气温在线资料整编软件设计

　　为解决气象要素在线监测产生海量数据后，没有配套软件处理的问题，文章分析了在实现气象要素在线观测的基础上，利用Matlab软件编写气温处理软件，利用软件强大的数据处理功能，计算气温值特征值、气温数据整编并构建气温数据库，实现气温要素在线整编。

　　［关键词］在线监测;气温数据库;整编软件

　　1概述

　　在水文信息化的背景下，为推动水文测验“驻巡结合”模式的实现，黄河宁蒙测区建设并使用气象在线观测。但海量数据的收集，没有配套的软件处理系统，使得原始资料的记载和计算气温特征值变得十分复杂，并且会出现数字化信息在向纸质信息传抄的过程中存在因人工失误抄错、特征值挑选出错及平均值计算错误的现象发生。宁蒙水文局在执行现有水文资料精度及质量技术规范的基础上，积极主动设计开发气温在线数据整编软件，以改变现有落后的人工计算挑选气温特征值模式，利用Matlab软件编写气温处理软件，计算气温值特征值、气温数据整编并构建气温数据库，最终实现气温要素在线整编。

　　2系统架构及开发过程

　　2.1系统架构

　　气温在线资料整编系统由数据读取与插补、数据入库与调用模块、数据统计记载模块和气温资料整编输出4个模块组成。系统架构，见图1。图1系统架构

　　2.2功能模块需求分析

　　分析气温在线数据整编软件的需求，需要考虑用户需求和实现能力，通过对所有气温数据进行统计分析，总结得出气温数据每6min产生1个，1h数据量为10个，1d数据产生量为240个。在数据记载及计算每日气温特征值时，所用数据为前一日早8时到当日8时，数据量总共241个。人工统计数据时费时、费力且易产生错误。通过在黄河宁蒙测区各水文站的实践，确定数据库需具备以下功能:读取与插补模块、入库与调用模块、统计记载模块和资料整编输出模块。(1)气温数据读取与插补模块。气温数据获取后，数据量庞大，由于仪器运行和网络问题可能会产生气温数据丢失的情况，首先对气温数据进行处理，利用插补法补齐缺少的气温数据，为之后的特征值计算和整编提供完整的气温数据。(2)气温数据入库与调用模块。充分利用水文站站码唯一性，同时将时间编入数据标识中，完成数据库的搭建和水情信息的分类入库与调用。使用Matlab数据表，‘.mat’搭建气温数据库，关系数据库将水情数据保存在分类表中，增加了数据调用的速度并提高了灵活性。(3)气温数据统计记载模块。在日常的气温资料中，需要根据4个时间点的气温计算日平均气温，同时挑选1d内的最高气温和最低气温。利用软件计算平均气温需要解决位数为5，奇进偶退的情况，在本程序中利用if语句以及取整解决该问题。同时，利用循环和最大最小值挑选语句取得1d内的气温极值。所需值计算、统计完成后将数据传输至软件界面，供校核整编对比使用。(4)气温数据整编输出模块。根据软件计算出平均气温，将1年数据以已有的整编成果格式输出到Excel表格中。要解决该问题需要根据Matlab与Excel软件的接口实现，依靠2个软件的接口设计固定格式的Excel表格，并把计算好的数据导入设计好的表格中，完成气温整编成果资料。

　　2.3系统程序编写

　　(1)GUI设计:利用MatlabGUI技术设计出丰富直观的界面，以满足气温计算整编需要，实现对系统的人机交互。界面包含数据导入、气温挑选记载和气温整编。(2)数据校审:已有的气温数据为在线数据，经导出为Excel表格内的的数据。要通过程序将已有的数据转化为软件计算能够识别的“.mat”数据，且数据存在异常情况丢失数据的问题，因此需要对计算数据插补，使数据完整。经校审后的数据直接入库到原始数据库。(3)数据库建表:经过插补的数据，要用到后续的计算中，并且为了长时间保存，方便后续的数据查找工作，宁蒙测区内所辖水文站每年需建立一张表，每张表分别有自己的主键，以确定每行的位置，最终建立气温数据库。(4)计算气温特征值:在气温资料收集中，需统计日、月气温特征值。根据4个时间点的气温计算日平均气温，同时，挑选1d内的最高气温和最低气温。利用软件计算平均气温需要解决位数为5，奇进偶退的情况，在本程序中利用if语句以及取整解决了该问题。同时，利用循环和最大最小值挑选语句取得1d内的最高最低气温。所需值计算、统计完成后将数据传输至软件界面，参加水文资料实时在现在整编。(5)气温数据整编:该系统要自动完成气温资料整编，根据系统计算出平均气温，将当年数据整编后形成符合SL247－2012《水文资料整编规范》及SL460－2009《水文年鉴汇编刊印规范》要求的成果格式输出到Excel表格中。要解决该问题需要根据Matlab与Excel软件的接口实现，依靠2个软件的接口设计固定格式的Excel表格。并把计算好的数据导入设计好的表格中，完成气温整编成果资料。

　　3系统应用

　　3.1应用站概况

　　黄河三河湖口水文站位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗乌拉山镇三湖河口村，地处东经108°46'，北纬40°37'，始建于1950年8月，集水面积347909km2，黄河干流站，属国家基本水文站，一类精度站，设水位、流量、单样含沙量、输沙率、水温、气温、冰凌、降水、陆地水面蒸发、水环境监测项目，主要收集黄河基本水文信息，为黄河的水资源管理、区域水资源治理提供基础支撑。

　　3.2系统测试情况

　　系统经过2019、2020年三湖河口站气温数据计算测试，并与人工计算结果对比，经大量数据实验对比分析可以认定该系统能够满足计算需要，计算快速便捷且无误差，各模块及功能运行正常稳定。经过测试后，该系统在黄河宁蒙测区正式投入使用。

　　4应用与结论

　　(1)程序取代了人工计算，跳过人工统计大量数据阶段，减少了计算人员的差错或遗漏问题，提高了水文资料的正确性，实现了数据在线计算整编。(2)改变了传统人工统计、计算、校核工作模式，程序取代了繁琐的检索环节，极大地减少了水文资料计算和审查时间，提高工作效率，减轻测站工作人员的负担。(3)实现水文数据信息化整理，将以往整编的纸质资料直接以电子表格的形式整理，在年底整编中利用本软件得到准确的气温值，解决了没有原始数据支撑整编成果准确性的问题。(4)建立气温整理数据库，加强资料的积累，实现快速搜索调用相关数据和水文监测数据资料共享。

　　参考文献

　　［1］李大章，顾和和，李研岩，齐星星.GPS精密钟差内插方法研究［J］.全球定位系统，2012，37(03):75－78

　　［2］徐炜，贾雪，严超，刘扬，杜文选，王涛.滑动式与非滑动式GPS精密星历内插方法比较分析［J］.全球定位系统，2017，42(02):15－20

　　作者：褚金镝 慕丹丹 裴云 赵振宇 王光 牛浩