综合观测数据应用平台软件功能需求设计书.docx
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综合观测数据应用平台软件功能需求设计书
案卷号
TCZX-001
日期
2011.02.14
综合观测数据应用平台
功能需求设计书
（V1.1）
安徽省大气探测技术保障中心
1引言
1.1背景
近10多年来，依托全国性的“气象卫星综合应用业务系统（9210工程）”、“大气监测自动化系统工程一期工程”和我省自己组织的全省基于VPN和SDH技术的宽带网络建设、全省高密度自动气象站显示查询系统和安徽省实时通信业务质量监控系统建设，省级气象信息系统软硬件设施不断完善、技术水平不断提高、业务管理不断规范、整体能力显著增强，为支撑公共气象服务、预测预报和综合气象观测等业务的发展起到了重要作用。
虽然作为现代气象业务基本支撑的气象信息系统取得了较快发展，但快速发展的公共气象服务业务、预测预报业务、综合气象观测业务，对气象信息系统的发展不断提出新的需求。
主要表现在：
观测业务的发展，产生的大容量、高频次数据，需要及时有效地进行汇集、显示和共享，满足对极端天气的监测和预警的需求；公共气象服务业务的发展，需要统一管理公共气象服务信息，提供统一的基础空间信息资源服务；现代天气业务的发展，需要提供集约化数据环境支撑，要求雷达资料、自动气象站资料等观测资料及时送达预报员桌面；现代气候业务的发展，需要及时查询获取质量可靠、序列完整且连续均一的观测资料以及完整的台站迁移、仪器变更等元数据信息；气象预报预测业务和科研的发展，要求便捷、高效获取观测资料和数据产品。
为此，构建合理的数据管理体系，建立规范化、集约化的数据管理环境，保持数据接口基本统一，持续改进数据服务方式与获取功能，不断提高数据质量和时效，并可按照应用需求提供数据组合、裁剪、统计和格式转换等定制服务。
构建“安徽省综合观测数据应用平台”，以现代气象业务服务系统需求为目标，实现现有气象信息资料分类整理，分类建立实时共享的综合观测数据产品，实现省、市、县三级气象部门对气象信息实时查询、检索。
1.2范围
本软件开发名称暂定为“安徽省综合观测数据应用平台”。
本功能规格需求书规定了综合观测数据应用平台的相关技术要求：
平台体系结构、总体功能、观测数据显示、质控数据显示、数据存储管理规范、数据下载、数据质量监控和告警以及平台各个功能块的性能要求、各种观测资料的数据格式等。
为后期的设计及软件开发提供参考依据。
本功能规格需求书由安徽省大气探测技术保障中心组织编写，修改权、解释权属于安徽省大气探测技术保障中心。
1.3定义
GIS：
全称是地理信息系统（GeographicInformationSystem），是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按照空间分布及属性，以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统。
CMACast：
是中国气象局卫星数据广播系统的简称，该系统是基于DVB-S的卫星传输平台。
平台：
在本说明书中，如前后文中无特别交代，主指“安徽省综合观测数据应用平台”。
1.4参考资料
本功能规格需求书依据或参考下列文件资料编写：
《地面气象观测规范》
《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》
《气象信息网络传输业务手册》
2项目综述
2.1系统建设目标
综合观测数据应用平台的建设应满足现代公共气象服务业务、预测预报业务、综合气象观测业务对观测数据的应用需求。
通过建设综合观测数据平台主要实现以下目标:
●改变现有综合观测资料显示和共享分散和零乱的局面，建立统一的综合观测数据基础服务平台，保障省级综合观测数据共享服务的一致性和方便性。
●提高省级观测数据应用的时效，为省、地级预报提供集约化数据环境支撑，确保预报预测以及公共气象服务人员及时可见省级主要观测数据。
●提升省级观测数据粗加工能力，建立统一的省级实时观测数据质量显示平台。
●提高对气象灾害实况的监测报警能力。
2.2系统定位
“综合观测数据应用平台”独立于省级气象通信业务其它系统，现有的省级气象信息业务系统是“综合观测数据应用平台”的数据源。
平台对外共享的网络环境仍依赖现有的省级通信网络系统。
“综合观测数据应用平台”和“省级气象信息共享平台”是完全独立的两个平台，前者侧重于观测资料的加工显示，后者侧重于气象信息的整体集成，互为补充，共同构成省级气象信息的支撑平台。
2.3系统的体系结构
2.3.1部署模式
“综合观测数据应用平台”采用一级部署，三级应用的模式，即平台架设安装在省探测中心，由省探测中心负责运行维护和管理，省、市、县三级气象部门可以通过气象宽带网络以网页浏览的方式完成对平台的访问。
2.3.2数据来源要求
国家级自动站、区域加密站、酸雨、风塔数据、重要天气、自动土壤水分及闪电定位等省内观测站观测的原始综合观测数据，直接由省级上行发报业务系统分发获取。
外省综合观测数据从CMACast卫星广播系统分发获取。
自动观测站数据质量直接从省级自动站质量控制系统中获取。
雷达拼图、GPS水汽图等部分数据产品从省级气象信息共享平台中获取。
2.3.3系统架构
2.3.3.1软件架构
系统应支持较强的可扩充性和可伸缩性，要求支持B/S架构，系统架构设计和接口协议应基于国内外业界开放标准。
如.net、J2EE、WebService等从软件开发层面，平台开发应包含以下层次:
●数据层:
该层主要实现平台所收集的数据解码、格式化、数据统计、分类存储、备份、恢复等工作以确保观测数据的准确性、完整性和关联性。
数据层为中间层提供方便的数据调用，对平台的性能起至关重要的作用。
●中间层：
该层主要实现各类数据的应用，支持平台上很多针对数据查询、管理以及统计的功能模块的实现。
●应用层：
应用层的表现形式要求丰富，支持界面层现、GIS显示、短信和声音告警等。
图2.3-1综合观测数据应用平台系统架构
2.3.4.2平台功能框架
根据功能属性划分，平台一级功能共设以下七个模块：
综合观测数据显示、综合观测数据检索、综合观测数据下载、综合观测数据访问接口、综合观测数据质量监控、综合观测数据灾害报警、综合观测数据存储与管理。
每一功能块再按照功能属性做进一步细分，通过一级二级等功能块的设置为用户对平台的使用提供便利。
具体功能框架图如下图2.3-2：
图2.3-2综合观测数据应用平台功能架构
2.3.3.3硬件架构
系统硬件架构主要包括数据收集服务器、数据库服务器、Web服务器。
收集服务器从省级通信业务系统收集数据后送到数据库服务器。
数据库服务器将收集到的数据加工处理后入库存储。
Web服务器完成综合观测数据的查询显示。
硬件架构如下图2.3-3：
图2.3-3综合观测数据应用平台硬件架构
3功能具体需求
3.1总体需求
建立安徽省气象综合观测数据显示应用平台，综合运用WEB、HTTP、FTP等多种服务方式，向省内各部门及台站提供气象综合探测测信息及产品。
根据用户需求进行相应衍生产品、灾害和极端天气事件的计算与统计，将各要素资料、状态信息及查询统计结果进行个性显示、输出。
提供友好的人机交互界面，可以方便的进行系统各类参数及阈值的配置、修改。
平台在省气象宽带网络的支持下运行，系统以GIS作为显示支撑平台，支持所有的实时资料、产品资料以及其他相关通用数据格式资料的显示，可提供易用好用的人机交互功能。
平台主要是采用GIS地图，结合各观测站在地图上的分布情况，进行气象数据和报警数据的多种显示功能与查询统计功能。
资料统计查询提供各台站，在任意时段，任意要素的查询。
在界面上输入查询条件后，可查询任意时段（或时次）的观测数据，并可以通过曲线、画图等方式显示同一台站不同观测要素、不同台站同一观测要素的数据比对。
GIS平台的总体显示要求如下：
（1）地理图形模板
（2）系统采用包含1：
25万的基础地理数据作为系统背景地图
（3）设计安徽省及周边应用地理图形模板
（4）各类数据信息都叠加到背景地图上加以显示
（5）地理数据包括省界、市界、县界、河流、行政驻地等多种地理信息
（6）提供多种观测资料及产品的显示功能（包含多层信息叠加显示、动画显示、地理数据显示等）
3.2各类综合观测数据显示需求
数据显示是在数据检索的基础上，为用户提供多种形式的检索结果显示功能。
主要为用户提供一个基础观测资料和产品的直观信息，实现基于检索结果的文字、表格、图形、图像、动画等多种数据表现功能等。
3.2.1自动观测站数据的综合显示
<功能概述>
实现安徽省及周边省份国家级自动站和区域级自动站数据的显示。
<功能点描述>
（1）能够实现单站单要素单时间序列显示；
（2）能够实现单站单要素多时间序列显示；
（3）能够实现单站多要素单时间序列显示；
（4）能够实现单站多要素多时间序列显示；
（5）能够实现多站单要素单时间序列显示；
（6）能够实现多站单要素多时间序列显示；
（7）能够实现多站多要素单时间序列显示；
（8）能够实现多站多要素多时间序列显示；
（9）显示资料的时间频次可以为1分钟、10分钟、1小时等；
（10）根据时间频次前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，叠加数据查询等；
（11）总体站点范围应含安徽和周边站点，可以自定义站点、或区域；
（12）总体要素应支持第一代自动站的52个要素，可扩充到第二代自动站的84个要素；
（13）支持降水、温度等按照地图分布显示；
（14）能够对降水等要素实现1小时、3小时、6小时、24小时、05点到05点、08点至08点以及自定义时段的统计显示。
（15）能够对温度、气压、风速等要素实现1小时、3小时、6小时、24小时以及自定义时段的最高、最低、平均统计显示。
<显示方式>
（1）支持GIS显示、支持直方图、折线图、面积图、等值线图及玫瑰图等形式的图形显示方式；
（2）提供数据等值线图，可以实现单时间节点等值线图形，时间段要素变化色斑图，并可以提供图形下载功能；
（3）支持表格方式显示；
（4）支持图形和表格混合方式显示；
（5）支持导出为Excel格式；
（6）支持导出为XML格式；
（7）支持导出为文本格式等。
3.2.2自动土壤水分数据的综合显示
<功能概述>
实现安徽省及周边省份自动土壤水分数据的显示。
<功能点描述>
（1）能够实现单站单层单要素单时间序列显示；
（2）能够实现单站单层单要素多时间序列显示；
（3）能够实现单站单层多要素单时间序列显示；
（4）能够实现单站单层多要素多时间序列显示；
（5）能够实现单站多层单要素单时间序列显示；
（6）能够实现单站多层单要素多时间序列显示；
（7）能够实现单站多层多要素单时间序列显示；
（8）能够实现单站多层多要素多时间序列显示；
（9）能够实现多站单层单要素单时间序列显示；
（10）能够实现多站单层单要素多时间序列显示；
（11）能够实现多站多层单要素单时间序列显示；
（12）能够实现多站多层单要素多时间序列显示；
（13）能够实现多站单层多要素单时间序列显示；
（14）能够实现多站单层多要素多时间序列显示；
（15）能够实现多站多层多要素单时间序列显示；
（16）能够实现多站多层多要素多时间序列显示；
（17）显示资料的时间频次可以为1小时；
（18）根据时间频次前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，叠加数据查询等；
（19）总体站点范围应含安徽和周边站点，实际显示时可以自定义站点或区域；
（20）根据土壤水分的层级规定为8层，10厘米为一层；
（21）支持土壤水分按照地图分布显示。
<显示方式>
（1）支持GIS显示、支持直方图、折线图、面积图、等值线图及玫瑰图等形式的图形显示方式；
（2）提供数据等值线图，可以实现单时间点等值线图形，时间段要素变化色斑图，并可以提供图形下载功能；
（3）支持表格方式显示；
（4）支持图形和表格混合方式显示；
（5）支持导出为Excel格式；
（6）支持导出为XML格式；
（7）支持导出为文本格式等。
3.2.3风塔数据的综合显示
<功能概述>
实现安徽省风塔资料的显示。
<功能点描述>
（1）能够实现单站单层单时间序列风向风速的显示；
（2）能够实现单站单层多时间序列风向风速显示；
（3）能够实现单站多层单时间序列风向风速的显示；
（4）能够实现单站多层多时间序列风向风速的显示；
（5）能够实现多站单层单时间序列风向风速的显示；
（6）能够实现多站单层多时间序列风向风速的显示；
（7）能够实现多站多层单时间序列风向风速显示；
（8）能够实现多站多层多时间序列风向风速显示；
（9）显示资料的时间频次可以为6小时；
（10）根据时间频次前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，叠加数据查询等；
（11）总体站点范围应含安徽站点，实际显示时可以自定义站点或区域；
（12）根据风塔的层级规定为10米、30米、50米、70米、100米。
<显示方式>
（1）支持GIS显示；
（2）支持表格显示；
（3）支持导出为Excel格式；
（4）支持导出为XML格式；
（5）支持导出为文本格式等。
3.2.4灾害性天气数据的综合显示
<功能概述>
实现暴雨、积雪、雷暴、霜冻、视程障碍、大风、龙卷风、冰雹等灾害性天气数据的显示。
<功能点描述>
（1）主界面默认显示时效范围内全省所有灾害要素的最新数据,时效范围应根据各种资料类型定义；
（2）能够实现单站单灾害要素单时间序列显示；
（3）能够实现单站单灾害要素多时间序列显示；
（4）能够实现单站多灾害要素单时间序列显示；
（5）能够实现单站多灾害要素多时间序列显示；
（6）能够实现多站单灾害要素单时间序列显示；
（7）能够实现多站单灾害要素多时间序列显示；
（8）能够实现多站多灾害要素单时间序列显示；
（9）能够实现多站多灾害要素多时间序列显示；
（10）显示每种灾害性要素时不仅显示灾害数据也能同时显示灾害图标；
（11）显示资料的时间频次应为分钟级；
（12）根据时间频次前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，叠加数据查询等；
（13）总体站点范围应为安徽省；
（14）能够实现对各种灾害性天气按时间、站点、区域统计显示极值、平均值等数据。
<显示方式>
（1）支持GIS显示、支持直方图、折线图、面积图、等值线图及玫瑰图等形式的图形显示方式；
（2）提供数据等值线图，可以实现单时间点等值线图形，时间段要素变化色斑图，并可以提供图形下载功能；
（3）支持表格方式显示；
（4）支持图形和表格混合方式显示；
（5）支持导出为Excel格式；
（6）支持导出为XML格式；
（7）支持导出为文本格式等。
3.2.5GPS数据的综合显示
<功能概述>
实现GPS-PWV数据的显示。
<功能点描述>
（1）能够按照安徽省区域范围显示单时间的GPS-PWV数据；
（2）能够按照时间序列查询显示安徽省区域范围的GPS-PWV数据；
（3）显示资料的时间频次应为30分钟；
（4）根据时间频次前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，叠加数据查询等；
<显示方式>
（1）支持图形显示；
（2）支持动画播放显示。
3.2.6酸雨数据的综合显示
<功能概述>
实现酸雨数据的显示。
<功能点描述>
（1）能够实现单站单要素单时间序列显示；
（2）能够实现单站单要素多时间序列显示；
（3）能够实现多站单要素单时间序列显示；
（4）能够实现多站单要素多时间序列显示；
（5）显示资料的时间频次可以为1天；
（6）总体站点范围应包含安徽省全部酸雨观测站点。
<显示方式>
（1）支持GIS显示；
（2）支持导出为Excel格式；
（3）支持导出为XML格式；
（4）支持导出为文本格式等。
3.2.7闪电定位数据的综合显示
<功能概述>
实现安徽省范围内闪电数据的显示。
<功能点描述>
（1）能够按照经纬度显示指定时间的闪电强度；
（2）能够按照经纬度查询显示多时间序列的闪电强度；
（3）显示资料的时间频次可以为10分钟。
<显示方式>
（1）支持GIS显示，每个闪电数据在显示时都是由图形化的符号来表征的，其中：
红色符号“+”代表闪电强度大于零的闪电数据，即正闪；
蓝色符号“-”代表闪电强度小于零的闪电数据，即负闪；
（2）支持表格显示；
（3）支持导出为Excel格式；
（4）支持导出为XML格式；
（5）支持导出为文本格式等。
3.2.8雷达数据的综合显示
<功能概述>
实现安徽省及周边省份雷达产品的显示。
<功能点描述>
（1）能够支持单雷达站图形显示；
（2）能够支持多站雷达拼图显示；
（3）能够按照时间序列查询显示。
<显示方式>
（1）图形显示；
（2）支持动画播放显示。
3.3综合观测数据检索
数据检索子系统为用户提供界面交互式的数据检索服务，实现按照一定的规则为用户提供多种数据检索界面，提供用户选择或输入相应条件进行数据的查询和检索，并将用户的检索条件提交到数据接口的访问请求模块；用户可以使用一种或综合使用多种检索条件。
3.3.1元数据检索
<功能概述>
通过对元数据的检索获取综合观测数据集的整体描述信息，包括数据集简介、数据量大小、数据质量状况、数据格式、数据存储位置等。
<功能点描述>
（1）能够根据综合观测数据种类进行元数据检索；
（2）能够根据关键词进行元数据检索。
<显示方式>
（1）表格方式或图形方式；
（2）支持导出为Excel格式；
（3）支持导出为XML格式；
（4）支持导出为文本格式等。
3.3.2条件检索
<功能概述>
条件检索适用于用RDBMS（关系数据库管理系统）结构化数据，也适用于利
用RDBMS进行管理的文件索引信息。
<功能点描述>
（1）能够根据一个完整的检索条件称检索表达式，它包含检索项、检索值、检索算术运算关系、条件逻辑关系词来检索观测数据；
（2）特别能够支持时间、空间和资料内容检索。
<显示方式>
（1）支持GIS显示、支持直方图、折线图、面积图、等值线图及玫瑰图等形式的图形显示方式；
（2）提供数据等值线图，可以实现单时间点等值线图形，时间段要素变化色斑图，并可以提供图形下载功能；
（3）支持表格方式显示；
（4）支持图形和表格混合方式显示；
（5）支持导出为Excel格式；
（6）支持导出为XML格式；
（7）支持导出为文本格式等。
3.3.3数据分类检索
<功能概述>
分类目录检索是直接运用导航目录，无须通过检索对话框就可以进行检索的
一种检索方式，分类目录检索的操作区域主要是导航目录区。
这里的导航目录检
索的实质是对用来描述虚拟目录树的xml文档的访问。
<功能点描述>
（1）建立一种数据分级分类到资料目录的映射关系，用于数据导航；
（2）能够实现按照站点、资料类型、时间来分类；
<显示方式>
（1）支持GIS显示、支持直方图、折线图、面积图、等值线图及玫瑰图等形式的图形显示方式；
（2）提供数据等值线图，可以实现单时间点等值线图形，时间段要素变化色斑图，并可以提供图形下载功能；
（3）支持表格方式显示；
（4）支持图形和表格混合方式显示；
（5）支持导出为Excel格式；
（6）支持导出为XML格式；
（7）支持导出为文本格式等。
3.3.3.1基于地理信息的检索
<功能概述>
基于地理信息的交互检索是一种检索应用界面，提供一种间接的条件检索，
基于地理信息的交互检索的操作实际被转化为空间条件的检索，是条件检索的一
个特例。
基于地理信息的交互检索模块提供用户基于地图的可视化的图形界面，选择
检索条件和检索区域。
实现中国地图显示功能，支持用户在地图上按感兴趣的区
域任意检索，使之能快捷直观地获取所需的资料。
<功能点描述>
（1）能够实现地图显示、图层控制、地图无级缩放、矩形框查询（经纬度范围查询）、地图点查询、鹰眼功能、漫游功能、测距功能；
（2）交互界面上，提供查询按钮：
时间前进后退滑动，站点要素选择，等值线分析，数据查询等；
（3）提供观测资料的显示功能，以及多种资料及产品的多层叠加显示、动画显示、地理数据显示等。
<显示方式>
（1）支持GIS显示；
（2）支持动画显示。
3.4综合观测数据下载
该子系统为用户提供基于文件列表方式的数据下载方式，通过支持断点续传
和有安全控制的Http/FTP进程，将用户检索到的数据、产品下载到用户本地计算机。
3.4.1http服务
<功能概述>
建立并启动支持断点续传和有安全控制的http进程，为用户提供基于文件
列表方式的数据下载服务，将用户检索到的观测数据、产品下载到用户本地计算机。
<功能点描述>
（1）用户安全控制；
（2）断点续传；
（3）用户下载流量和带宽限制。
<显示方式>
（1）Web方式。
3.4.2ftp服务
<功能概述>
建立并启动支持断点续传和有安全控制的FTP进程，为用户提供基于文件列
表方式的数据下载服务，将用户检索到的观测数据、产品下载到用户本地计算机。
<功能点描述>
（1）用户安全控制；
（2）断点续传；
（3）用户下载流量和带宽限制。
<显示方式>
（1）FTP方式。
3.4.3下载管理
<功能概述>
下载管理模块根据用户名、下载数据的种类和内容、数据量，进行相应的磁
盘和目录管理，分配相应的临时存储空间、建立临时目录结构，并对用户所需数
据进行临时管理；记录用户进行文件下载的行为信息、用户下载的状态信息等，
并进记录保存在日志文件中。
<功能点描述>
（1）用户下载数据量计算；
（2）用户临时磁盘空间和目录管理；
（3）用户下载信息记录日志。
<显示方式>
（1）后台处理，用户无需干涉；
3.5综合观测数据服务接口
数据服务接口子系统是本分系统的关键，其作用是实现对各种数据管理系统
所管理的关系型数据库、层次型数据库（文件目录系统）和目录服务（ldap）的
访问的封装，建立一个面向应用的跨平台、跨存储的数据服务平台，为用户的数
据检索、程序调用、webservices服务等方法提供透明的数据服务接口。
3.5.1表映射关系引擎
<功能概述>
建立数据库表与实际应用之间的映射关系，实现一个对应用业务逻辑层和数
据持久层来说松散耦合的、可配置的对象关系管理。
利用xml文档建立可配置的
关系型数据库表、字段到应用的映射关系。
<功能点描述>
（1）能够建立表之间的关联关系；
（2）能够建立表与应用对象之间的关系。
<显示方式>
（1）后台处理。
3.5.2文件目录引擎
<功能概述>
建立文件目录映射关系的目的是通过建立一个符合应用需要的虚拟目录结
构对综合气象观测数据集进行必要的重新组织；通过配置，使数据集的组织更加合理，同时防止由于文件目录组织结构的改变，对应用系统带来的负面影响。
文件系统目录映射关系比较简单，不存在节点间的关联关系，因此可以利用xml对这种数据存储形式进行映射管理，建立可配置的文件系统目录到应用的映射关系。
模块通过对文件系统目录树与实际应用对象类映射关系的建立，实现一个对
应用业务逻辑层和数据持久层来说松耦合的、可配置的对象关系
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