氣象數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用研究

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【摘要】本文分析了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的類型及其在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用途徑。發(fā)現(xiàn)合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠確保氣象數(shù)據(jù)的全面性、真實(shí)性、精確性，進(jìn)而為社會生產(chǎn)、生活提供更加高質(zhì)量的氣象信息服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；氣象數(shù)據(jù)傳輸；局域網(wǎng)技術(shù)

引言

氣象條件與工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至居民日常生活息息相關(guān)，受到社會廣泛關(guān)注，且對氣象信息準(zhǔn)確性提出嚴(yán)格要求。另外隨著自然環(huán)境復(fù)雜程度的提高，氣象條件的影響因素也朝向復(fù)雜化發(fā)展，在氣象監(jiān)測過程中需要采集更大體量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以確保最終預(yù)測結(jié)果的可靠性。數(shù)據(jù)精確度要求提升及數(shù)據(jù)體量擴(kuò)張給氣象數(shù)據(jù)傳輸帶來更大難度，因此有必要借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，提高氣象數(shù)據(jù)傳輸能力，確保數(shù)據(jù)傳輸高效、安全。

1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型

應(yīng)用于氣象數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有局域網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算機(jī)技術(shù)、移動通信技術(shù)、地面通信技術(shù)等。

1.1局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已相對成熟，并在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。局域網(wǎng)的應(yīng)用有效解決了以往氣象傳輸系統(tǒng)中廣域網(wǎng)帶寬有限、延時高的問題，大大提高了氣象數(shù)據(jù)傳輸效率。局域網(wǎng)技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，相較于以往的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其速度可達(dá)到10倍以上，為用戶提供高速率、大容量的無線上網(wǎng)環(huán)境[1]。將該技術(shù)應(yīng)用到氣象數(shù)據(jù)傳輸中，可實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的深層次互通，并幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程播報(bào)、高清圖像傳輸?shù)裙δ?，使得氣象?shù)據(jù)通信能夠以更加方面、快捷的方式進(jìn)行。

1.2云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用

氣象數(shù)據(jù)構(gòu)成非常復(fù)雜、體量龐大，隨著社會生產(chǎn)生活對氣象信息精確性要求的進(jìn)一步提升，氣象數(shù)據(jù)體量仍會繼續(xù)擴(kuò)張，給傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、分析、計(jì)算方式帶來巨大壓力，同時也需要耗費(fèi)更多的人力和時間成本。云計(jì)算技術(shù)為氣象數(shù)據(jù)傳輸提供了一種新的計(jì)算方式，其構(gòu)建虛擬的數(shù)據(jù)處理中心，使得氣象數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算能力顯著提升，以滿足用戶的各項(xiàng)操作需求。

1.3移動通信技術(shù)的應(yīng)用

移動通信技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大改變了信息傳輸?shù)姆绞?，現(xiàn)階段，5G技術(shù)研究也取得顯著的階段性進(jìn)展，有望在不久后全面普及，從而進(jìn)一步優(yōu)化氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?/p>

1.4地面通信技術(shù)的應(yīng)用

地面通信方面，氣象信息地面通信業(yè)不斷朝向智能化發(fā)展，這與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與氣象數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的融合密不可分。基于地面通信技術(shù)，以往的環(huán)狀網(wǎng)被光纜骨干網(wǎng)所取代，網(wǎng)絡(luò)傳輸快捷程度的提升使得氣象信息傳輸速率及傳輸容量顯著提高。

2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用途徑

2.1在氣象臺站的應(yīng)用

2.1.1信息采集全面、精確的氣象數(shù)據(jù)是向公眾提供可靠氣象信息的基礎(chǔ)。近年來氣象領(lǐng)域高度重視先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備在氣象臺站工作中的引入，不少自動化、智能化的氣象探測設(shè)備融入實(shí)際工作當(dāng)中，自動氣象站的數(shù)量和比例逐漸上升。自動氣象站的應(yīng)用優(yōu)勢就在于，其可被設(shè)置在高速公路、航天發(fā)射及回收區(qū)域等對氣象條件要求嚴(yán)格但人工探測無法順利實(shí)現(xiàn)的區(qū)域，以獲取更加全面的氣象信息，給出可靠的氣象預(yù)測結(jié)果。自動氣象站安裝溫度、濕度、壓強(qiáng)等多種類型傳感設(shè)備，采集相應(yīng)的模擬信號，在采集器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，再傳輸至計(jì)算機(jī)做深入處理。比如，在計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號對比分析確定其是否超過合理范圍，若存在，及時顯示相關(guān)信息提示管理人員關(guān)注；若不存在，則依照既定流程進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的編輯、播報(bào)、傳輸、存儲等操作。

2.1.2信息傳輸現(xiàn)階段，不少氣象站已完成氣象數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，結(jié)合自愈環(huán)網(wǎng)，在系統(tǒng)發(fā)生故障后，極短時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)即可回歸正常，基本滿足氣象數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)囊?。但隨著氣象數(shù)據(jù)的復(fù)雜，其信息傳輸還需繼續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以提高氣象站氣象數(shù)據(jù)傳輸能力。

2.2在傳輸鏈路的應(yīng)用

氣象數(shù)據(jù)傳輸鏈路中，由區(qū)域下轄縣市的氣象局或氣象臺站將采集到的各類氣象數(shù)據(jù)，如輻射、風(fēng)力、沙塵等，通過路由器和電信網(wǎng)絡(luò)傳輸區(qū)域氣象數(shù)據(jù)管理中心的核心交換機(jī)上。然后再從核心交換機(jī)，將氣象數(shù)據(jù)傳輸至氣象數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。氣象數(shù)據(jù)傳輸除與氣象信息的可靠性有關(guān)外，還影響著不同層級氣象站之間的聯(lián)系互通，如國家級與省級、省級與市級等。氣象單位搭建統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù)管理平臺，將數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、監(jiān)控等功能整合到同一平臺內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)不同氣象單位氣象數(shù)據(jù)間的橫向數(shù)據(jù)共享。以上做法使得氣象數(shù)據(jù)傳輸及管理的規(guī)范化程度進(jìn)一步提高，數(shù)據(jù)處理和傳輸性能也顯著上升，圖1為常見傳輸鏈路。例如，某地區(qū)氣象局的氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)配備4臺服務(wù)器，各服務(wù)器之間共享磁盤陣列，服務(wù)器接入到SAN存儲網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，形成完善的氣象通信集成系統(tǒng)。服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備通過以太網(wǎng)、光纖等建立互聯(lián)互通關(guān)系，能夠完成數(shù)據(jù)上行傳輸、省間數(shù)據(jù)共享、氣象數(shù)據(jù)下載等操作[2]。

3氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)優(yōu)化

某氣象局氣象數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)分業(yè)務(wù)和科研兩個模塊，分別配備80個和90個刀片服務(wù)器，安裝6臺管理登入刀片服務(wù)器和14臺I/O節(jié)點(diǎn)刀片服務(wù)器，使用千兆光纖完成傳輸系統(tǒng)互聯(lián)。通過傳輸系統(tǒng)優(yōu)化，可使各項(xiàng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)一步發(fā)揮，對其改造方案進(jìn)行介紹。

3.1登錄節(jié)點(diǎn)

該系統(tǒng)原有6個登錄節(jié)點(diǎn)，平均分布在業(yè)務(wù)和科研模塊，系統(tǒng)硬件構(gòu)成為2.4GHzCPU、16GB內(nèi)存、146GB硬盤、20Gbps網(wǎng)卡、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)卡。借助該構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)交換機(jī)與氣象局局域網(wǎng)之間的互聯(lián)，用于氣象數(shù)據(jù)傳輸[3]。為提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力，決定將6個節(jié)點(diǎn)中4個的網(wǎng)卡從千兆級別升級至萬兆，同時將內(nèi)存水平擴(kuò)大至32GB。另外為確保氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，決定將Infiniband接口直接連接到高性能計(jì)算機(jī)交換機(jī)以及氣象局局域網(wǎng)當(dāng)中。

3.2存儲系統(tǒng)

該氣象局系統(tǒng)升級的主要目標(biāo)為提高數(shù)據(jù)傳輸效率及安全性，并充分適應(yīng)目前逐漸擴(kuò)張的氣象數(shù)據(jù)體量，因此必須對系統(tǒng)存儲能力進(jìn)行優(yōu)化。存儲系統(tǒng)容量升級后需滿足氣象局?jǐn)?shù)值模擬業(yè)務(wù)以及各類科學(xué)研究的需求，并能夠有效存儲海量氣象數(shù)據(jù)文件。存儲系統(tǒng)擴(kuò)容之前，氣象局對其未來5年內(nèi)的業(yè)務(wù)發(fā)展及科研需求情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，以明確大致的系統(tǒng)容量需求，最終決定在現(xiàn)有存儲空間基礎(chǔ)上，添加RaraS－tor200存儲系統(tǒng)，配置192TB的高寬帶配置存儲和高IOPS配置存儲，與原本的存儲空間形成并行關(guān)系，分擔(dān)數(shù)據(jù)存儲壓力。經(jīng)改造后，高寬帶配置存儲主要對原有儲空間的補(bǔ)充，而由高IOPS配置存儲負(fù)責(zé)海量文件的存儲。3.3調(diào)度系統(tǒng)該氣象局氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行性能升級后，需重點(diǎn)解決原有作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)與新系統(tǒng)的兼容性問題。本次改造共對110個計(jì)算節(jié)點(diǎn)的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行升級，構(gòu)建集成化的控制平臺，能夠在同一系統(tǒng)內(nèi)管理多個地區(qū)的氣象資源，并對系統(tǒng)計(jì)算能力、存儲余量、存儲I/O等情況進(jìn)行監(jiān)控。

4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用意義

4.1提高數(shù)據(jù)傳輸效率

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的有效應(yīng)用提高了氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省，F(xiàn)階段，不少氣象局均已完成氣象數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的優(yōu)化升級，數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、應(yīng)用等環(huán)節(jié)聯(lián)系更加密切，縮短各環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)時間，以真正實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。例如，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與氣象部門成像技術(shù)相結(jié)合，衛(wèi)星云圖采集到的畫面信息，可實(shí)時同步至顯示終端進(jìn)行呈現(xiàn)，因傳輸過程被有效過縮短，各項(xiàng)干擾因素的作用效果也被明顯削弱，能夠保證最終獲取氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2確保氣象數(shù)據(jù)精度

氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域發(fā)展初期，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還未在行業(yè)中得到應(yīng)用普及，氣象數(shù)據(jù)采集、處理采用人工方式進(jìn)行，氣象觀測人員記錄肉眼觀測到的氣象表況，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列分析和研究，以獲得相對準(zhǔn)確的氣象信息。因技術(shù)限制，當(dāng)時的氣象預(yù)報(bào)存在較大偏差，且需要耗費(fèi)大量人力和時間成本。而現(xiàn)階段利用各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其他氣象觀測技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集階段開始直至最后的傳播呈現(xiàn)，每一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)精度均可被有效保障，氣象預(yù)測工作的自動化程度顯著提升，在節(jié)約大量人力、時間成本的同時，還能最大限度保證氣象預(yù)測信息與真實(shí)的氣象情況相符合。

4.3實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)共享

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度應(yīng)用使得氣象預(yù)測活動不再局限于某一特定區(qū)域，能夠?qū)θ∧酥寥珖臍庀笮畔⒆隹煽款A(yù)估，使得氣象部門的工作效率明顯提高。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建起不同區(qū)域間氣象數(shù)據(jù)的共享渠道，獲取來自多個氣象衛(wèi)星的實(shí)時數(shù)據(jù)，將其他區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)作為某一區(qū)域氣象信息預(yù)測的佐證。

5結(jié)語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用提高了氣象數(shù)據(jù)傳輸效率，確保氣象數(shù)據(jù)精度，并實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的區(qū)域共享。建議氣象部門結(jié)合未來氣象數(shù)據(jù)傳輸需求，對現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)做技術(shù)優(yōu)化，發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，提高氣象預(yù)測水平。

參考文獻(xiàn)

[1]胡麗麗.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2019（11）：9.

[2]凌予杰，卜京楠.氣象影視傳輸技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2019，42（3）：136-143.

[3]楊菊梅，韓瀟影，宋媛.廣域網(wǎng)優(yōu)化在氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（8）：24-26.

作者：歐光付 單位：郴州市氣象局