气象计量业务管理平台的研究与设计

杨 涛,王立民

(1.四川省气象探测数据中心,成都 610072;2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室,成都 610072)

0 引言

四川省现有区域站5139个,骨干站342个,国家站156个(主备双套站),这些站点的观测数据为提升气象预报准确率和防灾减灾服务能力提供了有力支撑。保障观测数据的准确性和可靠性是各级气象业务部门的持续重要工作。而定期对站点传感器进行计量检定则是确保观测数据准确可靠的最基础、最重要的手段[1-2]。

一直以来,气象计量数据的记录、管理和应用效果不尽如人意。市、县级现场校准核查均采用人工记录数据的方式,纸质记录资料各自保存。由于全省计量人员技术水平参差不齐,数据存在记录不完整、前后不一致、计算处理易出错的情况,无法保证气象计量工作质量[3-4]。省级计量实验室通过省级计量检定系统完成国家站主站传感器实验室检定,但数据无法与全省自动气象站计量数据关联共享。计量数据使用不方便、整合困难、时效性差,管理部门无法及时获得信息,无法智能检索、统计和分析误差变化趋势和设备运行情况,无法形成业务计划的预判。各级计量管理与业务部门之间的交互性亟待提升。

针对该情况,各省的计量技术人员进行了多方面探讨。赵泉钦等[5]设计了省级气象计量信息管理服务平台,实现气象计量仪器收发管理、检校更新、查询统计、发票登记等功能;邹超等[6]通过云技术构建新型移动计量网络,实现校准数据云端统一管理、证书省级签发、校准规范参数自动推送等功能;陈平[7]设计气象计量信息化系统的各个主要模块功能,实现全国气象装备计量检定业务信息统一管理,提供全国范围内的计量检定业务和数据分析产品。以上研究都取得了不错的成果,推动了计量工作的信息化进程。在此基础上,文章设计了适合四川省计量业务体系的全流程管理平台,挂接全省站点和设备,细分各级管理权限,制定计划申请流程,建立统计查询方式,整合现行的各类检定校准核查规程规范方法,实现现场校准核查信息化,计量数据的实时关联共享[8]。平台贴合实际的计量业务流程,满足实际计量业务工作的需要[9]。

1 功能设计

1.1 站点与设备管理

站点管理可以添加和删除站点,在站点上挂接传感器[10]。设备管理为传感器及标准器的管理,包含增加、删除和状态变更功能。传感器设置包括3种状态:在用、停用和待用。在用表示传感器挂接在站点上;停用包括传感器超检、故障等情况;待用表示状态正常,可随时使用。标准器设置包括2种状态:正常和停用。

1.2 计划与申请

计划操作人员为区县业务员、市州业务员、市州管理员和省级管理员。计划制订的类型包括3种,分别为年度工作计划、临时工作计划和国家站传感器实验室检定计划制定。省级管理员可汇总市州管理员上报的国家站传感器实验室检定计划,生成全省国家站传感器实验室检定计划。申请人员为各级业务员,提出标准器的溯源、维修和购置的申请,市州管理员审核区县业务员和市州业务员的申请,省级管理员审核省级业务员的申请。

1.3 检定校准核查

同一种传感器在不同的使用环境需要参照不同的规程规范方法,计量过程、计算方式亦不相同。省级业务员参照实验室检定规程完成国家级站点传感器的实验室检定。市州业务员参照自动气象站现场校准方法、自动气象站现场核查方法和天气现象现场核查方法完成国家站备站传感器校准、天气现象核查和多要素区域站核查。区县业务员参照能见度核查方法、自动气象站现场核查方法完成能见度仪核查和单雨量站核查。检定校准核查模块按照现行的规程规范方法,编制对应的算法。以气压传感器现场校准为例,自动气象站现场校准算法按照溯源周期内气压标准器证书上的计量数据信息,计算出气压标准器修正值对应的修正区间[11-13]。在现场依据从低压到高压,再从高压到低压的顺序,依次读入气压传感器与气压标准器的低压、常压和高压数据,计算出气压传感器每个校准点读数的平均值和气压标准器每个校准点读数的平均值,根据气压标准器平均值所在的修正值区间,确定修正值,计算出气压标准器修正后的平均值,再算出气压传感器的单程测量误差值,如式(1)所示。求出每个校准点正反行程测量误差平均值,选取3个校准点测量误差平均值的最大值作为校准结果,与最大允许误差相比较,判断是否超差[14-16]。现场计量人员只需要正确读取气压标准器和气压传感器的数据,其余由模块自动完成。

ΔP=Pj-(Pb+xP)

(1)

式中,ΔP为每个校准点单程测量误差值;Pj为被校气压传感器2 min测量值的平均值;Pb为气压标准器2 min测量值的平均值;xp为气压标准器的修正值。

1.4 查询统计

不同权限的管理员或业务员可以查询对应级别的计量信息,省级管理员可以查看全省的计量信息,市州级管理员只能查询所辖站点的计量信息。可根据行政区划、站点类型、站名站号、要素种类、计量工作方式和计量时间等属性进行查询。

1.5 通知预警

通知由各级管理员发布,市州级管理员发布的通知由所辖区域内人员接收,省级管理员可以发布全省或特定范围的通知。可设置的预警规则包括传感器到期预警、标准器到期预警、人员资质到期预警和授权到期预警。预警规则由平台管理员设置,传感器到期预警触发时间为计量周期到期前110 d,标准器到期预警触发时间为计量周期到期前110 d,人员资质和授权到期预警触发时间为资质有效期截止前180 d。

1.6 文档与系统管理

文档管理的类别包括规程方法、政策文件和参考资料。规程方法包括传感器实验室检定规程、自动气象站现场校准方法和现场核查方法、能见度核查方法、天气现象仪核查方法等;政策文件为各级单位下发的计量业务相关文件;参考资料包括传感器和标准器的说明书、操作手册等。

系统管理分为往来单位管理、人员资质管理和日志管理。往来单位管理由平台管理员完成,平台管理员记录供货单位、送检单位和送修单位3种单位类型;人员资质分为技术员、一级注册计量师、二级注册计量师和内审员,注册计量师和内审员可以为同一人;日志管理包括登录日志、操作日志和SQL日志。

1.7 平台权限

平台权限分为平台管理员、省管理员、省业务员、市州管理员、市州业务员和区县业务员6类。

平台管理员完成往来单位设置、用户注册、权限设置、预警设置、日志管理和系统维护等操作。

省管理员设置机构与标准的授权信息,汇总制定传感器年度实验室检定计划,审核临时传感器检定校准申请与省级业务员检修或购买申请,查询全省传感器、标准器和人员的计量信息,发布通知信息、管理文档。

省业务员管理省级标准器,包括增加(入库)、删除(报废)、变更状态(流转)和设置属性,申请检修或购买标准器,完成实验室检定,以及查询省级计量信息。

市州管理员审核市州区县业务员制订的年度工作计划和临时计量工作申请,根据市州业务员的年度工作计划制订并上报传感器年度实验室检定计划,向省级申请临时计量工作,审核市州及区县业务员的标准器检修购申请,查询所辖区域计量信息,发布通知信息。

市州业务员添加/删除所辖区域的站点,挂接传感器,管理传感器及标准器,制订年度工作计划和临时工作计划,申请检修或购买标准器,现场校准核查,查询所辖区域计量信息。

区县业务员可挂接传感器,管理传感器及标准器。制订年度工作计划和临时计量工作,申请检修或购买标准器,现场核查,查询所辖区域计量信息等。

2 系统设计

2.1 开发工具

气象计量业务管理平台采用标准的B/S 3层架构,开发平台工具采用Visual Studio 2008—ASP.NET,数据库为SQL Server 2008[17-18]。

在MVC模式的B/S 3层架构中,最上层为表示层,主要封装了读取控件状态、设置控件状态、读取控件数据、设置控件数据及创建控件等方法。每个显示组件还配有1个XML文件,用于描述该组件的表现形式与行为。中间层为业务逻辑层,主要由逻辑控制器和具体的业务逻辑类组成。逻辑控制器主要负责解析、提取XML配置文件,控制表示层组件的加载、显示与输出;业务逻辑类则主要用于校准核查、需求申请与审核、多条件统计查询、设备管理、告警设置与管理、计划管理、系统参数设置、权限管理、文档管理与日志管理等核心功能。最底层为数据访问层,主要封装了对SQL数据库及XML配置文件的查询、修改、写入等操作。

Visual Studio 2008集成开发环境中的大量工具箱和设计器,具备WYSIWYG编辑、拖放服务器控件和自动部署等功能。.NET框架类库、消息处理和数据访问解决方案都可从Web无缝访问。ASP.NET 使执行常见任务变得容易,从简单窗体提交和客户端身份验证到部署和站点配置,系统选择适合Web应用程序的C#语言。

SQL Server 2008作为高性能的关系型数据库管理系统,具有客户机/服务器体系结构,能够满足大规模分布式计算环境的需要。其数据库引擎集成了对XML的支持,同时凭借可扩展、易于使用和安全的特点,成为建设大型Web站点最好的数据存储设备之一,与专用于开发Web应用的Windows DNA架构相集成,完全可以满足最大规模的Web站点的性能要求。

2.2 数据库表设计

数据表是数据访问与存取的工具。对于任何一个数据库应用系统,其数据处理的工具和对象均是数据表,通过界面中的控件可实现对数据表中数据的存取、访问等操作。系统共涉及告警期限、厂家信息、文档管理、现场校准、公告信息、观测设备、标准器、设备申请、站点信息、用户信息和年度计划等11个数据表。

2.3 程序模块类设计

系统按照不同功能模块设计了不同类。以站点与设备管理模块和检定校准核查模块为例,站点与设备管理模块设计为4个类:往来单位管理类,站点信息管理类,观测设备管理类和标准器管理类。往来单位管理包含单位名称、法人、联系方式、单位地址、开户行、银行账号和单位属性等;站点信息管理包含站名、站号、型号、厂家、级别和所属范围等;观测设备管理包含设备名称、设备编号、型号、厂家、检定日期、到检日期、设备状态、所属站点和所属范围等;标准器管理包含名称、编号、型号、厂家、检定日期、到检日期、证书、溯源单位和修正值等。以往来单位管理为例,其属性与方法如表1和表2所示。

表1 往来单位管理的属性

表2 往来单位管理的方法

3 功能实现

系统完成后,录入基本的站点、传感器数据信息,添加站点、传感器,完成传感器的挂接,设置告警期限;制订计划,完成计划审核;对自动气象站的气压传感器进行现场校准[19-22]。

4 结束语

气象计量业务管理平台整合了中国气象局制定的计量规程和方法,梳理了省级、市级、县级气象部门所承担的计量工作职责,使计量人员在现场开展计量工作的同时,实时完成计量数据信息化、标准化收集和计算,提高数据的准确性,规范计量人员的操作流程,也便于后续数据查询统计、关联共享和质量分析。同时为各级业务管理部门提供所需的信息来源和数据支撑,帮助各级业务管理部门加大计量工作管理的力度。