一种综合气象观测数据实时监控报警平台

技术领域

本发明涉及气象系统，具体是指一种综合气象观测数据实时监控报警平台。

背景技术

近年来，随着气象现代化业务的不断推进，各类自动化设备的监控手段也在不断完善，目前多数业务台站已实现无人值守、远程监控，值班人员可以随时对数据传输、仪器状态等重点部位进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解设备运行情况，并及时对突发情况做出反应。

该系统针对兰州观测站、生态站、雷达站所有设备数据传输情况实现一体化监控。系统实施将使得综合业务向自动化、综合化、集中化、智能化的方向发展，大大提高综合观测业务的自动化水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有气象监控平台因其架构设计上存在弊端，导致功能不完备，实际使用效果不佳，人员使用不够便捷，不满足气象监控需要。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种综合气象观测数据实时监控报警平台，包括数据实时监控模块、用户管理模块和数据统计分析模块，.平台采用面向服务的架构(SOA)，符合Web Service标准的访问接口，Web端遵循HTML5开发规范并与WEB端共享数据接口与后端数据服务，开发层架构上分为展现层、服务层、数据层和应用层，.展现层将各类通过数据层加工后的业务数据进行统一展现，提供表格、地图的展现方式，采用jquery、vue技术，实现界面美观、交互良好的用户体验要求；.服务层是用户接口或Web客户端与数据库之间的逻辑层，所有业务对象在此实例化，本层是生成并操作接收信息的业务规则和函数的集合，通过业务规则(可以频繁更改)完成该任务，并由此被封装到在物理上与应用程序程序逻辑本身相独立的组件中；.数据层是对原始数据(数据库或者文本文件等存放数据的形式)的操作层，这些操作包括存储、清洗、预计算形式的加工处理，根据业务数据类型划分，数据主要采用mysql进行存储；.应用层用于在web端展示功能，通过服务层所提供的API接口与服务端进行数据及逻辑交互；

.平台在前端页面框架采用vue渐进式框架，页面采用elementUi组件库搭建；前端页面的刷新和页面数据动态交互上选用web的最新标准Fetch；

.平台在后端架构中选用SpringBoot作为程序主要技术框架；

.数据实时监控模块基于观测站、生态站、雷达站的现有平台数据，利用SCADA并结合实际业务需求，实现了各类数据上传与存入的数据状况监控及相关附属统计信息的前端查询和一体化、可视化展示，平台数据类型包括观测站自动气象站(分钟数据、小时数据、酸雨数据、雨滴谱数据、状态信息)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、PM2.5、风廓线雷达数据，生态站自动气象站(分钟数据，小时数据)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、黑碳仪数据、反应性气体数据，雷达站雷达基数据、状态信息、PUP产品、拼图产品、径向流传输数据；

.数据统计分析模块对观测站、生态站、雷达站时间各类别数据信息，进行累计统计所有正常数据条数与异常数据条数，计算出相应数据异常与成功率，以统计图的形式进行展示，并将所有异常数据信息以列表形式进行展示，可选择时间、分类等要素进行查询，在任选时段内，数据正常或异常上传与存入统计数据分析模块，并可查询历史时间区间内所有异常数据处理详情；

.用户管理模块设置一个超级管理员用户，可根据使用权限(观测站、生态站、雷达站权限不同)进行用户管理。

本发明与现有技术相比的优点在于：平台遵循实用性、可靠性和安全性原则、可操作性、人性化、易用性原则、先进性原则、适应性和扩展性原则、开放性和成熟性、整体性、前瞻性和集成性原则、规范性，功能完备，适用性好，便于推广。

作为改进，一种综合气象观测数据实时监控报警平台的系统Web端和服务端之间通过API接口方式实现数据的调用和传输，对外接口部分使用Web Service接口实现，并根据实际业务需求提供HTTP协议的API，后台和接口程序主要使用JAVA语言开发，在展现层，主要使用JAVA、CSS、HTML5、JS技术来实现Web页面功能。

作为改进，平台的软件环境包括：1)Java版本：jdk1.8；2)Web容器：SpingbBoot内嵌Tomcat9.0；3)系统版本：windows10；4)数据库版本：mySql5.8 mongodb4.0。

作为改进，一种综合气象观测数据实时监控报警平台的硬件环境包括：1)应用服务器：内存：32G，硬盘：500G，CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700；2)数据库服务器：内存：32G，硬盘：500G，CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700。

作为改进，一种综合气象观测数据实时监控报警平台的支撑平台整体采用java为核心技术，对于运行速度要求较高的应用程序，解释器可将Java字节码即时编译为机器码，保证了Java代码的可移植性和高性能。

附图说明

图1是一种综合气象观测数据实时监控报警平台的架构示意图。

图2是实施例的示意图一。

图3是实施例的示意图二。

图4是实施例的示意图三。

图5是实施例的示意图四。

图6是实施例的示意图五。

图7是实施例的示意图六。

图8是实施例的示意图七。

图9是实施例的示意图八。

图10是实施例的示意图九。

图11是实施例的示意图十。

图12是实施例的示意图十一。

图13是实施例的示意图十二。

图14是实施例的示意图十三。

图15是实施例的示意图十四。

图16是实施例的示意图十五。

图17是实施例的示意图十六。

图18是实施例的示意图十七。

图19是实施例的示意图十八。

图20是实施例的示意图十九。

图21是实施例的示意图二十。

图22是实施例的示意图二十一。

图23是实施例的示意图二十二。

图24是实施例的示意图二十三。

图25是实施例的示意图二十四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明在具体实施时，一种综合气象观测数据实时监控报警平台，包括数据实时监控模块、用户管理模块和数据统计分析模块，所述平台采用面向服务的架构(SOA)，符合Web Service标准的访问接口，Web端遵循HTML5开发规范并与WEB端共享数据接口与后端数据服务，开发层架构上分为展现层、服务层、数据层和应用层，所述展现层将各类通过数据层加工后的业务数据进行统一展现，提供表格、地图的展现方式，采用jquery、vue技术，实现界面美观、交互良好的用户体验要求；所述服务层是用户接口或Web客户端与数据库之间的逻辑层，所有业务对象在此实例化，本层是生成并操作接收信息的业务规则和函数的集合，通过业务规则(可以频繁更改)完成该任务，并由此被封装到在物理上与应用程序程序逻辑本身相独立的组件中；所述数据层是对原始数据(数据库或者文本文件等存放数据的形式)的操作层，这些操作包括存储、清洗、预计算形式的加工处理，根据业务数据类型划分，数据主要采用mysql进行存储；所述应用层用于在web端展示功能，通过服务层所提供的API接口与服务端进行数据及逻辑交互；

所述平台在前端页面框架采用vue渐进式框架，页面采用elementUi组件库搭建；前端页面的刷新和页面数据动态交互上选用web的最新标准Fetch；

所述平台在后端架构中选用SpringBoot作为程序主要技术框架；

所述数据实时监控模块基于观测站、生态站、雷达站的现有平台数据，利用SCADA并结合实际业务需求，实现了各类数据上传与存入的数据状况监控及相关附属统计信息的前端查询和一体化、可视化展示，平台数据类型包括观测站自动气象站(分钟数据、小时数据、酸雨数据、雨滴谱数据、状态信息)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、PM2.5、风廓线雷达数据，生态站自动气象站(分钟数据，小时数据)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、黑碳仪数据、反应性气体数据，雷达站雷达基数据、状态信息、PUP产品、拼图产品、径向流传输数据；

所述数据统计分析模块对观测站、生态站、雷达站时间各类别数据信息，进行累计统计所有正常数据条数与异常数据条数，计算出相应数据异常与成功率，以统计图的形式进行展示，并将所有异常数据信息以列表形式进行展示，可选择时间、分类等要素进行查询，在任选时段内，数据正常或异常上传与存入统计数据分析模块，并可查询历史时间区间内所有异常数据处理详情；

所述用户管理模块设置一个超级管理员用户，可根据使用权限(观测站、生态站、雷达站权限不同)进行用户管理。

所述一种综合气象观测数据实时监控报警平台的系统Web端和服务端之间通过API接口方式实现数据的调用和传输，对外接口部分使用Web Service接口实现，并根据实际业务需求提供HTTP协议的API，后台和接口程序主要使用JAVA语言开发，在展现层，主要使用JAVA、CSS、HTML5、JS技术来实现Web页面功能。

所述一种综合气象观测数据实时监控报警平台的软件环境包括：1)Java版本：jdk1.8；2)Web容器：SpingbBoot内嵌Tomcat9.0；3)系统版本：windows10；4)数据库版本：mySql5.8 mongodb4.0。

所述一种综合气象观测数据实时监控报警平台的硬件环境包括：1)应用服务器：内存：32G，硬盘：500G，CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700；2)数据库服务器：内存：32G，硬盘：500G，CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700。

所述一种综合气象观测数据实时监控报警平台的支撑平台整体采用java为核心技术，对于运行速度要求较高的应用程序，解释器可将Java字节码即时编译为机器码，保证了Java代码的可移植性和高性能。

本发明的工作原理：本平台共设计了数据实时监控、用户管理、数据统计分析三大模块。

系统整体技术路线遵循规范性、可行性、先进性、开放性、灵活性、可配置性、可扩展性、可维护性、可靠性、成熟性、安全性等设计原则。WEB系统遵循J2EE规范，数据库与应用均部署在windows环境上，具有良好的可扩展性和跨平台能力。系统采用面向服务的架构(SOA)，符合Web Service标准的访问接口。Web端遵循HTML5开发规范，并与WEB端共享数据接口与后端数据服务。

系统总体分为展现层、服务层、数据层，各层设计具体描述如下：

展现层：各类通过数据层加工后的业务数据，最终通过本层进行统一展现。系统提供表格、地图等多种展现方式，采用jquery、vue等前端业界流行技术，力求达到界面美观、交互良好的用户体验要求。

服务层：是用户接口或Web客户端与数据库之间的逻辑层，所有业务对象在此实例化，服务层是生成并操作接收信息的业务规则和函数的集合，通过业务规则(可以频繁更改)完成该任务，并由此被封装到在物理上与应用程序程序逻辑本身相独立的组件中。

数据层：主要是对原始数据(数据库或者文本文件等存放数据的形式)的操作层，这些操作包括存储、清洗、预计算等加工处理；根据业务数据类型划分，数据主要采用mysql进行存储。

本系统应用层主要集中在web端展示功能，通过服务层所提供的API接口与服务端进行数据及逻辑交互。

系统技术架构视图

根据“设计依据”章节中相关业务资料，对本项目作业务深入了解，为达“高内聚、低耦合”，为提高模块的性能与扩展能力，各业务应用模块在技术架构上采用前后端分离的研发模式。采用敏捷性开发、快速迭代研发模式，并采用低配置率、高效开发和部署框架SpringBoot，包含主业务应用在内，各子业务应用能非常高效快捷开发，降低传统J2EE研发框架存在的高耦合度，随着数据量体积不断扩张下，为了有效提高系统高性能、高可用将接入SpringCloud、Hadoop等分布式解决方案、高可用、高性能框架及技术体系。

系统Web端和服务端之间通过API接口方式实现数据的调用和传输，对外接口部分使用Web Service接口实现，并根据实际业务需求提供HTTP协议的API，后台和接口程序主要使用JAVA语言开发，在展现层，主要使用JAVA、CSS、HTML5、JS等技术来实现Web页面功能.。

前端技术

系统展现方面设计

系统整体采用扁平化的设计、视觉和体验一体化的设计、相辅相成界面的设计。视觉上的统一要求体验上的一致，体验上的创新也要求视觉上的突破，大方向是力求简洁精炼的，作为辅助手段引导用户操作，在易用性和美观性之间拿捏火候，恰到好处的展现出来，全局体现现代简洁，具有数据可视化的科技感。

页面采用了elementUi当前市面上运用成熟的组件库进行设计，element组件库具有如下优点：

1)一致性Consistency

与现实生活一致：与现实生活的流程、逻辑保持一致，遵循用户习惯的语言和概念；

在界面中一致：所有的元素和结构需保持一致，比如：设计样式、图标和文本、元素的位置等。

2)反馈Feedback

控制反馈：通过界面样式和交互动效让用户可以清晰的感知自己的操作；

页面反馈：操作后，通过页面元素的变化清晰地展现当前状态。

3)效率Efficiency

简化流程：设计简洁直观的操作流程；

清晰明确：语言表达清晰且表意明确，让用户快速理解进而作出决策；

帮助用户识别：界面简单直白，让用户快速识别而非回忆，减少用户记忆负担。

4)可控Controllability

用户决策：根据场景可给予用户操作建议或安全提示，但不能代替用户进行决策；

结果可控：用户可以自由的进行操作，包括撤销、回退和终止当前操作等。

页面系统框架设计

前端页面系统框架采用vue渐进式框架，vue是一个轻巧、高性能、可组件化的MVVM库，具有轻量级、双向数据绑定、指令、插件化等特性。渐进式框架特点：易用，灵活，高效，可以随意组合需要用到的模块vue+components+vue-router+vuex+vue-cli。

MVVM模型

在传统的mvc中除了model和view以外的逻辑都放在了controller中，导致controller逻辑复杂难以维护,在mvvm中view和model没有直接的关系，全部通过viewModel进行交互。

Vue社区支持和生态圈

Vuex是一个专为Vue.js应用程序开发的状态管理模式。灵感来自Flux和Redux,但简化的概念和实现是一个专门为Vue.js应用设计的状态管理架构。如果您的应用程序足够简单，建议您不要使用Vuex。但是，如果您需要构建是一个中大型单页应用，您很可能会考虑如何更好地在组件外部管理状态，Vuex将会成为自然而然的选择。

vue-router

vue-router是Vue.js官方的路由插件，它和vue.js是深度集成的，适合用于构建单页面应用。vue的单页面应用是基于路由和组件的，路由用于设定访问路径，并将路径和组件映射起来。传统的页面应用，是用一些超链接来实现页面切换和跳转的。在vue-router单页面应用中，则是路径之间的切换，也就是组件的切换。

vue-cli

作为Vue的脚手架，vue-cli无疑是出色的。它可以帮你快速的上手vue构建的工程，而无需再花多余的时间去熟悉vue工程的文件系统。

前端页面刷新技术和页面数据动态交互，在数据交互技术上使用web的最新标准Fetch代替传统的ajax，XMLHttpRequest是一个设计粗糙的API，不符合关注分离(Separation of Concerns)的原则，配置和调用方式非常混乱，而且基于事件的异步模型写起来也没有现代的Promise，generator/yield，async/await友好。

fetch和XMLHttpRequest相比，主要有以下优点：

·语法简洁，更加语义化

·基于标准Promise实现，支持async/await

·同构方便，使用isomorphic-fetch

后端技术

SpringBoot

项目中，后端工程主要使用SpringBoot作为程序主要技术框架，相对传统spring、ssh、ssm等框架而言，减少了繁琐的配置，也减少中间件单独搭建的繁琐操作，给项目上线发布和维护带来便宜。

SpringBoot所具备的特征有：

(1)可以创建独立的Spring应用程序，并且基于其Maven或Gradle插件，可以创建可执行的JARs和WARs；

(2)内嵌Tomcat或Jetty等Servlet容器；

(3)提供自动配置的“starter”项目对象模型(POMS)以简化Maven配置；

(4)尽可能自动配置Spring容器；

(5)提供准备好的特性，如指标、健康检查和外部化配置；

(6)绝对没有代码生成，不需要XML配置。

开箱即用

Outofbox：在开发过程中，通过在MAVEN项目的pom文件中添加相关依赖包，然后使用对应注解来代替繁琐的XML配置文件以管理对象的生命周期。这个特点使得开发人员摆脱了复杂的配置工作以及依赖的管理工作，更加专注于业务逻辑。

约定由于配置

Convention over configuration：由SpringBoot本身来配置目标结构，由开发者在结构中添加信息的软件设计范式。这一特点虽降低了部分灵活性，增加了BUG定位的复杂性，但减少了开发人员需要做出决定的数量，同时减少了大量的XML配置，并且可以将代码编译、测试和打包等工作自动化。

MySQL

项目中使用了MySQL关系型数据库，MySQL使用C和C++编写，并使用了多种编译器进行测试，保证了源代码的可移植性，支持AIX、FreeBSD、HP-UX、Linux、Mac OS、NovellNetware、OpenBSD、OS/2Wrap、Solaris、Windows等多种操作系统。

功能建设

1)首页

该模块主要是实时监控兰州观测站，生态站，雷达站的数据文件是否实时上传成功。监测报警。统计每天上传的资料信息，对于异常文件进行一键处理。

2)用户管理

用户管理主要对平台用户增删改查功能。

3)用户信息修改

4)统计分析

可统计在任意年、月、任意时段的文件监测信息。

系统环境

软件环境：

Java版本：jdk1.8

Web容器：SpingbBoot内嵌Tomcat9.0

系统版本：windows10

数据库版本：mySql5.8 mongodb4.0

硬件环境

应用服务器：

内存：32G

硬盘：500G

CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700

数据库服务器：

内存：32G

硬盘：500G

CPU：Intel(R)Core(TM)2T7700

跨平台应用

本系统支撑平台整体采用java为核心技术，由于JVM规格描述具有足够的灵活性，这使得将字节码翻译为机器代码的工作具有较高的效率。对于那些对运行速度要求较高的应用程序，解释器可将Java字节码即时编译为机器码，从而很好地保证了Java代码的可移植性和高性能。

基于观测站、生态站、雷达站的现有平台数据，主要包括观测站自动气象站(分钟数据、小时数据、酸雨数据、雨滴谱数据、状态信息)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、PM2.5、风廓线雷达数据，皋兰山生态站自动气象站(分钟数据，小时数据)、太阳光度计(质控信息及日数据文件)、黑碳仪数据、反应性气体数据，兰州雷达站雷达基数据、状态信息、PUP产品、拼图产品、径向流传输数据，利用SCADA(数据采集与监控系统)，结合实际业务需求，实现了各类数据上传与存入的数据状况监控及相关附属统计信息的前端查询和一体化、可视化展示。

实施例：

图2为为主显示界面展示的观测站、山生态站、雷达站所有纳入平台监控的设备类型等。

选择“兰州观测站”任一图标，自动弹出图3所示界面，可分别选择菜单栏自动气象站、太阳光度计、PM2.5和风廓线雷达进行查看。自动气象站可监控数据分为分钟数据、小时数据、酸雨日数据、雨滴谱和状态文件数据；太阳光度计可监控数据为日打包数据文件及质控信息文件；PM2.5可监控数据为质量浓度及数浓度数据文件；风廓线雷达可监控每6分钟上传所有类别数据文件。

如图4、图5所示，此界面可通过日期选择查看历史数据存入数、正常存入数、存入异常数、成功率等进行统计展示；可通过“异常报警记录”选择“数据存入”或“数据上传”情况进行展示；可通过点击“一键处理”按钮进行异常数据的处理。

图6为生态站、雷达站监控设备类型，生态站监控设备有自动气象站、太阳光度计、大气成分(反应性气体)和黑碳仪；兰州雷达站监控数据类型有基数据、状态信息、PUP产品、雷达拼图、径向数据流传输等。

如图7所示，主监控界面左上角显示“本月已处理异常报警数据XX条”统计，右上角显示“当前异常报警数据XX条”统计及登录值班员信息，可通过图标进行值班员切换登录；风廓线雷达右上角图标为动态展示，中间数字为当前此类型设备报警数据统计；主界面下方为兰州观测站、生态站、兰州雷达站所有异常报警数据滚动提示，通过右侧图标可选择“自动”或“手动”，选择“自动”，报警信息自动滚动显示。选择“手动”，报警信息使用滚动条选择显示。

台除主界面左上角显示“本月已处理异常报警数据XX条”统计，右上角显示“当前异常报警数据XX条”统计、设备右上角图标动态展示设备报警数据统计外，另设有专栏统计界面，可通过平台页面左侧图标进行选择，如图8所示。

如图9所示，平台可通过年、月和任意时段进行选择展示。

如图10所示，可统计文件类型选择。

图11为饼状图内圈数据存入情况显示，鼠标移至饼状图相应位置即可显示数目及统计百分比。

图12为饼状图外圈数据上传情况显示，鼠标移至饼状图相应位置即可.

图13可选择“饼状图”或“柱状图”进行多元化展示。

图14为动态图标报警，平台监测到异常报警信息时，主界面每类设备图标的右上角会出现红色闪烁图标，图标中数字为当前此类设备异常数据报警总数，值班人员鼠标选择此类型设备，在弹出的对话框中可查看异常报警数据文件，进行处理后，关闭对话框，刷新界面，红色闪烁图标消失。

图15为声音报警，平台监测到异常报警信息时，平台有声音提示报警，值班人员可迅速通过声音提示处理数据，主界面左侧图标可对报警音效进行关闭。

图16为报警数据文件展示，主界面下方体现当前所有设备报警数据文件，从序号、日期、时间、监控项、数据名称、数据文件名称、数据路径和数据情况进行提示，“自动”模式下，报警数据滚动提示，当报警数据较多时，值班人员可选择“手动”模式，利用鼠标滚动进行查看。

图17-21为数据处理留痕，值班人员交接班后，用各自值班员账号登录平台。统计分析界面可从“设备类型”、“数据路径”等选择查看“已处理”或“未处理”数据文件，可根据值班时间段查看班内值班情况、异常数据是否处理、处理人员信息等。

图22-25为用户管理及数据路径设置，平台设置一个超级管理员用户，可根据使用权限(观测站、生态站、雷达站权限不同)进行用户管理，例如：用户权限设置为“1”，此用户只可处理兰州观测站异常报警数据，不能处理生态站及雷达站数据；用户权限设置为“1，2”，此用户则可处理兰州观测站及生态站异常报警数据，不可处理雷达站数据，以此类推，只有超级用户可对用户权限进行更改。值班员登录平台后，可对各自用户信息进行更改，如手机号码、密码等、当设备软件升级、传输路径变更等需要对平台数据监控路径进行变更，此项工作内容要求超级用户完成，一般用户不使用此项功能。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。