区域自动站实时资料质量控制系统的设计与开发

杨远恒，卜英竹，田 兰，汪 华

(贵州省气象信息中心，贵州 贵阳 550002)

区域自动站实时资料质量控制系统的设计与开发

杨远恒，卜英竹，田 兰，汪 华

(贵州省气象信息中心，贵州 贵阳 550002)

为了实现贵州省区域自动站实时资料的质量控制，笔者开发了“区域自动站实时资料质量控制系统”，系统在VC++6.0开发环境中设计开发。该文通过对系统需求的分析，重点阐述了系统实现的功能模块和数据流程。系统投入使用后，初步建立了区域自动站实时资料的质量控制体系，为资料在预报服务上的应用提供了质量保障。

区域自动站;实时资料;质量控制

1 引言

随着我省区域自动气象站的建设，区域自动站从最初的几百个台站，到目前的上千个台站，观测网基本覆盖了全省区域。区域自动站资料由于观测密度大，填补了人工观测的盲区，解决了无人地区气象观测资料缺乏的问题，同时实现逐小时资料的采集传输，因此为气象预报、服务提供丰富的实况资料。但是，由于自动站观测资料质量保障体系不同于人工观测资料质量保障体系，在实际应用过程中，实时资料的质量问题就突显出来，成为困扰日常业务服务的一个问题。为确保区域自动站实时资料的科学性、准确性，开展区域自动站实时资料质量控制工作十分必要。区域自动站实时资料质量控制系统，通过实时监控区域自动站报文资料，采取气候极值检查、历史极值检查、时间一致性检查、空间一致性检查以及综合决策检查5种质量控制方法对温度要素进行质量控制，采取历史极值检查、空间一致性检查和综合决策检查3种质量方法对雨量要素进行质量控制，对出现的异常资料进行报警提示，实现了区域自动站实时资料的质量控制，为资料在预报服务上的应用提供了质量保障。

2 系统需求分析

自我省的区域自动站建设以来，由于硬件本身设备或软件系统的原因，常常出现采集的数据错误的问题，并且，未经过质量控制的实时资料直接应用到了预报服务中，给预报服务带来一定程度的影响。比如：由于温度传感器故障较严重造成采集到的温度数据错误、由于雨量计被堵导致一些站长时间雨量值不准，或者由于自动站部分运行不稳定，记录缺测较多，等等。

根据业务现状，区域自动站实时资料质量控制系统满足以下几方面的需求：

①能够对采集到的数据进行监控，第一时间对数据进行质量控制。

②能够实现对温度要素进行气候极值检查、历史极值检查、时间一致性检查、空间一致性检查以及综合决策检查5种质量控制方法。

③能够实现对雨量要素进行气候极值检查、空间一致性检查以及综合决策检查3种质量控制方法。

④能够实现手动质量控制非实时数据的功能。能对一段时间之内的非实时数据进行手动质量控制，以便能够对数据进行进一步的分析应用。

⑤能够实现日志显示和疑误数据报警功能。对实时数据的可疑值或者错误值进行报警提醒，以便于对资料的审核和原因排查。

3 系统设计与开发

3.1 系统功能结构设计

系统采用模块化编程设计方式，在Visual C++环境下进行开发，运行在Windows操作系统平台。本系统采用模块化设计，主要包括7个功能模块，每个模块完成一个子功能，其显著优点是降低了系统的复杂性，使得系统更易于修改和实现，而且可以实现并行开发。系统功能如图1所示。

气候极值质控模块：实现对温度气候极值的配置，得到气候极值质控码。

历史极值质控模块：实现对温度、雨量历史极值的配置，得到温度、雨量的历史极值质控码。

时间一致性质控模块：实现对温度每小时内时变参数的配置，得到温度的时间一致性质控码。

空间一致性质控模块：采用空间回归检验方法，实现对温度、雨量的质量控制处理，得到空间一致性质控码。

综合决策质控模块：通过综合分析每种质控方法的质控码，得到综合的质控码，实现对温度、雨量的综合决策质量控制。

实时监控模块：实现对报文目录进行监控，在接受到报文的第一时间内进行质量控制，以提高质量控制的时效。

手动质控模块：通过输入需要进行质量控制的时次，实现手动进行报文的质量控制。

图1 系统功能结构图

3.2 数据流程设计

系统通过自动质控和手动质控两种方式实现对资料的质量控制。其中，手动质控方式是对非实时的报文进行处理，实现了对任一时次的报文的质量控制。而自动质控方式是对采集的实时数据进行质量控制，其数据流程如图2所示。

图2 数据流程图

系统通过实时监控模块监控报文目录，首先，当接收到一份报文时，及时对报文记录进行保存，同时判断要素是否缺测，如果缺测，则报警显示缺测记录。其次，对温度要素进行气候极值检查，当超过气候极值范围时，直接报警显示温度气候极值检查错误值;然后进行历史极值检查和时间一致性检查，并得到相应的质量控制码;对雨量要素，直接进行历史极值检查。第三，进行空间一致性检查时，如果报文是及时报文，则等待系统设定的时间进行统一的空间质控，得到相应的质量控制码。如果是逾限报文，且是系统本时次的逾限报文，则增加保存到及时报文记录列表中，并立刻对报文再次进行空间一致性检查并得到新的质量控制码。如果报文是上一个时次的逾限报文，则需要从实时数据库中提取出该时次的报文记录之后，对报文进行空间一致性检查，再得到相应的质量控制码。这样既满足了对及时报文的实时质控，同时也满足了对逾限报文的实时质控。第四，当系统完成空间一致性检查之后，通过获得的每种质控方法的质量控制码，进行综合检查，当综合检查属于可疑或者错误值时，直接报警显示可疑值或者错误值记录。

4 应用效果

系统自开发以来，已经在业务值机平台上稳定运行，能够充分实现对区域自动站实时资料的质控控制。系统平台界面如图3所示，实时监控文件部分对区域自动站的报文进行实时监控，日志显示部分显示实时质量控制的日志，以及及时显示1 h之内各种质量控制方法的结果，以方便用户查看和核查。

图3 系统界面图

5 结束语

区域自动站质量控制系统充分应用了气候极值检查、历史极值检查、时间一致性检查、空间一致性检查以及综合决策5种方法实现对实时资料的质量控制，系统采用结构化模块设计，层次清晰，便于软件的管理、维护，功能扩充能力较强。系统的投入使用，初步建立了我省区域自动站实时资料的质量控制体系，系统能够达到对实时资料进行质量控制，同时提供了人工手控质量控制的功能，以便对任一时次的报文进行质量控制，除了为资料在预报服务上的应用提供质量保障外，通过对每小时的质量控制结果的监控显示，也为观测系统管理维护提供了有用的信息。

［1］ 王新华，罗四维，刘小宁，等.国家级地面自动站A文件质量控制方法及软件开发［J］. 气象，2006，32(3)：108-112.

［2］ 刘小宁，鞠晓慧，范邵华.空间回归检验方法在气象资料质量检验中的应用［J］. 应用气象学报，2006，17(1)：37-42.

［3］ 杨文龙，姚淑珍，吴芸.软件工程［M］.北京：电子工业出版社，1999.

TP311

B

1003-6598(2011)05-0042-03

2011-05-27

杨远恒(1979-)，女，工程师，主要从事气象信息技术开发工作。