气象网络论文

题目我国气象信息系统构成研究

学生姓名HLZ

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二零一二年六月目录

1.通信系统................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1气象通信系统........................................................................ 错误！未定义书签。

1.2国内气象及地面移动观测系统............................................ 错误！未定义书签。

1.4省级通信及多媒体通讯系统................................................ 错误！未定义书签。

1.5台站通信系统及无线通信系统............................................ 错误！未定义书签。

2.网络系统................................................................................... 错误！未定义书签。

2.1网络基础................................................................................ 错误！未定义书签。

2.2气象网络系统........................................................................ 错误！未定义书签。

2.3气象局域网络系统................................................................ 错误！未定义书签。

2.4全国气象宽带网络主干SDH系统...................................... 错误！未定义书签。

3.计算环境................................................................................... 错误！未定义书签。

3.1计算机环境的安全防护........................................................ 错误！未定义书签。

3.2安全威胁................................................................................ 错误！未定义书签。

3.3防火墙技术............................................................................ 错误！未定义书签。

3.4入侵检测技术........................................................................ 错误！未定义书签。

3.5计算机高性能计算................................................................ 错误！未定义书签。

3.6计算资源社会共享与服务.................................................... 错误！未定义书签。

4.数据管理与服务....................................................................... 错误！未定义书签。

4.1气象资料处理技术................................................................ 错误！未定义书签。

4.2数据编码................................................................................ 错误！未定义书签。

4.3数据压缩................................................................................ 错误！未定义书签。

4.4资料质量控制........................................................................ 错误！未定义书签。

4.5中国地面资料质量控制........................................................ 错误！未定义书签。

我国气象信息系统构成研究

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南京信息工程大学滨江学院电子信息工程

摘要：本论文从我国的气象信息的基本概念和组成进行的概括介绍。气象信

息系统就是气象业务系统中的信息系统，或者说是具备信息系统属性的气象业务系统。中国气象局卫星通信系包括卫星广域网系统、卫星广播系统以及应急通信系统。卫星广域网联接全国31个省级中心及300多个地市级气象部门，是全国地面宽带网的备份路由；卫星广播系统包括PCVSAT、DVB-S、GYUNCast、以及正在建设中的CMACast，覆盖全国县级以上的气象部门、部分部门外用户和国外气象中心，是国内气象信息系统气象数据分发的主干通道；应急通信系统依托卫星通信线路提供突发事件现场与国家中心以及省中心间视频、话音、数据的传输，为突发事件现场的气象服务提供保障。

关键字：气象系统、通信、计算机、数据

主要内容：

（1）通信系统

（2）网络系统

（3）计算环境

（4）数据管理与服务1.通信系统

1.1气象通信系统

利用卫星及多种无线通信手段，实现现场快速组网及现场与后方之间的链路建立。包括Ku/C双波段卫星通讯系统、3G通讯系统，实现气象服务系统与中国气象局主站点的通信。包括海事卫星、CDMA无线系统、无线／有线局域网络等系统，实现车体内、车体间通讯组网。

目前，我国的气象通信系统已发展成为由国际气象通信系统、国内气象通信系统组成，覆盖国家、地市、县、测站及部门外相关业务和科研用支持全球及国内各类观测资料和预报预测产品省户快速收集和分发的数据传输平台气象系统结构气象通信系统是具备数据收发、交换控制及传输监视能力的综合业务系统。(1）表现层是通信系统的管理入口，主要为业务管理、维护和运行监视人员提供人机交互界面，满足系统管理、维护和运行监视的需求。

(2）应用逻辑层是通信系统的核心，是数树文集和分发功能及传输业务逻辑的实现层，主要提供各种传输协议接口、实现数据交换控制、传输处理及作业调度等。(3）数据存储层为数据交换提供存储服务，主要有文件库和数据库两种存储方式，其中文件库主要存放各种气象资料以及相关的传输和交换策略文件，数据库保存主要数据收发和传输处理过程中的中间。

状态。

(4）基础设施层是通信系统的运行环境，包括通信网络、计算机硬件、存储介质等硬件环境，以及操作系统、集群管理系统、数据库管理软件等软件支撑环境。

1.2国内气象及地面移动观测系统

上行气象信息是全国基层气象台站（包括全国区域气象中心、省级、地市级以及县级气象台站、向国家气象信息中心传输的各种观测资料、加工产品以及其他的有关信息，其基本流程是逐级汇集和上传。

下行气象信息是上级业务单位向下级业务单位传输和播发的气象数据和产品。在国家级，国家气象信息中心主要通过卫星广播系统（PCVSAT、DVB-S等）向全国各省、地市、县气象台站逐级播。

发信息。除气象资料的上行和下行传输外，各级气象部门通过省内宽带网与全国气象宽带网进行气象信息的双向传输和共享。另外，与部门外用户进行气象数据的交换和共享也是国内气象通信系统的重要功能。其主要是通过同城线路实现各级气象部门与水利、地震、民航等部门的气象数据收发业务。

国家级国内通信系统是国内通信系统的国家级枢纽，承担国内气象资料和产品的收集，以及国内、国外气象资料和产品的分发服务。主要特点是以文件为单位进行数据传输和交换，支持丁CP/IP协议，

具备数据文件收集、分发、交换控制和缺收补调功能，以及文件级、公报级和报告级（站级）气象资料的传输监视和传输质量统计功能。

具体功能包括：数据收发：支持基于FTP的数据交换，支持基于IP的数据广播，具备文件交换控制功能。报文编辑：具备字符编码格式的常规观测资料的识别和校验功能。

缺报通知：具备字符编码格式的常规资料到报情况统计分析功能，并自动生成和广播缺报通知。请求数据重发：具备自动收集、处理省、县市级通信系统上传的数据请求，并通过广播系统重新播发请求数据的功能。

地面移动观测系统主要对现场及周边区域地面常规气象要素进行连续自动观测。包括车顶观测设施和便携式自动气象站，利用便携式地面自动气象站和车载雷达等探测技术手段，实现对现场及周边区气象资料数据信息的采集、并可根据需要进行组网。

1.4省级通信及多媒体通讯系统

国内各省通过省内通信网、通信线路收集辖区观测站的观测资料、产品及辖区台站的预报等，通过卫星气象数据广播系统接收北京主站广播的数据；同时，通过地面宽带线路将省内各类观测资料和产品传输到国家气象信息中心，通过省内线路为所辖气象台站提供数据服务。另外，各省还通过同城线路收集预定的资料数据，向同城用户提供气象观测资料和产品。

主要功能包括：数据收集、格式检查、数据分数据补调、错报调阅及修改、监控、统计等功能。目前，省级通信系统由多级子系统构成，除了省内各台站针对各种观测资料配置的采集传输系统外，主要还包括：9210通信系统、雷达地面宽带通信系统、新增资料传输系统、自动站中心系统、闪电中心系统、风能中心系统、DVB-S广播系统等。

多媒体通常是指信息感觉和表示媒体的多样化，即包括数据、文字、图形、音视频、图像、动画等多种信息媒体的综合。多媒体技术就是通过计算机把文本、图形、图像、声音、动画和视频等多种媒体综合起来，使之建立起逻辑联系的相关技术。多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息（声音、图像、图形、数据、文本等）的通信方式。

1.5台站通信系统及无线通信系统

台站通信系统的功能是按照气象资料传输业务要求对观测数据进行编码和封装，通过通信线路上传到上级通信中心。对于有人值守的观测站，台站与市局一般通过数据专线（2M）、VPN等实现连接。

对于无人值守的自动站，通常采用GPRS、CDMA或卫星通信（卫星数据收集平台）等方式将观测资料由测站传到中心站（一般为省台、或卫星主站），由中心站负责完成无人值守自动站资料的编码和上行传输、中心站与省级中心或国家级中心之间通过地面专线或互联网完成资料上传。

载车内计算机网络应采用有线及无线两种接入方式，完成车内的局域网组建以及与主控中心之间的互通。配备CDMAlx无线通讯模块，将采集到的视频经压缩编码，传输到COMAlx (3G）无线网。

国际通信系统国

家

级

国

内

通

信

系

统

区域，省级通信系统

市级，县级通信系统

台站通信系统

国内通信系统

国外气象中心

国外产品中心国外研究组织/机

构国外气象数据

国内气象数据

N

M

I

C

国

际

通

信

系

统

国外气象

数据库

国内通

信系统

管理层

表现层

管理层

人工处理

系统管理

系统监控B/S 架构

MVC 模式JSP,EXUS,JAVA 模式

应用逻辑层

数据收发

交互服务

作业调度

业务调度

作业调度流程框架流程调度框架

数据存档

交互、同步

公共组件

数据传输公共服务

Class library

数据库存储

数据库

文件库

Orcale mySQL

基础设施层

共享文件系统，集群服务系统……

Linux,unix 操作系统

GTS 、局域网、城域网、卫星广播系统，Internet

气象通讯系统结构图

2.1网络基础

将多个的计算机通过通信线路、通信业鱼和倒坚丝性在一定的地理范围内互联起来的集合体。：是指每台计算机都能够运行。互联：指互相连接的计算机能够互相交换信息，达到资源共享的目的。

2.2气象网络系统

气象网络系统是气象信息传输和气象资源共享的基础平台，由横向和纵向网络系统组成。横向网络系统包括各级气象部门局域网络、行业间互联网络等本地网络，纵向网络系统为连接国家级、省级、地市级和县站级四级气象部门的网络系统，主要表现形式为广域网络和利用互联网形成的专用虚拟网络系统等。另外，在国家级，除了本地横向网络和连接各级气象部门的纵向网络外，还通过专线和互联网等形式建立国际通信网络。

2.3气象局域网络系统

气象部门局域网络经历了由小范围孤岛局域网到骨干集中互连的不同阶段，曾经采用的组网方式包括FDDI、以太网等方式，目前已发展为以千兆／万兆以太网络为核心。

中国气象局骨干网络系统采用层次化的千兆以太交换网络结构（交换局域网），各主要业务单位或业务系统以千兆位级速率连接到骨干网络的核心交换层，由核心交换层实现数据的转发，其他的路由功能由分层网络交换设备完成。除此之外该系统还承担着与外部互联网系统、统、全国气象宽带网络系统、务。全国卫星气象通信系GTS等的网络连接任。

2.4全国气象宽带网络主干SDH系统

SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系），是按不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术。解决了由于入户媒质的带宽而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，导致产生了用户与核心网之间的接入”瓶颈”的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。

2005年12月，全国气象宽带网主干SDH系统建设完成。全国气象宽带网络主干SDH系统是气象部门建设的第一个家和省级的地面宽带网络和系统，采用二级结构：以国家级节点为节点的一

级星形结构和以省会城市为结点的二级结构，覆盖全国30个省级和4个计划单列市的气象部门。 SDH系统依靠电信运营商的地面公共基础设施，承担基本的国内通信系统资料、电视会商、中国气象局电子政务系统及其它业务应用的数据传输。截至2010年，上海、沈阳、武汉、广州、兰州、成都和乌鲁木齐7个区域中心的接入带宽提升为8MbPs，其他省的接入带宽提升为6Mbps，计划单列市的接入带宽为2Mbps。

3.计算环境

3.1计算机环境的安全防护

从本质上来讲，网络安全就是网络上的信息安全，是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠的正常运行，网络服务不中断。网络安全涉及的内容既有技术方面的也有管理方面的，技术方面主要是侧仁重于如何防范外部非法攻击，管理方面则侧重于内部人为因素的管理。计算机网络安全技术主要有：主机安全技术、身份认证技术、访问控制技术、密码管理技术、防火墙技术·安全审计技术和安全管裸技术等。

3.2安全威胁

安全威胁是指对安全的一种潜在的侵害。威胁的实施称为攻击。一般认为，目前计算机信息安全面临的威胁主要表现在三类：信息泄露、信息破坏。其中信息泄露、信息破坏也可能造成系统拒绝服务。信息泄露：指敏感数据在有意或无意中被泄露出去或丢失。信息破坏：以非法手段窃得对数据的使用权删除、修改、插入或重发某些重要信息。绝服务：不断对网络服务系统进行干扰，改变其正常的作业流程，执行无关程序使系统响应减慢甚至瘫痪，影响用户的正常使用，甚至使用户被排斥而不能进入计算机网络系统或不能得到相应的服务。

3.3防火墙技术

防火墙是在一被认为是安全和可信的内部网络和一个被认为不那么安全和可信的外部网络（如互联网）之间提供的一个由软件和硬件设备共同组成的安全防御工具。

3.4入侵检测技术

入侵检测是防火墙的合理补充，它从计算机网络系统中的若干关键点收集信息，并分析这些信息，查看网络中是否有违反安全策略的行为和遭到袭击的迹象。

3.5计算机高性能计算

气象计算是高性能计算最重要的领域之一，高性能计算机系统购置投资巨人，维护费用成本惊人，具有昂贵和稀缺的特点，属国家高端战略资源。气象部闭国家级和地方上的高性能计算机系统能力近年来有了快速发展，同时在系统资源管理水平、天气气候模式计算支撑服务能力上有了较大提升，在系统性能测试、资源整合协同共享等方面取得了有益成果。

3.6计算资源社会共享与服务

北京高性能计算机应用中心（国家气象信息中心）是我国组建的第一个利用自主研制的高性能计算机、面向社会开放的计算机应用中心。2000年7月成立以来已有80余用户在系统上开户，计算资源共享服务的用户遍及中国气象局、中国科学院、中国医科院、中国石化集团和北大、清华、中科大、复旦等教育部有关院校，为气象、石油、药物、基因研究、力学、化工冶金等领域大型应用课题的用户提供了急需的计算平台，解决了原来在国内无法计算的难题，取得了一些具有国内领先、国际先进的成果。主力计算机系统神威l的系统可用率达90%以上，平均使用率达50％左右，发挥了良好的社会经济效益。

4.数据管理与服务

4.1气象资料处理技术

气象资料业务的每个环节都需要相应的关键技术支持，数据编码和数据压缩技术主要用于数据传输过程；质量控制、均一性检验和订正技术是气象数据产品加工的基础；资料融合（同化）和格点化技术是两种重要的数据产品加工方法；可视化技术是重要的数据分析方法。

4.2数据编码

为了便于数据交换和使用，各种气象观（探）测资料和预报产品均按照WMO 规定的编码格式在通信线路和网络上传输。气象资料最早的编码格式是传统字符编码(TAC)，字符编码是按照一定的格式，以字符形式表示气象资料和产品，可以山人工阅读和解码（全球地面高空资料【SN190720.ABJ】）。字符编码适应早期传输电路速率低，只能以电报形式传输的条件。字符编码的主要长处在于简单直观，字符编码和实际资料（产品）间的关系直接简单，气象要素只需简单计算或查阅相关表格就可以进行编码和解码。

4.3数据压缩

保证信息的完整性，气象数据主要采用无损压缩数据算法进行压缩。Huffman 编码、算术编码、LZW编码、RLE编码、BWT变换算法是应用比较广泛的通用无损数据压缩算法。常见的压缩软件如ZlP、RAR、BZIP2等都基于以上核心算法开发。

4.4资料质量控制

传统的质量控制主要根据气象学、大气学、气候学原理，以气象要素的时间、空间变化规律和各要素间相互联系的规律为线索，分析气象资料是否合理。其方法包括：范围检查、极值检查、内部一致性检查、空间一致性检查、气象学公式检查统计学检查、均一性检查，这些方法被普遍应用到地面气象资料的质量控制中。随着观测自动化技术的发展，产生了大量的自动观测资料，目前针对地面自动站观测资料发展了许多质量控制技术。

4.5中国地面资料质量控制

我国地面观测资料实行气象台站、省级、国家级资料部门的三级质量控制业

务系统，各级质量控制软件融合了自动控制技术和交互式技术，允许在必要时对特殊资料进行详细的人工分析判断与修正。台站级质量控制是气象资料质量控制的基础，是确保观测资料质量的最重要环节，包括观测系统的维护、仪器检定、数据采集和处理基本质量控制，确保观测数据的完整性、正确性。

数据文件上传

A,J,R,Y 数据

文件

台站级QC

省级QC

国家级QC

数据文件上传

质量信息反馈 质量信息反馈

A, G, R, Y, 数据

格式检测及台站

气候界限值允许值检查

台站极值检查

内部一致性检查

时间一致性检查

空间一致性检查

人机交互检查