宿州市智能网格预报应用研究.doc

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1、1宿宿 州州 市市 智智 能能 网网 格格 预预 报报 应应 用用 软软 件件2目录1 引言引言.31.1 编写目的.3 1.2 背景.3 1.3 定义.3 1.4 参考资料.32 任务概述任务概述.42.1 目标.4 2.2 用户的特点.4 2.3 假定和约束.43 需求规定需求规定.53.1 对功能的规定.5 3.2 对性能的规定.10 3.2.1 精度.10 3.2.2 时间特性要求.10 3.2.3 灵活性.10 3.3 输人输出要求.11 3.4 数据管理能力要求.11 3.5 故障处理要求.11 3.6 其他专门要求.114 运行环境规定运行环境规定.114.1 设备.11 4.2

2、 支持软件.12 4.3 接口.12 4.4 控制.125 其他其他.123宿州市智能网格预报应用软件宿州市智能网格预报应用软件 功能需求书功能需求书 1 引言引言1.1 编写目的编写目的宿州市智能网格预报应用软件显示数值预报产品数据，融合本地时空资料、订正上级指导产品，并能智能更新产品输出。1.2 背景背景a 软件名称；宿州市智能网格预报应用软件b 该项目由宿州市气象局提出，软件开发承接公司专门开发，供气象部门、预报需求用户或潜在需求用户使用，由省气象局信息中心提供外网访问映射接口。c 该软件的数据环境，与省气象局 CIMISS 平台连接，并与宿州市气象局建设的市县一体化数据环境融为一体，系

3、统使用的部门、用户和权限系统，在现有的数据环境中进行扩展，系统的接口统一部署在现有的接口服务器上，系统的内存服务器集群与现有提供的缓存服务集群统一设计。该软件的相关接口对外开放，供宿州市气象局开发的其他软件系统调用。1.3 定义定义列出本文件中用到的专门术语的定义和外文首字母组词的原词组。无。1.4 参考资料参考资料a 本项目的经核准的计划任务书上级机关的批文；宿州市气象局 2018 年科技项目立项通知书。b 属于本项目的其他已发表的文件；无。c 本文件中各处引用的文件、资料、包括所要用到的软件开发标准。 列出这些文件4资料的标题、文件编号、发表日期和出版单位，说明能够得到这些文件资料的来源。

4、软件工程国家标准。 2 任务概述任务概述2.1 目标目标近年来，随着气象业务、服务和管理现代化的持续推进，天气预报，特别是精细化天气预报得到各级气象部门的高度重视并不断加强。围绕精细化天气预报开展了技术攻关和研发，国家级和省级相关部门都做了大量的工作，开发了一些业务系统对地市气象部门指导，作为地市、县级气象部门缺少与之对应的订正工具。宿州市智能网格预报应用研究，主要针对市、县级气象部门格点化预报的直接提供和在网页上滚动显示等方面。系统的研发突出了网格预报的直接提供和简单快速显示的特点，并能够为对上级指导产品订正提供技术支撑，对提高工作效率和科技能力起到了一定作用。随着信息技术的发展，中国气象局

5、、省气象局气象信息化发展规划的实施，以及宿州市县气象部门信息系统集约化和“一切业务数据化、一切数据业务化”要求的落实，市、县级气象部门需要充分利用新的信息技术，特别是实施 SOA 架构，建立在市县统一的数据环境和数据接口、应用接口环境中，充分利用现有信息化建设的用户、权限等数据和模块，制定规范的数据组织标准，形成系统开放、共享有效衔接的数据字典和数据、应用接口，打破信息系统建设的“烟囱” ，使得信息化建设效益得到充分发挥。2.2 用户的特点用户的特点软件用户包括：气象部门、预报需求用户或潜在需求用户使用。软件长年使用。2.3 假定和约束假定和约束列出进行本软件开发工作的假定和约束，例如经费限制

6、、开发期限等。本软件为系统建设一期认为，经费为 10 千元千元，开发时间为 3 个月。软件功能严格限制，不做无限扩张。需要扩展的内容作为新的研发项目在二期、三期以及后续工作中安排资金和时间予以完善。53 需求规定需求规定 3.1 对功能的规定对功能的规定用列表的方式（例如 IPO 表即输入、处理、输出表的形式） ，逐项定量和定性地叙述对软件所提出的功能要求，说明输入什么量、经怎样的处理、得到什么输出，说明软件应支持的终端数和应支持的并行操作的用户数。主要功能A 配套软件A.0 用户与权限普通用户（预报需求用户或潜在需求用户）：查看网格预报信息、辅助功能（比如要素选择） 。普通用户（Vip 用户

7、或决策气象服务用户）：查看网格预报信息、辅助功能（比如要素选择、常见统计） 。气象部门用户（市县气象台）：查看、下载实况，查看、下载、制作、发布（存储）网格预报信息、预报融合处理、辅助功能（比如要素选择、常见统计） 。管理员：查看网格预报信息、辅助功能（比如要素选择、常见统计） ，软件权限控制及功能控制。A.1 信息显示（部门）A.1.1 webgis 操作缩放移动还原.系统全屏显示 webgis 底图（百度地图、天地图、google 等） ，以宿州全境（砀山、埇桥、泗县等县区边缘向外扩展 50km）为初始状态 用户向上滚动鼠标滚轮（或放大控制按钮）地图以现有屏幕中心为基准放大显示，用户向下滚

8、动鼠标滚轮（或缩小控制按钮）地图以现有屏幕中心为基准缩小显示 用户在屏幕上拖动（按下鼠标左键移动）鼠标，地图显示鼠标移动方向下的内容 用户双击屏幕（或按下还原控制按钮）地图显示内容还原到初始状态。用户区域系统根据登陆用户所属地域，显示标题，并自动将该区域最大化到全屏。 砀山县用户、萧县用户、灵璧县用户、泗县用户、埇桥区用户对应本行政区全境并边缘向外扩展 50km，6如埇桥区用户对应“埇桥区全境（边缘向外扩展 50km） ” ； 其他用户对应“宿州市全境（砀山、埇桥、泗县等县区边缘向外扩展 50km） ” ；A.2 气象实况观测信息A.2.1 气象要素格点化及应用模块A.2.1.1 建立皖北地面

9、气象要素数据库定期同步 CIMISS 站点表，获取生成皖北区域国家级观测站、区域气象观测站（含交通气象站）站点基本信息和数据库；通过 CIMISS 获取各站点的逐分钟降水量观测资料和数据库；通过 CIMISS 获取各站点每 5 分钟一次的观测资料和数据库，包括：气温、最高气温、最低气温、相对湿度、最小相对湿度、过去 1 分钟降水量、过去 5 分钟降水量、过去 10 分钟降水量、过去 30 分钟降水量、过去 1 小时降水量、过去 3 小时降水量、过去 6 小时降水量、过去 12 小时降水量、过去 24 小时降水量、2 分钟平均风向、2 分钟平均风速、瞬时风向、瞬时风速、极大风速的风向、极大风速、

10、地面温度、最高地面温度、最低地面温度、草面温度、1 分钟平均水平能见度、10 分钟平均水平能见度、最小水平能见度、总云量、低云量；以上字段命名方式与 CIMISS 保持一致。建立各站点上述所有资料有无获取的运行监控页面，及时发现未能获取的站点和数据，并可补调。A.2.1.2 形成各类气象要素的 2.5km*2.5km 格点化观测资料数据文件根据皖北地面气象要素数据库的观测要素和值，通过克里金插值算法（或其他更优秀的插值算法） ，每 5 分钟一次计算生成上述全部要素的 2.5km*2.5km 格点化观测资料数据文件，并逐个保存到文件夹。建立格点化观测资料数据文件是否生成，及时发现未生成的格点文件

11、，并可补充生成。A.2.1.3 建立基于 redis 的皖北区域格点化观测资料应用环境将所有格点化数据文件保存到 redis 环境（格点化资料、站点观测资料保存最近 30 天天逐小时和一小时内逐 5 分钟的观测数据，超出部分移到指定位置保存，如有变化开发时再行讨论完善）（1）按皖北区域全部格点化资料作为存储内容（2）按皖北区域全部台站观测资料作为存储内容（3）动态生成特定网格点的全部观测资料并存储（保存一天内逐小时的和一小时内逐75 分钟的格点数据）（4）动态生成特定观测站点的全部观测资料并存储（保存 30 天逐小时和一小时内逐5 分钟的观测数据）（5）其他需要保存的数据A.2.1.4 开发皖

12、北区域格点化资料调用接口建立基于范围和时间的区域格点化资料调用接口建立基于经纬度和时间的格点化资料调用接口建立基于经纬度和时间段的格点化资料调用接口建立基于范围和时间段的区域格点化资料调用接口建立基于范围和时间的区域站点观测资料调用接口建立基于区站号和时间的站点观测资料调用接口建立基于区站号和时间段的站点观测资料调用接口建立基于范围和时间段的区域站点观测资料调用接口以上接口可用通过外网访问并获取对应的全部资料。A.2.1.5 开发格点化资料显示平台建立基于地图底图的格点化资料显示平台：（1）显示地图底图和 2.5*2.5km 网格，可分要素和时间查询，并在网格中显示每个网格的该要素该时次的格点

13、化观测数据。（2）显示地图底图，可分要素和时间查询，并在地图底图上显示该要素该时次格点数据生成的色斑图和观测站点名与要素值。（3）双击地图底图任一点，弹出窗口，显示该要素最近一小时的连续变化曲线（或直方图） 。A.2.2 能见度信息处理（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）显示能见度格点化数据，系统查询格点化数据库，计算实况与各数值预报各时次误差。A.2.3 降水信息处理（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）显示降水格点化数据，系统查询格点化数据库，计算实况与各数值预报各时次误差。A.2.4 温度信息处理（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）显示温度格点化数据，系统查询

14、格点化数据库，计算实况与各数值预报各时次误差。A.2.5 风向风速信息处理（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）8显示风向风速格点化数据，系统查询格点化数据库，计算实况与各数值预报各时次误差。A.2.6 湿度信息（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）显示湿度信息格点化数据，系统查询格点化数据库，计算实况与各数值预报各时次误差。A.2.7 灾害性天气信息处理（计算近 30 天实况与各数值预报各时次误差）大风（=17.0m/s） 、高温(.=35.0 )和一暴雨等灾害性天气灾害性天气信息处理。计算实况与各数值预报各时次误差。A.3 强天气管理A.3.1 强天气监测A.3.1.1 地

15、面观测资料地面资料分为自动站资料、本站资料。自动站资料 10 分钟更新一次，国家站资料 1 小时更新一次。降水、气温、风向风速、湿度从自动站文件中获取，天气现象从人工站资料中获取。系统可以综合显示地面资料信息（按天气图填图格式、预报要素对应的气象信息） ，在显示站点的要素时可以进行单选或多选。对站点也可以进行区域站和所有站的选择。A.3.3.3 雷电资料A.3.3.3.1 雷达格点化雷达数据（基本反射率、基本速度、组合反射率、回波顶、风廓线、垂直液态含水量、风暴追踪、冰雹指数，中尺度气旋、龙卷涡旋、一小时降水、3 小时降水）A.3.3.3.2 闪电定位格点化闪电数据A.4 数值预报产品（预发布

16、预报要素产品）基于 CIMISS 数据库资料获取，叠加显示各类数值预报产品，显示预报量（Ecmwf、T639、Greaps、本省产品中气温、天气现象、降水量、风向、风速、云量（晴天、多云、阴天等） 、相对湿度等） 。时间维度：24 小时内每小时、24 到 72 小时每 3 小时，72 小时到 240 小时 6 小时间隔；水平空间维度：2.5km*2.5km（数值产品精度不够的以插值替代） 。数值精度：气温（最高气温、最低气温） 、降水量保留小数一位、风向 8 方位，风速蒲氏级、云量（晴天、多云、阴天等） 、相对湿度取整数A.5 产品融合（可编辑）9A.5.1 数值预报产品显示显示 Ec、T63

17、9、Greaps、本省产品、(Japan、 NCEP)格点化资料A.5.2 数值预报产品融合A.5.2.1 数值预报产品平均融合将 Ec、T639、Greaps、本省产品、(Japan、 NCEP)格点化资料进行计算平均并显示A.5.2.2 数值预报产品举手表决融合应用表决法处理降水产品A.5.2.3 数值预报产品赋以权重融合对不同产品赋以不同权重A.5.3 数值预报产品与时空数据融合A.5.3.1 数值预报产品与时空数据融合过去 30 天实况与各种数值预报产品（Ec、T639、Greaps、本省产品、(Japan、 NCEP)格点化资料）误差，与各种融合计算方案（A.4.2 数值预报产品融合

18、介绍的内容）进行误差计算、订正，综合比较优劣，结合实况，再做新的结论。保存A.5.3.2 数值预报产品与时空数据再融合结合前述自动站实况、雷达、雷电资料进行再订正（具体方案另定） 。表 1 是地面资料实时监视的气象要素、显示方式、报警阈值要素类别实况R1h1020mm预报中雨以下的，改 为中雨R3h2030mm预报大雨以下的，改 为大雨R6h3050mm预报大到暴雨以下的， 改为大到暴雨降水R12h大于 50mm预报暴雨以下的，改 为暴雨极大F17.2 m/s预报 8 级以下的，改 为八级风瞬时F17.2 m/s同上同上相对湿度平面数值、色块显示 单站任意时段湿度变化湿度最小相对湿度同上同上W

19、S冰雹出现就预警冰雹图标、总站数10雷暴A.5.4 产品修正融合对前面提到的各种融合方案均可以独立运行，同时在这里可以人工修正、保存为新内容。A.5.5 产品发布作为最终产品保存到指定位置并发布。A.6 参数管理A.6.1 部门信息A.6.2 人员信息A.6.3 权限信息A.7 辅助功能（实现站点单要素或多要素时间序列预报产品显示、时段统计）A.7.1 用户登录用户输入用户名和密码，系统检验成功后，显示该用户名，并获取该用户的权限A.7.2 用户注销用户注销，系统将该用户从界面中清出A.7.3 用户行为记录系统记录用户的鼠标单击、双击及对应时间、用户名信息3.2 对性能的规定对性能的规定3.2

20、.1 精度精度说明对该软件的输入、输出数据精度的要求，可能包括传输过程中的精度。输入数据：气象要素实况分析资料和数值预报资料分辨率=0.025 度；部门数据以上报相关部门的实际精度为准。输出数据：气象要素实况分析资料和数值预报资料分辨率=0.025 度。3.2.2 时间特性要求时间特性要求该软件的时间特性要求，如对：a 响应时间： =100ms；b 更新处理时间：=3h；11c 数据的转换和传送时间：=20m。3.2.3 灵活性灵活性该软件的灵活性的要求，即当需求发生某些变化时，该软件对这些变化的适应能力，如：a 操作方式上的变化：符合 web 服务和 app 应用习惯，具有较好的用户体验；b

21、 运行环境的变化：兼容 Windows 不同版本、Android 系统；c 同其他软件的接口的变化：具备访问其他接口并获取、处理相关数据的能力；d 精度和有效时限的变化：数据精度不低于管理部门的要求；e 计划的变化或改进：面向对象和模块化设计，在计划变化或改进时能充分复用，不造成浪费和损失。3.3 输人输出要求输人输出要求解释各输入输出数据类型，并逐项说明其媒体、格式、数值范围、精度等。对软件的数据输出及必须标明的控制输出量进行解释并举例，包括对硬拷贝报告（正常结果输出、状态输出及异常输出）以及图形或显示报告的描述。3.4 数据管理能力要求数据管理能力要求能够获取、分析、处理和展示气象（预报）

22、要素和统计值；满足本系统获取外部门数据的增量需求（20mb/year） ；满足注册人员数据上传、存储和处理增量需求（50mb/day） 。3.5 故障处理要求故障处理要求因软件、硬件故障造成系统无法运行的，应在 24 小时内恢复。需要对各服务器的资源进行必要的备份，以满足故障恢复使用需求。3.6 其他专门要求其他专门要求系统获取的部门数据仅限于气象部门和该部门使用，外界无法通过接口获取。用户行为数据，仅限于气象部门使用，对授权的开发单位，可有限使用行为数据，不得利用用户行为数据获取用户隐私。用户信息，仅限于系统应用，不得被外界通过任何手段截取。按照软件工程的具体要求，采用面向对象和支持跨平台技

23、术进行系统的开发，保证系12统的可维护性、可补充性、易读性、可靠性和运行环境可转换性。 4 运行环境规定运行环境规定4.1 设备设备软件所需要的硬设备包括：a 处理器型号及内存容量；数据库服务器：4 核、8G接口服务器：4 核、8Gweb 服务器：4 核、8G数据处理计算服务器：4 核、8G内存数据库服务器：4 核、8G外存容量、联机或脱机、媒体及其存储格式，设备的型号及数量；系统使用的服务器资源，全部由省气象信息中心提供省级云平台中的计算、存储资源池中分配的虚拟化资源，其中，各虚拟服务器的存储空间均可弹性扩展至2T。b 输入及输出设备的型号和数量，联机或脱机；输入输出均由终端用户自行配备，本

24、系统不另配。c 数据通信设备的型号和数量；数据通信设备采用互联网、移动互联网和气象专网，不再另建或扩充。4.2 支持软件支持软件使用 Windows 系统、Linux 系统，Python、Java、C#，Oracle、Memcached、Redis，并利用 Rose、Axure 软件进行分析设计。4.3 接口接口需要访问的软件接口主要是：数值预报获取接口、格点化观测资料分析场获取接口；需要提供的接口主要是：公共出行相关数据接口；数据通讯协议采用 Tcp/Ip 协议。134.4 控制控制控制软件运行包括两个方面：一是软件自动定时获取最新的实况场和预报场数据；二是根据终端用户的需求，由用户启动并控制系统运行。 5 其他其他1参照 CIMISS，提供本项目的数据库数据字典，以及数据文件存储规则，数据格式，供别的平台数据访问。2参照 music，开发一套基于数据环境的服务接口（webservice 接口等） ，供别的系统使用。3为市气象局提供该项目的 2 个软件著作权申报材料，并协助办理相关手续。