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省级气象计量检定业务自动化系统

张建敏 罗昶 王建森 张晓冬 包炳生 杨安良

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省级气象计量检定业务自动化系统

    通信作者: 张建敏, zjzjm001@163.com
  • 资助项目: 中国气象局新技术推广项目 (CMATG2009MS59)

The Operational System of Provincial Meteorological Instrument Calibration

    Corresponding author: Zhang Jianmin, zjzjm001@163.com
  • 摘要: 省级气象计量检定业务自动化系统 (以下简称系统) 是省级气象计量部门的业务应用平台, 以提高其业务管理水平、工作效率和检定质量。系统基于现有省级气象计量标准硬件设备,辅之以自动化智能控制技术,采用B/S和C/S软件开发模式,实现检定业务的数字化、信息化和自动化。该系统包含计量业务管理和自动化检定两个子系统,共用同一个检定数据库。计量业务管理子系统由仪器收发、常规仪器检修、系统管理、预警超检、报表处理、综合查询统计、计量器具管理等模块组成;自动化检定子系统包括温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检测,能够自动采集数据、自动生成原始记录和检测证书。系统的业务应用表明:系统自动化程度高,提高了业务管理水平、工作效率和检定质量。
  • 图 1  系统体系结构图

    Fig.1  System architecture diagram

    图 2  检测流程图

    Fig.2  Detection flowchart

    图 3  气压自动检定结构图

    Fig.3  Atmosphere pressure automatic test chart

    图 4  温度自动检定结构图

    Fig.4  Temperature automatic test chart

    图 5  湿度自动检定结构图

    Fig.5  Humidity automatic test chart

    表 1  系统准确性测试表

    Table 1.  System accuracy test

    测试内容期望结果实际结果结论
    误差处理检定处理数据正确正确符合
    计算公式温度、湿度、气压、风等换算公式应用正确计算或换算正确符合
    数据采集电阻、电压、数字量采集准确准确可靠符合
    不确定度不确定度符合规范要求符合规范要求符合
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    表 2  系统稳定性测试表

    Table 2.  System stability test

    测试内容期望结果实际结果结论
    系统硬件长时间运行稳定,重复启动无故障稳定运行符合
    系统软件多用户操作,多任务运行情况稳定运行符合
    测量重复性多次重复测量的一致性测量结果重复一致符合
    下载: 导出CSV

    表 3  系统效率测试评估表

    Table 3.  System efficiency test and evaluation

    测试内容评估内容评估结果
    气压检定原人工检定与自动检定效率提高约500%
    温度检定原人工检定与自动检定效率提高约200%
    湿度检定原人工检定与自动检定效率提高约600%
    风速检定原人工检定与自动检定效率提高约50%
    雨量检定原人工检定与自动检定效率提高约50%
    证书打印原人工检定与自动检定效率提高约50%
    下载: 导出CSV
  • [1] 吴非洋.气象计量检定业务管理系统软件设计.气象水文海洋仪器, 2010, 27(2):12-14. 
    [2] 熊国华, 郑丽春.省级气象计量 (实验室) 检定自动化系统建设探讨.气象与减灾研究, 2003, 26(增刊Ⅰ):196-198. 
    [3] 陈平, 贺晓雷.以LIMS为核心的国家级气象计量平台设计.气象水文海洋仪器, 2009, 26(2):31-33. 
    [4] 曹晓霞, 姚爱国.青海省气象计量检定业务信息管理系统的设计.青海气象, 2009, 2:41-42. 
    [5] 孙嫣.基于C/S-B/S联合模式的气象计量管理系统.气象科技, 2008, 36(4):502-505. 
    [6] 孙嫣.省级气象计量管理服务系统.山东气象, 2007, 27(3):44-46. 
    [7] Nagel C. 李敏波, 译. C#高级编程 (第4版). 北京: 清华大学出版社, 2006.
    [8] 杜智涛, 陈国良.气象计量检定实验室设备的网络化管理.气象水文海洋仪器, 2008, 25(2):84-87. 
    [9] 黄耀文.法定计量检定机构考核规范实施指南JJF1069-2007.北京:中国计量出版社, 2007.
    [10] 沙莉, 王军, 刘文奇, 等.省级气象计量检定信息系统设计与应用.气象与环境学报, 2007, 23(2):45-49. 
    [11] 李艾卿, 郑丽春.省级气象计量检定自动化系统的研究.气象水文海洋仪器, 2003, 23(4):19-23. 
    [12] 吴非洋, 赵泽民.河南省气象计量管理与检定处理数据库系统.河南气象, 1997, 20(2):9-10. 
    [13] 罗昶.省级气象计量检测业务管理系统的构建与设计.浙江气象, 2008, 29(2):40-43. 
    [14] 廖理, 吴淑媛, 赵时安, 等. JJF1049-1995温度传感器动态响应校准.北京:中国计量出版社, 1995.
    [15] 李占元, 刘榜智. JJF 1076-2001湿度传感器校准规范.北京:中国计量出版社, 2001.
    [16] 封秀燕, 何志军, 王荷平, 等.自动气象站实时资料质量控制开放式平台设计.应用气象学报, 2010, 21(4):506-512. 
    [17] 朱乐坤, 郑丽春.自动气象站各要素传感器检定结果的不确定度分析.应用气象学报, 2006, 17(5):635-642. 
    [18] 郭锡钦, 曾书儿.自动气象站的动态试验及其测量准确度.应用气象学报, 1994, 5(2):176-183. 
    [19] 胡玉峰.自动与人工观测数据的差异.应用气象学报, 2004, 15(6):719-726. 
    [20] 王颖, 刘小宁, 鞠晓慧.自动观测与人工观测差异的初步分析.应用气象学报, 2007, 18(6):849-855. 
    [21] 李雁, 梁海河, 孟昭林, 等.自动气象站运行效能统计.应用气象学报, 2009, 20(4):504-509. 
  • [1] 郭锡钦,  安务政,  曾书儿,  刘维衡.  我国艰苦地区地面气象观测自动化试验计划 . 应用气象学报, 1988, 3(1): 109-112.
    [2] 朱乐坤,  郑丽春.  自动气象站各要素传感器检定结果的不确定度分析 . 应用气象学报, 2006, 17(5): 635-642.
    [3] 纪英惠.  湖南暴雨预报客观自动化业务系统 . 应用气象学报, 1990, 1(4): 408-414.
    [4] 封秀燕,  何志军,  王荷平,  何利德.  自动气象站实时资料质量控制开放式平台设计 . 应用气象学报, 2010, 21(4): 506-512.
    [5] 蓝盈,  郑有飞,  段长春,  尹继福,  吴荣军,  黄图南.  云南省自动气象站土壤湿度数据质量控制 . 应用气象学报, 2016, 27(2): 230-238. DOI: 10.11898/1001-7313.20160211
    [6] 何彩芬,  黄旋旋,  丁烨毅,  朱龙彪.  宁波非气象雷达回波的人工智能识别及滤波 . 应用气象学报, 2007, 18(6): 856-864.
    [7] 王彬,  宗翔,  田浩.  国家气象计算网格的设计与建立 . 应用气象学报, 2010, 21(5): 632-640.
    [8] 王彬,  常飚,  朱江,  刘春花.  气象计算网格平台资源监视模块的设计与实现 . 应用气象学报, 2009, 20(5): 642-648.
    [9] 蒋乐贻,  费亮.  台风路径人工智能预报方法的研制 . 应用气象学报, 1997, 8(2): 254-255.
    [10] 李雁,  梁海河,  孟昭林,  裴翀,  石城.  自动气象站运行效能统计 . 应用气象学报, 2009, 20(4): 504-509.
    [11] 杨磊,  杨忠东.  极轨气象卫星自动地标导航方法 . 应用气象学报, 2009, 20(3): 329-336.
    [12] 张雪芬,  薛红喜,  孙涵,  曹治国,  李翠娜,  金红伟,  余正泓.  自动农业气象观测系统功能与设计 . 应用气象学报, 2012, 23(1): 105-112.
    [13] 朱政慧,  施培量,  颜宏.  用OpenMP并行化气象预报模式试验 . 应用气象学报, 2002, 13(1): 102-108.
    [14] 吕环宇,  王洪庆,  王少林.  航线五维可视化气象信息研究 . 应用气象学报, 2008, 19(1): 123-124.
    [15] 贺雅楠,  高嵩,  薛峰,  赵声蓉,  刘铭,  胡皓,  魏涛.  基于MICAPS4的智能网格预报平台设计与实现 . 应用气象学报, 2018, 29(1): 13-24. DOI: 10.11898/1001-7313.20180102
    [16] 朱自玺,  赵国强.  棉花耗水规律和灌溉随机控制 . 应用气象学报, 1998, 9(4): 417-424.
    [17] 纪飞,  苏文颖.  光化学烟雾的控制试验 . 应用气象学报, 1999, 10(4): 491-497.
    [18] 周尚河,  吴迅英.  全国地面气象资料自动收集处理系统的研制 . 应用气象学报, 1998, 9(3): 381-382.
    [19] 李俊,  周凤仙.  气象卫星台风云图的自动识别方法及其应用 . 应用气象学报, 1992, 3(4): 402-409.
    [20] 郭锡钦,  曾书儿, .  自动气象站的动态试验及其测量准确度 . 应用气象学报, 1994, 5(2): 176-183.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-24
  • 修回日期:  2012-01-31
  • 刊出日期:  2012-04-30

省级气象计量检定业务自动化系统

  • 1. 浙江省大气探测技术保障中心,杭州 310017
  • 2. 广东省中心气象台,广州 510080
  • 通信作者: 张建敏, zjzjm001@163.com
资助项目: 中国气象局新技术推广项目 (CMATG2009MS59)

摘要: 省级气象计量检定业务自动化系统 (以下简称系统) 是省级气象计量部门的业务应用平台, 以提高其业务管理水平、工作效率和检定质量。系统基于现有省级气象计量标准硬件设备,辅之以自动化智能控制技术,采用B/S和C/S软件开发模式,实现检定业务的数字化、信息化和自动化。该系统包含计量业务管理和自动化检定两个子系统,共用同一个检定数据库。计量业务管理子系统由仪器收发、常规仪器检修、系统管理、预警超检、报表处理、综合查询统计、计量器具管理等模块组成;自动化检定子系统包括温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检测,能够自动采集数据、自动生成原始记录和检测证书。系统的业务应用表明:系统自动化程度高,提高了业务管理水平、工作效率和检定质量。

English Abstract

    • 目前我国已建成了3万多个自动气象站和加密自动气象站。自动气象站是先进的自动化、数字化电子探测设备,由于其数量庞大, 气象计量检定的业务量增长迅猛。对这些自动气象站进行计量检定是确保气象探测准确可靠的先决条件,而原有计量检定系统检测能力不高、效率低下、人为误差大,难以满足目前的任务需要,迫切需要建立现代化的省级气象计量检定系统。过去很多研究表明[1-2],人们试图建立一套软硬件并举、过程控制智能、自动化程度高的气象计量检定业务系统,从而提高气象检定的质量和效率。

      省级气象计量检定业务自动化系统采用先进的计量标准、科学合理的自动化检定方法、有效的质量监督管理,以保证量值传递的准确性。系统采用B/S开发模式构建,C/S结构技术处理,从系统设计入手,软硬件同步,在信息化管理、智能自动化检定、过程控制、数据处理等方面的研究均有突破,实现了从人工到自动检定的跨跃。系统集合了检定信息的Web自动发布和短信报警功能,实现了从仪器收发、自动检定、质量保证、超检预警等主动性闭环控制,并在标准设备的比对核查和性能监测控制等方面取得了重要进展。

    • 系统主要包括省级计量业务的管理子系统和自动化检定业务子系统两部分[3]。整个系统以海量数据库技术为基础,采用层次化、模块化及面向对象分析和设计技术。其中,省级计量业务的管理子系统采用了B/S开发模式,自动化检定业务子系统采用了经典的C/S结构。

    • 图 1是省级气象计量检定业务自动化系统的体系结构示意图。

      图  1  系统体系结构图

      Figure 1.  System architecture diagram

    • 由于计量检定管理业务子系统的复杂性和各地的差异性[4],以及不断增长的业务需求,需要系统具有较强的灵活性和可扩展性。为了适应需求,系统采用了分层和模块化的设计方法。本系统采用了B/S三层架构技术[5],分为数据库层、数据访问层、数据实体层、业务逻辑层、Web表示层。

      业务逻辑层:完成主要的领域逻辑,包括各种检测的管理类、仪器收发管理类、器具管理类、证书和原始记录管理类、标准器管理类、计量标准管理类、检定规程数据处理类、客户管理类、查询统计业务实现类等等。

      数据实体层:提供各种数据实体类,与实际的数据库表之间建立映射关系,并为各层进行数据传递提供了封装。

      数据访问层:完成对数据库的操作,隔离了具体的数据库平台;目前版本系统支持的数据库为SQL Server 2005。系统采用接口的方式使用数据访问层,因此,当数据库平台改变时,只需要修改或扩展数据访问层就可以实现支持其他的数据库平台,如Oracle,MySQL等, 而不会影响系统的其他部分。

      Web表示层:主要采用ASP.net动态网页技术实现,为提高用户体验,部分采用了AJAX技术;针对特殊的应用需求 (打印送检条码和检定完成条码),采用了在页面嵌入ActiveX控件技术实现。

      数据库层:主要是为系统提供数据持久化的支持和海量信息的管理;目前本系统基于成熟的SQL Server 2005系统设计。

      系统主要包含仪器收发、仪器检修、系统管理、预警超检、报表处理、综合查询统计、计量器具管理等模块[6](见图 1的业务管理子系统部分)。

      计量检定管理业务子系统采用了.net 2.0平台开发,前台的页面部分采用ASP.net技术开发,后台的业务代码部分采用C++ 2.0[7]开发。

    • 系统基础资料管理部分包括:用户信息管理、用户权限设置、器具资料、标准器管理、计量标准管理、原始记录模板、证书模板、程序文件、数据维护等,这些资料是开展检测工作的基础。该系统在后台管理系统中完成对大部分基础资料的管理工作。系统为每种类型的基础资料提供了输入界面,具有管理员权限的用户可以通过这些界面对相应类型的资料进行增加、删除、修改操作。系统自动记录用户在系统中的各种操作行为,供管理员查询[8]

      为严格保证检验业务的严肃性,系统提供了严密的用户使用权限区分功能。具体包括设置操作员的模块进入权限 (如是否允许进入审核检验证书模块等) 和各模块的操作权限[9],使操作员按其工作职能使用本系统。

      系统采用了基于角色的权限分配机制,用户的资料信息加密处理后保存到数据库中,有效地提高了用户信息的安全性。

    • 仪器收发模块由仪器登记、变更、领样、返样及查询等组成。系统提供智能搜索功能,选择相应器具仅需输入仪器出厂编号。仪器信息输入可以从计量器具库中选择/编辑或直接输入。系统自动为输入的仪器生成唯一性条码 (采用ActiveX控件来控制专用的打印设备完成对唯一性条码的打印任务),打印张贴, 并可输出委托单打印件。同时,收发人员可以在检定状态查询页面中查询仪器的检定状况[10]

    • 系统对检测实现了权限控制,检测人员只能检测其有权检定的相应检测项目。检测人员检索到其检测仪器后,可在系统提供的检测仪器挑选界面中进行仪器挑选,一般按检测类型分类,形成一批次的检测仪器。仪器挑选后,对仪器按操作规程进行检测。常规检测完成后,需要进入相应检测项目的原始记录输入界面,录入相应数据。自动化检测时,自动化检测软件会自动保存数据。任何数据一旦确认提交,检定员将无修改权限。检测完毕,提交时,系统会自动按照检定规程进行数据处理,自动生成待审核的原始证书和原始记录 (可对证书进行有条件修改),自动提交审核。经有权限审核的人员审核通过后,提交证书批准人批准,批准后方可打印。具体流程如图 2所示。

      图  2  检测流程图

      Figure 2.  Detection flowchart

    • 仪器检测资料的输入是按操作规程进行的[11-12],只有规范操作才能输入信息。如风速表检定,仪器通过条码扫描进来后,系统会自动选择计量标准和检定规程。检定数据按正式原始记录格式输入。

    • 检定员按规范要求输入数据,点击保存时,系统自动根据相应检测类型的检定规程或数据处理算法进行数据处理,并生成正式原始记录。任一仪器的原始记录、检测证书等均唯一对应[13-14]

    • 检测人员将检测数据录入并通过检测完毕确认后,系统会根据选择的器具类的证书模板自动生成证书。

    • 系统实现了仪器检定状态、报警信息、器具类型、客户信息、检定标准等的查询功能。

    • 部署于服务器上的短信服务系统为预警超检模块提供了短信服务的支持。该短信服务系统通过专用的短信调制解调设备 (MP800/MP810),定时匹配检定数据库中的相关信息,并将相应短信发送到客户手机或者责任人手机上。

    • 自动化检定 (测试) 业务子系统主要实现温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检测[15],可检测传感器的计量特性,自动采集数据、计算结果、合格判定、生成原始记录和检测证书。

    • 图 3由气压自动检定装置、气压自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

      图  3  气压自动检定结构图

      Figure 3.  Atmosphere pressure automatic test chart

      检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、智能电源模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块。气压自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计,基于Windows NT平台[16],采用VC++开发。气压自动检测软件控制气压自动检定装置,同时对8个PTB220等气压传感器进行自动化检定工作。

      检测完成并提交审核后,系统自动将检测数据保存到数据库中。相应权限的人员可以在计量检定管理业务子系统的气压自动检定的审核界面审核检定结果。审核通过并通过批准后,可以出具相关证书。

    • 图 4为温度自动检定结构框图,由温度自动检定装置、温度自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

      图  4  温度自动检定结构图

      Figure 4.  Temperature automatic test chart

      检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块;温度自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计,基于Windows NT平台,采用VC++开发。温度自动检测软件控制温度自动检定装置,可以同时对32个PT100/PT1000等温度传感器进行自动化检定工作。在温度自动检定控制软件界面中,实时曲线界面清晰地反应了温度控制槽中实际温度的波动情况。

    • 图 5为湿度自动检定结构框图,由湿度自动检定装置、湿度自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

      图  5  湿度自动检定结构图

      Figure 5.  Humidity automatic test chart

      检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块;湿度自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计,基于Windows NT平台,采用VC++开发。

      湿度自动检测软件控制湿度自动检定装置,可以同时对16个HMP45D等温湿度传感器的进行温湿度自动化检定工作。

    • 检定数据的准确与否是系统业务化的关键,准确性测试包括测量准确性和数据处理的准确性[17-18]。经中国气象局国家气象计量站组成的专家组对该系统进行测试评估,其测试结果如表 1表 2所示。

      表 1  系统准确性测试表

      Table 1.  System accuracy test

      测试内容期望结果实际结果结论
      误差处理检定处理数据正确正确符合
      计算公式温度、湿度、气压、风等换算公式应用正确计算或换算正确符合
      数据采集电阻、电压、数字量采集准确准确可靠符合
      不确定度不确定度符合规范要求符合规范要求符合

      表 2  系统稳定性测试表

      Table 2.  System stability test

      测试内容期望结果实际结果结论
      系统硬件长时间运行稳定,重复启动无故障稳定运行符合
      系统软件多用户操作,多任务运行情况稳定运行符合
      测量重复性多次重复测量的一致性测量结果重复一致符合

      表 2为系统的稳定性测试表,主要测试系统运行的稳定性,包括系统硬件设备运行的稳定性、软件系统运行的稳定性及检定结果的测量重复性。

      通过对系统的整体性能进行测试,评估系统应用对检定工作的效率变化量。提高率以下式计算:

      (1)

      式 (1) 中,RI为提高率,EC为现检定效率,EO为原检定效率;其中,检定效率

      (2)

      式 (2) 中,N为检定总量,是指从接收被检仪器到检定完毕 (出具了检定证书) 所完成的仪器总数;t为工作时间,工作时间是指完成检定所经历的时间。

      经过原有的工作情况与应用系统后进行比较,极大提高了工作效率[19-21],详见表 3

      表 3  系统效率测试评估表

      Table 3.  System efficiency test and evaluation

      测试内容评估内容评估结果
      气压检定原人工检定与自动检定效率提高约500%
      温度检定原人工检定与自动检定效率提高约200%
      湿度检定原人工检定与自动检定效率提高约600%
      风速检定原人工检定与自动检定效率提高约50%
      雨量检定原人工检定与自动检定效率提高约50%
      证书打印原人工检定与自动检定效率提高约50%
    • 省级气象计量检定业务自动化系统经过半年试用,运行稳定可靠,满足了业务需要。该系统实现了自动气象站传感器的批量自动化检定,检定过程无需人工干预;系统提高了检定质量,检定数据准确可靠,消除了人为误差,准确性优于人工读数;系统提高检定效率,工作效率有大幅提高;系统的自动化检定符合相应规范规程要求;系统具备可拓展性和前瞻性,以适应气象探测技术的发展;系统可应用于气象、军队、民航、环境监测部门、农、林、水等部门计量业务应用。

参考文献 (21)

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