自动站数据备份系统的设计与实现

2022-08-30张仕清许晓雪黄高平

科技与创新 2022年17期

张仕清，许晓雪，黄高平

（1.安徽省池州市气象局，安徽池州 247000；2.安徽省肥东县气象局，安徽合肥 231600）

随着气象观测自动化业务的运行，数据采集自动化设备不断增加，气象观测数据量激增，给数据质量和安全带来了新的考验。目前，气象台站使用的测报业务软件为ISOS软件，它是通过Windows系统复制数据备份[1]，程序烦琐，效率不高，增加了业务人员工作量，且常常由于误操作而丢失数据。因此，为保证日集月累的海量观测数据存储安全，需要在自动站数据常规备份的基础上，采取冗余原则，丰富数据备份功能。自动站数据备份系统就是在此理念下设计的应用软件系统，是完善数据存储安全措施行之有效的途径之一。

1 系统设计

1.1 系统设计思路

为保证自动站气象观测数据安全，自动站业务用机尽量减少与外接设备互联，降低其感染计算机病毒的风险。为达到自动站数据进行异机备份和移动存储介质（移动硬盘或U盘）备份这一业务要求，备份系统软件落脚计算机必须与自动站业务计算机共处同一局域网段内，通过建立网络映射[2]，进行数据备份。

为实现上述要求，各地气象台站都按规定配备了自动站备份计算机，安装了现用的ISOS等业务软件，使得现用业务用机遭受病毒攻击、雷击事故等突发事件，造成自动站计算机系统崩溃、损坏时，能及时启用自动站备份计算机，保证数据采集业务正常运行[3]。基于ISOS业务软件不同的文件夹下存有同名文件，因此，备份数据所存放的文件夹及路径必须与现用计算机上的ISOS软件结构相同，且备份目标盘应存有与ISOS业务软件系统结构相同的文件夹，这样数据即可备份到相同的文件夹下，否则，应先创建ISOS业务软件系统相同的文件夹后，再进行数据备份。

1.2 系统功能设计

自动站观测数据应实时在线热备，并定期采用移动硬盘或光盘离线备份。备份内容至少包括原始数据文件（“dataset”文件夹）、业务数据文件（“DataBase”文件夹）、参数配置文件（“Config”和“metadata”文件夹）。

离线备份频次：原始数据文件和业务数据文件至少每月备份一次，参数配置文件变动后及时备份。为达到要求，数据备份通常采用自动数据备份和人机交互数据备份2类方式[4]。自动数据备份暨数据实时数据备份（任务计划）实现自动站观测数据实时在线热备，通过添加到Windows任务计划实现。

人机交互数据备份系统设计7个功能部分：实时数据备份、日数据备份、月数据备份、年数据备份、参数配置备份、建立网络映射、帮助，数据备份需求内容全部覆盖。台站号、映射盘符、备份数据的目标盘符存放在文件名user的文本文件中供调用。程序运行前，需要修改user中的参数，确定用户。自动备份和人机交互备份均应建立网络映射，将ISOS文件夹映射到备份系统软件计算机上。

第一类自动备份暨数据实时数据备份（任务计划）：每天备份前一天的所有数据。由于气象观测要素日界有20：00、地方平均太阳24：00之分，某些要素（如日照）还需要考虑地方时差，日数据文件形成的时间不一致，因此，数据实时备份（任务计划）需添加到Windows任务计划中，设置每天备份时间为00：00+时差+1 min；备份00：00前一天的数据文件，这样才能保证日分钟数据文件数据完整。根据技术规定，日分钟数据文件每天应形成一个文件备份。

第二类人机交互数据备份系统：集成创建网络映射，实时数据备份。日数据备份、月数据备份、年数据备份、自动站参数配置文件备份于一体，如图1所示，通过菜单选择备份的类型进行数据备份。目标盘可以自由选择，月、年数据备份时，检索到未检索到的数据文件备份，避免了多次重复复制，减少磁盘写入次数，有效地保护磁盘。

图1 程序功能图

2 系统实现

2.1 用户参数设定

程序运行之前，首先要设置用户参数，用户参数保存在user文本文件中，如图2所示。用户根据自身的情况修改成参数，供备份数据软件调用。具体设定如下。

图2 用户参数

IIiii：台站号。系统运行前，用户应将其改成自己的台站号进行保存。

xv：网络映射盘符名。符名可以更改，可以随意命名，但不能同名，不区分大小写。

设置网络映射，运行本软件：“地面观测数据备份.exe”，建立网络映射。如果不用已设置好的盘符名xv，运行之前在user.txt中设置好盘符名（比如yw），否则原数据路径无法找到。

x：设置的路径是\IPisos。

v：设置的路径是\IPisosdataset省名台站号。

f：备份数据目标盘符暨备份路径（f可以自由选择，本机或移动硬盘盘符）。如果程序放在备份站计算机上，最后一位f不能改为D（不分大小写），否则备份站数据被覆盖。

2.2 实时数据备份（任务计划）

执行Windows任务计划，每日00：00后需备份前一天的所有数据。自动站观测数据文件、各类状态文件、系统与各类挂接设备的实时交互记录文件等，均按文件名形成时间（以月、日为单位），形成不同的文件。需要指出的是：每月1日备份上个月最后一天的数据或上一年12月最后一天的数据，其他时间备份只需要当天日期数减1形成文件名就能实现。每月1日数据备份步骤是：读取计算机系统当前时间月、日数值，通过数据处理，将当天日期数减1是否等于0来确定是否为1日，再根据月份值来判断上个月最后一天的数值（28、29、30、31）。2月份的天数不是固定值，可以通过把年份数值除以4看能否整除来确定是否闰年或平年。

例如，在3月1日备份2月份数据，程序代码如下。

以上是对月、日数据处理，否则对其执行数字运算就会报错。

2.3 实时数据备份

在实时备份当天当时已存在的数据文件时，由于是实时备份数据，备份数据时需避开计算机采集数据时间，以免产生冲突，影响数据写入。考虑到自动站计算机采集数据时间是每分钟的第20秒进行，因此，备份数据最好在每分钟的第22秒开始备份，每分钟的第0—21秒是等待时间，如图3所示。

图3 实时备份等待图

实现此功能程序代码如下。

2.4 日数据备份

日数据备份设计初衷是发现本年度某天数据未备份，或者备份的某天数据不完整，需要重新备份。缺失备份的某天数据文件也可以在月、年数据备份中补全。程序对输入的月份、日数数字合法性加以控制，合法的月份输入为1—12，日数为1—31，输入其他数字则返回重新输入。

控制月份，日数程序合法性程序代码如下。

2.5 月数据备份

月数据备份分为当前月数据备份和历史月（当前月以外的）数据备份2个部分。其中当前月数据备份备份到当天的前一天（当天数据不完整）。历年小时、分钟数据存放在各自的一个文件下，小时数据文件以月为单位，每月形成一个文件，小时数据文件采用覆盖备份；分钟数据以天为单位，每天形成一个文件，备份数据时检索各文件下的数据文件，检索到已备份了数据时自动跳过。

本月数据备份当前月数据备份备份到当天的前一天，可以采用循环语句加以控制，从1日循环备份数据到当天的前一天。

本月数据日数循环控制程序代码如下。