基于分钟级地面观测数据的GPS/MET 资料匹配系统开发

钟艳雯，朱亮，夏正龙，罗林艳，欧阳计跃

（湖南省气象信息中心，长沙410118）

0 引言

全球导航卫星系统气象观测（GPS/MET）数据包括GPS 导航文件（n 文件）、GPS 观测文件（o 文件）、GPS气象文件（m 文件）等。导航文件主要是卫星广播轨道，卫星状态信息及电离层和时间信息。观测文件主要是每个历元的卫星观测的L1、L2 的C 码和P 码伪距以及L1、L2 的相位。气象文件即是指GPS 台站的地面气象观测文件。测站每小时将GPS 原始数据通过专线或其他方式传至省级信息中心，省级信息中心将GPS 原始数据文件换名打包后上传国家气象信息中心[1-3]。

目前湖南省已经建成73 个GPS 台站，但是由于种种原因，部分站点无法生成m 文件，对于缺少气象观测文件的站点，按照中国气象局《GPSMET 数据传输规范》的要求，可以使用国家地面自动气象站观测数据与GPS 资料匹配，生成对应的GPS 气象文件；而台站由于GPS 观测设备版本不同，上传的数据格式新旧混杂，需要进行规范化处理，因此进行基于分钟级地面观测数据的GPS/MET 资料匹配系统（以下简称系统）开发十分必要。

1 系统设计与实现

1.1 系统结构

GPS/MET 资料匹配系统主要由文件匹配模块、资料处理模块组成，文件匹配模块包括气象文件匹配等3个子模块，资料处理模块包块文件形式检查、文件解压等9 个子模块。系统功能划分图所图1 所示。

图1 系统功能结构图

测站上传的GPS 原始数据由于观测仪器版本不同，分为报文传输和压缩包传输两种方式。对于缺少气象观测文件的站点，报文传输方式下，省级中心需要从CIMISS（全国综合气象信息共享平台）数据服务接口获取分钟气象要素，生成m 文件后与n 文件、o 文件等合并压缩成以规定文件名命名的压缩包文件上传国家气象信息中心；压缩包传输方式下，省级中心需要增加压缩包文件解压环节，其余处理流程与报文传输方式相同。数据流向见图2。

图2 数据流向图

GPS/MET 文件匹配模块从CIMISS 服务接口中读取气象要素，生成RINEX 格式的GPS 站气象文件。GPS/MET 资料处理模块对台站上传的数据进行文件形式检查，压缩包解压缩；对不规范的文件名换名处理；判断是否包含m 文件，对于缺少气象观测文件的站点用GPS/MET 资料匹配模块生成的m 文件代替；将GPS导航文件、GPS 观测文件、GPS 气象文件等使用zip 格式压缩成单个压缩包文件，按规定方式命名，并在正点后20 分钟之内上传。提供文件匹配、资料处理情况的监控。系统流程如图3 所示。

图3 系统流程图

1.2 软件环境

运行环境为Windows 操作系统；采用MS.NET 程序设计语言开发，支撑环境为.NET Framework 3.5。

1.3 GPS/MET文件匹配模块

（1）功能结构

文件匹配模块包括气象文件匹配、参数设置、文件匹配监控等3 个子模块。各子模块主要功能为：

①气象文件匹配子模块：按照中国气象局《GPSMET 数据传输规范》附件2 的要求，从数据服务接口中读取分钟级气压、瞬时气温、湿度气象要素，生成RINEX 格式的GPS 气象文件，并将生成的GPS 气象文件推送到指定目录。

②参数设置子模块：输出路径、运行时间、频次、接口信息等相关参数可灵活配置。

③文件匹配监控子模块：监控GPS 气象文件生成情况，在生成总数低于阈值时报警。

（2）功能实现

气象数据统一服务接口MUSIC（Meteorological Unified Service Interface Community），支持多协议、跨平台、多语言，基于国省统一的数据环境（CIMISS），面向气象业务和科研，提供全国统一、标准、丰富的数据访问服务和应用编程接口（API），提供全面的数据获取功能，提供多种不同的服务方式[4]。根据统一数据来源要求，系统从MUSIC 中获取要匹配的台站的气象观测数据。

文件匹配模块按照用户设置的时间间隔，使用接口getSurfEleByTimeRangeAndStaID（按时间段、台站检索地面数据要素）从SURF_CHN_MAIN_MIN（中国地面分钟压温湿风资料）中读取气压、气温、湿度，生成RINEX 格式的GPS 气象文件并推送到指定目录[5-6]。匹配的站点总数低于阈值时，在界面以声音、文字提示报警。

1.4 GPS/MET资料处理模块

（1）功能结构

GPS/MET 资料处理模块对台站上传的GPS 数据进行检查、匹配，按照中国气象局的要求，将GPS 数据压缩成单个压缩包文件，并按规定方式命名。模块共包含9 个子模块，其具体的功能为：

①文件形式检查子模块：判断收集到的GPS 数据是压缩包还是文件。

②文件解压子模块：根据用户设置，对接收到的压缩的数据进行解压缩处理。

③文件名检查子模块：根据文件命名规范，判断GPS 文件的文件名是否符合其所属文件类别的命名规则，同时返回命名不规范的文件列表。

④文件换名子模块：根据文件换名策略，对指定目录中的文件按照指定的换名规则进行文件名转换，换名后将以新文件名参与后续的收集处理。

⑤文件类型检查子模块：对收集的GPS 资料进行格式检查，记录缺少气象文件的GPS 站点，将格式错误的文件移入错误目录中，并记录日志信息。

⑥气象文件获取子模块：根据文件类型检查的结果，匹配缺少气象文件的GPS 站点数据。

⑦文件打包处理模块：按照中国气象局的要求，将GPS 导航文件、GPS 观测文件、GPS 气象文件等压缩成单个压缩包文件，按规定方式命名，同时推送到用户指定目录；详细记录打包、推送信息。

⑧参数设置子模块：文件检查、匹配规则是用户可配置的。

⑨资料处理监控：显示台站上传的GPS 数据检查、换名、匹配、外推情况，在打包GPS 数据总数低于阈值时报警。

图4文件匹配界面

（2）功能实现

照中国气象局《GPSMET 数据传输规范》要求，GPS/MET 资料处理模块按时次定时对原始数据的短文件名方式进行文件形式检查、文件名检查及格式转换等，规范台站上传的GPS 数据；匹配缺失的GPS 气象文件；按数据命名规则合并GPS 数据生成长文件名Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_GPS2.rnx.zip 压缩数据文件，外推至指定目录。界面展示当前运行实况、压缩文件个数、缺少文件个数、缺测站点等；灵活配置原始文件路径、外推路径、开始运行时间等参数。

图5 GPS/MET资料处理模块界面

2 结语

目前系统已经在湖南省气象信息中心投入业务运行。系统投入运行前，部分GPS 气象文件缺测，系统运行后，GPS 气象文件频次为5 分钟，小时数据密度提高了12 倍，为各类基于GPS/MET 数据的气象产品的精度提高提供了数据支撑。同时，系统的数据处理、监控报警等功能减少了人工操作，提高了GPS 资料的传输率，保障GPS 数据及时准确地提供给各级气象业务服务工作，在预报、预测、公共服务、人工影响天气、防灾减灾等方面充分发挥气象资料的整体效益。但由于信息网络技术的多样化和快速的发展，系统肯定存在一些不足的地方，我们将在今后的业务应用中不断改进和优化，同时也希望得到各位读者的宝贵意见和建议。