方面，數據庫軟件兼容SQL和Ora－cle，操作系統采用Linux或Windows，地理信息系統軟件在國家級系統使用ArcGIS，省級系統根據各省實際情況選用合適的GIS軟件，如ArcGIS、Su－perMap等。系統的網絡環境主要依托氣象業務專用網（DMZ區），但在兩集系統之間信息交互方面，考慮到交互的及時性、直接性，建立基于公網FTP的形式進行數據質量控制信息、維護維修信息和觀測站網信息的定時交互。此外，考慮到未來加密自動氣象站和暴雨監測站監控需求及各省自身實際業務需求，省級系統采用了開放式的設計理念，提供多種標準數據接口，使其滿足設備擴充和功能擴展，并且能夠實現與其他系統的多方面連接。

系統主要功能

系統總體功能結構可分為設備運行監控、探測數據監控、探測產品分析顯示、維護維修管理、站網信息管理和綜合分析評估六部分，每一部分下面又可以分為不同的子功能，具體功能結構如圖4所示。（1）設備運行狀態監控：通過氣象業務通信網，接收區域自動站的觀測數據文件，在國家級和省級監控中心檢查數據文件上傳情況、上傳觀測數據質量狀況、數據文件格式情況，實現各級區域自動站運行狀態實時監控，并基于地理信息系統實時展示監控結果。（2）探測數據質量監控：在國家級和省級監控中心利用報文格式檢查、界限值檢查、氣候極值檢查、內部一致性檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查等數據質量控制方法開展探測數據質量實時監控，并進行質控結果的多形式展示。（3）探測產品分析顯示：結合地理信息系統，根據用戶需求顯示不同范圍、不同時間段、不同觀測要素、不同站點多種形式數據，如單／多要素色斑圖、單／多站曲線圖、觀測要素實時填圖、單／多站不同時間段各觀測要素列表等。（4）維修信息管理：國家級利用省級上傳的維護維修信息進行設備故障的實時定位、跟蹤、查詢等。（5）站網信息管理：區域站網信息管理主要包括測站信息、設備信息和人員信息。測站信息包括地理信息、環境信息、站名／號等屬性信息；設備信息主要為設備廠家信息、傳感器等主要部件型號信息。維護區域自動站的站網信息包括新增站點添加、錯誤站點刪除、已有站點信息的修改及查詢等功能；此外，結合電子地圖和站點經緯度坐標，還可查看站點分布情況。（6）綜合分析評估：主要包含數據文件上傳情況、設備運行情況及數據質量情況3方面。數據上傳情況主要指文件到報、逾限、缺報，具體的缺報時次查詢等；設備運行情況主要是設備業務可用性的統計分析；數據質量情況包括數據文件格式情況、參數信息情況及各觀測要素質量情況統計分析。此外，根據實際業務需求，還可實現國家級和省級兩級系統之間信息的交互、本系統與其他業務系統共享業務數據等。

系統關鍵技術

目前為止，全國已建成區域自動站33110套，后續還將建設鄉鎮自動站32690套，暴雨監測站61336套，移動氣象觀測站2872套，未來國家級系統中要監控的臺站數量將達到13萬余套，這些設備的實時觀測要素數據、設備運行狀態數據以及日常業務數據量小，每個文件基本在幾千字節左右，但文件數目總量龐大，日峰值量超過312萬條，而業務中對數據傳輸、處理和顯示的時效性要求較高，要求在30min內實現數據解析、質控、入庫并在監控系統中顯示，這給服務器的處理能力帶來很大的挑戰。因此，為滿足時效性要求，國家級系統中在數據處理方面采用多線程分布式處理技術，即將全國各地設備按照地理分區分成7大區域（港澳臺地區除外），分別部署在多臺服務器上同時進行數據處理，處理完的數據存入相同數據庫、集中顯示。系統分別在國家級和省級部署，可同時滿足國家級和省及以下級管理人員、技術保障人員、監控人員和預報預測人員的需求，且在信息門戶層兩級系統分別采用基于客戶端和基于瀏覽器的訪問技術，這一方面與兩級業務的側重點相聯系，另一方面便于省級發揮自身優勢，在現有系統上進行功能和設備的擴展。根據中國氣象局信息網絡化建設現狀和安全要求，相關業務系統必須部署在中國氣象局DMZ區，以實現與氣象局內部業務系統的邏輯隔離。本系統國家級和省級版本均部署在氣象局局域網，相關業務人員也只能在氣象局內網進行系統的訪問。但基于目前中國氣象業務數據傳輸的流程及兩級系統主要部署物理地點的現狀，系統在實現國家級和省級系統之間數據質量控制結果、維修保障信息和觀測站網信息實時交互方面存在一定的局限性。所以，本系統利用Internet和Intranet的優勢，將系統部署在氣象局局域網，進行日常數據的傳輸、接收、訪問，而將兩級系統之間信息交互的部分利用公網，通過FTP的形式實現。

中國區域自動氣象站運行監控系統是針對我國已建區域自動氣象站以及未來將建的加密自動站和暴雨監測站而建設的監控保障實時業務系統。系統分國家級和省級兩個版本，分別在國家級和省級保障部門安裝部署。兩級系統采用相同技術架構，基本功能均包括設備運行監控、探測數據監控、探測產品分析顯示、維護維修管理、站網信息管理和綜合分析評估6部分。系統的建成將在一定程度上保障我國區域自動氣象觀測網的穩定、可靠運行。然而，為更好地發揮其效益，系統還需在探測數據質量控制方法、相關業務機制和職責流程方面進一步完善。

本文作者：李雁李峰趙志強郭海平孫林花李仲龍周青周薇工作單位：中國氣象局氣象探測中心