自動氣象站實時資料查詢與監(jiān)控系統(tǒng)

1、自動氣象站實時資料查詢與監(jiān) 控系統(tǒng)自動氣象站實時資料查詢與監(jiān)控系統(tǒng)分析摘要：利用Visual C+ 6.0作為開發(fā)工具，開發(fā)設計出適用于市級的自動氣象站實時資料查詢與 監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過在遠端（各自動站）控制臺運行的資料提取程序，將各種原始氣象觀測資料進行 數(shù)據(jù)識別、資料提取、組合編碼等處理后，使用控制臺FTP方式，定時地發(fā)送到市局的文件服務器中 保存。在市局各個用戶終端，通過終端顯示軟件，分類統(tǒng)計、檢索、查詢、監(jiān)視、輸出各種氣象資料 信息，為天氣預報、氣象服務及業(yè)務管理提供決策依據(jù)。關鍵詞：自動氣象站；實時資料；運行監(jiān)控；軟件開發(fā) 1概述1.1系統(tǒng)建設的目的和意義固原市地處內陸，氣候差異大，

2、自然災害頻 發(fā)，近年來每年都因各種氣象災害造成較大損 失。如何充分利用好已建成的自動氣象站、廣域 網(wǎng)等氣象現(xiàn)代化觀測系統(tǒng)，快速、準確、及時地 獲取第一手氣象資料，對提高突發(fā)性、災害性、 轉折性天氣的監(jiān)測和預警預報水平，增強防御自 然災害的能力，更好地為地方經(jīng)濟建設服務，確 保人民群眾的日常生活和生命財產(chǎn)安全都有著 十分重要的現(xiàn)實意義。目前，市級決策服務已經(jīng) 成為氣象部門向地方政府提供氣象信息服務的 主要手段。實現(xiàn)自動氣象站實時資料的查詢與監(jiān) 控，將為天氣預報業(yè)務、領導部門決策、氣象科 技服務、以及業(yè)務管理部門了解自動氣象站的實 時運行情況，提供有效的手段。因此，該系統(tǒng)的 建設具有十分重要的意義

3、。1.2自動氣象站實時資料查詢與監(jiān)控系統(tǒng)概述系統(tǒng)采用客戶機/服務器（Client/Server, 簡稱C/S）體系結構方式。 在分布于不同地域的自動氣象站上（遠 端），安裝資料提取、發(fā)送程序，采用控制臺運 行方式，自動地將獲取的各種自動觀測和人工觀 測的原始氣象（實時和定時）資料，進行數(shù)據(jù)識 別、資料提取、糾錯轉換、組合編碼等一系列處 理后，使用1!?方式，定時地發(fā)送到市局的文件 服務器中。在市局的服務器中，由服務器上的控制臺 管理程序自動檢測，將資料不斷地追加到SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫中，保持數(shù)據(jù)庫的自動更新。 在各用戶單位（客戶端），通過專門的終 端顯示軟件，讀取服務器數(shù)據(jù)庫中

4、的數(shù)據(jù)，分類 查詢、監(jiān)視、輸出所需的各種氣象資料信息和自 動站狀態(tài)信息，供天氣預報、氣象服務、領導決 策、業(yè)務管理使用。在用戶終端，不但能夠查看 到各站的實時氣象資料信息，而且可以查看各要 素的日最高、最低值，氣溫、降水、日照等常用 要素的日、旬、月滑動統(tǒng)計值。還可以觀察到各 自動站的運行情況以及網(wǎng)絡是否暢通等信息。2系統(tǒng)描述2.1系統(tǒng)的主要功能和特點 遠端資料提取、發(fā)送軟件在控制臺運行， 在任務欄用圖標指示，占用系統(tǒng)資源小，工作穩(wěn) 定可靠。服務器上的數(shù)據(jù)庫管理和資料自動入庫程 序，具有較強的邏輯判斷和自動糾錯處理功能， 對于資料延時、補傳、錯漏等各種特殊能夠自動 判斷并處理，確保了數(shù)據(jù)庫中數(shù)

5、據(jù)的完整性和及 時性。終端顯示程序為標準的Windows視窗界面， 使用工具條按鈕和系統(tǒng)熱鍵兩種方式調用，界面 友好，操作簡便直觀。系統(tǒng)設計上具有開放性和可移植性。站名、 區(qū)站號、IP地址、數(shù)據(jù)存放路徑等均可靈活地人 工設定，具有通用性。2.2實現(xiàn)該系統(tǒng)需要解決的幾個關鍵問題實現(xiàn)該系統(tǒng)的關鍵問題是資料的提取和組合、 數(shù)據(jù)的自動傳輸問題、數(shù)據(jù)庫資料的自動追加和 資料完整性檢查、信息的終端顯示以及系統(tǒng)運行 的可靠性等。系統(tǒng)設計上通過以下措施予以保 障：資料的提取和組合自動氣象站采集的各種資料有文本、二進制和liiJMicrosoft Access數(shù)據(jù)庫等多種格式，通過編 程可以方便地從原始數(shù)據(jù)文件

6、中提取所需資料， 并按一定的規(guī)則和格式組合命名后保存為數(shù)據(jù) 文件。數(shù)據(jù)的自動傳輸問題寧夏區(qū)氣象系統(tǒng)區(qū)、市、縣三級廣域網(wǎng)已于 2004年底建成。網(wǎng)絡運行穩(wěn)定可靠，為自動氣象 站的監(jiān)控和實時資料傳輸創(chuàng)造了基本條件。liiJ數(shù)據(jù)庫資料的自動追加和資料完整性檢查 通過在服務器上安裝的數(shù)據(jù)庫管理和資料自 動入庫程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫資料的自動更新。同時， 通過一定的算法和數(shù)據(jù)檢查判斷來保證數(shù)據(jù)資 料的完整性、可靠性和正確性。信息的終端顯示通過專用的終端顯示和監(jiān)控軟件，讀取服務器 SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過運算、 處理，分類輸出所需的各種氣象資料信息和自動 站運行的狀態(tài)信息提供給用戶使用

7、。系統(tǒng)運行的可靠性程序中設置了較為全面的糾錯功能和錯誤陷 阱處理程序，遇網(wǎng)絡故障、系統(tǒng)死機等不正常情 況，均能自動判斷處理。經(jīng)過運行證明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。3系統(tǒng)分析3.1業(yè)務現(xiàn)狀與需求我市有一個國家基準氣候站、2國家基本氣象 站和3國家一般氣象站的自動氣象站建設。目前 資料的傳輸方式是，各個自動站將采集的實時數(shù) 據(jù)通過廣域網(wǎng)方式定點、定時地傳輸?shù)絽^(qū)級氣象 信息網(wǎng)絡中心的服務器上，再經(jīng)過分類打包轉發(fā) 到中國氣象局。市一級一般不能直接監(jiān)測所屬各 自動氣象站的資料信息，只能通過中國氣象局 9210系統(tǒng)（PC-VSAT單收站）獲取資料或或區(qū)域 級氣象服務網(wǎng)站中調取所需站點的資料。操作煩 瑣、資料難以系統(tǒng)

8、保存，時效性也較差，一般需 要延時1-3個小時。難以滿足氣象業(yè)務和服務的 需求。因此，開發(fā)適應本地區(qū)的自動氣象站實時 資料查詢與監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分必要。3.2系統(tǒng)設計的總體目標和設計思想系統(tǒng)設計的目標是，充分利用全市已建成的自 動氣象觀測網(wǎng)絡，基于現(xiàn)有的軟、硬件設備，采 用科學的管理系統(tǒng)開發(fā)方案，建立全市的自動氣 象站網(wǎng)資料查詢與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時氣象資料 監(jiān)測的可視化、自動化、精細化。為天氣預報業(yè) 務、領導部門決策、氣象科技服務、以及業(yè)務管理部門了解自動氣象站的實時運行情況，提供有 效的監(jiān)測手段。根據(jù)對“地面氣象測報業(yè)務軟件及其采用的數(shù) 據(jù)格式”結構分析，結合實際業(yè)務中各方面的需 求，從遠端

9、自動氣象站地面測報軟件目錄中提取 相應的所需資料后，分別存放為四個上傳文件（文件結構見后述），并通過廣域網(wǎng)上傳到市局 文件服務器中。通過在各用戶單位安裝終端顯示 軟件，讀取服務器上的數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過必要的處 理，分類查詢、統(tǒng)計、輸出各自動氣象站的各項 實時和定時氣象要素資料數(shù)據(jù)。要求界面簡潔直 觀、操作簡單方便、資料內容豐富全面、實時性 和實用性強。3. 3系統(tǒng)結構功能流程簡圖系統(tǒng)的結構與功能流程如下圖所示（圖3-1） o圖3.1系統(tǒng)結構流程簡圖4開發(fā)環(huán)境4.1軟件環(huán)境由于Visual C+ 6.0具有強大的數(shù)據(jù)庫管理 功能，提供了開放式數(shù)據(jù)連接，即ODBC功能，可 通過直接訪問或建立連接的方式

10、使用并操作控 制臺大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，并提供了簡單的面向對象 的庫操作指令和多用戶數(shù)據(jù)庫訪問的加鎖機制， 為單機上運行的數(shù)據(jù)庫提供了SQL網(wǎng)絡接口，以 便在分布式環(huán)境中快速而有效地實現(xiàn)客戶/服務 器(client/server)方案。因此，選擇Visual C+ 6.0作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺。服務器端采用Windows2000 Server操作系統(tǒng) 和SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。需要為上 傳資料的各自動氣象站開通FTP服務，設置相應 的用戶名和登陸口令，賦予讀、寫權限。通訊方 面要求開通廣域網(wǎng)連接到市局的局域網(wǎng)服務器 上。終端軟件可在Windows 98/2000/XP的任一平 臺上

11、運行。4. 2硬件環(huán)境服務器端采用一臺高性能微機或專用服務器； 本地終端使用PHI800/128MB以上普通微機均可。5系統(tǒng)設計與實現(xiàn)5.1遠端資料的提取和控制臺自動發(fā)送5.1.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構描述從遠端自動氣象站原始資料中提取的四個上 傳文件為：BDSIIiiiMM.YYY :為各站的定時觀測資料 數(shù)據(jù)，文件大小為1-7KB。文件名中，BDS為指示 符；Iliii為區(qū)站號；MM為月份，不足兩位時， 前面補“0”； YYY為年份的后3位（下同）。每個定時觀測時次（02/08/14/20時）后，從 地面氣象測報業(yè)務軟件的月基本數(shù)據(jù)庫文件 BIIiiiMM.YYY（Access數(shù)據(jù)庫形式）的表一中提

12、 取數(shù)據(jù)，并形成上傳文件，存放在定時上傳目錄 “FtpNet ”中待傳。DAYIIiiiMM.YYY :為各站的日統(tǒng)計觀測資 料數(shù)據(jù)，文件大小為1-3KB。對應地面氣象測報 軟件中月基本數(shù)據(jù)庫文件BIIiiiMM.YYY表二中 的數(shù)據(jù)。ZIIIiiiMM.YYY:直接上傳地面常規(guī)要素定 時數(shù)據(jù)文件，文件大小為120-150KB。ZZIIiii.txt:該文件很小，只有218字節(jié)。對應自動站每分鐘實時地面常規(guī)要素數(shù)據(jù)文件ZZ.TXT，但在文件命名時增加區(qū)站號（Iliii）, 然后再上傳到服務器，以便區(qū)別。5.1.2控制臺FTP功能的實現(xiàn)FTP和其他的Internet服務一樣，采用客戶機/ 服務器

13、（Client/Server，簡稱C/S）體系結構方 式。它要求用戶用本地的客戶端與服務器建立連 接，然后才能從服務器上獲取或向服務器發(fā)送文 件。FTP有一個根本的限制，那就是：如果用戶 未被某一服務器授權，未取得User Name和 Password就不能訪問該主機，實際上是不能遠程 登陸（Remote Login）進入該主機。因此，需要 首先在服務器上為遠端用戶（各自動站）授權15-16 o通過在遠端（各自動站）控制臺運行的程序， 以設定的時間間隔定時檢測提取到的數(shù)據(jù)文件。 如有數(shù)據(jù)等待發(fā)送，則使用FTP方式，首先檢測 網(wǎng)絡，若網(wǎng)絡暢通，則將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到 遠端（市局）服務器上指定位

14、置；若網(wǎng)絡不通， 則退出本次進程，等待下一進程繼續(xù)發(fā)送?？紤]到網(wǎng)絡通訊狀況，將需要上傳的文件暫存 于本軟件的二級目錄“FtpNet”下，通過添加定時liiJ器控件設定自動傳輸?shù)臅r間間隔，定時檢測，若 網(wǎng)絡暢通、服務器空閑，則上傳待傳文件，并將 傳輸結果寫入本系統(tǒng)的日志文件中。數(shù)據(jù)發(fā)送方式一般選為“自動傳輸”方式，若因 網(wǎng)絡故障需要補傳時，選擇“人工傳輸”方式。5.1.3系統(tǒng)設置=1通過軟件的“設置”菜單，可以設置臺站的區(qū) 站號、地面測報軟件的安裝路徑、資料發(fā)送選項、 發(fā)送時間及間隔、遠端服務器的IP地址、用戶名、 口令、資料保存路徑等各項參數(shù)。5.1.4系統(tǒng)日志通過軟件的“傳輸日志”，可以查看

15、資料發(fā)送情 況。程序中，設置了日志文件的自動判斷功能， 當日志文件的大小超過設定值時，會自動清空日 志。5.1.5服務器端配置服務器端需要為上傳資料的各自動氣象站開 通FTP服務，設置相應的用戶名和登陸口令，賦 予讀、寫權限。對市局域網(wǎng)內的用戶，將需要映 射的資料目錄賦予只讀權限，禁止對該目錄的改 寫、刪除等權限。5.2數(shù)據(jù)庫設計和管理5.2.1建立數(shù)據(jù)庫l=Jw=i穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心和關鍵。SQL SERVER 2000是專為大量的數(shù)據(jù)處理和管理數(shù)據(jù) 存儲而設計的高性能關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它 具有XML支持、Internet集成、可伸縮性和可用 性、能嚴格保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性

16、、多用戶 對數(shù)據(jù)的開發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復等 特點，其引擎支持幾乎所有的數(shù)據(jù)處理環(huán)境所 需的功能。數(shù)據(jù)庫管理員還可通過它對數(shù)據(jù)表中 的任一字段增加約束條件，以保證數(shù)據(jù)的正確、 有效和相容；同時設置用戶的密碼和存取權限， 只允許有合法使用權限的用戶訪問允許他存取 的數(shù)據(jù)，通過給數(shù)據(jù)庫設置用戶密碼及在數(shù)據(jù)庫 控制臺維護系統(tǒng)中設置登陸界面兩道程序的方 法來提高數(shù)據(jù)的安全性。因此，采用SQL Server 2000作為后端數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫設計既要使其相關表之間能有機關聯(lián)， 又要具有較小的冗余度，同時還要便于編程、管 理和維護。我們深入研究了地面氣象測報業(yè)務軟 件生成的數(shù)據(jù)格式，分析了每一個

17、應用的概念模 型，建立3個數(shù)據(jù)表，分別存放正點觀測、定時 觀測和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料。另用1個數(shù)據(jù)表存放所IIIliiJ有站點的實時滾動資料數(shù)據(jù)。1個數(shù)據(jù)表存放授 權用戶的用戶名、口令和所授權限等信息。還有 3個表分別存放各站的溫度、降水、日照等要素 的多年（30年）平均值。在許多表中都設有唯一 識別字段，如區(qū)站號或資料的日期時次等，可通 過它來關聯(lián)表，檢索出用戶所需的結果。5.2.2.數(shù)據(jù)庫管理和資料的自動入庫整個數(shù)據(jù)庫的維護管理和資料的完整性檢查、 資料自動追加、用戶及權限管理等，都通過在服 務器上控制臺運行的系統(tǒng)管理和資料追加程序 來處理。該程序將各個自動氣象站發(fā)送到服務器上的 資料，自動地追

18、加到SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫中。 軟件中加入了一些智能檢測和判斷功能。程序啟 動時，會自動記錄啟動時間，遇網(wǎng)絡中斷、系統(tǒng) 死機或重啟等不正常情況時，會自動檢測未入庫 資料，及時將最新資料追加到數(shù)據(jù)庫中，并將運 行情況寫入系統(tǒng)日志，從而保持數(shù)據(jù)庫的自動更 新。5.3本地終端的資料查詢與監(jiān)控軟件設計5.3.1實時氣象要素資料查詢資料以圖形、數(shù)字、表格等方式顯示，并能自IIII=jw動地動態(tài)刷新（每分鐘一次），顯示的值始終是 最新的。自動挑取的該站截止當前時刻的氣溫最 高、最低值和出現(xiàn)時間，以及極大風速、風向值， 和該站截止當前時刻的日降水量最新累積值。根據(jù)相應站名，可以分別顯示選定站點的詳細 資料。網(wǎng)絡狀態(tài)指示燈為綠色時，表示該站網(wǎng)絡暢 通；為紅色時，表示該站網(wǎng)絡有故障或資料傳輸 軟件沒有運行。5.3.2正點氣象要素資料查詢該資料為選定站點每小時上傳的各項正點觀 測資料。根據(jù)不同的年、月，查看以前各時次的 詳細正點歷史資料。5.3.3定時觀測資料查詢可查看選定站的四次（02/08/14/20時）定時 觀測資料，和日極值、日統(tǒng)計資料；根據(jù)日期， 可以查看歷史資料。能夠動態(tài)、滑動地統(tǒng)計出截 至當前的氣溫