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系統(tǒng)概述

區(qū)域站運行監(jiān)控系統(tǒng)是針對我國現有的3萬余套省級臺站區(qū)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(jiān)測站而建設的監(jiān)控保障業(yè)務應用系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)一的工作平臺。整個系統(tǒng)分國家級和省級兩級系統(tǒng)（圖1），兩者功能基本一致，均實現了氣象探測設備運行狀態(tài)、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(jiān)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(yè)務需求，兩級系統(tǒng)之間功能上有所側重但又相互聯(lián)系：國家級系統(tǒng)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(tǒng)供本級及以下級別人員使用，注重設備維修保障，兩級系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)是保障我國區(qū)域自動氣象站、加密自動氣象站及暴雨監(jiān)測站正常運行、提高探測數據質量、縮短保障時間的實時業(yè)務平臺。系統(tǒng)的建成將在一定程度上提高設備的穩(wěn)定可靠運行能力，充分發(fā)揮其建設效益。

系統(tǒng)結構

系統(tǒng)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(yè)務管理人員、技術保障人員、監(jiān)控人員、預報預測人員等多用戶群體使用，另外系統(tǒng)還可分別向國家級和省及以下各級相關業(yè)務系統(tǒng)共享相關數據。國家級和省級系統(tǒng)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(yè)務系統(tǒng)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(tǒng)的訪問。區(qū)域站運行監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)監(jiān)控、產品分析、質量控制、維修管理、分析評估和觀測站網等監(jiān)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(tǒng)內部的功能模塊是在統(tǒng)一的技術框架下實現，最大程度保證系統(tǒng)的擴展能力和穩(wěn)定性。

系統(tǒng)主要技術路線

系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)采用C／C＋＋和Java相結合的語言開發(fā)；為便于系統(tǒng)在全國推廣使用，在系統(tǒng)軟件選擇方面，數據庫軟件兼容SQL和Ora－cle，操作系統(tǒng)采用Linux或Windows，地理信息系統(tǒng)軟件在國家級系統(tǒng)使用ArcGIS，省級系統(tǒng)根據各省實際情況選用合適的GIS軟件，如ArcGIS、Su－perMap等。系統(tǒng)的網絡環(huán)境主要依托氣象業(yè)務專用網（DMZ區(qū)），但在兩集系統(tǒng)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(jiān)測站監(jiān)控需求及各省自身實際業(yè)務需求，省級系統(tǒng)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(tǒng)的多方面連接。

系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)總體功能結構可分為設備運行監(jiān)控、探測數據監(jiān)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(tài)監(jiān)控：通過氣象業(yè)務通信網，接收區(qū)域自動站的觀測數據文件，在國家級和省級監(jiān)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(qū)域自動站運行狀態(tài)實時監(jiān)控，并基于地理信息系統(tǒng)實時展示監(jiān)控結果。（2）探測數據質量監(jiān)控：在國家級和省級監(jiān)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(jiān)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(tǒng)，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(qū)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(huán)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(qū)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(yè)務可用性的統(tǒng)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(tǒng)計分析。此外，根據實際業(yè)務需求，還可實現國家級和省級兩級系統(tǒng)之間信息的交互、本系統(tǒng)與其他業(yè)務系統(tǒng)共享業(yè)務數據等。

系統(tǒng)關鍵技術

目前為止，全國已建成區(qū)域自動站33110套，后續(xù)還將建設鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站32690套，暴雨監(jiān)測站61336套，移動氣象觀測站2872套，未來國家級系統(tǒng)中要監(jiān)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(tài)數據以及日常業(yè)務數據量小，每個文件基本在幾千字節(jié)左右，但文件數目總量龐大，日峰值量超過312萬條，而業(yè)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(jiān)控系統(tǒng)中顯示，這給服務器的處理能力帶來很大的挑戰(zhàn)。因此，為滿足時效性要求，國家級系統(tǒng)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(qū)分成7大區(qū)域（港澳臺地區(qū)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(tǒng)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(jiān)控人員和預報預測人員的需求，且在信息門戶層兩級系統(tǒng)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(yè)務的側重點相聯(lián)系，另一方面便于省級發(fā)揮自身優(yōu)勢，在現有系統(tǒng)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(yè)務系統(tǒng)必須部署在中國氣象局DMZ區(qū)，以實現與氣象局內部業(yè)務系統(tǒng)的邏輯隔離。本系統(tǒng)國家級和省級版本均部署在氣象局局域網，相關業(yè)務人員也只能在氣象局內網進行系統(tǒng)的訪問。但基于目前中國氣象業(yè)務數據傳輸的流程及兩級系統(tǒng)主要部署物理地點的現狀，系統(tǒng)在實現國家級和省級系統(tǒng)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(tǒng)利用Internet和Intranet的優(yōu)勢，將系統(tǒng)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(tǒng)之間信息交互的部分利用公網，通過FTP的形式實現。

中國區(qū)域自動氣象站運行監(jiān)控系統(tǒng)是針對我國已建區(qū)域自動氣象站以及未來將建的加密自動站和暴雨監(jiān)測站而建設的監(jiān)控保障實時業(yè)務系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)采用相同技術架構，基本功能均包括設備運行監(jiān)控、探測數據監(jiān)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(tǒng)的建成將在一定程度上保障我國區(qū)域自動氣象觀測網的穩(wěn)定、可靠運行。然而，為更好地發(fā)揮其效益，系統(tǒng)還需在探測數據質量控制方法、相關業(yè)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