气象预报评分系统的设计与实现

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1、气象预报评分系统的设计与实现胡冬利;徐海龙;多海伟;祈欣;何玲【摘要】 In order to improve the forecast of ifne management,we develop an system of Weather Forecast Grading on base of the current methods. By reading the database forecaster every entry the forecasting data and the weight of prediction threshold is selected, the system

2、can quickly and accurately calculate the forecast weather and temperature prediction accuracy. At the same time, in order to improve the accuracy of forecast data entry, and the assessment of rigor, using network time Synchronization management mechanism.This paper introduces the main features of th

3、e system and the design and Realization of each module.The practical application shows that the system is safe, stable and reliable.%为 了提高预报部门的精细化管理，在现有预报手段的基础上，开发了一种预报评分系 统。通过读取数据库中的预报员每天录入的预报资料，基于评分权重及预报阀值的 选取等方式，快速准确地算出预报员的天气及气温的预报准确率。同时，为了提高 预报员数据录入的准确性，以及考核的严谨性，采用了网络授时的管理机制。本文 着重介绍了系统的主要特点以及各模块

4、的设计和实现。实际应用表明，该系统安全 稳定可靠。【期刊名称】软件【年(卷)，期】2013(000)009 【总页数】5页(P22-26)【关键词】预报评分用户管理网络授时评分算法;数据库【作者】胡冬利;徐海龙多海伟祈欣何玲【作者单位】连云港市气象局，江苏连云港222003;江苏省自动化研究所，江苏 连云港222003;连云港市气象局，江苏连云港222003 ;连云港市气象局，江苏连 云港222003 ;连云港市气象局，江苏连云港222003【正文语种】中文【中图分类】TP311.520引言目前，正在大力倡导发展现代气象业务体系，对于气象业务部门来说，“以提高预 报预测准确率和精细化为核心的气

5、象预报预测业务”成为重中之重，而对于业务管 理者来说，如何提高预报的准确率，除了本部门技术人员强化业务学习，还需要有 一个科学而完善的手段来督促和考核，以达到提高效率，规范服务。预报精细化程 度的提高，对预报产品的质量评定难度加大，为实时、客观地评价精细化预报产品， 开发了能够自动、实时评定预报成绩的评分系统，对预报员成绩进行评定和管理 1-5。过去我们采用人工评分的方法，每月月初把所有预报员的预报数据和实况进行比对， 得出预报评分结果，既繁琐又浪费时间，而且采取的评定方法都是绝对准确率，存 在值班次数多少或值班时遇到的过程不均等的现象，没有客观的反应出预报员的预 报水平。所以我们需要一个先进

6、而可靠的评分系统，既可以省去人工评分带来的时 间浪费，也可以随时检验预报员的预报质量，督促预报员探究报错的原因，总结经 验教训，以达到提高预报水平的效果。且在事后的过程总结以及文章撰写方面有极 大的帮助。本文正是针对上述提出的问题设计的预报评分系统，管理员对预报员每天录入的数 据库的预报值进行算法分析，得出每个预报员每月成绩。此预报系统采用了网络授 时机制，即数据库系统读取的时网络时间，在规定的时间之内必须输入预报值，否 则有效时间一过，即视为无效，也不能继续输入。预报评价的意义是主要包括以下3个方面：一是对预报质量进行监控；二是通过 质量监控发现问题，改进预报质量；三是比较不同预报系统的质量

7、。1开发设计原则U本系统开发设计基于以下原则：1）度量指标应该满足如下要求：使天气预报的评估过程对预报员的任何不利影响达 到最小，并能够对不同预报样本的预报结果进行横向比较，即，一种评分方法，既 要避免预报员为获取高分而做出不合理的预报，而且不同地区的预报结果可以互相 比较，不受事件概率的影响7-8，以便对预报质量进行客观公正的评估。在本系 统中，采取了限时录入数据，并设计了算法来计算预报成绩的方法。2）系统选取天气状况和气温预报这两个测评检验对象，天气状况为定性测评，分为 “晴”、雨”、雾”、“雪”4种，气温则分别对最高气温和最低气温进行测评，考察范围为未来的120小时，温差绝对值小于2度为

8、正确6。图12气象评分系统安全管理2.1目的对于网络环境下的多用户数据库而言，安全问题是至关重要的，必须对不同的用户 赋于不同的访问权限，才能保证数据库中的数据不被泄漏或破坏。对于气象业务部门来说，系统安全管理是日常工作的重要组成部分，其主要目的在 于建立气象评分系统及其子系统安全程序要求，保证系统内任务和活动计划实施的 完成，并使之与系统最终的评估要求相一致。系统安全管理综合考虑与系统相关的 所有安全问题，全面分析整个系统，并着重考察系统中各子系统的交集面。在项目 实施的早期阶段应用系统安全管理，梳理安全预估风险，会得到最大的效益。在气 象评分系统中，安全管理主要在特定的气象资料条件下，最大

9、程度地减少事件损失， 尽可能地减少因安全问题而产生的对系统进行的不可预估的修改。在项目开发的各 个阶段，通过制定并实施系统安全程序计划进行记录，交流，完成管理部门确定的 任务，最终达到预定的安全目标。2.2主要目标本系统安全管理的主要目标是在功能和程序要求相一致的条件下，达到最大程度的 安全，保证气象业务部门在进行决策之前能充分了解剩余风险，以便在决策时予以 重视。由于本系统运行于网络之中，所以必须充分考虑其安全性，具体来说，一是 系统登录必须有加密措施，二是数据存储必须选用安全性能较强的数据库。2.3主要阶段本评分系统安全管理履行了三个主要阶段：1）开题论证阶段。本阶段确定系统目标和系统安全

10、任务，以及确定达到目标的方法， 根据气象评分系统特征，确定硬件的组成部分、组网方式，单位成本，程序管理结 构，以及硬件部分对系统安全的重要性等信息，拟定系统安全运行计划。气象业务 部门确定项目负责人，进行项目任务和活动的管理分配，这些任务包括：确定及评 价潜在的关键安全领域；建立安全要求；控制、消除有关危险和风险评定的决策； 危险和风险信息的交流和记录；安全程序复查和审核等。2）测试阶段。主要有四个部分，测量系统输出、将其与理想输出做出比较，当有重 大差异时加以矫正，符合要求时继续正常工作。如果系统输出与实际输出有重大差 异时，应确定采用何种安全技术措施加以矫正并实施。3）试运行阶段。气象预报

11、部门主要负责并及时完成系统安全任务的执行，风险评价 应是运行阶段的一个重要部分，及时并充分认识剩余风险，发现安全隐患，上报业 务管理部门。业务管理部门在对风险的充分认识之上，做出明智的管理决策，并及 时做出整改措施。3系统总体设计系统设计了友好的界面，其组成架构包括用户管理、网络授时、信息入库及评分算 法、信息查询四个方面，其系统结构图如图1所示：4模块设计4.1用户管理气象评分系统的所有用户由服务器统一注册并进行管理，注册包括用户名和密码的 分配；用户管理包括用户的登陆系统验证，用户权限分配，用户注销。系统根据用 户权限的不同等级设立优先权，最高级为系统管理员。系统为每个用户建立日志， 记录

12、每个登陆用户的各项行为，以时间、触发信息类别建档。对于用户访问权限的 管理，可定向于指定的设备如：某一台电脑，以确保信息的安全，防止泄密事件。 由于用户众多，数据庞杂，必定给整个系统的管理与维护带来很大的不便。信息数 字化和网络化不仅改变了传统预报模式的形态，并使得系统能通过TCP/IP网络形 成了一个数字化的整体结构，可使用数据库技术对整个系统进行配置与管理，对系 统中的数据流进行有效的控制，从而使得系统的管理与维护变得更加容易。本系统用户可分为两种，管理员和普通用户。1）普通用户：所谓“普通用户”就是指没有任何权限的用户，为什么要将数据库 必须运行在“普通用户”的状态下呢？因为如果使用了

13、超级管理员”或者本地 系统用户”来运行数据库，就会造成服务器被入侵。因此，为了服务器安全，务必 将数据库”运行在“普通用户”的状态下。同时，要对硬盘的权限做好对应的权限 设置数据库才能正常运行。在本系统中，普通用户只能录入120小时气象预报信 息。2）系统管理员：独立于预报组，一般由预报部门管理人员担任。其权限包括：普 通用户的申请、修改、删除，数据库的维护，数据文件归档储存，以及气象资料的 管理，月报、年报预报成绩查询、存档等职责。4.2网络授时网络时间同步的目的是在国际互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方法是 在国际互联网上指定若干时钟源网站，为用户提供授时服务，并且这些网站间应该

14、能够相互比对，提高准确度。以通信道为媒介同步授时，如计算机网络、电话网络。 这种授时方式需要占用信道时间，对信道的可靠性要求高，而且由于时间信号通过 信道传送到不同终端的延时不同，只能满足中等精度时间用户的要求。为了增强系 统的可靠性和数据录入的严肃，性，我们必须在设定的时段录入预报数据，所以，通 过网络授时来同步本地时钟是一种可靠而且必须采用的技术，这样避免了使用者擅 自修改系统时间，或者等实况出现才输入预报值的情兄，亦或者由于系统的时间的 不准确而造成最终考核不规范、不严密。本系统采用列举时钟源网站代理链接，避免了由于单一网站故障而不能做到同步本 地时钟这一缺陷。由于系统对授时精度要求不高

15、，到秒级即可，故任一服务器均可 作为授时服务时钟源。系统参考网络代理站点共15个，列举如下：本系统中，设站点列表为Si获取网络时间为GTi,其具体实现方法如下，4.3评分算法设计评分权重：事件预报的难度与其概率有关，当事件概率较小时，预报难度大，应给 予较大的评分权重；反之，当事件概率较大，预报难度较小时，则应给予较小的评 分权重，因此，在设计评分方法时，应考虑所报事件的难易程度而给予相应权重分。 以预报阈值取1C （或2C ）的气温预报准确率作为气温预报评分的标准，其预报 评分在不同程度上反映了各地的预报技术水平，便对于气温日际变化不同的区域， 呈现有气温日际变化越大评分越低的趋势。也就是说

16、，影响预报准确率的因子除了 预报技术水平外，还有气温日际变化这一因子6。减小气温日际变化的因素对气 温预报评分的影响，以提高预报评分合理性，可以通过改变气温预报准确率阈值来 实现，即将原来的1度（或2度）的固定值改变为与台站气温日际变化相关的一 个相对标准值。新的气温预报准确率阈值TK的取值方法采用与气温日际变化量值有关的指数函数 方式计算，简称指数阈值：式中，TR为气温日际变化绝对值的平均值班，M是指数，为调幅参数，取值在 01之间。对于值班预报员来说，一次预报包括未来24小时、48小时、72小时、96小时和 120小时的天气状况、高温和低温数据。在评分系统中，我们对未来五天预报数 据设定加

17、权系数，这些系数依次递减，分别为10、8、6、2、1，以预报高温得分 为例，5天的预报数据与实况数据比对，其误差绝对值小于2度为正确，取值1, 否则取值0。如下所示：其中，为第i次预报温度，为第i次实况温度，f为正确次数。设为一次预报五天对应的次数值，设总得分为。1,则一次预报得分可表示如下：设一个预报员一个月预报次数为N，本月该预报员得分设为。，则4.4数据库设计数据库在评分系统中占有非常重要的地位。而数据安全又是系统运行的最重要一环， 美国资深调查公司Forrester根据地100项标准对数据库产品进行了评估，结果 显示：数据库管理系统(DBMS)产品的安全措施中，Oracle独占鳌头，处

18、于领先地 位9。因此，系统采用Oracle数据库以及Oracle开发工具来开发，在浏览器/服 务器模式下设计和实现了本评分系统的基本功能。图24.4.1数据库系统体系结构在实际应用中，其主要功能包括数据采集和整合，数据存储和查询，由此扩展出具 体的业务需求包括：系统组态、备份与恢复、系统事件日志记录、历史数据的存储 和查询、数据库用户安全管理系统。根据这些基本业务可以将数据库分成两层结构， 如图2所示：在这个数据库系统体系结构中，数据管理层，它作为一个单独的可执行功能部件来 实现，统一管理数据存储，事务调度和其它数据库内部任务。在数据应用层中，包 括四大功能，系统事件日志记录与查询、历史数据记

19、录与查询、用户查询与管理以 及用户预报成绩查询，还可根据需要添加功能部件，如先控软件、过时提醒软件等。 这些应用层的部件，都是以进程外部件的方式来实现，通过数据库管理系统，即数 据管理层访问接口来获得数据服务。4.4.2数据库系统功能分析1) 信息录入、查询按照操作员录入信息类型，分别为公众天气预报信息、降水等值线预报信息、灾害 性天气预报信息、实况资料信息设计了相应的数据表，并可在用户界面按照时间区 间进行查询、验证；2) 预报成绩存档、查询系统管理员设定时间区间，选定预报组成员，可以对其预报成绩进行统计、存档、 查询；3) 用户管理用户分为系统管理员和普通操作员，管理员只设一名，普通操作员

20、可以设置多名。 系统管理员用于对操作用户的管理，包括新建用户、修改用户、删除用户以及用户 值班日志信息的查阅。5结论本工作在对降水、气温预报和实况统计分析的基础上，依据较为科学合理的定量、 预报评分办法，提高了预报质量管理的自动化、信息化程度，具有较高的应用价值。 在今后的工作中，我们还将继续开展此项研究，并通过大量的应用试验，对本系统 进行进一步的检验。预报产品的评定非常重要，它是业务管理及业务技术规范化的前提，设计了一个集 约化程度较高的评分系统，集资料处理、评定、检索、归档于一体，操作性强，使 考核管理更客观定量化；同时预报员可通过不同的降水预报方法的时空对比分析， 科学客观地得出其可供

21、参考的权重，为综合订正提供依据。由于该方法较科学合理， 操作性较强，目前已应用于各类预报竞赛、业务考核中，应用效果良好，产生了较 好的管理及业务效益。本系统投入运行一段时间表明，系统界面友好、操作方便，并具有灵活的扩展和升 级功能。且稳定可靠，且把评分管理员从繁锁的数据中解放出来，工作效率得到了 大大提高。系统实现预报数值自动存档，对于事后过程总结也起到了一定的作用。参考文献1 李润强，孙田文，高宇陶建玲.陕西省精细化预报评分系统J.陕西气象2007,04:36-372 彭兴德，杨绍洪.地市级新型城镇精细化预报评分系统简介J.贵州气象2009,6(33):23-263 张霞,禹春桂，王建玲短期

22、预报评分系统J.微机开发和应用2001, 04:36-374 邰佳爱，张长宽，张君伦广东省台风暴潮数值预报模式研究.第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集5 罗阳，赵伟，翟景秋.两类天气预报评分问题研究及一种新评分方法J.应用气象学报.2009,2(20):129-1366 张强，熊安元,张金艳，冯明农,王伯民晴雨(雪)和气温预报评分方法的初步研究J.2009, 6(20):692-6987 王建国，吴炜,徐法彬.一种定量预报评分方案研究J.气象10(30):27-298 黄海洪，郑凤琴孙崇智.一种新型降水预报评分方法J.气象.9(30):35-389 王海亮，于三禄,王海凤，郑建茹等.精通Oracle 10g系统管理M北京:中国水利水 电出版社,2005:1-7.