錫林郭勒盟氣象局 郭立志

為進(jìn)一步完善錫林郭勒盟激光雨滴譜觀測站網(wǎng)布局，近年來陸續(xù)建設(shè)八個激光雨滴譜觀測站，初步組成錫林郭勒盟激光雨滴譜觀測站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對各種類型的降水粒子的自動組網(wǎng)監(jiān)測，降水粒子監(jiān)測資料實(shí)時上傳服務(wù)器，采集的降水粒子信息可以實(shí)時共享。經(jīng)過業(yè)務(wù)試運(yùn)行，服務(wù)器收集存儲大量.csv格式文件，為數(shù)據(jù)管理應(yīng)用分析造成很大問題。

為加強(qiáng)激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)分析應(yīng)用，針對目前錫林郭勒盟激光雨滴譜觀測站網(wǎng)現(xiàn)狀，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，決定設(shè)計研制錫林郭勒盟激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，對錫林郭勒盟激光雨滴譜觀測站網(wǎng)數(shù)據(jù)加強(qiáng)管理與應(yīng)用,評估人工影響天氣作業(yè)效果，制作監(jiān)測降水粒子服務(wù)產(chǎn)品,更好地為農(nóng)、牧業(yè)服務(wù)。

一、設(shè)計思想

設(shè)計實(shí)現(xiàn)激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)將強(qiáng)化數(shù)據(jù)管理，定期形成電子檔案資料，統(tǒng)一存儲，方便以后科研、管理、應(yīng)用。系統(tǒng)全面管理雨滴譜觀測站網(wǎng)建站信息、設(shè)備信息、業(yè)務(wù)運(yùn)行信息、質(zhì)量考核信息，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行與質(zhì)量考核一體化運(yùn)行，保證雨滴譜觀測站網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。依據(jù)雨滴譜站網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)支撐，經(jīng)過分析研究雨滴數(shù)據(jù)，可形成pdf、doc、Excel文件格式初級服務(wù)產(chǎn)品。系統(tǒng)集成SURFER制圖功能，充分利用雨滴譜站網(wǎng)空間分布特性，分析降水粒子分布形成圖形服務(wù)產(chǎn)品。系統(tǒng)可收集每次人工影響天氣作業(yè)前后降水粒子數(shù)據(jù)、全盟站點(diǎn)降水量等信息，綜合評估分析作業(yè)效果，形成圖片、表格等作業(yè)評估初級服務(wù)產(chǎn)品，為決策者提供服務(wù)。激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計研究，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)后，可加強(qiáng)雨滴數(shù)據(jù)管理，通過綜合其他氣象資料，結(jié)合全盟站點(diǎn)降水資料，加強(qiáng)對降水粒子分析評估，可有力支撐雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)在人工影響業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用。

二、總體設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)訪問設(shè)計

使用EnterpriseLibary做數(shù)據(jù)庫訪問底層,它除了其能兼容多種數(shù)據(jù)庫，還可以使用其進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問，編寫一次操作代碼，基本在各種數(shù)據(jù)庫都適用。

首先BLL層，通過BLL Fact ory對象，根據(jù)配置信息，實(shí)例化不同的業(yè)務(wù)訪問對象，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)訪問層接口進(jìn)行調(diào)用，BLLFactory通過反射間接方式，構(gòu)建出不同數(shù)據(jù)庫對象的數(shù)據(jù)訪問層，而數(shù)據(jù)訪問對象，他們都集成了基類BaseDAL，這個基類封裝了增刪改查等基礎(chǔ)性操作，并通過高度抽象，只需要繼承該基類的子類重載部分函數(shù)即可完成較為豐富的操作實(shí)現(xiàn)。

用戶操作數(shù)據(jù)訪問對象ItemDetail，它繼承BaseDAL，具有操作數(shù)據(jù)庫對應(yīng)基本操作，還繼承另一個接口IitemDetail，它可定義用戶需要的特殊接口，以便使數(shù)據(jù)訪問功能更強(qiáng)。

（二）架構(gòu)設(shè)計

為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，系統(tǒng)設(shè)計為客戶端/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)，使用.NET Framework 4.6為目標(biāo)框架，基于C#編程語言編寫“激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)”運(yùn)行處理顯示程序。系統(tǒng)采用通用三層開發(fā)框架開發(fā)，將整個系統(tǒng)研制劃分為業(yè)務(wù)表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。利于系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)、部署和以后系統(tǒng)的擴(kuò)展。分層也是為了實(shí)現(xiàn)程序開發(fā)“高內(nèi)聚，低耦合”，符合程序設(shè)計開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化要求。把業(yè)務(wù)問題與程序設(shè)計高度契合，劃分問題，各個解決，易于控制程序開發(fā)，便于解決問題。數(shù)據(jù)層可以解決將雨滴譜站網(wǎng)原始數(shù)據(jù)文件處理并保存到數(shù)據(jù)庫，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，通過業(yè)務(wù)邏輯，訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)訪問層根據(jù)指令，按照用戶要求將數(shù)據(jù)加工處理為表格圖片等形式反饋給用戶。系統(tǒng)可以管理站網(wǎng)基本、業(yè)務(wù)日常運(yùn)行考核等信息，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行與質(zhì)量考核一體化。系統(tǒng)采用三層架構(gòu)分層設(shè)計，分別是表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）和數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。如圖1三層設(shè)計架構(gòu)。三層架構(gòu)中主要功能與業(yè)務(wù)邏輯一般要在業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行信息處理和實(shí)現(xiàn)，其中三層體系架構(gòu)中的客戶端和數(shù)據(jù)庫要預(yù)設(shè)中間層，成為組建層。三層架構(gòu)中的三層具有一定的邏輯性，即是將三層設(shè)置到同一個計算機(jī)系統(tǒng)中，把業(yè)務(wù)協(xié)議、合法校驗(yàn)以及數(shù)據(jù)訪問等程序歸置到中間層進(jìn)行信息處理，一般客戶端無法和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要是利用COM/DCOM通訊和中間層構(gòu)建銜接通道，實(shí)現(xiàn)中間層與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)庫的交互。

圖1 三層設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)

1.表示層

表示層又稱表現(xiàn)層‘簡稱UI’，位于三層構(gòu)架的最上層，與用戶直接接觸，主要是C/S信息系統(tǒng)中的用戶瀏覽操作窗體。作為Winform窗體瀏覽操作頁面，表示層的主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的輸入與輸出，在此過程中不需要借助邏輯判斷操作就可以將數(shù)據(jù)傳送到業(yè)務(wù)邏輯層BLL層中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后會將處理結(jié)果反饋到表示層。換句話說，表示層就是實(shí)現(xiàn)用戶界面功能，將用戶的需求傳達(dá)和反饋，保證用戶體驗(yàn)流暢，操作友好。

2.業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層BLL的功能是對具體問題進(jìn)行邏輯判斷與執(zhí)行操作，接收到UI層的用戶指令后，會連接數(shù)據(jù)訪問層DAL，訪問層在三層構(gòu)架中位于表示層與數(shù)據(jù)層中間位置，同時也是表示層與數(shù)據(jù)層的橋梁，實(shí)現(xiàn)三層之間的數(shù)據(jù)連接和指令傳達(dá)，可以對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改、獲取、刪除等功能，并將處理結(jié)果反饋到UI層中，實(shí)現(xiàn)軟件功能。

3.數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層DAL是數(shù)據(jù)庫的主要操控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查詢等操作，并將操作結(jié)果反饋到業(yè)務(wù)邏輯層BLL。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，數(shù)據(jù)訪問層沒有邏輯判斷能力，為了實(shí)現(xiàn)代碼編寫的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高代碼閱讀限度，系統(tǒng)會在該層中編寫Data Access Common，保證數(shù)據(jù)訪問層DAL數(shù)據(jù)處理功能。

4.實(shí)體類庫

實(shí)體類庫是數(shù)據(jù)庫表的映射對象，在信息系統(tǒng)軟件實(shí)際開發(fā)的過程中，要建立對象實(shí)例，將關(guān)系數(shù)據(jù)庫表采用對象實(shí)體化的方式表現(xiàn)出來，輔助軟件開發(fā)中對各個系統(tǒng)功能的控制與操作執(zhí)行，把數(shù)據(jù)庫表中的所有字段映射為系統(tǒng)對象，建立實(shí)體類庫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個結(jié)構(gòu)層的參數(shù)傳輸，提高代碼的閱讀性。從本質(zhì)上看，實(shí)體類庫主要服務(wù)于表示層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)訪問層，在三層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸，強(qiáng)化數(shù)據(jù)表示的簡約性。

（三）功能設(shè)計

針對雨滴站網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行情況，結(jié)合系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，將系統(tǒng)功能模塊化，按照數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用流程，功能設(shè)計劃分為五個部分：分別是數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、結(jié)合SURFER進(jìn)行數(shù)據(jù)空間分析、通過融合多源數(shù)據(jù)進(jìn)行人工影響天氣作業(yè)評估(具體功能設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2）。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計

1.數(shù)據(jù)存儲功能

此功能實(shí)現(xiàn)雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付夸洠缓髮⒚總€數(shù)據(jù)文件讀取并進(jìn)行解析，最后保存到數(shù)據(jù)庫相應(yīng)數(shù)據(jù)表。用戶操作軟件輸入雨滴站、設(shè)備、業(yè)務(wù)運(yùn)行、質(zhì)量考核信息后保存，完成數(shù)據(jù)存儲功能。

2.數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計功能

此功能實(shí)現(xiàn)用戶操作軟件，通過查詢選項(xiàng)操作，把用戶數(shù)據(jù)需求，在數(shù)據(jù)庫中查詢，以表格形成呈現(xiàn)。用戶可以以旬、月、季、年等進(jìn)行統(tǒng)計并以表格呈現(xiàn)。

3.數(shù)據(jù)可視化功能

此功能利用ScottPlot控件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪制為圖形。表現(xiàn)為折線圖、條形圖、餅圖、散點(diǎn)圖等。ScottPlot是一個免費(fèi)的開源交互式繪圖庫，適用于.NET。它具有適用于Windows窗體的用戶控件，它可快速將數(shù)據(jù)繪圖生成為圖像文件。ScottPlot的接口模仿Python的Matplotlib，大多數(shù)繪圖都可以用一行代碼創(chuàng)建（使用可選參數(shù)來自定義樣式）。用戶可復(fù)制數(shù)據(jù)可視化圖像文件，添加到氣象服務(wù)產(chǎn)品中，為各類用戶服務(wù)。

4.空間分析功能

此功能利用Surfer數(shù)據(jù)文件網(wǎng)格化、數(shù)據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)插值、疊加底圖等功能，且在.NET實(shí)現(xiàn)了特定范圍內(nèi)等值線色斑圖的繪制，可將雨滴數(shù)據(jù)繪制呈現(xiàn)等值線色斑圖，并與錫盟地理地圖疊加，表現(xiàn)出雨滴、降雨量等氣象要素值地理分布與強(qiáng)度變化。用戶可以將此圖添加到氣象預(yù)報、服務(wù)產(chǎn)品中，為更多用戶提供參考服務(wù)。

5.效果評估功能

人工影響天氣作業(yè)后，對作業(yè)效果進(jìn)行評估是重要環(huán)節(jié)，評估主要是作業(yè)目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)降水量等氣象要素值數(shù)學(xué)模型計算后再進(jìn)行效果評估。作業(yè)目標(biāo)區(qū)與對比區(qū)降雨量正態(tài)分布檢驗(yàn)過程，估算作業(yè)影響區(qū)降雨絕對增加量、相對增加量、折合水量、社會生態(tài)經(jīng)濟(jì)效果等。

（四）數(shù)據(jù)存儲設(shè)計

為了降低系統(tǒng)具備高效的數(shù)據(jù)查詢效率，保持良好的擴(kuò)展性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲設(shè)計，充分利用Access關(guān)系型數(shù)據(jù)庫功能，存儲雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)功能模塊可以收集分析雨滴譜站形成的數(shù)據(jù)文件，重點(diǎn)分析數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)，技術(shù)攻關(guān)雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)解析，并研究其存儲表結(jié)構(gòu)，最終形成數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，形成存儲電子日志資料，定期安全檢查，數(shù)據(jù)文件統(tǒng)一存儲，方便以后科研應(yīng)用。針對系統(tǒng)處理存儲數(shù)據(jù)實(shí)際需求將雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)計為Access數(shù)據(jù)庫四個存儲表：分別為雨滴譜建站信息數(shù)據(jù)表、雨滴譜設(shè)備信息數(shù)據(jù)表、雨滴譜業(yè)務(wù)運(yùn)行信息數(shù)據(jù)表、雨滴譜業(yè)務(wù)質(zhì)量考核信息數(shù)據(jù)表，存儲在Access數(shù)據(jù)庫,為提供系統(tǒng)運(yùn)行必要的數(shù)據(jù)支撐，便于用戶分析研究業(yè)務(wù)運(yùn)行信息、質(zhì)量考核信息，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行與質(zhì)量考核一體化，統(tǒng)一監(jiān)督考核。

建立業(yè)務(wù)運(yùn)行工作日志數(shù)據(jù)管理中心，設(shè)置用戶職責(zé)權(quán)限與操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)對應(yīng)管理中心。利用C#程序設(shè)計研究分析統(tǒng)計處理模型，研究業(yè)務(wù)運(yùn)行信息、質(zhì)量考核信息有機(jī)統(tǒng)一，才能實(shí)現(xiàn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)一體化、信息化運(yùn)行。

雨滴譜建站信息數(shù)據(jù)表可以存儲站網(wǎng)建站基本信息。其主要字段有記錄唯一標(biāo)記、自治區(qū)名稱、盟市名稱、旗縣名稱、站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)代碼、經(jīng)度、緯度、海拔高度、站點(diǎn)建設(shè)日期、分頁控件專用字段，根據(jù)需要設(shè)計好表的字段、備注、約束、索引等信息。

雨滴譜設(shè)備信息數(shù)據(jù)表可以存儲雨滴設(shè)備基本信息。其主要字段有記錄唯一標(biāo)記、設(shè)備名稱、設(shè)備型號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、合格證代碼、檢定日期、分頁控件專用字段。

雨滴譜業(yè)務(wù)運(yùn)行信息數(shù)據(jù)表可以存儲雨滴數(shù)據(jù)文件業(yè)務(wù)運(yùn)行基本信息。其主要字段有記錄唯一標(biāo)記、年份、月份、站點(diǎn)代碼、應(yīng)發(fā)報數(shù)、及時報、及時率、逾限報、逾限率、缺報、缺報率、分頁控件專用字段。

雨滴譜業(yè)務(wù)質(zhì)量考核信息數(shù)據(jù)表可以存儲雨滴站網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行質(zhì)量考核基本信息。其主要字段有記錄唯一標(biāo)記、年份、月份、站點(diǎn)代碼、質(zhì)量考核錯誤、錯誤率、分頁控件專用字段。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

分析雨滴數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)解析數(shù)據(jù)文件，并與數(shù)據(jù)庫相應(yīng)表對應(yīng)，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)邏輯層指令，通過數(shù)據(jù)訪問層將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫，便于用戶操作數(shù)據(jù)。針對雨滴譜站網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，梳理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求，研究歸納業(yè)務(wù)運(yùn)行信息存儲結(jié)構(gòu)，建立存儲數(shù)據(jù)表，分析研究業(yè)務(wù)運(yùn)行信息、業(yè)務(wù)考核信息統(tǒng)一監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行與考核一體化運(yùn)行。依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求，建立日志記錄根據(jù)用戶操作數(shù)據(jù)存儲表，記錄用戶操作信息，保障系統(tǒng)安全可控運(yùn)行。系統(tǒng)集成SURFER制圖功能，充分利用雨滴譜站網(wǎng)空間分布特性，設(shè)計數(shù)據(jù)處理模式，分析雨滴譜站網(wǎng)降水粒子數(shù)據(jù)在錫林郭勒盟轄區(qū)內(nèi)空間分布，形成可應(yīng)用降水粒子信息細(xì)化分布圖像，形成服務(wù)應(yīng)用產(chǎn)品。系統(tǒng)收集每次人工影響天氣作業(yè)前后降水粒子數(shù)據(jù)、錫林郭勒盟轄區(qū)站點(diǎn)降水量等數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)有評估模式，綜合評估分析作業(yè)效果，形成評估報告呈現(xiàn)給用戶。

四、結(jié)束語

此系統(tǒng)是針對目前錫林郭勒盟激光雨滴譜觀測站網(wǎng)現(xiàn)狀,結(jié)合業(yè)務(wù)需求,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于客戶端/服務(wù)器(C/S)模式的激光雨滴譜站網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)雨滴數(shù)據(jù)管理，通過融合其他氣象資料，結(jié)合相關(guān)站點(diǎn)降水資料，制作降水粒子分析、人工影響天氣評估等服務(wù)產(chǎn)品，可有力支撐人工影響業(yè)務(wù)向信息化發(fā)展。