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摘 要：本文主要介绍哈尔滨太平国际机场相似预报系统的软件研发技术设计和技术措施，包括软件功能结构、功能指标的主要技术设计，以及实现信息网络监控、数据读取分析、相似计算预报、综合辅助功能等的主要技术措施。
关键词：预报系统 软件 技术设计 技术措施
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0013-03
2016年底，笔者携科研组完成了中国民航局空管局下达的科研项目《哈尔滨太平国际机场相似预报系统》（以下简称预报系统）的研发工作，并于2017年1月通过验收。文献[1]详细介绍了预报系统的研发技术资料，包括预报模式设计、预报系统研发、试运行效果等。本文主要从软件程序编写的角度，介绍预报系统软件的主要技术设计和主要技术措施。
1 主要技术设计
1.1 硬件配置简介
为满足实现科研攻关技术目标，预报系统研发充分利用了哈尔滨机场现有的气象信息网和气象观测设备，其中硬件配置设计充分考虑了以下条件：
（1）能够实现访问气象信息网的地方气象信息，以便读取国家气象局发布的T639数值预报格点场数据。
（2）能够访问气象信息网数据库，以便读取区域历史数据。
（3）能够访问气象信息网的观测终端的自动气象观测系统，以便读取机场观测数据。
（4）同时配置音响和打印机，以备告警、提醒和预报产品输出之用。
1.2 软件结构设计
预报系统软件采用结构化设计，依据每个独立工作环节设立若干运行模块，包括网络监控告警模块、数据读取分析模块、相似计算预报模块、综合技术功能模块，各运行模块都由主窗体总控模块控制，详见图1。
1.3 技术指标设计
依据科研任务要求，设计并最终实现的主要技术指标包括如下几项。
（1）具有标准的Windows人机界面：相似预报系统实现简体中文显示，具有标准美观、友好便捷和可视化的人机互动功能；操作方法简便易懂，具有较强的业内推广价值。
（2）具有完备的网络和数据监控、告警功能：自动、连续监控需要访问的气象信息网和有关终端，定时监控T639数值预报和机场观测的数据，如果网络正常、数据齐全、数据格式合格则发出可以读取数据的信息，否则就以屏显和音频告警方式发出告警信息。
（3）具有自动读取、分析综合数据的功能：当监控单元发出网络和数据正常、可以读取数据的信息时，数据单元将按照预置时间段，依据“一主、二备、三应急”的方式，读取、分析所需各类数据，并发出可以制作预报的信息。
（4）具有自动制作、发布并输出全方位相似预报产品的功能：当数据单元发可以制作预报的信息时，预报单元随即启动自动发布预报的程序，完成之后自动音频提醒、打印输出。
（5）具有的其他综合功能：包括由综合单元随时提供的参数设置、打印输出、查询相似分析数据和预报产品、查看对比相似图形、提供帮助信息等。
2 主要技术措施
2.1 研发过程简述
预报系统软件设计在Windows XP及以上环境下运行，编程工具使用可视化集成开发语言VB6.0[2]、Delphi[3]，支持平台主要有Oracle、Excel。软件编写工作始于2014年秋，2015年6月联网调试，7月投入试用，各项工作最后完成于2015年12月，2016年1月投入试运行。期间先后推出HAFS1.01～1.06共6个版本，其中最初的4个版本属测试版本，1.05为采用静态相似分析方法的初级应用版本，1.06为目前采用的动态相似分析方法的最新应用版本。
2.2 整体控制措施
预报系统主窗体设有独立的控制模块，该模块参照神经元控制的方法，采用统揽式、前后台式的逻辑控制技术，控制多个模块同时、有序地工作。其基本控制思路如下。
（1）随时响应监控模块返回的监控信息：如果网络监控正常，即同时关注数据文件；如数据文件正常，随即同时关注数据格式；监控都正常，立即返回监控正常信息。
（2）网络监控正常、数据监控正常，随即通知可以启动数据采集读取模块。在预定的时间段内，按照“一主、二备、三应急”方式，读取、分析所需各类数据，并返回完成信息。
（3）网络和数据读取正常，随即启动相似预报的计算、分析和发布，之后通知打印机打印。
2.3 监控技术措施
预报系统软件主要监控对象：气象网及地方信息终端、机场观测终端、数据库终端等，T639数值预报数据、机场自动观测数据、区域历史数据等。采取的主要技术措施如下：
（1）對气象网和终端的监控，要充分考虑并尽量减少对气象网及其终端的干预，以免影响其正常工作，因此软件采用了被动式的监控方法，主要措施是在预报系统软件程序中设置On Error捕获错误陷阱，当不能映显监控对象时，随即分析返回的错误信息，并发出告警，以达到监控的目的。
（2）对相关数据的监控，相对较简单，主要监控两个方面，一是监控数据的时效性，是否按时入网、数据入网是否存在时刻错误等，二是监控数据的数据格式有效性，因为预报系统使用的是网络数据，这些数据有些可能会随时调整数据范围、分辨率等格式，甚至会出现错误的数据信息，需要进行分辨。
（3）监控告警：对气象网络及其相关终端、相关数据的监控，其监控并输出的非正常情况可归纳为17种，其中有6种为需要及时处理的，其他为暂缓处理的。如监控出现异常，将通过屏幕显示和音频方式发出告警信息。
2.4 数据读取措施
主要有3种类型的数据读取。
（1）网络数据，指当前T639数据，须从国家气象局相关网络获取，按照双方相关数据访问协议，通过气象网远程读取，其源数据为文本文件的数据格式，访问网络成功后直接读取。 （2）区域历史数据、机场当前观测数据，在本地局域网内，直接读取。其中，区域历史数据属文本文件数据，直接访问读取；机场当前观测数据，通过访问气象网数据库读取。访问数据库读取数据以调用API函数来实现，其定义可表示如下：
Private Declare Function DuQuShuJu Lib "DQSJ.DLL" （ByVal PathX As String， ByVal X1 As String， ByVal X2 As String， ByVal X3 As String） As Single
（3）机场历史数据，因其以Excel月总簿方式储存，因此需要调用Excel来读取。访问并读取和写入Excel月总簿的基本方法如下。
①首先定义一个Excel对象、一个Excel工作簿、定义一个Excel工作表。
②其次创建一个Excel对象、打开一个工作簿、设置将要操作的工作表。
③然后进行读取、写入、存储等操作。
④完成预定工作后，关闭工作薄、释放已经打开的Excel对象。
2.5 相似计算预报
相似计算和预报的过程相对较为复杂，期间须访问和读取约7000个数据文件，数据总量达到3G以上。由于数据文件量和数据量较为庞大，为确保计算运行过程的准确性，科研组采用了模块化的设计和编程方式，这样就能保证编写思路清晰，更容易调试和纠正问题。相似计算预报的流程见图2。
2.6 综合辅助功能
（1）参数管理：预报系统参数包括“工作状态、采用要素、数据路径、数据取值、相关信息”共5类，其中，“工作状态”控制预报系统的运行方式、网络监控、打印方式、音响效果；“数据路径”控制数据读取；“采用要素、数据取值、相关信息”控制相似分析预报的关键环节。
（2）查询、打印操作：查询当前数据资料分析、850～ 500hPa、海平面气压场等的单项相似分析数据、多元相似分析数据、相似预报结论等，这些都可以打印输出。
（3）图像操作：预报系统本身没有图像功能，而是通过调用国家气象局Micaps系统图像功能来实现查看当前天气图和历史天气图的。通过操作预报系统，自动确认需要访问的图像种类、图像时间，然后确定图像文件、图像路径等，然后自动转向Micaps图像显示状态。调用外部软件的功能采用Shell命令来实现。
3 结语
预报系统软件于2016年1月投入试运行，2017年1月验收后正式投入运行。试运行1年、正式运行大半年以来，预报系统运行稳定，各项技术指标达到预期目的，在哈尔滨太平国际机场日常飞行气象服务工作中发挥了积极作用。
當然，目前虽取得一定效果，但也发现预报系统存在一些问题，除了预报模式有待进一步升级完善外，系统软件也有待进一步提高，尤其是在预报信息的自动发送、图像功能的自我实现等方面还有许多工作需要去做。
参考文献
[1] 黄红兵.哈尔滨太平国际机场相似预报系统[A].中国航空学会百年学术论坛黑龙江、辽宁、江西、四川省分论坛暨飞行力学飞行试验学术交流会[C].2003.
[2] 杨本伦.Visual Basic 6.0开发技术大全[M].北京：清华大学出版社，2010.
[3] 黄文钰.Delphi程序设计经典[M].北京：科学出版社， 2005.
关键词：预报系统 软件 技术设计 技术措施
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0013-03
2016年底，笔者携科研组完成了中国民航局空管局下达的科研项目《哈尔滨太平国际机场相似预报系统》（以下简称预报系统）的研发工作，并于2017年1月通过验收。文献[1]详细介绍了预报系统的研发技术资料，包括预报模式设计、预报系统研发、试运行效果等。本文主要从软件程序编写的角度，介绍预报系统软件的主要技术设计和主要技术措施。
1 主要技术设计
1.1 硬件配置简介
为满足实现科研攻关技术目标，预报系统研发充分利用了哈尔滨机场现有的气象信息网和气象观测设备，其中硬件配置设计充分考虑了以下条件：
（1）能够实现访问气象信息网的地方气象信息，以便读取国家气象局发布的T639数值预报格点场数据。
（2）能够访问气象信息网数据库，以便读取区域历史数据。
（3）能够访问气象信息网的观测终端的自动气象观测系统，以便读取机场观测数据。
（4）同时配置音响和打印机，以备告警、提醒和预报产品输出之用。
1.2 软件结构设计
预报系统软件采用结构化设计，依据每个独立工作环节设立若干运行模块，包括网络监控告警模块、数据读取分析模块、相似计算预报模块、综合技术功能模块，各运行模块都由主窗体总控模块控制，详见图1。
1.3 技术指标设计
依据科研任务要求，设计并最终实现的主要技术指标包括如下几项。
（1）具有标准的Windows人机界面：相似预报系统实现简体中文显示，具有标准美观、友好便捷和可视化的人机互动功能；操作方法简便易懂，具有较强的业内推广价值。
（2）具有完备的网络和数据监控、告警功能：自动、连续监控需要访问的气象信息网和有关终端，定时监控T639数值预报和机场观测的数据，如果网络正常、数据齐全、数据格式合格则发出可以读取数据的信息，否则就以屏显和音频告警方式发出告警信息。
（3）具有自动读取、分析综合数据的功能：当监控单元发出网络和数据正常、可以读取数据的信息时，数据单元将按照预置时间段，依据“一主、二备、三应急”的方式，读取、分析所需各类数据，并发出可以制作预报的信息。
（4）具有自动制作、发布并输出全方位相似预报产品的功能：当数据单元发可以制作预报的信息时，预报单元随即启动自动发布预报的程序，完成之后自动音频提醒、打印输出。
（5）具有的其他综合功能：包括由综合单元随时提供的参数设置、打印输出、查询相似分析数据和预报产品、查看对比相似图形、提供帮助信息等。
2 主要技术措施
2.1 研发过程简述
预报系统软件设计在Windows XP及以上环境下运行，编程工具使用可视化集成开发语言VB6.0[2]、Delphi[3]，支持平台主要有Oracle、Excel。软件编写工作始于2014年秋，2015年6月联网调试，7月投入试用，各项工作最后完成于2015年12月，2016年1月投入试运行。期间先后推出HAFS1.01～1.06共6个版本，其中最初的4个版本属测试版本，1.05为采用静态相似分析方法的初级应用版本，1.06为目前采用的动态相似分析方法的最新应用版本。
2.2 整体控制措施
预报系统主窗体设有独立的控制模块，该模块参照神经元控制的方法，采用统揽式、前后台式的逻辑控制技术，控制多个模块同时、有序地工作。其基本控制思路如下。
（1）随时响应监控模块返回的监控信息：如果网络监控正常，即同时关注数据文件；如数据文件正常，随即同时关注数据格式；监控都正常，立即返回监控正常信息。
（2）网络监控正常、数据监控正常，随即通知可以启动数据采集读取模块。在预定的时间段内，按照“一主、二备、三应急”方式，读取、分析所需各类数据，并返回完成信息。
（3）网络和数据读取正常，随即启动相似预报的计算、分析和发布，之后通知打印机打印。
2.3 监控技术措施
预报系统软件主要监控对象：气象网及地方信息终端、机场观测终端、数据库终端等，T639数值预报数据、机场自动观测数据、区域历史数据等。采取的主要技术措施如下：
（1）對气象网和终端的监控，要充分考虑并尽量减少对气象网及其终端的干预，以免影响其正常工作，因此软件采用了被动式的监控方法，主要措施是在预报系统软件程序中设置On Error捕获错误陷阱，当不能映显监控对象时，随即分析返回的错误信息，并发出告警，以达到监控的目的。
（2）对相关数据的监控，相对较简单，主要监控两个方面，一是监控数据的时效性，是否按时入网、数据入网是否存在时刻错误等，二是监控数据的数据格式有效性，因为预报系统使用的是网络数据，这些数据有些可能会随时调整数据范围、分辨率等格式，甚至会出现错误的数据信息，需要进行分辨。
（3）监控告警：对气象网络及其相关终端、相关数据的监控，其监控并输出的非正常情况可归纳为17种，其中有6种为需要及时处理的，其他为暂缓处理的。如监控出现异常，将通过屏幕显示和音频方式发出告警信息。
2.4 数据读取措施
主要有3种类型的数据读取。
（1）网络数据，指当前T639数据，须从国家气象局相关网络获取，按照双方相关数据访问协议，通过气象网远程读取，其源数据为文本文件的数据格式，访问网络成功后直接读取。 （2）区域历史数据、机场当前观测数据，在本地局域网内，直接读取。其中，区域历史数据属文本文件数据，直接访问读取；机场当前观测数据，通过访问气象网数据库读取。访问数据库读取数据以调用API函数来实现，其定义可表示如下：
Private Declare Function DuQuShuJu Lib "DQSJ.DLL" （ByVal PathX As String， ByVal X1 As String， ByVal X2 As String， ByVal X3 As String） As Single
（3）机场历史数据，因其以Excel月总簿方式储存，因此需要调用Excel来读取。访问并读取和写入Excel月总簿的基本方法如下。
①首先定义一个Excel对象、一个Excel工作簿、定义一个Excel工作表。
②其次创建一个Excel对象、打开一个工作簿、设置将要操作的工作表。
③然后进行读取、写入、存储等操作。
④完成预定工作后，关闭工作薄、释放已经打开的Excel对象。
2.5 相似计算预报
相似计算和预报的过程相对较为复杂，期间须访问和读取约7000个数据文件，数据总量达到3G以上。由于数据文件量和数据量较为庞大，为确保计算运行过程的准确性，科研组采用了模块化的设计和编程方式，这样就能保证编写思路清晰，更容易调试和纠正问题。相似计算预报的流程见图2。
2.6 综合辅助功能
（1）参数管理：预报系统参数包括“工作状态、采用要素、数据路径、数据取值、相关信息”共5类，其中，“工作状态”控制预报系统的运行方式、网络监控、打印方式、音响效果；“数据路径”控制数据读取；“采用要素、数据取值、相关信息”控制相似分析预报的关键环节。
（2）查询、打印操作：查询当前数据资料分析、850～ 500hPa、海平面气压场等的单项相似分析数据、多元相似分析数据、相似预报结论等，这些都可以打印输出。
（3）图像操作：预报系统本身没有图像功能，而是通过调用国家气象局Micaps系统图像功能来实现查看当前天气图和历史天气图的。通过操作预报系统，自动确认需要访问的图像种类、图像时间，然后确定图像文件、图像路径等，然后自动转向Micaps图像显示状态。调用外部软件的功能采用Shell命令来实现。
3 结语
预报系统软件于2016年1月投入试运行，2017年1月验收后正式投入运行。试运行1年、正式运行大半年以来，预报系统运行稳定，各项技术指标达到预期目的，在哈尔滨太平国际机场日常飞行气象服务工作中发挥了积极作用。
當然，目前虽取得一定效果，但也发现预报系统存在一些问题，除了预报模式有待进一步升级完善外，系统软件也有待进一步提高，尤其是在预报信息的自动发送、图像功能的自我实现等方面还有许多工作需要去做。
参考文献
[1] 黄红兵.哈尔滨太平国际机场相似预报系统[A].中国航空学会百年学术论坛黑龙江、辽宁、江西、四川省分论坛暨飞行力学飞行试验学术交流会[C].2003.
[2] 杨本伦.Visual Basic 6.0开发技术大全[M].北京：清华大学出版社，2010.
[3] 黄文钰.Delphi程序设计经典[M].北京：科学出版社， 2005.