氣象計量業務管理平臺的研究與設計

楊 濤,王立民

(1.四川省氣象探測數據中心,成都 610072;2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室,成都 610072)

0 引言

四川省現有區域站5139個,骨干站342個,國家站156個(主備雙套站),這些站點的觀測數據為提升氣象預報準確率和防災減災服務能力提供了有力支撐。保障觀測數據的準確性和可靠性是各級氣象業務部門的持續重要工作。而定期對站點傳感器進行計量檢定則是確保觀測數據準確可靠的最基礎、最重要的手段[1-2]。

一直以來,氣象計量數據的記錄、管理和應用效果不盡如人意。市、縣級現場校準核查均采用人工記錄數據的方式,紙質記錄資料各自保存。由于全省計量人員技術水平參差不齊,數據存在記錄不完整、前后不一致、計算處理易出錯的情況,無法保證氣象計量工作質量[3-4]。省級計量實驗室通過省級計量檢定系統完成國家站主站傳感器實驗室檢定,但數據無法與全省自動氣象站計量數據關聯共享。計量數據使用不方便、整合困難、時效性差,管理部門無法及時獲得信息,無法智能檢索、統計和分析誤差變化趨勢和設備運行情況,無法形成業務計劃的預判。各級計量管理與業務部門之間的交互性亟待提升。

針對該情況,各省的計量技術人員進行了多方面探討。趙泉欽等[5]設計了省級氣象計量信息管理服務平臺,實現氣象計量儀器收發管理、檢校更新、查詢統計、發票登記等功能;鄒超等[6]通過云技術構建新型移動計量網絡,實現校準數據云端統一管理、證書省級簽發、校準規范參數自動推送等功能;陳平[7]設計氣象計量信息化系統的各個主要模塊功能,實現全國氣象裝備計量檢定業務信息統一管理,提供全國范圍內的計量檢定業務和數據分析產品。以上研究都取得了不錯的成果,推動了計量工作的信息化進程。在此基礎上,文章設計了適合四川省計量業務體系的全流程管理平臺,掛接全省站點和設備,細分各級管理權限,制定計劃申請流程,建立統計查詢方式,整合現行的各類檢定校準核查規程規范方法,實現現場校準核查信息化,計量數據的實時關聯共享[8]。平臺貼合實際的計量業務流程,滿足實際計量業務工作的需要[9]。

1 功能設計

1.1 站點與設備管理

站點管理可以添加和刪除站點,在站點上掛接傳感器[10]。設備管理為傳感器及標準器的管理,包含增加、刪除和狀態變更功能。傳感器設置包括3種狀態:在用、停用和待用。在用表示傳感器掛接在站點上;停用包括傳感器超檢、故障等情況;待用表示狀態正常,可隨時使用。標準器設置包括2種狀態:正常和停用。

1.2 計劃與申請

計劃操作人員為區縣業務員、市州業務員、市州管理員和省級管理員。計劃制訂的類型包括3種,分別為年度工作計劃、臨時工作計劃和國家站傳感器實驗室檢定計劃制定。省級管理員可匯總市州管理員上報的國家站傳感器實驗室檢定計劃,生成全省國家站傳感器實驗室檢定計劃。申請人員為各級業務員,提出標準器的溯源、維修和購置的申請,市州管理員審核區縣業務員和市州業務員的申請,省級管理員審核省級業務員的申請。

1.3 檢定校準核查

同一種傳感器在不同的使用環境需要參照不同的規程規范方法,計量過程、計算方式亦不相同。省級業務員參照實驗室檢定規程完成國家級站點傳感器的實驗室檢定。市州業務員參照自動氣象站現場校準方法、自動氣象站現場核查方法和天氣現象現場核查方法完成國家站備站傳感器校準、天氣現象核查和多要素區域站核查。區縣業務員參照能見度核查方法、自動氣象站現場核查方法完成能見度儀核查和單雨量站核查。檢定校準核查模塊按照現行的規程規范方法,編制對應的算法。以氣壓傳感器現場校準為例,自動氣象站現場校準算法按照溯源周期內氣壓標準器證書上的計量數據信息,計算出氣壓標準器修正值對應的修正區間[11-13]。在現場依據從低壓到高壓,再從高壓到低壓的順序,依次讀入氣壓傳感器與氣壓標準器的低壓、常壓和高壓數據,計算出氣壓傳感器每個校準點讀數的平均值和氣壓標準器每個校準點讀數的平均值,根據氣壓標準器平均值所在的修正值區間,確定修正值,計算出氣壓標準器修正后的平均值,再算出氣壓傳感器的單程測量誤差值,如式(1)所示。求出每個校準點正反行程測量誤差平均值,選取3個校準點測量誤差平均值的最大值作為校準結果,與最大允許誤差相比較,判斷是否超差[14-16]?，F場計量人員只需要正確讀取氣壓標準器和氣壓傳感器的數據,其余由模塊自動完成。

ΔP=Pj-(Pb+xP)

(1)

式中,ΔP為每個校準點單程測量誤差值;Pj為被校氣壓傳感器2 min測量值的平均值;Pb為氣壓標準器2 min測量值的平均值;xp為氣壓標準器的修正值。

1.4 查詢統計

不同權限的管理員或業務員可以查詢對應級別的計量信息,省級管理員可以查看全省的計量信息,市州級管理員只能查詢所轄站點的計量信息?？筛鶕姓^劃、站點類型、站名站號、要素種類、計量工作方式和計量時間等屬性進行查詢。

1.5 通知預警

通知由各級管理員發布,市州級管理員發布的通知由所轄區域內人員接收,省級管理員可以發布全省或特定范圍的通知?？稍O置的預警規則包括傳感器到期預警、標準器到期預警、人員資質到期預警和授權到期預警。預警規則由平臺管理員設置,傳感器到期預警觸發時間為計量周期到期前110 d,標準器到期預警觸發時間為計量周期到期前110 d,人員資質和授權到期預警觸發時間為資質有效期截止前180 d。

1.6 文檔與系統管理

文檔管理的類別包括規程方法、政策文件和參考資料。規程方法包括傳感器實驗室檢定規程、自動氣象站現場校準方法和現場核查方法、能見度核查方法、天氣現象儀核查方法等;政策文件為各級單位下發的計量業務相關文件;參考資料包括傳感器和標準器的說明書、操作手冊等。

系統管理分為往來單位管理、人員資質管理和日志管理。往來單位管理由平臺管理員完成,平臺管理員記錄供貨單位、送檢單位和送修單位3種單位類型;人員資質分為技術員、一級注冊計量師、二級注冊計量師和內審員,注冊計量師和內審員可以為同一人;日志管理包括登錄日志、操作日志和SQL日志。

1.7 平臺權限

平臺權限分為平臺管理員、省管理員、省業務員、市州管理員、市州業務員和區縣業務員6類。

平臺管理員完成往來單位設置、用戶注冊、權限設置、預警設置、日志管理和系統維護等操作。

省管理員設置機構與標準的授權信息,匯總制定傳感器年度實驗室檢定計劃,審核臨時傳感器檢定校準申請與省級業務員檢修或購買申請,查詢全省傳感器、標準器和人員的計量信息,發布通知信息、管理文檔。

省業務員管理省級標準器,包括增加(入庫)、刪除(報廢)、變更狀態(流轉)和設置屬性,申請檢修或購買標準器,完成實驗室檢定,以及查詢省級計量信息。

市州管理員審核市州區縣業務員制訂的年度工作計劃和臨時計量工作申請,根據市州業務員的年度工作計劃制訂并上報傳感器年度實驗室檢定計劃,向省級申請臨時計量工作,審核市州及區縣業務員的標準器檢修購申請,查詢所轄區域計量信息,發布通知信息。

市州業務員添加/刪除所轄區域的站點,掛接傳感器,管理傳感器及標準器,制訂年度工作計劃和臨時工作計劃,申請檢修或購買標準器,現場校準核查,查詢所轄區域計量信息。

區縣業務員可掛接傳感器,管理傳感器及標準器。制訂年度工作計劃和臨時計量工作,申請檢修或購買標準器,現場核查,查詢所轄區域計量信息等。

2 系統設計

2.1 開發工具

氣象計量業務管理平臺采用標準的B/S 3層架構,開發平臺工具采用Visual Studio 2008—ASP.NET,數據庫為SQL Server 2008[17-18]。

在MVC模式的B/S 3層架構中,最上層為表示層,主要封裝了讀取控件狀態、設置控件狀態、讀取控件數據、設置控件數據及創建控件等方法。每個顯示組件還配有1個XML文件,用于描述該組件的表現形式與行為。中間層為業務邏輯層,主要由邏輯控制器和具體的業務邏輯類組成。邏輯控制器主要負責解析、提取XML配置文件,控制表示層組件的加載、顯示與輸出;業務邏輯類則主要用于校準核查、需求申請與審核、多條件統計查詢、設備管理、告警設置與管理、計劃管理、系統參數設置、權限管理、文檔管理與日志管理等核心功能。最底層為數據訪問層,主要封裝了對SQL數據庫及XML配置文件的查詢、修改、寫入等操作。

Visual Studio 2008集成開發環境中的大量工具箱和設計器,具備WYSIWYG編輯、拖放服務器控件和自動部署等功能。.NET框架類庫、消息處理和數據訪問解決方案都可從Web無縫訪問。ASP.NET 使執行常見任務變得容易,從簡單窗體提交和客戶端身份驗證到部署和站點配置,系統選擇適合Web應用程序的C#語言。

SQL Server 2008作為高性能的關系型數據庫管理系統,具有客戶機/服務器體系結構,能夠滿足大規模分布式計算環境的需要。其數據庫引擎集成了對XML的支持,同時憑借可擴展、易于使用和安全的特點,成為建設大型Web站點最好的數據存儲設備之一,與專用于開發Web應用的Windows DNA架構相集成,完全可以滿足最大規模的Web站點的性能要求。

2.2 數據庫表設計

數據表是數據訪問與存取的工具。對于任何一個數據庫應用系統,其數據處理的工具和對象均是數據表,通過界面中的控件可實現對數據表中數據的存取、訪問等操作。系統共涉及告警期限、廠家信息、文檔管理、現場校準、公告信息、觀測設備、標準器、設備申請、站點信息、用戶信息和年度計劃等11個數據表。

2.3 程序模塊類設計

系統按照不同功能模塊設計了不同類。以站點與設備管理模塊和檢定校準核查模塊為例,站點與設備管理模塊設計為4個類:往來單位管理類,站點信息管理類,觀測設備管理類和標準器管理類。往來單位管理包含單位名稱、法人、聯系方式、單位地址、開戶行、銀行賬號和單位屬性等;站點信息管理包含站名、站號、型號、廠家、級別和所屬范圍等;觀測設備管理包含設備名稱、設備編號、型號、廠家、檢定日期、到檢日期、設備狀態、所屬站點和所屬范圍等;標準器管理包含名稱、編號、型號、廠家、檢定日期、到檢日期、證書、溯源單位和修正值等。以往來單位管理為例,其屬性與方法如表1和表2所示。

表1 往來單位管理的屬性

表2 往來單位管理的方法

3 功能實現

系統完成后,錄入基本的站點、傳感器數據信息,添加站點、傳感器,完成傳感器的掛接,設置告警期限;制訂計劃,完成計劃審核;對自動氣象站的氣壓傳感器進行現場校準[19-22]。

4 結束語

氣象計量業務管理平臺整合了中國氣象局制定的計量規程和方法,梳理了省級、市級、縣級氣象部門所承擔的計量工作職責,使計量人員在現場開展計量工作的同時,實時完成計量數據信息化、標準化收集和計算,提高數據的準確性,規范計量人員的操作流程,也便于后續數據查詢統計、關聯共享和質量分析。同時為各級業務管理部門提供所需的信息來源和數據支撐,幫助各級業務管理部門加大計量工作管理的力度。