民航气象资料存储与管理系统的设计与研究

余朋 陈甫

摘要：该文通过对民航气象资料管理的业务现状进行分析，提出了建立民航气象资料存储与管理系统的构想。并对系统的数据处理流程、逻辑结构、物理结构、硬件组成和软件功能模块进行了详细设计与研究。

关键词：气象；存储；数据流；结构；系统

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)23-5556-05

The Design of Aviation Weather Data Storage and Management System

YU Peng,CHEN Fu

(Southwest Regional Air Traffic Management Bureau.CAAC, Chendu 610202 ,China)

Abstract：Through analyzing the situation of metrological material management system for civil aviation, the idea of establishing a storage and management system for metrological material of civil aviation is put forward in this article. In addition,the flow of data processing, logi? cal structure, physical structure, hardware composition and software module is designed and studied.

Key words: meteorology; storage; data stream; structure; system

天气是影响航班正点率的重要因素，风、云、有效能见度等气象要素是机场最低运行标准的重要内容,而人类航空史上因天气原因造成的飞行事故以及备降等事件不胜枚举。伴随着我国航空事业的飞速发展，航空气象用户对气象服务的范围和水平提出了越来越高的要求，航空气象数据的种类和信息量也因此与日俱增，资料使用方式和手段越来越先进，基于历史气象资料对气象变化规律进行总结、分析和研究,对于提高气象数据应用水平，更好地提供航空气象服务具有举足轻重的作用，气象资料已成为航空气象业务与服务一刻也离不开的重要部分。

1业务现状与需求分析

成都气象中心作为西南地区主要的气象服务单位，下属预报、观测、气象设备、气象数据库、业务办等多个部门，在尚未建成气象资料存储系统的状况下，成都气象中心主要由气象数据库、预报等部门采用手工数据收集、光盘的方式进行气象资料的存储，无固定的资料存储场地、数据存储方式较多，对数据进行加工和利用的效率很低。

1.1航空气象资料数据来源分析

目前西南空管局气象中心需要纳入“航空气象资料存储系统”的数据主要有以下两类：（1）长期工作中累计的各种纸质档案资料；（2）工作中产生并需要保存的电子档案资料；

1.2航空气象资料的管理存储方式

系统依据以下规则实现数据存储管理：

（1）西南空管局气象中心现保存的各类纸质资料及电子化资料全部纳入航空气象资料数据库管理；

（2）机场地面气象自动观测数据、常规天气报等资料循环滚动保存，数据在线保存时间不少于30年（≧30年），在线保存的同时自动备份至离线存储设备；

（3）多媒体、卫星云图、雷达回波等图形、图像等数据占用空间较大且使用频度相对较小的资料，数据存储年限不超过两年,即：该类数据2年内在线存储，同时做离线备份，2年以上数据只进行离线存储；

（4）文档、学术资料等占用空间相对较小且使用频率较高的资料，5年内的采用在线存储，同时做离线备份，5年以上的采用离线存储。

（5）系统支持用户对存储策略进行动态调整和设置；

1.3数据处理流程分析

航空气象资料存储系统是一个面向历史、非事务的数据管理系统。系统数据主要来源于已经归档的气象历史资料以及当前气象业务系统产生的气象数据。气象资料存储系统按照以下步骤进行数据处理：

（1）数据抽取：根据数据一致性的原则，将非结构化的数据抽取为结构化的数据，实现从纸质资料、电子表格以及各气象业务子系统中采集相关数据资源；

（2）数据清洗：过滤那些不符合要求的数据。不符合要求的数据主要是指不完整数据、错误数据以及重复数据。

（3）数据转换：根据数据一致性的原则，将相同类型不同表述的数据转换为一致性数据；同时根据数据的粒度要求对相同类型数据进行聚合；

（4）数据存储：将转换后的数据存储到数据库；

（5）数据应用：面向各类气象数据用户和系统管理管理维护人员，提供B/S应用访问方式，将存储在数据库中的数据，多样化的展示给用户，满足用户数据访问要求；

（6）数据管理：按照用户对数据的管理要求，实现数据的自动或手动转储，确保在线数据存储规模不超过系统存储设备的存储容量。

系统的数据处理流程如图1示。

2系统总体设计

2.1系统总体架构

2.1.1系统逻辑结构

系统采用B/S/S和C/S相结合的架构。其中数据采集子系统、数据归档处理子系统以及数据备份与恢复子系统主要实现数据的收集和数据维护管理工作，工作过程无需工作人员干预，是独立于用户的后台数据服务程序,同时上述三个系统均需要频繁的访问服务器，从效率以及系统稳定性角度考虑，上述三个子系统采用C/S架构实现。气象资料查询与统计子系统直接为用户提供数据访问和应用服务支持，是用户使用和管理数据的接口支撑；系统监控和数据维护子系统面向系统的管理维护人员：报告系统整体应用状态，是实现系统用户定义及其权限管理以及维护系统的正常运行的人机交互接口。为方便用户操作，提高系统的可维护性，上述两子系统采用B/S/S多层架构实现。

系统结构层次如图2示意。

图2系统结构层次

2.1.2系统物理结构

系统主干网络依托西南空管局成都气象中心气象业务网建成，针对统一存储服务器、磁带库以及存储管理服务器等系统主要数据存储和管理设备建设SAN网络，实现数据的存储区域网络。系统物理结构如图示意：

图3系统物理结构

系统用户遍布气象中心各个科室。系统为预报员以及观测员等专业气象工作者提供数据查询、反衍和下载服务；满足数据库管理员对系统进行数据备份、恢复等数据管理的应用需求，同时为系统维护人员提供系统运行状态监控，保障系统正常运行。

2.2数据库的选择

由于Oracle数据库系统具有稳定可靠、开发工具丰富等优点，我们选取oracle 10G作为航空气象资料存储系统的数据库管理软件。

2.3硬件组成

航空气象资料存储系统计划采用统一存储结构，该结构具有性能卓越、扩展灵活、成本控制有效、存储架构复杂性相对较低、管理简单等特点。使用统一存储架构，可方便实现多系统资源共享、有效利用存储资源、降低总拥有成本、增强数据保护及灾难抵抗能力，该架构可使航空气象存储系统能很好地满足IT及气象业务的发展要求。从拓扑结构可看出，系统设计将存储与应用分离，系统分为存储层、服务器层、TCP/IP层，建立这样分层次结构的好处是每层均可横向扩展，存储空间不足可实行存储设备扩容，主机应用系统不足可向SAN中增加主机系统来满足业务的需要。

从图中我们可以看出，将航空气象资料存储系统的数据库服务器（即：存储管理服务器）、民航气象数据库、以及统一存储服务器、磁带机等主要数据管理和存储设备接入西南空管局气象中心区域存储网络（SAN），确保数据库服务器对存储设备的高速访问；将卫星、雷达等基于文件类型产品的气象业务系统以及检索服务器等设备接入网络区域存储（NAS）以扩展相关系统对存储的应用要求。气象中心主要的气象数据服务器和存储设备放置于统一存储区域网络中，防止由于频繁进行大数据量通信，影响气象中心网络正常运行的同时，利用系统存储设备，还将解决目前民航气象数据库系统存储空间严重不足的问题，方便快速地实现数据备份、恢复、容灾等功能，提高民航气象数据库的健壮性。通过统一存储系统的建设和应用，形成了一个以数据为中心的典型应用环境，各业务系统及用户均通过局域网来使用和访问存储系统，也为数值预报系统、科研培训系统等新增业务提供连接能力。

图4存储结构

2.4软件系统设计

2.4.1系统组成

系统功能设计着眼于用户需求进行功能子系统划分，根据用户前期需求系统软件由：数据库子系统、数据采集子系统、历史资料归档处理子系统、数据备份与恢复子系统、数据查询与统计子系统、数据分析子系统以及系统管理和维护子系统六部分组成。在系统具体实现过程中，系统功能实现将根据用户需求变化情况进行调整和增加。系统软件组成如图5示意。

2.4.2开发平台和测试工具

在开发过程中，我们拟选用studio 2008 asp.net和c#作为开发平台和语言；数据管理工具选用Oracle 10GForAix Unix；拟采用Subversion作为代码版本的控制平台；Nunit作为单元测试工具；

3结束语

该文较概括的分析了民航气象资料管理与存储系统的现状、需求分析，软硬件架构等，提出了较为完善的系统设计方案。通过航空气象资料存储系统的建设，可实现气象资料的管理、整合、集成、分析和共享，对总结气象衍变规律、发展航空气象科研、提高气象预报准确率、保障航空飞行安全，具有重要的现实意义。

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