中国科学家在美访问工作报告（三）
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报 告 人：梁海河
经过实践和理论学习，对NEXRAD ORPG有了较深入理解。在此基础上，形成了关于建立CINRAD分布式开放型产品体系的一些思路和框架。以下为
关于建立 "分布式开放型CINRAD产品体系"的技术报告。
一. 国内外发展动态
1.1美国下一代天气雷达的ORPG进展情况
上世纪九十年代中期，美国在完成下一代天气雷达全国布网之后，即开展了较大规模的"开放系统升级计划"(NOAA,1996)，其中包括了对雷达气象产
品的开发和应用平台的升级和改造(NEXRAD Product Improvement, NPI)(Saffle等, 1997)。在下一代天气雷
达站网建设中，开发了大量的雷达气象产品算法，确立了较为完善的分布式开放型业务运行模式，建立了基于雷达单站和全网数据的研究开发测试环境，以及用户
使用和分析平台(Zahrai,1997; Jain,1997)。
NEXRAD RPG是一个不断发展的滚动项目，目前正在进行版本Open System Build 5.3的开发和测试，计划于2006年10月完
成Build 9的开发和测试。与此相应地，开展了数据采集系统，信号处理器，通讯传输等雷达子系统的升级改造，并计划于2007年开始实施雷达探测网
偏振升级(Reed,2003)。
实践表明，分布式开放型的业务运行模式和研发环境为NEXRAD改造提供了强有力的支撑，极大地增加了发展活力，将成为雷达气象产品和软件的重要发展方
向之一。
1.2 国内CINRAD建设进展及软件开发计划的开始实施
新一代多普勒天气雷达建设已进入新的发展阶段，现已完成近90部雷达的建设任务。按照国家有关部门的要求，中国气象局正在制定我国跨部门、跨行业(如航
空、航天、水利、部队、森林、农垦等)的新一代天气雷达建设规划。在新的发展时期，产品开发和资料应用转化为当前紧迫工作之一。目前，中国气象局开展了
新一代天气雷达软件开发项目，为全面发展CINRAD软件提供了重要的发展机遇。
1.3 气象业务网络和通信传输技术现状和发展
近年NEXRAD完成改造了美国气象局(NWS)所属的121部WSR-88D通讯传输网络，实施了雷达基本数据的实时传输、共享和拼图，极大地满足了
业务、科研和商业用户的要求，为更好地发挥NEXRAD网的效益创造了条件。
我国气象宽带通讯网建设已在部分省市区实施，不久将建成由省地到区域和国家中心的业务通讯网。宽带通讯网络为建立分布式CINRAD业务模式提供了物理
基础。
二. 建立 "分布式开放型CINRAD产品体系"的必要性分析
新一代天气雷达的特点，以及发展、应用和软件开发的需要，决定了建立 "分布式开放型CINRAD产品体系"是非常必要和不可或缺的。同时，也是适应国
际新技术变化趋势，面向未来发展的迫切需要。
2.1 新一代天气雷达的多样性特点对产品体系和算法开发的设备无关性要求
新一代天气雷达是现代化的探测设备，融合了先进的现代科学技术，在我国的大气探测业务和科学研究中将发挥不可替代的重要作用。
与美国NEXRAD WSR-88D雷达的组网方式相比，新一代天气雷达网的组成具有明显的多样性、复杂性的特点。新一代布网雷达由3个厂家生产，有6
种不同的型号(CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC、CINRAD/CB、CINRAD/CC、CINRAD/CD)和几个生
产批次。不同型号和厂家的雷达数据采集（RDA）、产品生成(RPG)和主用户显示处理(PUPs)等各子系统不同,并且软件系统的结构和格式存在较大
差异。
新一代天气雷达设备多样性的特点表明,在产品系统和产品算法与雷达数据采集系统之间,需要建立一种兼容的体系和机制，在不同的雷达、不同的地区和用户
中,实现气象算法的研发、产品的移植、升级，以及应用和推广具有完全的设备（包括雷达、计算机和通讯设备等）无关性。
因此，建立新一代天气雷达的产品系统和算法与各类雷达数据采集系统的接口规则和函数,使产品开发者和用户脱离硬件系统多样性和复杂性的困扰，将对
CINRAD应用、开发及发展产生重要的影响。
2.2 新一代天气雷达产品生成系统的持续发展对软件和产品体系的开放性要求
新一代天气雷达中，除由METSTAR公司生产的雷达安装了CINRAD/SA型产品软件包外，其它型号的雷达目前还没有较完整的产品生成系统
（RPG）。虽然部分CINRAD雷达安装了CINRAD/SA产品软件包，但其产品算法基本来自于美国WSR-88D较早期的版本，而且有部分算法还
不能较好地适应中国的天气、气候特征。从另一方面看，由于我国各地的灾害性天气有着较明显的差异，对CINRAD的产品系统和算法有着较大的需求差异，
而且随着CINRAD业务应用和研究的深入发展，各地业务和科研部门还将不断地、持续地提出新的要求，发展新的算法，以满足逐步深入的应用需求。所
以，CINRAD本身的产品系统将长期地处于一种不断地发展和改进的状态。
新一代天气雷达的持续性发展状态要求建立相适应的开放(Open)的运行和发展模式（Zahrai,1998），在软件和产品体系的总体结构
（Architecture）和运行机制（Operational Mechanism）上，使CINRAD产品系统能够适应这种不断发展的要求，最大
程度地减少软件和算法的升级与扩充的风险和成本，真正满足用户使用和维护方便，算法扩充和升级简单，系统高效和容错的实际需求。
2.3 新一代天气雷达数据应用和气象服务对产品系统运行模式和整体结构的分布式要求
新一代天气雷达探测数据将广泛地应用于各级气象台站预报预警服务的业务工作，以及数值模式资料同化，人工影响天气作业指挥与效果评估，大型科学试验外场
观测等科学研究试验。同时，随着气象服务领域的不断拓展，航空、水利、交通、农业、地质、市政等部门在安全保障、业务调度、抗洪抢险、救灾排洪等工作
中，对多普勒天气雷达数据、算法、产品、图像提出了更加多方位的、深层次的要求。而现有的CINRAD产品系统的"封固联接(tightly-
coupled)"运行模式和"单一整体(monolithic-entity)"式的组织结构已明显地不能适宜这种应用和发展需求。
基于计算机网络技术的发展，建立分布式多任务的"松联耦合(loosely-coupled)" 式的CINRAD产品运行体制，实现多网络"节点"的
基本数据和产品生成、分发和显示模式，是新一代天气雷达数据应用和气象服务的客观要求。
2.4 新一代天气雷达应用软件开发对环境建设的需要和要求
新一代天气雷达应用软件开发项目的开放申请模式，有利于激发科研和业务人员的积极性和提出有针对性的开发和研究项目。但是，在各个开发项目之间，缺乏相
互联系，彼此分割。如，当一个算法需要使用另一算法的结果时，二者之间缺乏有效的调用和服务协议。因此，新一代天气雷达应用软件系统建设，迫切需要研究
建立产品和算法的外部、内部结构和模式，任务和函数的调用规则和接口，数据传输和调用服务的方法，算法的开发和集成的标准和环境，历史典型个例数据库和
测试平台与环境，外场试验方案和试验评估方法，等。
新一代天气雷达应用软件开发集成测试环境建设是至关重要的，是保证雷达气象产品和应用系统获得有效发展的关键环节之一。
2.5 新一代天气雷达应用软件开发需要面向未来发展着眼国际先进发展水平
新一代天气雷达应用软件开发需要面向未来业务和科研发展需用,瞄准国际先进水平；需要采用先进的计算机和网络传输技术，借鉴国际雷达气象应用软件开发的
先进技术、经验和成果；需要结合新一代天气雷达(CINRAD)网的特点和我国气象业务特点，建立CINRAD的分布式开放系统和运行模式，为最终实现
有自主知识产权的雷达气象软件系统提供条件。
三. 建立 "分布式开放型CINRAD产品体系"的意义
随着新一代天气雷达(CINRAD)站网建设的深入发展，全面深入地开展软件系统的应用开发具有重要意义。建立CINRAD的产品系统运行模式和应用开
发测试平台与环境，对于开展软件系统的应用和开发，以及充分发挥CINRAD网的效益将起到重要的支撑作用。
四. 建立 "分布式开放型CINRAD产品体系"的目标
面向未来业务和科研发展需用，瞄准国际先进水平，结合新一代天气雷达(CINRAD)网的特点和我国气象业务模式，建立分布式、开放型CINRAD的数
据和产品传输、制作、应用的运行机制和模式，建立研究、开发、集成、测试和应用的平台与环境，实现CINRAD产品系统的可移植性
(Portability)、可扩充性(Expandability)、可升级性(Scalability)和可维护性
(Maintainability)，及有效实用性(Availability)，以全面提高CINRAD产品系统的业务和发展水平。
五. 建立分布式开放型CINRAD产品体系的内容
分布式开放型CINRAD产品体系的内容应该包括以下8个方面，各子系统相互联系，具有较好的系统性。
5.1确立CINRAD应用产品系统分布式开放体系的结构和运行模式。
5.2 建立CINRAD基本数据和产品的传输和服务的业务模式。
5.3 建立开放系统的内部结构与运行机制。
5.4 建立软件和算法的开发环境与平台。
5.5 建立产品算法的测试环境和平台。
5.6 建立典型个例数据库和业务资料管理服务的数据库软件。
5.7 建立人机交互系统。
5.8 建立高精度高分辨率拼图系统。
六. 业务运行可行性及前景分析
6.1 分布式开放系统是一种具有国际标准的可升级操作系统接口的计算机环境(POSIX,ISO/IEC,9941-1:1990)，在各行业中得到
广泛发展和应用。实践和经验表明，NEXRAD Open System极大地提高了美国天气雷达网的探测业务水平，有着良好的发展前景。
6.2 NEXRAD Open System主要包括三个组成部分，即ORDA、ORPG和OPUP，但是这三个部分的业务化是单独进行、分步实施
的。ORDA部分计划在2005年3月完成系统升级测试，而ORPG部分目前已完成5个版本的业务测试和应用。 因此，从结构上考虑单独实施
CINRAD应用产品系统(RPG)的分布式开放型业务模式是有效的、可行的。
6.3 分布式开放系统对数据传输能力具有较好的适应性，可进行单点多任务和多节点多任务运行。既能在当前传输条件下业务运行，更能适宜未来发展。
6.4 CINRAD的一个体积扫描的数据量为10M左右，但是如果从中提取出可供拼图用的基本数据产品，并加以压缩后仅有不到1K的数据量，甚至小于
目前用于拼图的图像产品的数据量。因此，即使在当前的通信传输条件下，采用基本数据进行拼图的业务方案不仅是可性的，而且是有效的。
6.5 在当前开展CINRAD应用软件开发的情形下，急需明确CINRAD产品体系的业务模式，以及建立产品的开发集成和测试环境，本项目的有关专题
研究成果将直接得以应用，并能获得良好的发展。
综上所述，建立CINRAD的开放分布式产品体系将直接应用于业务和开发，对提高CINRAD探测业务和开发水平具有重要意义，并将获得较好的发展。