自动气象站数据文件格式错误诊断与统计分析
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第 ２ 卷第 ２ ７ 期
２１ ０ ２年 ４月
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文 章 编 号 ：１ ７ ．７ ２ ２ １ ）２０ ２ —５ ６ １１４ （０ ２ ０ —２ ５０
自动 气 象 站数 据 文 件格 式错 误 诊 断 与统 计 分 析
董德保 ， 钱 毅 ， 吴 奇生 ， 窦炜 明
（ 安徽 省 气 象局 大气探 测技 术保 障 中心 ， 安徽 合肥 ２０ ３ ） ３０ １
摘要 ： 观测 资料 一体化业务发展对数据连续 性、 时效性 、 一致 性具 有较高 要求 ， 强化 数据质 量控制 、 据分析 、 数 设备 运行监控和维护维修尤为重要 。依 据地面气 象观测业 务 和 自动气 象站 运行特 点 ， 应用 ２ １ ～２ １ 中国气 ０ ０ ０ １年 象局 综合气象观测系统运行监控平 台和安徽省级监控 平 台对 ８ １套 国家级 自动气象 站运行 效能指 标 ， 分析 了未到 报、 数据文件格式错误 和数据错误三者对 自动气象站 观测 资料可 用性 的影 响 ， 针对 数据文 件第 ２行缺少 一个 字节
图 １ ２１ ０ ０年、０ １年安徽省 自动气象站运行效能指标逐月变化 ２１
第 ２期
董德 保 等 ： 自动 气 象站数 据 文件格 式错 误诊 断与 统计分 析
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目３ 字， 个 每组 用 一个半 角 字符 分开 。
第 ２ 器测项 目）包括观测时间、 行（ ： 风速 、 风向、 气温 、 地温以及气压和能见度等共 ５ 个要素值 ２２个字节 ， ２ ６
每组用 一 个半 角字 符分 开 。
第 ３ 分钟雨量）１ ０ 行（ ： 个字节 ， ２ 每分钟 ２ 个字节 ， １ 即 ～２位为第 １ 分钟的记录 ，～４ ３ 位为第 ２分钟 的记录 如此类推 ，１ ～１０ １９ ２ 位为第 ６ ０分钟的记录 ； 每分钟 内无 降水 时存入 “０ ， ０ ”微量存人 “ ，， ，” 降水量≥ １ｒ ０ ｍ ａ 时 ， 律存 人 ９ ， 一 ９ 缺测 存入 “ ／ 。 ／’
针对 影 响 自动气象 站运 行效 能 指标 的 ３个 因素 ： 到报 、 据 文件 格 式错 误 和 数 据错 误 ， ２ １ 未 数 以 ００年 ｌ 省 １月
级监控平 台监控 自动气象站业务运行情况为例 。图 ３为 自动气象站运行故障逐 日变化与类型分布 ， 图 ３ ａ 从 （） 知， 出现数据文件格式错误时次高于未到报时次与数据错误时次 ， 三者逐 日 变化无 明显特征 ， 伴有随机性 ； 从图 ３ （） ，１ ｂ 知 １ 月数据文件格式错误时次 占故 障频次 ８ ．２ 未到报时次 占故障频次 ７４ ％， ９２ ％， ．３ 数据错误 时次 占故障
自动 气 象站 数 据 文 件特 征
自动气象站观测的数据每小时正点 向中国气象局 以数据文件形式上行传输 ， 对原始上传数据文件进行解析 ， 解 析 后 的数据 文件 由 ４条 记 录组成 ： 第 １ 测站基本参数 ）包括区站号、 行（ ： 经度、 纬度 、 观测场海拔高度 、 气压传感器海拔高度 、 观测方式共 ６ 组项
到报 时次 和数 据 文件格 式错 误 时次 ） 是影 响可 用性 高低 的首 要 因素 。
众所周知 ， 安徽省 ８ 套 自 １ 动气象站可分为 ３ 种站类 ， 分别为基准站 （ 个）基本站 （１ 和一般站 （７ ） ３ 、 ２ 个） ５个 ； 图２ 为不 同站类运行效能指标逐月变化 ， 其中，００年 １ 月 ３ ２１ ～８ 种站类运行效能指标具有 明显 的阶梯性 ， 一般
看 出 ，０ ０年 ４月 自动 站运 行 效能 指标 较 差 ， 报率 和 可用 性 仅 为 ９ ．８ ２１ 到 ８ ５ ％和 ９ ．５ 之后 自动站 运 行 效 能指 ８ ４ ％，
标呈迂 回上升趋势 ； 中可知到报率与可用性变化趋势基本相 同， 从 具有一致性 的特征且到报率 （ 评估数据文件未
等格 式错 误统计特征 ， 究了 出现数据文件格式错误 与定 时观测 人机 交互操 作时 间的定量 化关 系 ， 到 了定 时观 研 得
测人机交互操作 阈值 时间 ＞４ ｓ ５。为提高 自动气象站观测数据 文件解析 的正确率 ， 提出了相关可行 的解决措施 。 关 键 词 ： 面气 象观测 ； 地 自动气 象站 ； 据文件格式 ； 障诊 断 数 故
态监控 ， 对于上传数据文件的诊断分析 ， 以方便 自动气象站故障报警 ， 可 提高装备保障的时效性 。基于“ 综合气象
观测 系统运 行监 控 平 台” Ａｔ ｓｈｒ ｓｒｉｇＳ ｓｅ Ｏｐｒｔ ｎ ｎ ｎｔｒ ｇ Ａ Ｏ ） 安 徽 省 级 监 控 平 （ ｍｏｐ ｅｉＯｂｅｖｕ ｙｔｍ ｅａｉ ｓａｄＭｏ ｉ ｉ ， Ｓ Ｍ 和 ｃ ｏ ｏｎ
比） 进行 运行 监控评 估 。
２ ２ 运 行效 能指 标分 析 ．
通过 Ａ Ｏ 和安徽省级监控平台监控 ２ １ －２ １ 年安徽省 国家级 自动气象站运行效能指标的统计分析 ， ＳＭ ００ ０ １ 图 １ ２ １ 年 、０ １ 自动气象站运行效能指标逐月变化 曲线 ，０ １ 为 ００ ２１ 年 ２ １ 年运行效能指标优于 ２ １ ００年， 从图中可以
文献标志码 ： Ａ 中图分类号 ： ４ ４ Ｐ０
０ 引言
随着地面气象观测业务改革的推进 ， 自动观测逐步取代了人工观测 ， 观测业务从 以数据采集为主逐步 向仪器 设备运行保障、 数据质量控制和数据处理分析为主的综合观测转变。地面气象观测资料 由自动气象站 自动采集 、 处理和上行传输 ， 通过监控分析上行传输数据文件（ ｚ文件 ） 的到报、 文件格式解析和数据质量控制情况 ， 以评 可 估 自动气象站运行稳定性与可靠性 。由于 自动气象站容易受到雷击、 电磁脉冲干扰 、 人为操作失误以及顶层设计 等因素影响 ＿Ｊ导致 自动气象站业务运行故 障， ２， 自动观测资料缺测 ， 影响气象资料的连续性 、 时性 、 及 完整性 。 因此 ， 提高 自动气象站业务运行 的稳定性与可靠性对于发挥观测资料的应用效益具有重要的意义 。
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站优 于基 本 站 ， 本 站 优 于基 准 站 ； ９月基 准 站 的 运行 效 能 指标 明显 上 升 ，０ １ 一般 站 和 基 准 站 运行 较 基 到 １ ～ １月
好， 而基本站运行效能呈下降趋势 ， １ 月 ， 种站类运行效能指标均较高 ；０ １ ３ 到 ２ ３ ２ １ 年 种站类逐月运行效能指标 均在 ９ ．５ ９８ ％以上 ， 明显特征， 无 自动气象站业务运行相对稳定 。依照地 面气象观测规范规定 ， 准站每天通过 基
Ｏ Ｓ ２ ０ 面测 报软 件定 时观 测人 机交 互 操作 ２ Ｓ Ｍ０ ０ ４地 ４次 ， 基本 站 ８次 ， 般 站 ３次 ； 于 同种 型 号观 测仪 器 业务 一 对
运行 ，０ ０ ８ ２ １ 年 月之前 ３ 种站类运行效能指标具有明显的阶梯性 ， 可能与人机交互操作频次高低有着密切关系。
Ｃ ＷＳ ０ 型 自动气象站在 中国气象台站已广泛投入业务使用 ， Ａ ６０ 由于顶层设计缺少数据采集器模块、 传感器
收 稿 日期 ：０ ２０ —９ ２ １—３１
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第２ ７卷
模块以及通信网络等硬件 的监视参数 ， 一般利用上传数据文件到报监视 、 格式解析 、 质量控制等方法进行远程状
… …
，
第 ４ ： ２ 个要素值 ， 行 共 ３ 每组用 １ 个半角空格分隔， 无该条记 录内容时则省略 ， ＝” “ 加在分钟降水量之后 。 文 件最 后 一条 记 录为 ＮＮＮＮ， 表示 文件 结束 ｌ３ ３。
２ 自动 气 象 站 运 行 效 能指 标 分 析
２ １ 运行 监控 概 述 ．
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图 ２ ２ １ 年、 ０ １ ０ ０ ２ １ 年安徽省 自动气象站不同站类运行效能逐月变化
３ 数 据 文 件 格 式 错 误分 析
３ １ 数 据 文件格 式错 误 类型 ．
根据上传数据文件编码特征 ， 利用 Ａ Ｏ 和省级监控平 台监视数据文件格式错误 出现频次较高 的类型列举 ＳＭ 如下 ： （） １第二 行记 录字 符长 度 短于 相应 文件 格式 编码 长度 ， 三行 分 钟雨量 均 为缺测 记 录 ， ： 第 如
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台， 并结合 自 动气象站业务运行特点 ， 从上传数据文件通信能力 、 设备运行能力 、 设备故障情况方面进行运行能力
评估Ｌ Ｊ ４ 。通过上传每小时观测数据文件 （ ｚ文件 ） 时次与数据文件格式检查 ， 出未到报时次与格式错误 时次 得
的文件 ， 这些时次的数据文件将不能录入数据库 ； 从数据存储 、 查询等管理角度来看 ， 均视为无效数据文件 ， 统计 时用到报率指标评估 。从时间一致性 、 空间一致性、 气候极值 、 内部一致性等检查方法对数据文件 中的观测要素 项进行质量控制［ ８， ． ｊ分析出数据错误时次文件 ， ６ － 其可反映 自动站观测要素采集通道或传感器运行能力 ； 结合上 述３ 种因素 ， 用可用性指标（ ： 即 应观测时次减去未到报时次 、 数据文件格式错误 和数据错误再与应观测 时次之
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文 章 编 号 ：１ ７ ．７ ２ ２ １ ）２０ ２ —５ ６ １１４ （０ ２ ０ —２ ５０
自动 气 象 站数 据 文 件格 式错 误 诊 断 与统 计 分 析
董德保 ， 钱 毅 ， 吴 奇生 ， 窦炜 明
（ 安徽 省 气 象局 大气探 测技 术保 障 中心 ， 安徽 合肥 ２０ ３ ） ３０ １
摘要 ： 观测 资料 一体化业务发展对数据连续 性、 时效性 、 一致 性具 有较高 要求 ， 强化 数据质 量控制 、 据分析 、 数 设备 运行监控和维护维修尤为重要 。依 据地面气 象观测业 务 和 自动气 象站 运行特 点 ， 应用 ２ １ ～２ １ 中国气 ０ ０ ０ １年 象局 综合气象观测系统运行监控平 台和安徽省级监控 平 台对 ８ １套 国家级 自动气象 站运行 效能指 标 ， 分析 了未到 报、 数据文件格式错误 和数据错误三者对 自动气象站 观测 资料可 用性 的影 响 ， 针对 数据文 件第 ２行缺少 一个 字节
图 １ ２１ ０ ０年、０ １年安徽省 自动气象站运行效能指标逐月变化 ２１
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董德 保 等 ： 自动 气 象站数 据 文件格 式错 误诊 断与 统计分 析
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第 ２ 器测项 目）包括观测时间、 行（ ： 风速 、 风向、 气温 、 地温以及气压和能见度等共 ５ 个要素值 ２２个字节 ， ２ ６
每组用 一 个半 角字 符分 开 。
第 ３ 分钟雨量）１ ０ 行（ ： 个字节 ， ２ 每分钟 ２ 个字节 ， １ 即 ～２位为第 １ 分钟的记录 ，～４ ３ 位为第 ２分钟 的记录 如此类推 ，１ ～１０ １９ ２ 位为第 ６ ０分钟的记录 ； 每分钟 内无 降水 时存入 “０ ， ０ ”微量存人 “ ，， ，” 降水量≥ １ｒ ０ ｍ ａ 时 ， 律存 人 ９ ， 一 ９ 缺测 存入 “ ／ 。 ／’
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级监控平 台监控 自动气象站业务运行情况为例 。图 ３为 自动气象站运行故障逐 日变化与类型分布 ， 图 ３ ａ 从 （） 知， 出现数据文件格式错误时次高于未到报时次与数据错误时次 ， 三者逐 日 变化无 明显特征 ， 伴有随机性 ； 从图 ３ （） ，１ ｂ 知 １ 月数据文件格式错误时次 占故 障频次 ８ ．２ 未到报时次 占故障频次 ７４ ％， ９２ ％， ．３ 数据错误 时次 占故障
自动 气 象站 数 据 文 件特 征
自动气象站观测的数据每小时正点 向中国气象局 以数据文件形式上行传输 ， 对原始上传数据文件进行解析 ， 解 析 后 的数据 文件 由 ４条 记 录组成 ： 第 １ 测站基本参数 ）包括区站号、 行（ ： 经度、 纬度 、 观测场海拔高度 、 气压传感器海拔高度 、 观测方式共 ６ 组项
到报 时次 和数 据 文件格 式错 误 时次 ） 是影 响可 用性 高低 的首 要 因素 。
众所周知 ， 安徽省 ８ 套 自 １ 动气象站可分为 ３ 种站类 ， 分别为基准站 （ 个）基本站 （１ 和一般站 （７ ） ３ 、 ２ 个） ５个 ； 图２ 为不 同站类运行效能指标逐月变化 ， 其中，００年 １ 月 ３ ２１ ～８ 种站类运行效能指标具有 明显 的阶梯性 ， 一般
看 出 ，０ ０年 ４月 自动 站运 行 效能 指标 较 差 ， 报率 和 可用 性 仅 为 ９ ．８ ２１ 到 ８ ５ ％和 ９ ．５ 之后 自动站 运 行 效 能指 ８ ４ ％，
标呈迂 回上升趋势 ； 中可知到报率与可用性变化趋势基本相 同， 从 具有一致性 的特征且到报率 （ 评估数据文件未
等格 式错 误统计特征 ， 究了 出现数据文件格式错误 与定 时观测 人机 交互操 作时 间的定量 化关 系 ， 到 了定 时观 研 得
测人机交互操作 阈值 时间 ＞４ ｓ ５。为提高 自动气象站观测数据 文件解析 的正确率 ， 提出了相关可行 的解决措施 。 关 键 词 ： 面气 象观测 ； 地 自动气 象站 ； 据文件格式 ； 障诊 断 数 故
态监控 ， 对于上传数据文件的诊断分析 ， 以方便 自动气象站故障报警 ， 可 提高装备保障的时效性 。基于“ 综合气象
观测 系统运 行监 控 平 台” Ａｔ ｓｈｒ ｓｒｉｇＳ ｓｅ Ｏｐｒｔ ｎ ｎ ｎｔｒ ｇ Ａ Ｏ ） 安 徽 省 级 监 控 平 （ ｍｏｐ ｅｉＯｂｅｖｕ ｙｔｍ ｅａｉ ｓａｄＭｏ ｉ ｉ ， Ｓ Ｍ 和 ｃ ｏ ｏｎ
比） 进行 运行 监控评 估 。
２ ２ 运 行效 能指 标分 析 ．
通过 Ａ Ｏ 和安徽省级监控平台监控 ２ １ －２ １ 年安徽省 国家级 自动气象站运行效能指标的统计分析 ， ＳＭ ００ ０ １ 图 １ ２ １ 年 、０ １ 自动气象站运行效能指标逐月变化 曲线 ，０ １ 为 ００ ２１ 年 ２ １ 年运行效能指标优于 ２ １ ００年， 从图中可以
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０ 引言
随着地面气象观测业务改革的推进 ， 自动观测逐步取代了人工观测 ， 观测业务从 以数据采集为主逐步 向仪器 设备运行保障、 数据质量控制和数据处理分析为主的综合观测转变。地面气象观测资料 由自动气象站 自动采集 、 处理和上行传输 ， 通过监控分析上行传输数据文件（ ｚ文件 ） 的到报、 文件格式解析和数据质量控制情况 ， 以评 可 估 自动气象站运行稳定性与可靠性 。由于 自动气象站容易受到雷击、 电磁脉冲干扰 、 人为操作失误以及顶层设计 等因素影响 ＿Ｊ导致 自动气象站业务运行故 障， ２， 自动观测资料缺测 ， 影响气象资料的连续性 、 时性 、 及 完整性 。 因此 ， 提高 自动气象站业务运行 的稳定性与可靠性对于发挥观测资料的应用效益具有重要的意义 。
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（ ）０ １ ｂ２ １ 年
站优 于基 本 站 ， 本 站 优 于基 准 站 ； ９月基 准 站 的 运行 效 能 指标 明显 上 升 ，０ １ 一般 站 和 基 准 站 运行 较 基 到 １ ～ １月
好， 而基本站运行效能呈下降趋势 ， １ 月 ， 种站类运行效能指标均较高 ；０ １ ３ 到 ２ ３ ２ １ 年 种站类逐月运行效能指标 均在 ９ ．５ ９８ ％以上 ， 明显特征， 无 自动气象站业务运行相对稳定 。依照地 面气象观测规范规定 ， 准站每天通过 基
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Ｃ ＷＳ ０ 型 自动气象站在 中国气象台站已广泛投入业务使用 ， Ａ ６０ 由于顶层设计缺少数据采集器模块、 传感器
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模块以及通信网络等硬件 的监视参数 ， 一般利用上传数据文件到报监视 、 格式解析 、 质量控制等方法进行远程状
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第 ４ ： ２ 个要素值 ， 行 共 ３ 每组用 １ 个半角空格分隔， 无该条记 录内容时则省略 ， ＝” “ 加在分钟降水量之后 。 文 件最 后 一条 记 录为 ＮＮＮＮ， 表示 文件 结束 ｌ３ ３。
２ 自动 气 象 站 运 行 效 能指 标 分 析
２ １ 运行 监控 概 述 ．
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（ ）０ ０拄 ａ２ １
图 ２ ２ １ 年、 ０ １ ０ ０ ２ １ 年安徽省 自动气象站不同站类运行效能逐月变化
３ 数 据 文 件 格 式 错 误分 析
３ １ 数 据 文件格 式错 误 类型 ．
根据上传数据文件编码特征 ， 利用 Ａ Ｏ 和省级监控平 台监视数据文件格式错误 出现频次较高 的类型列举 ＳＭ 如下 ： （） １第二 行记 录字 符长 度 短于 相应 文件 格式 编码 长度 ， 三行 分 钟雨量 均 为缺测 记 录 ， ： 第 如
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台， 并结合 自 动气象站业务运行特点 ， 从上传数据文件通信能力 、 设备运行能力 、 设备故障情况方面进行运行能力
评估Ｌ Ｊ ４ 。通过上传每小时观测数据文件 （ ｚ文件 ） 时次与数据文件格式检查 ， 出未到报时次与格式错误 时次 得
的文件 ， 这些时次的数据文件将不能录入数据库 ； 从数据存储 、 查询等管理角度来看 ， 均视为无效数据文件 ， 统计 时用到报率指标评估 。从时间一致性 、 空间一致性、 气候极值 、 内部一致性等检查方法对数据文件 中的观测要素 项进行质量控制［ ８， ． ｊ分析出数据错误时次文件 ， ６ － 其可反映 自动站观测要素采集通道或传感器运行能力 ； 结合上 述３ 种因素 ， 用可用性指标（ ： 即 应观测时次减去未到报时次 、 数据文件格式错误 和数据错误再与应观测 时次之
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