四平市区域站数据状态报警系统的介绍及其应用分析

摘 要：设计了一套四平市区域站数据状态报警系统，对接吉林省地面气象观测监控管理平台，实现站点数据异常信息告警。以标准EI（Event Information）形式接入吉林省气象综合业务监控与运维系统“天镜2.0”。基于此，对该系统的设计内容、平台架构、关键技术和创新点进行了分析，旨在提高气象服务保障能力。

关键词：气象观测；数据状态；报警系统

中图分类号：S165 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–0-03

为深入贯彻习近平总书记的重要指示精神，并根据气象高质量发展纲要的要求，亟须满足四平市气象业务发展的需求，加快气象现代化进程。为了更好地应对区域站的运行监控、数据分析和故障预警的挑战，研发并设计了一套可靠性强、扩展性良好的区域自动气象站运行监控报警系统。这一系统的报警功能能够迅速、准确地将区域站的故障信息传递给维护保障人员，显著缩短技术支持的响应时间，节省人力和物力资源，从而提高整体工作效率。

1 四平市区域站数据状态报警系统研究的内容

本研究与开发的目标是构建一套满足四平气象业务需求的综合系统。该系统将实时监控区域自动气象站的状态，并具备故障信息报警等重要功能。通过这一系统，能够随时掌握自动气象站的运行状态，及时识别并解决故障问题，从而确保气象信息观测的稳定性。该系统还将大幅提高运行和管理效率，助力气象数据的高质量发展。

为实现这一目标，将深入分析四平地区区域站的运行监控需求与特点，全面研究现有区域自动气象站监控系统，评估其优缺点，以便在新系统中进行针对性的改进与完善。同时，借鉴国内外先进的气象监控技术和系统，确保解决方案处于国际领先水平。

在系统设计上，将重点关注实用性和易用性[1]。采用先进的技术与算法，确保系统能够实时、准确地监测区域内自动气象站的运行状态。同时，努力提升用户体验，使系统界面更加简便、易于操作，使用户能轻松掌握气象站的状态信息。

在实施阶段，将严格遵循开发计划，确保每一步都稳健推进。为了保障项目的进度与质量，将构建高效的项目管理机制。同时，加强与用户之间的沟通与协作，及时获取用户的需求和反馈，从而实现系统的持续改进与优化。

通过这一系统的建设与应用，为四平地区的气象站运行监控提供强有力的支持，提升气象信息观测的稳定性，提高运行和管理效率，确保气象数据的高质量发展。同时，该系统的成功实施也将为其他地区的气象业务提供参考[2]。

1.1 监控信息数据库设计

监控信息数据库是该系统的核心基础，其设计尤为重要。在满足系统实际需求的同时，充分考虑数据库的可靠性、可扩展性和可维护性。为了保障数据的稳定性和安全性，选择SQL Server 2008数据库系统进行构建。

该数据库主要包括以下5个关键数据表：（1）用户信息表，用于存储用户的基本信息及其权限设置，确保系统的安全与管理高效；（2）站点信息表，详细记录各个监控站点的信息，便于对监控点进行全面管理和分析；（3）故障信息表，记录系统运行过程中出现的各种故障及其处理情况；（4）故障短信信息表，存储在故障发生时发送给相关人员的短信记录，确保及时沟通和响应；（5）报警对象信息表，详细记录报警对象的属性与状态信息，以便对潜在风险进行有效监控和管理。

在设计数据表时，充分考虑了实际应用的需求，确保每张表都具有明确的功能和规范化的字段。例如，用户信息表不仅包括基本的用户名和密码字段，还增加了用户角色和权限等关键信息，以增强系统的安全性。同时，站点信息表详细记录了站点的地理位置和设备配置等信息，便于实现对站点的高效管理与维护。

为了提升数据库的性能和可扩展性，引入了索引优化和分区等先进技术。此外，高度重视数据库的备份与恢复，以确保在意外情况下数据的安全无忧。总之，监控信息数据库作为系统的核心组成部分，其设计与建设必须充分考虑实际需求和性能要求。通过采用SQL Server 2008数据库系统，并结合规范化的数据表设计，成功构建了一个稳定、可靠、可扩展且易于维护的监控信息数据库。

1.2 系统分层结构设计

系统体系结构是整个系统的核心，它决定了系统的功能和性能。根据系统的需求和设计理念，将系统体系结构分为三层，即数据层、服务接口层和表示层。

首先，数据层是整个体系结构的基础，它为系统提供了基础数据访问和二次加工数据的存储底层服务。数据层主要包括区域站元数据、监控信息数据等。区域站元数据等信息存储于信息中心区域气象站的资料数据库，该数据库用于辅助本系统运行监控、数据分析、数据来源和依据。而监控信息数据是系统的本地数据库，用于存储用户信息、故障信息、报警信息等。数据层的设计考虑了数据的完整性和安全性，确保了数据的准确性和可靠性[3]。

其次，服务接口层位于数据层之上，起到了“承上启下”的作用。它既为表示层提供接口化服务，又是数据层的直接使用者。服务接口层的主要功能是提供各种服务接口，如数据查询、数据处理、数据存储等。这些服务接口都是以松耦合的方式设计的，提高了系统的可扩展性和可维护性。服务接口层还负责处理表示层传递过来的请求，将请求转化为对数据层的操作，并将结果返回给表示层。

最后，表示层位于整个体系结构的顶层，直接面对基层台站，以台站需求为中心设计。表示层的主要任务包括运行监控、数据图形化显示、故障分析查询、系统管理、报警等。它通过调用服务接口层的服务，经过本层的处理，实现与业务人员的交互。在设计表示层时，秉承实用、轻巧的原则，尽可能地简化界面和操作流程，提高用户体验和系统的易用性。

系统的体系结构分为数据层、服务接口层和表示层。每层都有其特定的功能和作用，共同协作完成整个系统的功能和任务。这种分层的设计模式有助于提高系统的可扩展性、可维护性和可重用性[4]。

1.3 系统数据库访问组件设计

该数据访问系统在处理海量数据时展现出卓越的高效性和稳定性。它对区域站资料数据库中超过110个自动站的持续数据判断与分析，确保了系统的实时性与准确性。在实现这一功能时，数据库访问组件遵循了“向上统一，向下分离”的设计原则。这一原则使得上层程序在进行数据访问操作时，既简便又一致。

通过统一的数据库访问接口，上层程序仅需指定数据源和所需查询结果，无须关注不同数据库类型之间的具体访问差异。这种抽象化处理大大减轻了程序开发的工作量，并提高了运行效率。数据库访问组件则负责处理不同数据库类型的访问差异，从而实现数据的可访问性封装。这种封装不仅提升了程序的可移植性，还为后续的二次开发提供了极大的便利。

为了实现高效的数据处理和访问，该系统引入了多种优化策略。第一，利用数据库索引技术显著加快了数据检索速度，减少了不必要的磁盘I/O操作。第二，系统还实施了数据压缩和缓存管理，进一步提高了处理效率。这些综合优化措施确保了系统在处理大量数据时的稳定性和可靠性。

该数据访问系统遵循“向上统一，向下分离”的设计原则，结合一系列优化手段，成功实现了高效、稳定的数据处理与访问。这种设计不仅简化了程序开发的复杂操作，还增强了系统的可维护性和可扩展性。展望未来，该系统将在数据处理和分析领域继续发挥优势，为行业的发展做出重要贡献。

1.4 平台内容设计

为了提高气象服务保障能力，对接吉林省地面气象观测监控管理平台（SMOS），并在此基础上建设了四平市区域站数据状态报警系统。这一系统的主要功能是获取四平市112个区域站点的元数据信息、区域站设备电压状态信息、区域站通信状态和数据完整性等相关信息。一旦区域站出现异常电压、通信状态异常或数据完整性异常等情况，该系统会自动生成告警信息，并以标准EI（Event Information）形式接入吉林省气象综合业务监控与运维系统“天镜2.0”（图1）。这些告警信息在天镜2.0内的Alert告警模块中实时展示，确保相关责任人能够及时了解情况。

为了确保信息及时传递，积极运用企业微信，将告警信息快速推送给相关责任人。如此一来，一旦出现异常情况，责任人能在第一时间接收到通知，迅速采取必要的维护措施。通过这一系统的构建，不仅实现了对四平市区域站数据的全面监控，还显著提高了气象服务的效率，加快了响应速度。这一措施对保障四平市气象服务的稳定i2p56U/2tMwsa/nQW5PbFY7cpGqO0gqx+h9jZHBW8Nc=运行，向当地居民提供准确的气象预报和预警服务具有重要意义。

2 关键技术及创新点

2.1 关键技术

吉林省地面气象观测监控管理平台数据库的非直连数据源接入在吉林省地面气象观测监控管理平台，为了更好地管理和利用这些数据，平台采用了非直连数据源接入的方式，利用“天镜2.0”数据中台作为中间媒介，实现了从SQL Server数据库到Kafka，再到 Elasticsearch的数据传输与存储。

“天镜2.0”数据中台能够将吉林省地面气象观测监控管理平台SQL Server数据库中的数据表安全、高效地接入Kafka。在此过程中，数据得到处理并按照主题进行分类，确保了数据的分类存储和后续的索引化管理。通过创建主题，Kafka数据被进一步处理并以索引的形式存储至Elasticsearch。这不仅提高了数据的检索效率，还为后续的数据调用和分析提供了便利。此外，为了确保数据的安全性，采用数据接口调用数据的方式被广泛应用。这种方式有效避免了直接暴露数据库的敏感信息，如用户名、密码等，从而降低了数据安全风险。同时，非直连方式有效防止了数据库负载过高的问题，避免了由于多个程序同时连接导致的数据库连接异常和性能问题。

2.2 创新点

随着科技的不断进步，软件结构的设计和实现变得越来越重要。与同类研究、同类技术相比，该成果在软件结构方面具有先进性、创新性和推广应用潜力。其特点如下：

首先，对客户端设计进行了优化，使其相比传统的C/S结构更加轻量化。新客户端仅专注于数据图形展示和用户指令传达，从而显著降低了运行成本，使系统更易于推广。这种设计理念不仅提升了系统性能，还有效降低了用户的使用成本，为软件的广泛应用奠定了坚实基础。

其次，相较于传统的B/S结构，该成果显著减轻了服务器的负担。它充分利用本地客户端强大的处理能力，能够生成更丰富、更美观的数据产品，并具备强大的数据处理能力。例如，在查询数据时，系统服务器仅需提供基础数据，而不必参与数据的排序、导出和图形化处理，这一切都由客户端独立完成。这种高效的分工合作模式，充分发挥了客户端与服务器各自的优势，显著提升了系统的整体性能。

最后，该成果在安全性方面表现尤为出色。通过将业务服务层与数据层进行有效分离，用户无法直接访问数据库，进一步确保了数据层中信息的安全性。这一安全保障机制对保护数据隐私和敏感信息至关重要。在系统功能方面，这项成果得益于系统分析阶段的深入调研，紧密围绕运行监控业务的实际需求进行设计。努力提升用户的操作便捷性，力求实现“一键式操作、自动化工作”。例如，特设的监控报表自动填报功能，成功解放了运行监控人员的时间，使他们能够摆脱烦琐的数据统计工作，将更多精力投入数据结果评估和监控技术研究。这种以用户为中心的设计理念，不仅显著提高了工作效率，还极大提升了用户的使用体验。

综上所述，这一成果在软件结构上展现出显著的先进性、创新性及广泛的推广应用潜力。通过优化客户端设计、减轻服务器负担、确保数据安全、满足用户需求等创新措施，为运行监控业务提供了强有力的支持。未来，随着技术的不断演进和应用需求的不断提升，这一成果能够在更多领域发挥其独特优势，进一步推动软件技术的进步与发展。

3 结束语

为了实现气象现代化，必须不断加大科技创新的力度，强化气象探测设施的研发与应用，从而提升气象监测的准确性和时效性。同时，深化气象服务的应用研究，拓宽气象服务的领域，以提高其社会效益和经济效益。在推进《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》的过程中，需要注重站网布局的合理性和科学性，避免重复建设和资源浪费。同时，还需要加强气象数据的收集、整理和分析，提高气象预报的准确性和精细化程度。

为了充分发挥气象防灾减灾的第一道防线作用，需要构建更有效的气象灾害预警和应急响应机制，增强公众的气象意识与应急能力。同时，加强与其他相关部门的协作与协调，共同应对气象灾害，以保障人民的生命财产安全。推进气象现代化是一项长期而艰巨的任务。需要不断强化科技创新和应用研究，提升气象监测与服务水平，为经济社会发展和人民福祉贡献力量。

参考文献

[1] 程胤硕，于云忠，孙磊.区域气象站故障检测与报警系统[J].黑龙江气象，2018，35（4）：33-34.

[2] 胡祖权，王永明，覃爱金，等.来宾市自动气象站监控告警系统的设计与实现[J].气象水文海洋仪器，2021，38（2）：86-88.

[3] 李文韬，张明洁，刘策.区域自动气象站监控报警与技术保障远程支持系统的设计与实现[J].山东科学，2020，33（1）： 1-7.

[4] 窦以文，燕东渭，黄增林，等.区域气象站监测数据传输关键技术[J].北京农业，2010（12）：63-66.