气象信息化标准体系框架研究

文｜周勇，刘东君，马锋波

气象信息化标准体系框架研究

文｜周勇，刘东君，马锋波

一、引言

目前，气象信息化建设面临若干突出问题，如：资料格式不统一、数据质量不高、信息共享不畅、系统建设不集约等。标准体系建设作为气象信息化建设的重要基础性工作，已经放到了优先位置。建立健全气象信息化标准体系是解决上述问题，保障气象信息化建设顺利进行的关键措施之一。

由于信息化建设是一项涉及面非常广泛的系统工程，涉及大量的标准和规范，因此必须对这些标准和规范按照内在联系进行有序地整理，最终形成一套完整的信息化标准体系。按照国家标准《标准体系表编制原则和要求》（GB/T 13016-2009），标准体系是一定范围内的标准按其内在联系形成的科学的有机整体。而标准体系框架作为标准体系的重要组成部分，表现为一种标准分类方法，用来对标准进行粗线条的分类，把大量的已制定的无序的标准映射为有序子体系，划清各部分的界线，有助于发现标准制定的空白领域，提出需要加强的方面，从而系统性、整体性地推进信息化标准的制定和完善。

因此，建立健全气象信息化标准体系，先要从气象信息化标准体系框架的设计入手。

二、研究现状

（一）国内其他行业和部门信息化标准体系框架研究现状

信息化标准对于顺利开展信息化建设，有效地开发利用和共享信息资源、实现系统的互联互通和互操作、确保业务运行安全和可靠至关重要。而作为制定信息化标准的前期基础性工作，信息化标准体系框架的设计得到了各行业、各部门的普遍重视。

2003年6月，水利部信息化工程领导小组办公室编制出版了《水利信息化标准指南》，提出了由水利信息化基础标准、信息传输与交换标准、业务应用系统规范、信息发布服务系统规范、水利信息化管理标准等部分组成的水利信息化标准框架，推进水利信息化标准建设。2004年8月，全国物流信息管理标准化技术委员会编制发布了《物流信息标准体系表》，主要包括物流信息基础标准、物流信息技术标准、物流信息管理标准、物流信息服务标准及其他标准等框架性内容。2009-2010年，海关总署陆续发布了《海关信息化标准化工作指南》和《海关信息化标准体系》，提出了由总体标准、基础设施标准、信息资源标准、应用标准、信息安全标准和信息化管理标准等6部分构成的海关信息化标准体系框架。2013年4月，交通运输部编制了《交通运输信息化标准体系表（2013年）》，提出来包括基础设施、信息应用、信息资源、信息安全和信息工程等五部分组成的标准体系框架。至今，国内电子信息产业、水利、教育、建设、交通、银行、保险、证券、烟草等诸多行业都开始或者已经制定了本行业的信息化标准体系，其中，食品药品监管信息化标准体系、烟草行业信息化标准体系、电力行业信息化标准体系等已经成为行业标准。

（二）气象信息化标准体系框架研究历史和现状

2007年3月26日，经国家标准化管理委员会批准成立全国气象基本信息标准化技术委员会后，当年制定了《气象基本信息标准分体系》框架结构。该框架结构由术语子体系（包括气象数据和档案管理术语、气象通信网络术语、气象计算机应用术语）、气象信息传输类子体系（包括数据采集和传输格式、气象信息传输业务、气象信息传输技术)、气象数据管理子体系（包括气象元数据、气象数据处理、气象数据存储管理、气象数据服务）、气象档案管理子体系（包括气象档案保护拯救与数字化、气象档案归档管理、气象档案馆建设)、通信网络子体系（包括通信网络建设、通信网络应用、通信网络管理、通信网络保障）、计算机应用子系统（包括高性能计算机建设、存储系统建设、计算机系统管理、机房基础设施建设管理）、气象信息安全子体系（包括信息安全技术、信息安全管理）等7部分组成（图1）。

图1 气象基本信息标准分体系结构图（2007年）

《气象基本信息标准分体系》框架结构的制定，对气象信息网络业务标准化的建设起到了积极的促进作用，但目前已经难以适应气象现代化和现代信息技术的快速发展的新形势，主要表现在：涉及范围有待扩大，气象信息化已不等同于传统的气象信息网络业务，其涉及面更广，与业务的融合度更高；框架结构有待调整，需要借鉴、吸纳国家和外部门信息化标准体系框架研究的新成果、新经验；内容有待细化，以期更具体、有效地指导气象信息化标准的建设。

（三）信息化标准体系框架的比较分析

各行业和部门的信息化标准体系框架虽然各具特色，但通过比较分析，也不难发现它们具有的共同之处和规律性，这是由信息化工作的特点和自身规律性决定的。

表1 部分行业和部门信息化标准体系比较（简表）

总体而言，信息化标准体系框架结构一般都包括总体标准（或称为：总体框架标准、标准体系、标准化指南等）、术语标准（或称为术语和主题词表等）、网络基础设施标准（或称为：信息网络标准、基础设施标准等）、信息资源标准、信息应用标准（或称为：应用标准、业务应用系统规范等）、信息安全标准、管理标准（或称为：信息化管理标准）、应用支撑标准等分系统内容。其中，总体标准包括信息化建设的总体性、框架性、基础性的标准和规范，术语标准用于统一信息化建设中遇到的业务、技术和管理等各类词汇，网络基础设施标准用于规范信息网络基础设置的技术架构、设备特性和接口标准等，信息资源标准用于规范数据格式、质量和共享等，信息应用标准为应用系统的建设提供统一的标准规范，信息安全标准贯穿信息化建设的全过程，是各行业、各部门信息化标准体系中不可或缺的组成部分。

三、气象信息化标准体系框架结构

（一）气象信息化标准体系框架模型

制定气象信息化标准体系框架，先要从构建气象信息化标准体系结构模型入手。气象信息化标准体系框架模型是从系统工程的角度对气象信息化标准进行抽象概括，一方面规定了气象信息化标准所涵盖的范围及对象，另一方面也直观地展现出各类信息化标准的作用及相互关系。依据国家《电子政务标准化指南》的参考模型，结合气象信息化的特点，设计气象信息化标准体系框架模型如图2所示。

图2 气象信息化标准体系框架模型

总体标准为气象信息化标准提供基本原则、指南和框架，以及通用性、基础性的信息化术语定义。基础设施标准为气象信息网络、软硬件设备、机房场地环境的建设、运行、维护和管理提供技术规定和管理要求，确保气象信息化基础设施间能互联互通。信息资源标准为各类气象业务和行政管理数据资源提供数据类型、分类、编码/代码、元数据等方面的标准和规范，以实现跨部门、跨地区、跨系统的信息资源共享。信息应用标准为各种气象信息系统提供技术设计、数据交换、系统接口等方面的标准与规范，以及为应用系统提供基础服务、互操作机制、软构件等应用支撑的技术要求。信息安全标准是确保气象信息系统安全运行、确保信息和系统的保密性、完整性和可用性的保障体系，为气象信息化建设提供各种安全保障的技术和管理方面的标准规范。信息化管理标准为气象信息化建设提供管理手段和措施方面的标准规范，是气象信息化建设和信息系统正常运行的重要保障。

框架模型各部分相互之间是紧密关联的。总体标准分体系处于整个体系的最上层，为其它标准分体系提供总体指导和编制实施原则；信息安全标准分体系和信息化管理标准分体系贯穿于基础设施标准分体系、信息资源标准分体系和信息应用标准分体系之中。

（二）气象信息化标准体系框架

在上述框架模型的基础上，细化设计出由总体标准、基础设施标准、信息资源标准、信息应用标准、信息安全标准和信息化管理标准等6个分体系（一级类目）和29个二级类目构成的气象信息化标准体系框架，如图3所示。

1. 总体标准

总体标准分体系包括气象信息化标准指南和气象信息化术语2个二级类目。

气象信息化标准指南的目的是为气象信息化标准提供基本原则和框架。它主要包括气象信息化标准体系框架、标准化项目表等总体性标准规范。

图3 气象信息化标准体系框架

气象信息化术语标准的目的是统一气象信息化建设中遇到的业务、技术和管理词汇，避免引起对它们的歧义性理解。它主要包括气象信息化基础术语和专业术语表等相关标准规范。

2. 基础设施标准

基础设施标准分体系包括网络环境标准、服务器及存储设备标准、高性能计算机标准、电视会商系统标准，以及机房和场地环境标准等5个二级类目。

网络环境标准的目的是规定气象广域网、局域网及互联网接入的规划设计和建设要求。它主要包括网络结构、网络接口、网络设备、IP地址和域名分配等方面的标准规范。

服务器及存储设备标准的目的是规定气象信息化建设中使用的各种通用计算和存储设备功能、性能等方面的要求。它主要包括通用计算机、服务器、存储设备及相关外设等硬件，操作系统、商用数据库等基础软件，以及气象云中心基础资源池建设等方面的标准规范。

高性能计算机标准的目的是规范气象领域高性能计算机系统建设、使用和评测等方面技术和管理要求。它主要包括气象部门建设和利用外部门高性能计算机系统资源相关的资源管理、测试评估等方面的标准规范。

电视会商系统标准的目的是规定气象部门电视会商系统建设和运行所需遵循的技术和管理要求，确保各级各单位的电视会商系统互联互通。它主要包括气象行业电视会商系统技术规范和管理规范等。

机房和场地环境标准的目的是为保证气象信息网络系统正常运行，对机房场地、机房安全、防火、防尘、防静电、温度和湿度等方面提出具体要求和相关标准。它主要包括气象信息系统机房设计、施工以及综合布线等方面的标准规范。

3. 信息资源标准分体系

信息资源标准分体系包括数据分类分级和编码标准、数据获取标准、数据元和元数据标准、文件格式标准、数据库标准、质量控制标准，以及政务信息代码和数据格式标准等7个二级类目。

数据分类、分级和编码标准的目的是把气象信息按其属性和特性进行归并，科学划分类别和级别，并按规范的符号体系赋予代码或符号，作为有关信息系统进行处理和交换的共同语言。它主要包括气象资料、要素、预报数据和产品、服务数据和产品，以及相关行业和社会数据（注：行政管理信息在“政务信息代码和数据格式标准”部分）的分类、分级和编码标准规范。

数据获取标准的目的是规定气象部门通过各种渠道获取气象、相关行业及社会数据的技术、业务和管理要求。它主要包括气象部门内部综合观测、国际间交换数据、其它部委共享交换数据，以及互联网和社交网络数据等多来源数据获取的标准规范。

数据元和元数据是定义和描述其他数据的数据。数据元是指用一组属性描述定义、标识、表示和允许值的数据单元。数据元字典列出并定义相关数据元。元数据标准的目的是规范全球天气、气候、水文、地球环境以及气象业务和服务相关等领域的海量数据资源，为提供标准便捷的数据服务打基础。它主要包括气象数据集核心元数据、气象服务产品元数据、气象应用元数据、气象云数据资源业务元数据规范、气象档案元数据规范等标准规范。

文件格式标准的目的是为气象数据采集、通信、存储和处理提供一致的文件格式标准，为以文件方式进行气象数据交换、共享服务提供支持。它主要包括文件命名、文件内容格式等方面的标准规范。

数据库标准的目的是规范气象业务和服务采用的数据库内容和结构，为以数据库方式进行气象数据管理、共享服务提供支持。它主要包括数据库和表结构、字段命名、要素格式、数据库应用接口等方面的标准规范。

质量控制标准的目的是提供气象数据质量控制算法和评估方法等技术和管理要求。它主要包括基本气象资料质量控制算法和气象数据质量评估方法等方面的标准规范。

政务信息代码和数据格式标准的目的是为气象部门电子政务建设提供统一的数据规范。它主要包括行政、财务、人事等电子政务相关领域的信息代码和数据格式等标准规范。

4. 信息应用标准

信息应用标准分体系包括信息交换共享标准、应用系统标准、业务流程标准、专业算法标准和运行维护标准等5个二级类目。

信息交换共享标准的目的是为保证气象部门内跨地区、跨部门、跨系统的数据交换提供交换机制。它主要包括气象信息资源交换体系、数据中心开发所涉及的标准规范。

应用系统标准的目的是规定各业务和管理应用系统的功能、性能、设计规范、接口标准，以及为应用系统提供基础服务、互操作机制、软构件等应用支撑的技术要求。它主要包括观测应用、预报预测应用、服务应用和电子政务等方面的标准规范。

业务流程标准的目的是对有必要保持一致并相对稳固的关键业务流程进行抽象化和规范化。它主要包括气象行政许可操作流程、主要业务数据流等方面的标准规范。

专业算法标准的目的是规定各类气象数据和产品加工处理算法等技术规定和管理要求。它主要包括基础资料整编、多源数据融合、数据再分析算法以及气象预报和服务产品制作等方面的专业算法标准规范。

运行维护标准的目的是规定气象信息化系统可靠运行所需的技术规定和管理要求。它主要包括系统监控、运行管理、系统维护等方面的标准规范。

5. 信息安全标准

信息安全标准分体系包括信息安全总体标准、物理安全标准、网络安全标准、主机安全标准、应用安全标准、数据安全标准和安全管理标准等7个二级类目。

信息安全总体标准的目的是为气象信息安全建设提供总体框架。它主要包括安全体系结构、模型和总技术要求等方面的标准规范。

物理安全标准主要包括与物理设备的安全和设备的运行环境等相关的标准和规范。

网络安全标准主要包括与计算机网络系统安全相关的标准和规范。例如，安全协议、网络访问控制、入侵检测和密钥管理等。

主机安全标准主要包括与主机和操作系统的安全、密码技术、电子签名、抗抵赖机制、鉴别机制和信息安全产品相关的标准和规范。

应用安全标准主要包括与电子邮件安全、Web安全和域名系统安全等相关的标准和规范。

数据安全标准主要包括与涉密、敏感数据相关的密码技术、密钥管理、应用限制等标准和规范。

安全管理包括与系统安全管理、测试与评估和等级与风险管理等方面的相关标准规范和规章制度。

6. 信息化管理标准

信息化管理标准分体系包括工程项目管理标准、信息化评价评估标准和信息系统资产管理标准、气象云建设和运行管理标准等4个二级类目。

工程项目管理标准的目的是气象行业在信息化项目建设与管理过程中所涉及的相关标准。它主要包括项目规划、立项、审批、实施、验收、监理、测试及技术培训等方面的标准规范。

信息化评价评估标准的目的是科学衡量各地区、各部门信息化发展水平，科学指导信息化建设。它主要包括气象信息化水平定性和定量评价评估等方面的标准规范。

信息系统资产管理标准的目的是提高气象信息系统投资效益和资产使用效益。它主要包括气象信息化过程中形成的有形资产投资、使用等方面的标准规范。

气象云建设和运行管理标准的目的是加强气象云建设的标准化，规范公有云、私有云或专有云的设计、建设、监控和运行。它主要包括气象云基础设施标准、公有云数据管理规定等内容。

四、推进气象信息化标准体系建设的几点建议

2007年全国气象基本信息标准化技术委员会成立以来，加速了气象信息化标准化工作。为了适应气象信息化发展新形势、新需求，建议进一步做好以下几方面工作：

（一）强化气象信息化标准建设的系统性和整体性。深入研究、修改完善气象信息化标准体系框架，进一步细化并编制气象信息化标准体系表，并以行业标准或管理规范的形式下发执行，同时做好宣传和培训工作。

（二）加强气象信息化标准制定的组织和管理工作。气象信息化标准化工作是一项涉及业务、技术和管理等多方面，涵盖信息网络、资料业务、综合观测、预报预测和气象服务等多领域，影响国家、省、地、县等各级气象部门及国际、国内相关行业的复杂系统性工程。建议在中国气象局政策法规司的统一管理下，由全国气象基本信息标准化技术委员会牵头，组织部门内、外技术、业务和管理专家分组、有序、并行推进标准制定工作。

（三）重视引进、消化和吸收国内外相关行业信息化标准体系建设的成果和工作经验。国际上，世界气象组织（WMO）设有多个专家组，对《全球通信系统手册》、《编码手册》等气象信息化相关标准规范不断进行修订和补充，其成果可供借鉴和引用。在国内，我国气象信息化标准体系建设工作比其他一些部委起步晚，可供借鉴的成果和经验较多，只要充分利用好后发优势，可以少走弯路，加速发展。

（四）坚持开放合作的发展理念。一方面，积极参与国际标准化活动，继续推荐和派遣有关专家加入WMO气象信息技术专家组，参加WIS、表驱码、元数据以及各类资料格式相关业务技术标准规范的起草、制定和协调工作；另一方面，保持和扩大与国家标准化管理委员会、其他部位标准化管理机构和专家组的联系，加强交流与合作。

五、结束语

气象信息化是气象现代化不可或缺的重要组成部分。国内外实践经验表明，信息化标准体系是信息化建设的前提，决定着信息化建设的成败。目前，气象信息化标准的制定还比较集中于通信规程、数据格式、软件开发等业务技术领域，缺乏信息化管理和信息安全等方面的标准规范。而且，气象信息化标准的整体性和系统性不强。针对上述问题，本文提出了一套气象信息化标准体系的框架模型和基本框架，可为进一步完善和制定气象信息化标准体系提供参考，进而推进气象信息化建设的顺利实施。

本项目的研究过程中得到了全国气象信息化工作组和国家气象信息中心气象信息化标准工作组专家的大力支持和指导，取得的成果可供今后中国气象局气象信息化标准化建设和国内其他部委信息化标准体系建设参考。

作者单位：周勇、刘东君： 中国气象局预报与网络司，马锋波： 中国气象局政策法规司