基于知识图谱技术的安徽省数字气象档案馆智能物联系统设计

文章提出一种以知识图谱技术为基础的智能物联系统构建方法,通过融合多源异构数据建立智能物联系统知识图谱模型,覆盖档案管理的基本要素,设计了智能物联系统的功能结构和基础架构体系;基于知识图谱模型重点围绕档案馆安防管理、实体档案智能管理、环境感知与控制和可视化档案馆等四个方面来设计档案馆常用业务场景的技术流程并投入业务应用。系统采用的关键技术可为档案馆和图书馆等行业管理和服务能力的提升提供一种借鉴。

基于Oracle的气象数据共享系统

针对海量气象数据的处理存储和共享检索的难题,研究设计了系统软硬件平台。提出共享系统的总体架构和实现方案,开发基于Oracle数据库的存储系统,采用元数据技术对气象数据进行管理,设计程序调用接口,在J2EE环境下,开发出基于WebSphere的Web数据查询功能。系统已应用于省级气象数据中心,运行稳定,为精细化预报、气候预测和科技减灾等决策提供了强有力的技术支持。

基于IMS的气象信息传输智能语音通知系统设计与实现

目前气象信息传输监视工作主要依靠人工拨号辅助发送短信的方式将异常信息通知到台站,该方式的特点是对多个台站串行通知,及时性不足。介绍一种基于IMS的智能语音通知系统的设计与实现过程,包括系统硬件架构、软件系统设计。与基于语音板卡的方案相比,硬件架构以多媒体交换机为核心,以移动IMS为支撑,实现了TTS 4路并行转换、30路语音通道并发外呼;软件系统采用B/S和C/S相结合的方式来设计:C/S负责气象通信业务中异常信息的采集和语音通知的发送,B/S负责语音信息的显示、统计和分析。应用结果表明,该系统运行稳定可靠,体现了智能语音告警通知的优势。

安徽省气象业务资源池设计与应用

为了适应气象现代化以及重整节约资源,安徽省气象局基于虚拟化技术,开展了气象业务省级资源池设计与应用研究,主要包括服务器与存储资源池、桌面和应用资源池建设,并推进省市县业务整合,"云+端"和移动化改造。本文从云计算的组成及核心技术、虚拟化存储技术、应用虚拟化技术和网络虚拟化技术方面展开关键技术探讨。给出了安徽省气象业务省级资源池总体架构、服务器与存储资源池、虚拟应用与虚拟桌面资源池和资源池调度管理系统的设计方案。通过对传统PC与虚拟桌面系统性能、故障处理可靠性测试进行比较,得出采用虚拟化后资源利用率和维护效率提高,24h功耗和服务器准备周期减少,软件故障维护和软件故障影响业务运行时间减少,不影响硬件故障维护和业务运行。安徽省气象业务资源池建设具有实际的应用价值。

关键气象数据不间断传输的3G应急解决方案

自动站、自动土壤水和GPS等关键气象数据,对气象防灾减灾、天气预报预测、气候评估及气象科研等工作都十分重要,如何保证这些关键气象数据的不间断传输,一直是气象信息业务人员面临的一个难题。文中通过分析气象观测站的网络现状及业务需求,提出了基于3G技术的关键气象数据不间断传输的应急解决方案。首先对其总体方案、网络架构、数据流程进行了叙述,然后对其技术实现进行了详细介绍,最后对该解决方案的效果进行了分析。通过分析得出,该方案较好地解决了关键气象数据不间断传输的问题。该方案在安徽省气象系统实际实施一年来效果良好,对于保持和提高关键气象数据的及时传输发挥了重要作用。

基于Bayes判别法的霜生自动化观测模型探讨

利用安徽砀山气象站的2001—2013年冬半年(10月至次年4月)的观测资料,探讨霜生与气温、地温、水汽压和风速等气象要素的相关性,并基于Bayes判别方法,采用逐步判别分析,建立多套霜生自动判别模型。结果表明:(1)霜是否出现与日最低及夜间不同观测时次的气温、地表温度显著相关,当夜间气温或地表温度越低,低于霜点的可能性越大,结霜的可能性也越大。(2)通过回算性检验和独立样本的预报性检验,基于Bayes判别法的霜生模型,对霜未发生的平均判别准确率达到86.5%,对霜发生的平均判别准确率达到92.7%,其中用日最低地温、当日07时水汽压和当日07时风速所建立的三要素模型最优,对霜发生的判别准确率可达到90%以上。因此,可以将Bayes霜生判别模型与图像识别技术相结合应用于霜的自动化观测。

霜自动分析判识系统的设计与实现

文章针对凝结类天气现象,设计了一套基于CIMISS数据环境的霜自动分析判识系统,该系统以CIMISS数据环境为基础,结合数据库技术、数理统计等算法,综合应用地面气象观测资料,对全国的国家级台站中凝结类天气现象(霜)进行自动分析判别,形成霜判别模型以及相关评估等内容。文章详细介绍了系统构成主要模块,选用的数据存储模式,同时介绍了用于实现标准格式发布的地图数据访问的统计分析功能,为霜的自动化观测提供了参考。

双套自动气象站数据评估及其优势探讨

利用2011年1—8月安徽省休宁站、安庆站和祁门站的双套站自动气象站逐小时气温、气压等要素的观测值,对国家级台站自动气象站双套运行的结果和优缺点进行了深入分析和探讨。从缺测率上分析了双套站数据的完整性,认为双套站可以明显降低数据的缺测率,具有保证数据完整性的优点。从差值的统计数字特征以及一致率、超差率和粗差率等指标上分析了两套数据的差异性,表明双套站大部分要素(如气温、气压、相对湿度等)具有差值小、差值变化幅度小、数据之间有较高的一致率、较低的粗差率和超差率等特点,但个别要素(草面温度和5 cm地温)差异略大。运行中通过对两套数据的差值、差值的滑动平均值、差值日变化特征的监控可以及时发现数据异常、探测仪器的系统性误差等情况,从而说明双套站具有保证数据质量的潜在优势,且从一定程度解决了目前自动气象站单套运行的不足之处。

基于空间一致性的双套站数据选取方法探索

国家级台站自动气象站双套运行后,将双套站产生的多套数据处理为一套数据的算法成为双套站投入业务运行前必须解决的重要问题。文章从数据"热备份"角度提出了基于空间一致性的主备法,在此基础上进一步从统计学基本原理以及保证数据连续角度提出了基于空间一致性的差值订正合成法两种数据处理算法。利用安徽省休宁站逐小时气温资料对两种算法结果的完整性和差异性进行了评估,评估使用的方法包括缺测率、差值均值、差值标准差、差值的一致率、超差率和粗差率等。评估结果表明:算法均能很好地保证数据的完整性;算法结果均与"真值"较为接近,基本能够反映大气真实情况,基于差值订正的"合成法"结果更优。最后利用新疆库车、安徽安庆等5个台站资料对算法涉及到的空间一致性方法进行了评估,结果表明该方法总体效果较好,尤其在相对湿度、气压和气温上具有很好的判别效果,而风速可能受局地地形或参考站选取影响效果略差。

基于WebGIS和SVG技术的气象参数信息系统

根据气象要素观测数据同地理位置紧密关联的特性,利用网络地理信息系统(Web GIS)和可伸缩矢量图形(SVG)技术,实现省级气象参数信息系统气象的数据库中历史资料及实时探测结果同地理信息平台的融合。该系统以B/S与C/S并用的交互结构为用户提供基于地理分布的气象信息表达、查询及统计功能。

基于Logistic回归建立霜自动判识模型

利用安徽省23个典型气象站2003-2017年观测数据,根据无霜日的气象要素阈值条件进行质量控制,在此基础上,构建各气象站基于Logistic回归的霜自动判识模型,并对模型的霜判识效果进行评估。结果表明:(1)通过气温、风速和降水量等气象要素阈值,能够有效判定出安徽各站当日无霜现象;(2)各气象站的霜判识模型均入选了温度、湿度和风速等相关要素作为判识因子,入选要素的时次多集中在4:00-8:00区间;(3)独立样本检验表明,基于Logistic回归的霜判识模型对安徽地区霜的平均判识准确率、命中率、漏判率、空判率和TS评分分别为89.0%、91.6%、8.4%、15.8%和78.2%,表明模型对安徽地区的霜具有较好的判识能力;(4)与Bayes判别模型对比发现,基于Logistic回归的霜判识模型在准确率、空判率和TS评分方面表现更优,可以使用Logistic回归模型实现霜的自动化判识。

数值预报产品分布式处理与存储系统设计

气象数值预报产品数据日益增长,传统的关系型数据库对其存储和管理能力不足,查询规模较大的历史数据时效率较低。针对上述问题,设计了分布式的数值预报产品处理与存储系统。通过Quartz任务调度定时采集数值预报产品文件;运用Kafka分布式消息队列解耦数值预报产品解码与入库程序;将解码日志文件、原始产品文件和解码得到的要素GRIB文件写入HDFS分布式文件系统,应用MapReduce分布式程序将解码日志记录存入HBase。因HBase对Rowkey的一级索引支持较好,而对多条件查询支持不足,需辅助Solr索引加以优化。HBase接收数据时自动触发协处理器同步记录到Solr索引库,实现了HBase的二级索引。测试结果表明,产品文件写入Hadoop文件系统平均速度为82.54 MB/s,而HBase最快入库速度可达每秒13 677条,数据检索结果返回时效达到毫秒级,能够满足业务应用中对数值预报产品存储和检索时效的要求。

4线制测温原理在气象地温数据观测中的应用

自动气象观测中所用地温传感器PT100有很好的温度-阻值线性关系。基于这一线性关系,介绍了4线制测温原理,它不但消除了地温传感器引线对测量精度的影响,而且还可以精确测量出地温传感器的阻值。再通过辅助控制电路,一个4线制测量通道可以测量多个地温数据。在投入运行的气象自动观测产品都是运用了4线制测温原理去测量地温,运行结果和实验室检定结果表明4线制测温原理能满足气象规范对地温测量精度的要求。

安徽自动站运行效能统计特征分析与诊断

从自动气象站业务运行特点出发,以ASOM监控安徽省81套国家级自动气象站运行为基础,统计评估了2010年自动站业务运行到报率、可用性的效能情况。根据基准站、基本站和一般站逐月运行效能统计特征,分析了未到报、报文格式错误和数据错误3者对可用性的影响,针对报文格式错误的个案特征,重点研究了出现报文格式错误与人机交互发报操作时间的定量关系,得到了定量化的发报阈值时间小于等于45s。为提高自动气象站运行能力和业务质量,提出了解决报文字节格式错误的可行措施。

GSM网络通讯技术在雨量遥测中的应用

通过“GSM无线雨量遥测仪”的研发,介绍了工业化GSM模块在气象遥测技术中的应用及短消息(SMS)数据编码及传输控制方法。

一次基于系统性能分析的存储设备升级

综合气象信息共享系统(CIMISS)收集、处理、存储、共享海量的气象数据,随着设备运行多年,接入数据越来越多,系统在性能上存在瓶颈。通过分析系统业务需求和存储磁盘的IO,得出run文件系统IOPS值较大,数据吞吐量大,这部分对存储设备的性能要求较高,而ORACLE数据库和data文件系统是大数据容量存储部分,同时也对随机IO有较高的要求。基于业务分析同时兼顾性价比,配置新的存储设备,采用2个Active-Active工作模式的32 GB高速缓存控制器,配置SSD固态硬盘和高速SAS磁盘满足高性能IO需求,也有容量需求较大的4 TB SATA盘,并且能灵活扩容。实施中利用FAST VP功能实现分层数据管理,通过一段时间的稳定运行,run文件系统数据最"热",在SSD和SAS上分别占比为50. 63%和34.22%,而ORACLE数据库和data文件系统中大部分数据访问率较低,因此,这些"冷数据"会自动迁移到SA-TA盘上,分别占比64.7%和74.31%。

基于SVG技术的中尺度气象观测站网设计

对用SVG技术实现基于WebGIS的中尺度气象观测站网作了简单介绍。通过对SVG技术的把握和应用,开发了安徽省高密度自动观测站网。用SVG技术构建中尺度气象观测站网,能够丰富地表现气象数据的网络图形化,具有直观的矢量图形界面。

基于最小剩余法的FY-3B/IRAS资料云检测研究

由于红外探测器的观测易受云的影响及快速辐射传输模式对云亮温的模拟不精确,在同化风云三号B星(Feng Yun-3B)红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder,IRAS)的亮温资料时,首先需要进行云检测,以获得晴空视场点或晴空通道信息。基于最小剩余法(Minimum Residual Method,MRM)对IRAS资料进行了云检测研究,该方法不仅能判识视场点是否有云,还能得到视场点的云参数(有效云量)。同时,采用FY-2E卫星云图对云检测效果进行了验证。结果表明,将该方法用于IRAS资料云检测是可行的。

基于SDH和VPN构建热备省级气象宽带网络

随着气象现代化的发展和需求,可靠的、稳定的信息网络成为气象业务开展的基础。气象广域网的合理设计建设,以及可靠高速的运行是气象部门各项业务工作正常开展的前提和保障。本文介绍了通过安徽省气象宽带网络的设计和建设,同时采用SDH专线和VPN网络,运用OSPF技术,结合各项业务对可靠性、带宽及安全等方面的要求,给出了气象宽带网络动态热备的设计方案、配置方法及测试结果。

ADTD数据计算雷暴日与目测雷暴日的均一性分析

基于1961—2013年843个气象站的人工观测雷暴日资料和2010—2018年的ADTD系统监测资料,采用数理统计方法,分析全国28个区域的ADTD监测雷电日与人工观测雷暴日之间的关系,建立年雷暴日数拟合公式,并利用PMFT方法探讨年雷暴日数计算值与人工观测值的均一性。结果表明:(1)各地区ADTD监测雷电日和人工观测雷暴日的最优匹配半径不尽相同,大部分地区的最优匹配半径介于9~15 km之间,而新疆、青海和西藏等地区的最优匹配半径大于20 km;(2)绝大部分地区的年雷暴日数计算值与人工观测值的平均绝对误差小于10.0 d,平均相对误差小于30.0%,而新疆、青海和西藏地区的计算值与观测值的误差较大,表明除新疆、青海和西藏地区外,利用二元法建立的公式对年雷暴日数的拟合效果较好;(3)经PMFT检验发现843个站点中有776个站点的序列在2013年前后无明显跳变,占比达92.1%,仅有67个台站因ADTD站点稀疏、ADTD探测性能下降、高山阻隔等原因造成序列明显跳变,表明利用二元法延长的年雷暴日数序列与人工观测序列之间的均一性较好。总体表明,采用ADTD监测数据替代人工观测雷暴日适用于全国大部分地区,新疆、青海和西藏等地区因ADTD站点稀疏而不适用。