一种基于WEB交互的自动化维护更新的气象预报作业系统的制作方法

一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统
技术领域
1.本发明涉及环境监测与环境保护领域，尤其是涉及一种气象条件的模拟预测的软件系统和方法。


背景技术：

2.随着国家生态文明建设的不断推进和“碳中和、碳达峰”目标的提出，环境监测和环境保护领域对环境质量的分析预测能力要求不断提升，环境分析、历史溯源和预警预报的自动化和智能化发展迫在眉睫。其中，大气环境的追踪溯源、排放总量核算、精准管控和预警预报都离不开对高精度气象数据的依赖。
3.目前，环境智能化分析所需的气象数据主要通过手工下载境外gfs或国家气象科学数据中心开放数据获取。具有时空精度较低、专业性要求强、时效性难以保证等问题，不能完全保障环境分析，尤其是突发污染事件、实时污染排放核算等时效性要求较强的应用情景要求。


技术实现要素：

4.为了解决气象数据时空精度较低、获取专业性要求强、时效性差的问题，本发明提供一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统软件。该方法包括如下步骤：第一步：通过web交互界面(1)获取用户输入的预报关键参数（预报时间段、预报区域、预报精度）及进行交互性的输入数据准备；第二步：通过数据获取模块(2)以半自动的形式下载预报所需数据；第三步：提交作业信息至数据库模块(3)进入作业队列；第四步：通过自动化配置模块(4)将作业信息转化为模型运行的专业化配置文件；第五步：通过中央调度模块(5)为模型运行分配合理计算资源，监控模型运行进度；第六步：通过自动维护模块(6)定期下载常用数据以及监控系统状态。
5.通过采用上述技术方案，能够通过web端用户友好的界面输入预测模型的必要参数（时间、地理位置和时间分辨率），获取高精度气象模型输出结果。通过定时任务的设置，可以使实时获取特定范围内实时数据。大大降低了气象数据获取的时间成本和专业性要求，有利于环境监测和保护的智能化发展。
6.优选地，所述web交互模块(1)根据用户输入的预报空间精度dl, 经度和纬度方向网格数量nx，ny以及预报中心位置经纬度lng, lat计算预报矩形区域经纬度跨度d
lon
和d
lat
：：
其中，re和rp分别为赤道和极点的地球半径，取值分别为6378137米和6356725米。
7.通过该方法，可利用用户输入的参数计算获得预报地理范围的经纬度跨度，结合预报中心位置，可以在web地图上实时地绘制出矩形的预报范围，直观地辅助用户确定预报的地理范围。
8.优选地，所述数据获取模块(2)根据用户输入的预报时段、参考时间点和输入数据时间间隔采用如下公式计算获得所需的输入数据文件名称：时间间隔采用如下公式计算获得所需的输入数据文件名称：其中，n为所需输入文件数量，表示向上取整，utc()表示本地时间到协调世界时的映射，t
end
, t
sta
, t
ref
分别表示用户设定的预报结束时间、预报开始时间和参考时间。dt表示输入数据的时间间隔，fi表示第i个输入文件的预报小时数。以上公式中的时间单位均为小时。
9.根据上述结果，可根据模型输入文件的格式获得所需输入文件的文件名，并通过后台查询文件的可用性，在web端直观的展示输入文件是否可用，以及支持一键式的下载操作。相比于传统的方法，大大简化了用户获取输入数据的流程。
10.优选地，所述自动化配置模块(4)采用基于模板的配置文件生成方式。将配置文件文本中需要根据作业情况修改的关键参数，以特定记号进行标记，再通过程序化方式识别和替换相应符号，以达到快速生成配置文件的目的。例如配置模板：表示将序列sour中的每一个元素的sname、temp属性循环写入配置文件。
11.该方法使得配置文件生成代码与配置文件的文本内容解耦，简化了程序代码，提高了程序的灵活性。
12.优选地，所述自动化配置模块(4) 对嵌套网格的处理遵循以下原则：嵌套网格的子网格与父网格的空间网格大小比例和时序步长比例均为1：3；经向和纬向网格数量n、网格起始点j遵循按照以下公式计算：格起始点j遵循按照以下公式计算：格起始点j遵循按照以下公式计算：其中表示最高层级的网格对应的起始点。自动化配置模块(4)根据用户给定的最低层级（最高精度）网格数量由下至上逐层计算相关参数。
13.该方法以最符合预报模型的内在运行机理的方式，实现了嵌套网格的自动生成，降低了由于嵌套配置不合理导致的预报模型运行过程中发生错误的概率，简化了用户进行预报所需的计算和操作，提高了预报和时效性。
14.优选地，所述自动化配置模块(4)采用墨卡托投影坐标系，设定ref_lat和ref_lon
参数为模拟区域中心点的纬度和经度，设定truelat1和truelat2为30.0度和60.0度，设定stand_lon参数为模拟区域中心点经度。
15.该配置适用于中纬度地区的预报作业，覆盖了我国的大部分地区。
16.优选地，所述中央调度模块(5)根据以下方式计算作业所需并行核数数量n
cpu
::其中和分别表示嵌套网格中的最小和最大单纬度网格数量；表示自然数的平方。如果预报网格的横纵维度网格数量不同时，按照下式计算：其中角标lon和lat分别表示经度维度和纬度维度。
17.该配置方案考虑了多线程计算过程中预报模型的任务分发的合理性及均衡性，使得用户无需具备专业的计算机操作系统及预报模型运行机制知识，即可一键式的进行高效稳定的并行气象预报作业。
18.优选地，所述自动维护模块(6)通过定时作业任务，在每日凌晨0点以前一天18时为参考时间点，3小时为输入时间间隔，调用数据获取模块(2)根据权利要求3中的公式计算获取当天24小时内的模型输入数据。
19.该方案兼顾了输入数据使用的频繁度，准确度和下载的体量，使得在工作时间提交作业的用户更大概率的不需要临时下载模型输入数据。
20.优选地，所述自动维护模块(6)通过读取模型运行的日志文件，并依照下式计算预报进度：其中和分别标记一个前处理过程i和一个后处理过程j是否完成，当完成则取值为1，否则取值为0。x
prep,i
和x
post,j
分别表示一个前处理过程i和后处理过程j所占用的处理进度百分比。t
cur
表示从日志文件中读取的当前模型预报进度时间点。
21.该方案使得用户可以实时的了解预报模型的计算进度。当模型在前处理或后处理发生错误时，可根据进度信息快速定位问题原因。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1. 用户可通过web界面可视化的对气象预报的关键参数进行配置，再由系统根据预设的专业化先验知识，将用户关键参数转化为专业合理的模型配置文件，减少了因配置不合理导致的模拟错误，提高了高精度气象模拟预报的效率。
23.2.系统自动化维护更新系统可通过定时任务自主检验系统可用性，更新系统输入数据文件库，减少了用户搜寻下载气象模拟输入文件所需的时间精力。
附图说明
24.图1是本技术实施例中一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统的系统框架图。
25.图2是本技术实施例中一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统的工作流程图。
26.图3是本技术实施例中的web交互界面。
27.附图标记说明：1、系统状态监测；2、输入数据检查与拉取；3、模拟地理位置设定；4、作业进度查询及结果下载。
具体实施方式
28.以下结合附图1-3对本发明技术方案作进一步详细说明。
29.本技术实施例公开一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统。
30.实施例一参照图1-3，一种基于web交互的自动化维护更新的气象预报作业系统包括以下主要步骤：s10，用户在web界面可视化的对模型关键参数进行设置、提交作业请求；s20，自动化配置系统拉取用户设置，根据用户提供的设置智能配置模型参数，生成配置文件；s30，中央调度系统调集系统资源根据配置文件进行气象输入数据预处理及模拟预报；s40，用户通过web交互模块实时查询作业进度及下载作业结果；在所述步骤s10中，用户通过web交互提交高精度气象预报模拟作业的过程中，输入模拟时间范围和时间精度，程序根据权利要求3中的公式获得输入数据文件列表，并通过与后台交互获取并显示文件的可用性信息。对于不可用的文件，可以一键式的完成下载。对于预报区域的设置，可在地图上通过鼠标点击，调用地图api获取鼠标点击位置经纬度，并设置为模拟中心点。预报范围设置上，用户可设置网格个数和网格精度，系统根据权利要求2中的公式计算网格经纬方向的跨度，并在地图上实时显示预报矩形区域范围。
31.在所述步骤s20中，用户提交的作业按照写入数据库的顺序加入任务队列，并被标记为待完成任务，同时用户的输入参数被保存为json数据文件，文件名与任务id关联。中央调度系统定时查询队列头部是否有待完成任务，如果存在，则将任务状态设定为运行中并生成相应的配置文件，生成配置文件的步骤如下：s201：读取任务对应的参数json文件，根据权利要求5中的公式以及相关参数的意义，生成键-值对字典，其中以模板标记为键，参数值为值。
32.s202：根据权利要求4中的方法，逐行读取配置文件模板，查找是否存在参数标记符号，如果存在，则从键-值对字典中取出响应参数值进行替换，否则将文本输出到配置文件中。
33.在所述步骤s30中，采用python脚本调用linux系统中cmd命令行操作模型可执行文件进行模型预报，具体而言包括步骤如下：s301：调用模型预处理模块进行地形数据以及气象数据的预处理。
34.s302：根据权利要求7中的公式计算并行计算所需核数，执行预报模型。
35.s303：预报结果文件分类归档以及中间数据的删除。
36.在所述步骤s40中，用户通过web界面可实时查看模型运行进度。当模型处于运行状态时，可点击查询按钮向后端发出查询请求，后端根据权利要求9中的公式计算执行进度并返回给前端；当模型执行完成时，则返回结果文件下载链接供用户下载。
37.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。