GNSS＿MET水汽应用处理程序优化与实现_马媛.pdf

2023.7电脑编程技巧与维护1概述水汽作为地球大气层中的温室气体之一，对强降水等极端天气的形成及水文循环等过程具有显著影响1。常规水汽探测手段存在分布不均匀、观测不连续、运行成本昂贵、时空分辨率低、探测精度低等缺陷2。全球导航卫星系统（GNSS）具有高时空分辨率、全天候监测、高精度、无漂移、运行成本较低、均一性好等综合优势，弥补了传统观测手段的不足。GNSS技术利用放置在地面上的接收机测量GNSS信号穿过对流层时受到中性大气影响产生的大气延迟量，结合地面实测气象数据反演得出水汽含量3，从而研究GNSS水汽对干旱、对流风暴、强降水等极端天气的影响4。因此，精确监测大气中的水汽含量在减少灾害造成的人员伤亡和财产损失等方面具有重要意义5。2GNSS_MET 水汽报文的构成根据 GNSS_MET数据传输规范（试行）要求6，台站生成GNSS_MET资料部分内容并通过文件传输协议（FTP）方式上传到省级中心站，省级中心站需要对不完全具备气象要素观测的台站GNSS_MET资料进行气象数据匹配，并按照标准格式和标准命名要求对原始数据进行压缩打包，形成完整的GNSS_MET资料后上传。GNSS_MET水汽报文构成如图1所示。GNSS_MET水汽报文中包括导航文件N、观测文件O和气象文件M。其中，N文件中包括中国北斗卫星导航信息、美国GPS导航信息、俄罗斯GLONASS导航信息和欧盟GALILEO导航信息；O文件中主要为水汽数据；M文件中是气象观测场对应GNSS_MET采集器的气温、气压和相对湿度等数据。3GNSS_MET 水汽应用处理程序优化3.1GNSS_MET 水汽处理程序分析目前，青海省共有52个GNSS_MET站点，其中有47个天宝（Trimble）采集器、2个华测（CHCNAV）采集器、1个莱卡（Leica）采集器、2个临时科研站点。针对GNSS_MET水汽资料传输质量较差、GNSS_MET中心站的运维工作量较大等问题进行分析，主要有以下几点：（1）GNSS_MET中心站旧版接收软件（GNSS spi-der）不稳定，经常出现报文大面积缺收情况，导致GNSS_MET上传率和共享使用的及时性较差，不能达到预期目标和考核标准。（2）卫星信号中断、信号信噪比较低等，或采集器出现故障中断，导致GNSS_MET数据观测质量周跳严重。（3）没有备份补收机制，导致GNSS_MET水汽资料出现缺测情况，无法补收历史数据。（4）没有进行实时监控、查看历史数据、手动补收处理的操作平台，导致值班运维人员无法及时直观地了解和处理GNSS_MET数据打包传输问题。3.2GNSS_MET 应用处理程序优化GNSS_MET应用处理程序的优化设计采用B/S架作者简介：马媛（1995），女，硕士，助理工程师，研究方向为水下无线传感器网络、气象信息技术；胡彬（1998），男，通信作者，本科，助理工程师，研究方向为Java后端开发、气象信息技术。GNSS_MET 水汽应用处理程序优化与实现马媛，胡彬*，俞鸿霄，张少晨（青海省气象信息中心，西宁810001）摘要：为解决 GNSS_MET 水汽旧版数据接收软件 spider 中断导致的报文缺失。原始数据格式不标准导致的数据无法补收等问题，基于 Java 优化设计了 GNSS_MET 水汽应用处理程序。该程序采用 B/S 架构，实现了对 GNSS_MET 原始报文的标准命名和打包上传，建立了缺收数据备份补收机制。该程序已投入使用并稳定运行，有效提高了 GNSS_MET 报文传输的及时率和到报率。关键词：GNSS 技术；GNSS_MET 水汽报文；数据补收；气象数据传输；程序优化图1GNSS_MET水汽报文构成GNSS_MET水汽报文（zip压缩文件)文件样例:Z_UPAR_I_51886_20230415000000_O_GPS2.rnx.zipM文件（气象数据文件)文件样例：BEXN282a.22m从大数据云平台接口获取来自每个台站的固有文件N文件（导航文件）文件样例：BEXN282a.22n台站FTP上传O文件（观测文件）文件样例：BEXN282a.22o8DOI:10.16184/prg.2023.07.0272023.7电脑编程技巧与维护构，前后端分离，利用JSON格式数据进行前后端的数据交互。前端使用Vue组件式开发框架；后端采用Java开发框架SpringBoot，实现后端项目的快速构建和开发。该程序的优化主要实现对GNSS_MET数据接收和补收过程的统一监控和处理。该优化主要包括GNSS_MET接收软件的切换、原始数据格式的标准化等过程，建立了缺收数据的备份补收机制并开发了GNSS_MET水汽应用处理平台。GNSS_MET水汽处理程序开发技术框架如图2所示。3.2.1接收软件切换旧版接收软件spider不稳定、中断率较高，导致整点报文内容缺失。为提高数据接收率、达到局时效考核标准，将所有站点的spider接收软件切换为华测接收软件（CPS）。将新版接收软件CPS安装部署在Windows系统业务机上，并配置各站点采集器的IP、端口号、经纬度等基本信息，也可对所有GNSS_MET台站信息及数据存储等进行相应的配置。采集器和接收机接通，为了保证GNSS_MET数据的采集和传输正常，采集器和接收软件CPS必须同时运行7。3.2.2原始数据格式标准化目 前GNSS_MET水 汽 数 据 传 输 的 标 准 格 式 为RTCM3.X，此格式的数据质量能达到要求，其利用率较高。但青海省占比较多的华测采集器是RT27格式，因此需要优化采集器配置。目前华测使用的是TCP/IP:5020端口，优化后使用最新的电文格式，即标准化的RTCM3.X格式。测绘数据生成导航文件P和观测文件O，需按GNSS_MET水汽报文命名标准将导航文件P重命名为GNSS_MET文件N，完成对数据的压缩打包上传。重命名部分的代码如下。public boolean isFileAndRename(Date date,Sta-tion station)if(date=null)date=new Date();String filePath=getFilePath(station,date)+get-FileName(station,date)+.+getGpsDate(yy,date)+o;String filePath2=getFilePath(station,date)+get-FileName(station,date)+.+getGpsDate(yy,date)+p;String filePath3=getFilePath(station,date)+get-FileName(station,date)+.+getGpsDate(yy,date)+n;File fp=new File(filePath);File fp2=new File(filePath2);File fp3=new File(filePath3);System.out.println(filePath2);System.out.println(filePath3);if(fp2.exists()boolean result=fp2.renameTo(fp3);log.info(station.getName()+filePath2+-+filePath3);return fp.exists()&(fp2.exists()|fp3.exists();3.2.3GNSS_MET 应用程序报文处理流程GNSS_MET中心站部署CPS，对服务端程序的开发基于Java来实现，申请气象大数据云平台“天擎”直连库接口账号，通过虚谷数据库驱动获取中国地面小时数据表中的气压、气温和相对湿度数据，写入文件并生成GNSS/MET气象文件M。在M文件、N文件和O文件都具备的情况下，按照气象文件传输规范打包压缩为ZIP格式文件。将打包后的文件通过传输软件FTP传到核心气象通信系统（CTS），CTS再进行正常分发工作。GNSS_MET报文传输流程图如图3所示。3.2.4GNSS_MET 数据备份补收机制数据备份补收机制通过识别各时次CPS生成的GNSS_MET观测文件O和导航文件N，针对缺收资料尝图2GNSS_MET水汽处理程序开发技术框架图3GNSS_MET报文传输流程图VueElement-uiRestfulHttpJsonSpringMVCController定时调度打包serviceSpringbootMybatisMySQLGNSS_MET报文处理开始M文件加入原始报文将P修改为N气象大数据云平台“天擎”成功读取接口取到数据并生成M文件生成导航文件P和观测文件O接收软件CPS获取原始报文台站采集器获取原始文件（M、N、O）成功不成功自动从采集器FTP远程获取确收数据打包为标准GNSS_MET压缩格式文件打包为标准GNSS_MET压缩格式文件FTP传输至核心气象通信系统CTSGNSS_MET报文处理结束92023.7电脑编程技巧与维护试从采集器FTP远程获取资料并打包上传。此过程代码如下：public boolean downloadFtp(Station station,Datedate)FtpUtil ftpUtil=new FtpUtil(station.getIp(),ftpPort,station.getFtpName(),station.getFtpPassword(),basePath);Boolean b=ftpUtil.getB();if(b)log.info(连接Ftp成功);boolean res;if(date=null)String filePath=getFilePath(new Date();String fileName=getFileName(station,newDate();savePath=mkFilePath(station,new Date(),原始文件);res=ftpUtil.downloadFile(filePath,fileName,savePath);else String filePath=getFilePath(date);String fileName=getFileName(station,date);savePath=mkFilePath(station,date,原始文件);res=ftpUtil.downloadFile(filePath,fileName,savePath);if(ftpUtil.closeConnect()log.info(Ftp连接关闭);return res;3.2.5GNSS_MET 数据手动处理平台GNSS_MET数据缺收后需要手动处理重新打包，因此基于Vue前端框架开发Web界面，实现GNSS_MET资料缺收后的手动处理打包上传功能，便于运维人员日常运维。手动处理平台如图4所示。4结果与讨论优化后的GNSS_MET水汽应用处理程序运行业务化以来，功能符合GNSS_MET数据收发业务需求，解决了青海省GNSS_MET观测数据周跳严重的问题，有效提高了资料收发效率和数据质量。经探测中心反馈，GNSS_MET水汽应用处理程序优化后数据接收传输稳定，青海省GNSS_MET数据到报率和及时率有了明显的提升，未出现大面积数据缺收情况，且相比之前数据可用率更高。优化后全省报文及时率在99.9%左右，传输质量由93.61%提高至99.89%。5结语基于B/S架构优化GNSS_MET水汽应用处理程序，能够高效、稳定运行，满足业务需求。与旧版接收软件系统相比，该程序有效提高了报文传输及时率，切实提升了GNSS_MET数据的可用性和传输质量。接下来将继续开发青海省GNSS_MET数据流程要素监控及手工处理平台，实现缺收数据展示、原因分析排查、历史数据查询、台站配置管理等功能，减少运维人员维护监控工作量，助力气象事业高质量发展。参考文献1何琦敏.地基GNSS水汽反演及其在极端天气中的应用研究D.徐州:中国矿业大学,2021.2楼益栋,周要宗,张卫星,等.地基BDS/GNSS水汽精细处理及应用研究综述J.测绘地理信息,2022,47(5):1-11.3远芳,廖捷,周自江.中国地基GNSS/MET水汽产品质量控制及与再分析产品的对比评估J.大气科学,2022,46(5):1132-1146.4李浩博.基于GNSS大气反演信息的短临极端天气预警预报研究D.徐州:中国矿业大学,2021.5李黎,宋越,周嘉陵.利用小波变换对暴雨过程中GNSS气象要素的初步探索J.大地测量与地球动力学,2020,40(3):225-230.6唐维尧,白铁男,谭海波,等.贵州省GNSS/MET水汽报文自动化处理系统的设计与实现J.中低纬山地气象,2022,46(3):122-125.7覃萍,裴开程,吴贵有.GPS/MET水汽观测的常见故障及处理方法探讨J.气象研究与应用,2016,37(S1):151.图4手动处理平台10