引言

目前我国已建成了3万多个自动气象站和加密自动气象站。自动气象站是先进的自动化、数字化电子探测设备，由于其数量庞大, 气象计量检定的业务量增长迅猛。对这些自动气象站进行计量检定是确保气象探测准确可靠的先决条件，而原有计量检定系统检测能力不高、效率低下、人为误差大，难以满足目前的任务需要，迫切需要建立现代化的省级气象计量检定系统。过去很多研究表明^[1-2]，人们试图建立一套软硬件并举、过程控制智能、自动化程度高的气象计量检定业务系统，从而提高气象检定的质量和效率。

省级气象计量检定业务自动化系统采用先进的计量标准、科学合理的自动化检定方法、有效的质量监督管理，以保证量值传递的准确性。系统采用B/S开发模式构建，C/S结构技术处理，从系统设计入手，软硬件同步，在信息化管理、智能自动化检定、过程控制、数据处理等方面的研究均有突破，实现了从人工到自动检定的跨跃。系统集合了检定信息的Web自动发布和短信报警功能，实现了从仪器收发、自动检定、质量保证、超检预警等主动性闭环控制，并在标准设备的比对核查和性能监测控制等方面取得了重要进展。

1 省级气象计量检定业务自动化系统简介

系统主要包括省级计量业务的管理子系统和自动化检定业务子系统两部分^[3]。整个系统以海量数据库技术为基础，采用层次化、模块化及面向对象分析和设计技术。其中，省级计量业务的管理子系统采用了B/S开发模式，自动化检定业务子系统采用了经典的C/S结构。

2 计量检定管理业务子系统

图 1是省级气象计量检定业务自动化系统的体系结构示意图。

2.1 系统结构与分层

由于计量检定管理业务子系统的复杂性和各地的差异性^[4]，以及不断增长的业务需求，需要系统具有较强的灵活性和可扩展性。为了适应需求，系统采用了分层和模块化的设计方法。本系统采用了B/S三层架构技术^[5]，分为数据库层、数据访问层、数据实体层、业务逻辑层、Web表示层。

业务逻辑层：完成主要的领域逻辑，包括各种检测的管理类、仪器收发管理类、器具管理类、证书和原始记录管理类、标准器管理类、计量标准管理类、检定规程数据处理类、客户管理类、查询统计业务实现类等等。

数据实体层：提供各种数据实体类，与实际的数据库表之间建立映射关系，并为各层进行数据传递提供了封装。

数据访问层：完成对数据库的操作，隔离了具体的数据库平台；目前版本系统支持的数据库为SQL Server 2005。系统采用接口的方式使用数据访问层，因此，当数据库平台改变时，只需要修改或扩展数据访问层就可以实现支持其他的数据库平台，如Oracle，MySQL等, 而不会影响系统的其他部分。

Web表示层：主要采用ASP.net动态网页技术实现，为提高用户体验，部分采用了AJAX技术；针对特殊的应用需求 (打印送检条码和检定完成条码)，采用了在页面嵌入ActiveX控件技术实现。

数据库层：主要是为系统提供数据持久化的支持和海量信息的管理；目前本系统基于成熟的SQL Server 2005系统设计。

系统主要包含仪器收发、仪器检修、系统管理、预警超检、报表处理、综合查询统计、计量器具管理等模块^[6](见图 1的业务管理子系统部分)。

计量检定管理业务子系统采用了.net 2.0平台开发，前台的页面部分采用ASP.net技术开发，后台的业务代码部分采用C++ 2.0^[7]开发。

2.2 系统基础资料的管理

系统基础资料管理部分包括：用户信息管理、用户权限设置、器具资料、标准器管理、计量标准管理、原始记录模板、证书模板、程序文件、数据维护等，这些资料是开展检测工作的基础。该系统在后台管理系统中完成对大部分基础资料的管理工作。系统为每种类型的基础资料提供了输入界面，具有管理员权限的用户可以通过这些界面对相应类型的资料进行增加、删除、修改操作。系统自动记录用户在系统中的各种操作行为，供管理员查询^[8]。

为严格保证检验业务的严肃性，系统提供了严密的用户使用权限区分功能。具体包括设置操作员的模块进入权限 (如是否允许进入审核检验证书模块等) 和各模块的操作权限^[9]，使操作员按其工作职能使用本系统。

系统采用了基于角色的权限分配机制，用户的资料信息加密处理后保存到数据库中，有效地提高了用户信息的安全性。

2.3 仪器收发模块

仪器收发模块由仪器登记、变更、领样、返样及查询等组成。系统提供智能搜索功能，选择相应器具仅需输入仪器出厂编号。仪器信息输入可以从计量器具库中选择/编辑或直接输入。系统自动为输入的仪器生成唯一性条码 (采用ActiveX控件来控制专用的打印设备完成对唯一性条码的打印任务)，打印张贴, 并可输出委托单打印件。同时，收发人员可以在检定状态查询页面中查询仪器的检定状况^[10]。

2.4 仪器检测模块 2.4.1 检测流程设计

系统对检测实现了权限控制，检测人员只能检测其有权检定的相应检测项目。检测人员检索到其检测仪器后，可在系统提供的检测仪器挑选界面中进行仪器挑选，一般按检测类型分类，形成一批次的检测仪器。仪器挑选后，对仪器按操作规程进行检测。常规检测完成后，需要进入相应检测项目的原始记录输入界面，录入相应数据。自动化检测时，自动化检测软件会自动保存数据。任何数据一旦确认提交，检定员将无修改权限。检测完毕，提交时，系统会自动按照检定规程进行数据处理，自动生成待审核的原始证书和原始记录 (可对证书进行有条件修改)，自动提交审核。经有权限审核的人员审核通过后，提交证书批准人批准，批准后方可打印。具体流程如图 2所示。

2.4.2 仪器检测资料的输入

仪器检测资料的输入是按操作规程进行的^[11-12]，只有规范操作才能输入信息。如风速表检定，仪器通过条码扫描进来后，系统会自动选择计量标准和检定规程。检定数据按正式原始记录格式输入。

2.4.3 正式原始记录生成

检定员按规范要求输入数据，点击保存时，系统自动根据相应检测类型的检定规程或数据处理算法进行数据处理，并生成正式原始记录。任一仪器的原始记录、检测证书等均唯一对应^[13-14]。

2.4.4 证书生成和打印

检测人员将检测数据录入并通过检测完毕确认后，系统会根据选择的器具类的证书模板自动生成证书。

2.4.5 综合查询模块

系统实现了仪器检定状态、报警信息、器具类型、客户信息、检定标准等的查询功能。

2.4.6 预警超检模块

部署于服务器上的短信服务系统为预警超检模块提供了短信服务的支持。该短信服务系统通过专用的短信调制解调设备 (MP800/MP810)，定时匹配检定数据库中的相关信息，并将相应短信发送到客户手机或者责任人手机上。

3 自动化检定子业务系统

自动化检定 (测试) 业务子系统主要实现温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检测^[15]，可检测传感器的计量特性，自动采集数据、计算结果、合格判定、生成原始记录和检测证书。

3.1 气压自动化检定

图 3由气压自动检定装置、气压自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、智能电源模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块。气压自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计，基于Windows NT平台^[16]，采用VC++开发。气压自动检测软件控制气压自动检定装置，同时对8个PTB220等气压传感器进行自动化检定工作。

检测完成并提交审核后，系统自动将检测数据保存到数据库中。相应权限的人员可以在计量检定管理业务子系统的气压自动检定的审核界面审核检定结果。审核通过并通过批准后，可以出具相关证书。

3.2 温度自动化检定

图 4为温度自动检定结构框图，由温度自动检定装置、温度自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块；温度自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计，基于Windows NT平台，采用VC++开发。温度自动检测软件控制温度自动检定装置，可以同时对32个PT100/PT1000等温度传感器进行自动化检定工作。在温度自动检定控制软件界面中，实时曲线界面清晰地反应了温度控制槽中实际温度的波动情况。

3.3 湿度自动化检定

图 5为湿度自动检定结构框图，由湿度自动检定装置、湿度自动检测软件、数据库、计量检定管理业务子系统的自动化检定支撑模块组成。

检定装置中包含了检定装置控制模块、标准器采集模块、环境参数模块、串口服务器模块、传感器采集模块；湿度自动检测软件采用面向对象和模块化的方式设计，基于Windows NT平台，采用VC++开发。

湿度自动检测软件控制湿度自动检定装置，可以同时对16个HMP45D等温湿度传感器的进行温湿度自动化检定工作。

4 应用测试评估

检定数据的准确与否是系统业务化的关键，准确性测试包括测量准确性和数据处理的准确性^[17-18]。经中国气象局国家气象计量站组成的专家组对该系统进行测试评估，其测试结果如表 1及表 2所示。

表 2为系统的稳定性测试表，主要测试系统运行的稳定性，包括系统硬件设备运行的稳定性、软件系统运行的稳定性及检定结果的测量重复性。

通过对系统的整体性能进行测试，评估系统应用对检定工作的效率变化量。提高率以下式计算：

(1)

式 (1) 中，R_I为提高率，E_C为现检定效率，E_O为原检定效率；其中，检定效率

(2)

式 (2) 中，N为检定总量，是指从接收被检仪器到检定完毕 (出具了检定证书) 所完成的仪器总数；t为工作时间，工作时间是指完成检定所经历的时间。

经过原有的工作情况与应用系统后进行比较，极大提高了工作效率^[19-21]，详见表 3。

5 小结

省级气象计量检定业务自动化系统经过半年试用，运行稳定可靠，满足了业务需要。该系统实现了自动气象站传感器的批量自动化检定，检定过程无需人工干预；系统提高了检定质量，检定数据准确可靠，消除了人为误差，准确性优于人工读数；系统提高检定效率，工作效率有大幅提高；系统的自动化检定符合相应规范规程要求；系统具备可拓展性和前瞻性，以适应气象探测技术的发展；系统可应用于气象、军队、民航、环境监测部门、农、林、水等部门计量业务应用。