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民航机场气候志统计系统设计实现

2019/12/04 阅读:

摘要:民航机场气候志是机场所在地区的气候变化数据进行统计分析的重要资料,在民航气象工作中是不可或缺的。通过对气候志资料的科学分析,能够对机场气候变化规律进行合理的总结和预判,从而为机场建设、空管运行、航空气象保障等工作的决策提供关键的参考依据。文章结合长期的工作实践,提出采用信息化技术构建民航机场气候志分析系统,可靠的实现了各类气象要素的自动统计和分析工作,显著提高了民航机场气候志的编写效率与利用水平。

关键词:气候资料整编;气候志;统计分析;数据库

民航机场气候志是机场日常运营的重要参考文件,是根据气象观测资料对各类气象要素进行汇总,并最终提炼出具有参考价值的统计信息,并根据民航领域的要求与规范,对气候条件做出专业性的指标描述与气候评价。随着观测数据的不断积累,气象资料也必须随之滚动更新,并将新旧数据进行有机结合,通过合理的分析计算方法,得出具有动态性的气象评估结论。随着信息技术的发展,大规模数据处理的效率与准确性不断的提高,实现单一数值要素的自动统计与分析已经成为现实,但对于气象资料而言,要针对多种气象要素进行同时的统计、分析与提取仍旧存在一定的难度,例如在自动气象观测数据中很可能存在部分重要的人工记录数据,自动处理系统很难对该部分数据进行准确的识别,同时还存在格式的规范化问题,这都会导致气候志编写质量受到明显的影响。因此,设计开发一款可靠性好,准确度高的气候志数据自动统计分析系统,具有直接的应用价值和改进意义。

1气候志统计分析系统的框架设计

1.1数据接口模块

系统需要将大量历史气象数据导入,同时也必须根据机场气象监测特点进行持续的更新,其数据种类分为两种,其一是例行观测数据,即按照半小时或1小时为一个观测周期记录的气象数据,其二则是全天天气演变记录。从存储格式方面分析,一般气象数据有3种存储方式,分别为文本文件存储、观测编发报数据库存储和Excel表格文件存储。根据这一特点,本系统的数据接口模块也同时兼容这三种文件的导入。

1.2原始数据质量控制模块

气象数据的质量对于气候志的编写与利用起到了直接的影响,若数据出现错漏现象,则无论统计方法多么合理,计算精度多么高,最终的结论可能都会远远偏离真实情况,不仅失去了指导作用,甚至为机场运作埋下严重隐患。因此,在进行统计分析之前,必须确保数据的完备性与准确性。本模块的主要任务首先就是对原始数据的完整性进行检验,随后审核导入数据是否符合规范标准,如各个要素的数值类型、长度和取值区间等;此外,还需要根据用户预设的阈值来判断连续数据是否出现突变。当发现异常数据时,需通过输出模块向用户发出报警;最后,本模块还需要重点核查人工录入的文本,确保数据的完整与准确。

1.3缺失数据补录模块

由于我国信息化改造工程起步较晚,大多数机场以往大量的历史数据并未及时实现全部的数字化管理,因此本系统为该部资料留有补录接口,通过提供人机交互界面,由管理员负责按照给定的格式规范人工录取缺失的气象数据。行业标准MH/T4016.7实施之前,各机场气象台制作观测月总簿不对RVR数据进行统计,这造成了一定程度的数据缺失,针对这一情况,本系统特设了数据补录模块,用户可手动录入以往的RVR数据和海平面气压QNH数据。

1.4数据的预处理模块

由于积累的数据规模日益增多,且出于精细化分析与统计工作的要求,系统需要同时处理的数据量不断扩大,这显然给数据库遍历查询与计算工作带来了很大的压力。为了提高统计分析效率,设计了数据的预处理模块,通过该模块对原始数据进行分类拆解,对天气演变记录按照行标要求进行要素分解,与此同时,数据质量控制模块可并发审核数据。

1.5数据统计模块

在完成了数据的预处理之后,各类中间报表已经准备完毕,此时可采用该模块执行进一步的分析统计,并制成最终的产品表。除了行标要求的统计表格之外,还结合气候志编写工作的实践经验,设计了三日、五日、旬、月各个要素的统计功能,并可通过附加表的形式提交给用户。对于缺测的情况,建议按照以下原则进行处理:1)记录不明或出现数据缺漏情况则视为缺测。2)对于每日数据统计而言,24小时内出现的缺测次数若大于等于8次,则当日作为缺测日,其监测数据视为无效数据,不参与统计计算;同理,若13小时内的出现的缺测次数大于等于4次,同样将当日数据从统计对象中排除;此外,不定时观测的记录均需要参与统计计算。3)对于每月数据统计而言,若该月内出现的缺测天数(按原则2)统计)大于等于7天,则该月资料不再参与月统计和累年月统计,但仍应参与年统计。4)若某年内月统计资料缺测一次及以上,则当年数据不再参与年统计。5)若出现缺测,但未满足以上原则中的条件时,则按照监测实际有效次数、时数、日数参加统计计算。6)以上列述的各种情况及对应的处理原则,仅适用于统计平均值计算的环节。而出现次数、日数及极值等项目仍参加统计。

1.6产品输出模块

在完成了数据的汇总、统计和分析等操作之后,即可执行最终产品的输出模块,按照民航气象数据标准要求的格式规范生成Excel文件并提交给用户查阅。用户拥有对该文件的数据编辑与修正权限,同时也可作为气候志或气候概要的附件使用。此外,在Excel中,用户还可利用大量的工具软件实现绘制图标、曲线分析和数据列表等操作,很好的丰富了气象数据的利用模式。

2系统的数据库设计

数据库承担了原始气象数据的存储、管理、查询等多种处理任务,此外还负责对分析过程中产生的中间结果以及最终的分析报表进行妥善存储的工作,是气候志统计分析系统的核心组件。因此,提高数据库表单的清晰度与合理性,成为了控制数据规模,增强读写效率的关键。本系统结合了民航机场气候志编写工作业务流程的实际需求,共建立了45个数据表,除了两个原始数据表和按照行标要求的26个最终结果分析表外,还包括了14个中间数据表和2个规则化数据表,以及1个过程控制表。以下逐类进行介绍:

2.1原始数据表

按照民航地面观测规范要求,根据例行观测要素(每半小时/每小时1条记录)和观测纪要栏要素(每天1条记录),将观测汇总的数据整理后保存。

2.2规则化原始数据表

原始数据表中保存的数据经过核查、勘误和规范化后,形成规则化原始数据表,而原始数据表中的数据不会被修改,以确保数据源头的可追溯性。所有的修改与调整操作均发生在规则化表中,同时可将改动记录与原始数据表对照分析。

2.3中间数据表

数据在经过预处理后,大量的信息需要暂时存储,已备后续环节的调用。例如对风、能见度、雷暴等重要天气演变的记录进行拆解、分类、统计,形成单一元素统计汇总信息,并以此为基础,形成最终所需的产品表格。表1和表2分别以能见度频率统计和雷暴统计为例,描述了中间数据表的字段内容与格式。

2.4最终产品表

按行业标准MH/T4016.7民用航空气象第7部分《气候资料整编与分析》要求项目的26个数据表格。

2.5过程控制表

该表负责对用户的每一次操作进行记录备份,其作用首先是可以帮助用户了解当前气象数据统计处理的进度,从而可更加合理的安排后续的工作环节;其次是可记录人工修改的痕迹,以便将来需要时进行追溯找回。

3结束语

本文针对民航机场气候志统计分析软件的设计和应用展开了探讨。本系统不仅极大的简化了民航气象部门在编写气候志环节的工作量,同时也显著的提高了气候志的可靠性、准确性与规范型。随着信息技术、人工智能技术和大数据技术的不断发展,势必会出现更加高效、可靠的数据管理技术与统计分析方法,进一步提高民航机场气候志的统计编写与应用水平。

参考文献

[1]王树廷,王伯民.气象资料的整理和统计方法[M].北京:气象出版社,1984:1-2.

[2]空管行业管理办公室,MH/T4016.7-2008,中华人民共和国民用航空行业标准民用航空气象第7部——气候资料整编与分析[S].北京:中国民用航空总局航空安全技术中心,2008.

[3]空管行业管理办公室,AP-117-TM-02-R1,民用航空气象地面观测规范[EB/OL].2012.

[4]成洁,卢紫毅.Linux窗口程序设计-Qt4实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008.

[5]王恕,戴萍,刘晓梅,等.实施气象资料归档与检索系统[N].气象与环境学报,2007-2-23.

作者:刘敏 单位:中国民航大连空中交通管理站

民航机场气候志统计系统设计实现

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