摘 要：設(shè)計了一套四平市區(qū)域站數(shù)據(jù)狀態(tài)報警系統(tǒng)，對接吉林省地面氣象觀測監(jiān)控管理平臺，實現(xiàn)站點數(shù)據(jù)異常信息告警。以標(biāo)準(zhǔn)EI（Event Information）形式接入吉林省氣象綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控與運維系統(tǒng)“天鏡2.0”。基于此，對該系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容、平臺架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點進(jìn)行了分析，旨在提高氣象服務(wù)保障能力。

關(guān)鍵詞：氣象觀測；數(shù)據(jù)狀態(tài)；報警系統(tǒng)

中圖分類號：S165 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

為深入貫徹習(xí)近平總書記的重要指示精神，并根據(jù)氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要的要求，亟須滿足四平市氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，加快氣象現(xiàn)代化進(jìn)程。為了更好地應(yīng)對區(qū)域站的運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和故障預(yù)警的挑戰(zhàn)，研發(fā)并設(shè)計了一套可靠性強(qiáng)、擴(kuò)展性良好的區(qū)域自動氣象站運行監(jiān)控報警系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的報警功能能夠迅速、準(zhǔn)確地將區(qū)域站的故障信息傳遞給維護(hù)保障人員，顯著縮短技術(shù)支持的響應(yīng)時間，節(jié)省人力和物力資源，從而提高整體工作效率。

1 四平市區(qū)域站數(shù)據(jù)狀態(tài)報警系統(tǒng)研究的內(nèi)容

本研究與開發(fā)的目標(biāo)是構(gòu)建一套滿足四平氣象業(yè)務(wù)需求的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)將實時監(jiān)控區(qū)域自動氣象站的狀態(tài)，并具備故障信息報警等重要功能。通過這一系統(tǒng)，能夠隨時掌握自動氣象站的運行狀態(tài)，及時識別并解決故障問題，從而確保氣象信息觀測的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)還將大幅提高運行和管理效率，助力氣象數(shù)據(jù)的高質(zhì)量發(fā)展。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，將深入分析四平地區(qū)區(qū)域站的運行監(jiān)控需求與特點，全面研究現(xiàn)有區(qū)域自動氣象站監(jiān)控系統(tǒng)，評估其優(yōu)缺點，以便在新系統(tǒng)中進(jìn)行針對性的改進(jìn)與完善。同時，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的氣象監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)，確保解決方案處于國際領(lǐng)先水平。

在系統(tǒng)設(shè)計上，將重點關(guān)注實用性和易用性[1]。采用先進(jìn)的技術(shù)與算法，確保系統(tǒng)能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測區(qū)域內(nèi)自動氣象站的運行狀態(tài)。同時，努力提升用戶體驗，使系統(tǒng)界面更加簡便、易于操作，使用戶能輕松掌握氣象站的狀態(tài)信息。

在實施階段，將嚴(yán)格遵循開發(fā)計劃，確保每一步都穩(wěn)健推進(jìn)。為了保障項目的進(jìn)度與質(zhì)量，將構(gòu)建高效的項目管理機(jī)制。同時，加強(qiáng)與用戶之間的溝通與協(xié)作，及時獲取用戶的需求和反饋，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)與優(yōu)化。

通過這一系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，為四平地區(qū)的氣象站運行監(jiān)控提供強(qiáng)有力的支持，提升氣象信息觀測的穩(wěn)定性，提高運行和管理效率，確保氣象數(shù)據(jù)的高質(zhì)量發(fā)展。同時，該系統(tǒng)的成功實施也將為其他地區(qū)的氣象業(yè)務(wù)提供參考[2]。

1.1 監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計

監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫是該系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)，其設(shè)計尤為重要。在滿足系統(tǒng)實際需求的同時，充分考慮數(shù)據(jù)庫的可靠性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。為了保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性，選擇SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。

該數(shù)據(jù)庫主要包括以下5個關(guān)鍵數(shù)據(jù)表：（1）用戶信息表，用于存儲用戶的基本信息及其權(quán)限設(shè)置，確保系統(tǒng)的安全與管理高效；（2）站點信息表，詳細(xì)記錄各個監(jiān)控站點的信息，便于對監(jiān)控點進(jìn)行全面管理和分析；（3）故障信息表，記錄系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的各種故障及其處理情況；（4）故障短信信息表，存儲在故障發(fā)生時發(fā)送給相關(guān)人員的短信記錄，確保及時溝通和響應(yīng)；（5）報警對象信息表，詳細(xì)記錄報警對象的屬性與狀態(tài)信息，以便對潛在風(fēng)險進(jìn)行有效監(jiān)控和管理。

在設(shè)計數(shù)據(jù)表時，充分考慮了實際應(yīng)用的需求，確保每張表都具有明確的功能和規(guī)范化的字段。例如，用戶信息表不僅包括基本的用戶名和密碼字段，還增加了用戶角色和權(quán)限等關(guān)鍵信息，以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。同時，站點信息表詳細(xì)記錄了站點的地理位置和設(shè)備配置等信息，便于實現(xiàn)對站點的高效管理與維護(hù)。

為了提升數(shù)據(jù)庫的性能和可擴(kuò)展性，引入了索引優(yōu)化和分區(qū)等先進(jìn)技術(shù)。此外，高度重視數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)，以確保在意外情況下數(shù)據(jù)的安全無憂?？傊O(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的核心組成部分，其設(shè)計與建設(shè)必須充分考慮實際需求和性能要求。通過采用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并結(jié)合規(guī)范化的數(shù)據(jù)表設(shè)計，成功構(gòu)建了一個穩(wěn)定、可靠、可擴(kuò)展且易于維護(hù)的監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫。

1.2 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是整個系統(tǒng)的核心，它決定了系統(tǒng)的功能和性能。根據(jù)系統(tǒng)的需求和設(shè)計理念，將系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為三層，即數(shù)據(jù)層、服務(wù)接口層和表示層。

首先，數(shù)據(jù)層是整個體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它為系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問和二次加工數(shù)據(jù)的存儲底層服務(wù)。數(shù)據(jù)層主要包括區(qū)域站元數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等。區(qū)域站元數(shù)據(jù)等信息存儲于信息中心區(qū)域氣象站的資料數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫用于輔助本系統(tǒng)運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。而監(jiān)控信息數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的本地數(shù)據(jù)庫，用于存儲用戶信息、故障信息、報警信息等。數(shù)據(jù)層的設(shè)計考慮了數(shù)據(jù)的完整性和安全性，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[3]。

其次，服務(wù)接口層位于數(shù)據(jù)層之上，起到了“承上啟下”的作用。它既為表示層提供接口化服務(wù)，又是數(shù)據(jù)層的直接使用者。服務(wù)接口層的主要功能是提供各種服務(wù)接口，如數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等。這些服務(wù)接口都是以松耦合的方式設(shè)計的，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。服務(wù)接口層還負(fù)責(zé)處理表示層傳遞過來的請求，將請求轉(zhuǎn)化為對數(shù)據(jù)層的操作，并將結(jié)果返回給表示層。

最后，表示層位于整個體系結(jié)構(gòu)的頂層，直接面對基層臺站，以臺站需求為中心設(shè)計。表示層的主要任務(wù)包括運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)圖形化顯示、故障分析查詢、系統(tǒng)管理、報警等。它通過調(diào)用服務(wù)接口層的服務(wù)，經(jīng)過本層的處理，實現(xiàn)與業(yè)務(wù)人員的交互。在設(shè)計表示層時，秉承實用、輕巧的原則，盡可能地簡化界面和操作流程，提高用戶體驗和系統(tǒng)的易用性。

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)接口層和表示層。每層都有其特定的功能和作用，共同協(xié)作完成整個系統(tǒng)的功能和任務(wù)。這種分層的設(shè)計模式有助于提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和可重用性[4]。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫訪問組件設(shè)計

該數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)在處理海量數(shù)據(jù)時展現(xiàn)出卓越的高效性和穩(wěn)定性。它對區(qū)域站資料數(shù)據(jù)庫中超過110個自動站的持續(xù)數(shù)據(jù)判斷與分析，確保了系統(tǒng)的實時性與準(zhǔn)確性。在實現(xiàn)這一功能時，數(shù)據(jù)庫訪問組件遵循了“向上統(tǒng)一，向下分離”的設(shè)計原則。這一原則使得上層程序在進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問操作時，既簡便又一致。

通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問接口，上層程序僅需指定數(shù)據(jù)源和所需查詢結(jié)果，無須關(guān)注不同數(shù)據(jù)庫類型之間的具體訪問差異。這種抽象化處理大大減輕了程序開發(fā)的工作量，并提高了運行效率。數(shù)據(jù)庫訪問組件則負(fù)責(zé)處理不同數(shù)據(jù)庫類型的訪問差異，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可訪問性封裝。這種封裝不僅提升了程序的可移植性，還為后續(xù)的二次開發(fā)提供了極大的便利。

為了實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理和訪問，該系統(tǒng)引入了多種優(yōu)化策略。第一，利用數(shù)據(jù)庫索引技術(shù)顯著加快了數(shù)據(jù)檢索速度，減少了不必要的磁盤I/O操作。第二，系統(tǒng)還實施了數(shù)據(jù)壓縮和緩存管理，進(jìn)一步提高了處理效率。這些綜合優(yōu)化措施確保了系統(tǒng)在處理大量數(shù)據(jù)時的穩(wěn)定性和可靠性。

該數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)遵循“向上統(tǒng)一，向下分離”的設(shè)計原則，結(jié)合一系列優(yōu)化手段，成功實現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理與訪問。這種設(shè)計不僅簡化了程序開發(fā)的復(fù)雜操作，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。展望未來，該系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)處理和分析領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢，為行業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

1.4 平臺內(nèi)容設(shè)計

為了提高氣象服務(wù)保障能力，對接吉林省地面氣象觀測監(jiān)控管理平臺（SMOS），并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了四平市區(qū)域站數(shù)據(jù)狀態(tài)報警系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的主要功能是獲取四平市112個區(qū)域站點的元數(shù)據(jù)信息、區(qū)域站設(shè)備電壓狀態(tài)信息、區(qū)域站通信狀態(tài)和數(shù)據(jù)完整性等相關(guān)信息。一旦區(qū)域站出現(xiàn)異常電壓、通信狀態(tài)異?；驍?shù)據(jù)完整性異常等情況，該系統(tǒng)會自動生成告警信息，并以標(biāo)準(zhǔn)EI（Event Information）形式接入吉林省氣象綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控與運維系統(tǒng)“天鏡2.0”（圖1）。這些告警信息在天鏡2.0內(nèi)的Alert告警模塊中實時展示，確保相關(guān)責(zé)任人能夠及時了解情況。

為了確保信息及時傳遞，積極運用企業(yè)微信，將告警信息快速推送給相關(guān)責(zé)任人。如此一來，一旦出現(xiàn)異常情況，責(zé)任人能在第一時間接收到通知，迅速采取必要的維護(hù)措施。通過這一系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅實現(xiàn)了對四平市區(qū)域站數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控，還顯著提高了氣象服務(wù)的效率，加快了響應(yīng)速度。這一措施對保障四平市氣象服務(wù)的穩(wěn)定i2p56U/2tMwsa/nQW5PbFY7cpGqO0gqx+h9jZHBW8Nc=運行，向當(dāng)?shù)鼐用裉峁?zhǔn)確的氣象預(yù)報和預(yù)警服務(wù)具有重要意義。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

吉林省地面氣象觀測監(jiān)控管理平臺數(shù)據(jù)庫的非直連數(shù)據(jù)源接入在吉林省地面氣象觀測監(jiān)控管理平臺，為了更好地管理和利用這些數(shù)據(jù)，平臺采用了非直連數(shù)據(jù)源接入的方式，利用“天鏡2.0”數(shù)據(jù)中臺作為中間媒介，實現(xiàn)了從SQL Server數(shù)據(jù)庫到Kafka，再到 Elasticsearch的數(shù)據(jù)傳輸與存儲。

“天鏡2.0”數(shù)據(jù)中臺能夠?qū)⒓质〉孛鏆庀笥^測監(jiān)控管理平臺SQL Server數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表安全、高效地接入Kafka。在此過程中，數(shù)據(jù)得到處理并按照主題進(jìn)行分類，確保了數(shù)據(jù)的分類存儲和后續(xù)的索引化管理。通過創(chuàng)建主題，Kafka數(shù)據(jù)被進(jìn)一步處理并以索引的形式存儲至Elasticsearch。這不僅提高了數(shù)據(jù)的檢索效率，還為后續(xù)的數(shù)據(jù)調(diào)用和分析提供了便利。此外，為了確保數(shù)據(jù)的安全性，采用數(shù)據(jù)接口調(diào)用數(shù)據(jù)的方式被廣泛應(yīng)用。這種方式有效避免了直接暴露數(shù)據(jù)庫的敏感信息，如用戶名、密碼等，從而降低了數(shù)據(jù)安全風(fēng)險。同時，非直連方式有效防止了數(shù)據(jù)庫負(fù)載過高的問題，避免了由于多個程序同時連接導(dǎo)致的數(shù)據(jù)庫連接異常和性能問題。

2.2 創(chuàng)新點

隨著科技的不斷進(jìn)步，軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和實現(xiàn)變得越來越重要。與同類研究、同類技術(shù)相比，該成果在軟件結(jié)構(gòu)方面具有先進(jìn)性、創(chuàng)新性和推廣應(yīng)用潛力。其特點如下：

首先，對客戶端設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，使其相比傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)更加輕量化。新客戶端僅專注于數(shù)據(jù)圖形展示和用戶指令傳達(dá)，從而顯著降低了運行成本，使系統(tǒng)更易于推廣。這種設(shè)計理念不僅提升了系統(tǒng)性能，還有效降低了用戶的使用成本，為軟件的廣泛應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

其次，相較于傳統(tǒng)的B/S結(jié)構(gòu)，該成果顯著減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。它充分利用本地客戶端強(qiáng)大的處理能力，能夠生成更豐富、更美觀的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。例如，在查詢數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)服務(wù)器僅需提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而不必參與數(shù)據(jù)的排序、導(dǎo)出和圖形化處理，這一切都由客戶端獨立完成。這種高效的分工合作模式，充分發(fā)揮了客戶端與服務(wù)器各自的優(yōu)勢，顯著提升了系統(tǒng)的整體性能。

最后，該成果在安全性方面表現(xiàn)尤為出色。通過將業(yè)務(wù)服務(wù)層與數(shù)據(jù)層進(jìn)行有效分離，用戶無法直接訪問數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步確保了數(shù)據(jù)層中信息的安全性。這一安全保障機(jī)制對保護(hù)數(shù)據(jù)隱私和敏感信息至關(guān)重要。在系統(tǒng)功能方面，這項成果得益于系統(tǒng)分析階段的深入調(diào)研，緊密圍繞運行監(jiān)控業(yè)務(wù)的實際需求進(jìn)行設(shè)計。努力提升用戶的操作便捷性，力求實現(xiàn)“一鍵式操作、自動化工作”。例如，特設(shè)的監(jiān)控報表自動填報功能，成功解放了運行監(jiān)控人員的時間，使他們能夠擺脫煩瑣的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，將更多精力投入數(shù)據(jù)結(jié)果評估和監(jiān)控技術(shù)研究。這種以用戶為中心的設(shè)計理念，不僅顯著提高了工作效率，還極大提升了用戶的使用體驗。

綜上所述，這一成果在軟件結(jié)構(gòu)上展現(xiàn)出顯著的先進(jìn)性、創(chuàng)新性及廣泛的推廣應(yīng)用潛力。通過優(yōu)化客戶端設(shè)計、減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)、確保數(shù)據(jù)安全、滿足用戶需求等創(chuàng)新措施，為運行監(jiān)控業(yè)務(wù)提供了強(qiáng)有力的支持。未來，隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)和應(yīng)用需求的不斷提升，這一成果能夠在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨特優(yōu)勢，進(jìn)一步推動軟件技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

3 結(jié)束語

為了實現(xiàn)氣象現(xiàn)代化，必須不斷加大科技創(chuàng)新的力度，強(qiáng)化氣象探測設(shè)施的研發(fā)與應(yīng)用，從而提升氣象監(jiān)測的準(zhǔn)確性和時效性。同時，深化氣象服務(wù)的應(yīng)用研究，拓寬氣象服務(wù)的領(lǐng)域，以提高其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。在推進(jìn)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》的過程中，需要注重站網(wǎng)布局的合理性和科學(xué)性，避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費。同時，還需要加強(qiáng)氣象數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，提高氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性和精細(xì)化程度。

為了充分發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)的第一道防線作用，需要構(gòu)建更有效的氣象災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，增強(qiáng)公眾的氣象意識與應(yīng)急能力。同時，加強(qiáng)與其他相關(guān)部門的協(xié)作與協(xié)調(diào)，共同應(yīng)對氣象災(zāi)害，以保障人民的生命財產(chǎn)安全。推進(jìn)氣象現(xiàn)代化是一項長期而艱巨的任務(wù)。需要不斷強(qiáng)化科技創(chuàng)新和應(yīng)用研究，提升氣象監(jiān)測與服務(wù)水平，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民福祉貢獻(xiàn)力量。

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