多源数据融合实况产品业务系统——三维大气融合实况分析产品子系统——三维气象要素研制软件开发任务书

多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三三 维气象要素研制软件维气象要素研制软件开发开发 任务书任务书 任务名称 多源数据融合实况产品业务系统 三维 大气融合实况分析产品子系统 三维 气象要素研制软件开发 委托单位 国家气象信息中心 承担单位 经 费 实施周期 联 系 人 地 址 电 话 邮 箱 2018 年 5 月 30 日 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 目录目录 第第 I 页页 共共 I 页页 目 录 1 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件开发 1 1 1 任务概述 1 1 2 任务背景 1 1 3 项目内容 1 1 4 任务分解 2 1 4 1 数据采集模块 2 1 4 1 1 数据清单 2 1 4 1 2 功能概述 3 1 4 1 3 功能要求 3 1 4 1 4 非功能要求 4 1 4 2 数据预处理模块 4 1 4 2 1 数据清单 4 1 4 2 2 功能概述 4 1 4 2 3 功能要求 4 1 4 2 4 非功能要求 5 1 4 3 三维气象要素融合分析模块 6 1 4 3 1 功能概述 6 1 4 3 2 功能要求 6 1 4 3 3 非功能要求 7 1 4 4 产品后处理模块 7 1 4 4 1 功能概述 7 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 目录目录 第第 II 页页 共共 II 页页 1 4 4 2 功能要求 7 1 4 4 3 非功能要求 8 1 4 5 产品分发与备份模块 9 1 4 5 1 功能概述 9 1 4 5 2 功能要求 9 1 4 5 3 非功能要求 9 1 4 6 历史数据回算模块 9 1 4 6 1 功能要求 9 1 4 6 2 非功能要求 10 1 4 7 功能集成与作业调度模块 10 1 4 7 1 功能概述 10 1 4 7 2 功能要求 10 1 4 7 3 非功能要求 11 1 4 8 数据管理模块 12 1 4 8 1 功能概述 12 1 4 8 2 功能要求 12 1 4 8 3 非功能要求 12 1 4 9 日志管理模块 13 1 4 9 1 功能概述 13 1 4 9 2 功能要求 13 1 5 接口关系 13 1 5 1 内部接口 14 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 目录目录 第第 III 页页 共共 III 页页 1 5 2 外部接口 14 1 6 非功能要求 15 1 7 设计约束 16 1 7 1 硬件环境 16 1 7 2 软件环境 16 1 8 产品质量要求 16 1 9 性能要求 17 1 9 1 稳定性和可靠性 17 1 9 2 可扩展性 17 1 9 3 易维护性 17 1 9 4 安全性 18 1 9 5 易用性 18 1 10 测试要求 18 1 10 1 测试对象 18 1 10 2 测试方法 18 1 10 3 测试结果 19 1 10 4 软件测试记录要求 19 1 11 文档要求 20 1 11 1 文档 20 1 11 2 软件程序 20 1 12 管理要求 21 1 12 1 管理标准 21 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 目录目录 第第 IV 页页 共共 IV 页页 1 12 2 管理机构 21 1 12 3 开发进度 21 1 12 4 质量保证 22 1 12 5 软件配置管理 22 1 12 6 人员配备 22 1 13 外部评审要求 23 2 验收与交付 23 2 1 完成形式和交付内容 23 2 1 1 文档 23 2 1 2 历史回算数据集 24 2 1 3 软件程序 24 2 1 4 用户培训 25 2 2 软件验收准则 25 2 3 验收运行环境 25 2 4 服务范围 25 2 5 软件移交 26 3 维护 26 3 1 软件保障 26 3 2 中标人的责任 27 3 3 采购人的责任 27 4 知识产权要求 27 5 安全保密要求 28 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 1 1 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件三维气象要素研制软件开发开发 1 1 任务概述任务概述 三维大气实况融合分析产品子系统需要基于现有的 3DCloudA V1 0 业务化 试运行系统 进行改造升级 并对已有系统进行从 IBM 高性能计算集群向 派 曙光高性能计算集群的移植改造 接入新的观测资料 解决融合过程中的关键问 题和技术难点 建立实时系统 旨在研发高时效 高精度 高时空分辨率的中国 及其周边区域三维大气融合实况分析产品 1 2 任务背景任务背景 本项目来源于 国家气象信息中心山洪地质灾害防治气象保障工程 2018 年 监测系统建设项目 中 多源数据融合实况产品业务系统建设 任务 近年来 气象观测手段逐渐丰富 气象观测数据从简单的通过地面及探空站 点人工观测获取逐步扩展到综合利用地面自动观测站 雷达 卫星等地基 空基 和天基多源观测手段 获取时空分辨率更高 覆盖面更广的多源的观测资料 并 且随着数值预报模式的不断完善 预报和同化技术的升级 数值预报精度也在大 幅度的提高 同时 气象业务对时空连续 高时效 高分辨率的多圈层 多要素 协调一致的实况格点分析产品需求越来越迫切 融合多种来源的地面 卫星 雷 达各类资料及精细化数值预报产品 研制高时空分辨率 高精度的三维大气三维 云 地面气象要素实况格点产品是解决多源异构观测资料的供给与气象业务对实 况需求之间矛盾的一个重要发展方向 其中三维大气融合实况分析产品研制是其 中的一个任务 1 3 项目内容项目内容 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件开发具体内 容包括 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 2 序号序号 具体任务具体任务 1 三维三维气象要素研制软件开发气象要素研制软件开发 1 1 数据采集模块 1 2 数据预处理模块 1 3 三维气象要素融合分析模块 1 4 产品后处理模块 1 5 产品分发与备份模块 1 6 历史数据回算模块 1 7 功能集成与作业调度模块 1 8 数据管理模块 1 9 日志管理模块 1 4 任务分解任务分解 1 4 1 数据采集模块数据采集模块 1 4 1 1 数据清单数据清单 表 1 采集数据清单 序号序号 数据名称数据名称 数据格式数据格式 资料来源资料来源 1 GFS 数值预报产品 GRIB2 国家气象信息中心 FTP 服务器 2 GRAPES GFS 数值预报产品 GRIB2 国家气象信息中心 FTP 服务器 3 GRAPES MESO 数值预报产品 GRIB2 国家气象信息中心 FTP 服务器 4 国家级地面气象站观测数据 TXT CIMISS 5 区域地面气象站观测数据 TXT CIMISS 6 机场气象站观测数据 TXT CIMISS 7 探空观测数据 TXT CIMISS 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 3 8 雷达基数据 二进制 CIMISS 9 Himawari 8 卫星一级数据 二进制 国家气象信息中心 FTP 服务器 10 FY 2G 卫星一级数据 HDF5 国家气象信息中心 FTP 服务器 11 FY 2G 卫星云检测产品 HDF5 国家气象信息中心 FTP 服务器 12 FY 2G 卫星云分类产品 HDF5 国家气象信息中心 FTP 服务器 13 FY 4A 静止气象卫星一级数据 全圆盘数据 HDF5 CIMISS 14 FY 4A 静止气象卫星一级数据 中国区域数据 HDF5 CIMISS 15 FY 4A 静止气象卫星云检测产 品 全圆盘数据 HDF5 CIMISS 16 FY 4A 静止气象卫星云检测产 品 中国区域数据 HDF5 CIMISS 17 FY 4A 静止气象卫星云分类产 品 全圆盘数据 HDF5 CIMISS 18 FY 4A 静止气象卫星云分类产 品 中国区域数据 HDF5 CIMISS 19 GPS MET 观测数据 TXT CIMISS 20 ADTD 雷电定位观测数据 TXT CIMISS 21 飞机观测数据 TXT CIMISS 22 风廓线雷达观测数据 TXT CIMISS 1 4 1 2 功能概述功能概述 数据采集主要是检索并下载该项目中所涉及的各种数据 见表 1 采集数据 清单 提供融合分析过程使用 同时提供产品评估检验过程所需要的检验源数 据下载功能 支撑评估检验过程 数据采集过程主要以任务调度方式执行 可根 据各业务所需数据的不同要求 配置不同时间频次 不同目标要素 不同滞后时 间的采集任务 完成数据采集及存储工作 1 4 1 3 功能要求功能要求 1 采集任务管理 数据采集过程以任务方式进行管理 以实现数据的扩展性 要求 任务管理要求具有任务创建 中止 优先级设置等功能 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 4 2 数据采集执行 对所涉及的资料数据按指定方式进行下载 目前主要通过 CIMISS 全国综合气象信息共享平台 接口 FTP 等方式进行数据采集 并按照数据管理要求进行资料数据存储 数据采集包括两种 实时系统的 定时采集 回算系统的数据采集 可配置资料时次区间 资料要素等 3 数据采集日志生成 将实时运行的各种数据采集任务执行情况 如资料是 否采集成功 资料滞后时间 资料的完整性 采集模块运行时间 故障信 息等 生成监控日志信息进行存储 1 4 1 4 非功能要求非功能要求 1 稳定性要求 针对数据采集的外部系统 服务器硬件 软件等故障具备完 备的容错功能 保证数据采集过程稳定可靠运行 正确完整地获取数据 2 及时性要求 保证数据采集的高效性 每种数据采集时间小于 2 分钟 要 求并发地进行多种资料的采集 模块运行时间不超过 3 分钟 3 可扩展性 预留新数据源接口 具备增加新数据源的功能 1 4 2 数据预处理模块数据预处理模块 1 4 2 1 数据清单数据清单 预处理的产品清单见见 表 1 采集数据清单 1 4 2 2 功能概述功能概述 数据预处理模块主要包括对采集的多源输入资料进行质量控制 时空分析 数据加工和格式转换 为融合分析模块准备输入数据 1 4 2 3 功能要求功能要求 1 质量检查及质量控制 对输入的观测数据进行质量检查及质量控制 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 5 2 时空分析 将时空分辨率 空间范围各异的输入数据转换成融合分析所需 的空间范围 垂直层次和时空分辨率 包括将全圆盘投影下的静止气象卫 星 FY 4 系列 FY 2 系列 Himawari 8 9 指定波段观测数据处理为指定 分辨率的等经纬度数据等 3 数据加工 基于原始数据 进行加工处理 为融合分析提供更多的信息 包括将雷达基数据 SA 波段 SB 波段 SC 波段 CB 波段 CC 波段 CD 波段 的反射率加工输出等经纬度投影下的三维雷达反射率 基于静 止气象卫星 FY 4 系列 FY 2 系列 Himawari 8 9 多通道观测信息加工 输出云检测结果 基于 ADTD 雷电定位观测加工输出三维雷达反射率推 算结果等 4 格式转换 将 txt HDF 二进制 bz2 等不同格式输入资料转换成融合分 析所需的统一格式 如 NETCDF GRIB2 二进制等 5 数据预处理日志生成 将实时运行的质量控制 时空分析和格式转换任务 执行情况 如各类资料的质量控制信息以及质量控制 时空分析 数据加 工和格式转换各处理步骤运行时间 模块运行时间 故障信息等 生成监 控日志信息进行存储 1 4 2 4 非功能要求非功能要求 1 稳定性要求 针对数据缺失 数据不完整 服务器硬件 软件等故障具备 完备的容错功能 保证数据预处理过程的稳定可靠运行 2 及时性要求 保证运行的高效性 每种资料的质量控制 格式转换 时空 分辨率转化等时间均小于 4 分钟 要求并发地进行多种资料的预处理 模 块运行时间不超过 4 分钟 3 可扩展性 预留新数据源接口 具备增加新数据源的功能 4 易用性 模块有关的所有参数应外置 并应提供直观 方便的修改界面 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 6 1 4 3 三维气象要素三维气象要素融合分析模块融合分析模块 1 4 3 1 功能概述功能概述 基于 LAPS STMAS 模式 对多源气象数据进行融合分析 生产覆盖中国及 其周边区域的三维大气与三维云融合结果 1 4 3 2 功能要求功能要求 1 融合分析 基于 LAPS STMAS 模式 将 GFS 数值预报产品 GRAPES GFS 数值预报产品 GRAPES MESO 数值预报产品 国家级地面气象站观测 数据 区域地面气象站观测数据 机场气象站观测数据 探空观测数据 GPS MET 观测数据 ADTD 雷电定位观测数据 飞机观测数据 风廓线 雷达观测数据 雷达基数据 Himawari 8 卫星一级数据 FY 2G 卫星一级 数据 FY 4A 卫星一级数据进行融合 形成三维大气与三维云融合分析结 果 三维气象要素融合分析结果至少包含以下要素 近地面气温 近地面 气压 近地面海平面气压 近地面风速 近地面风向 近地面相对湿度 总云量 三维云量 三维温度 三维湿度 三维风速 三维位势高度 大 气可降水量 K 指数 风暴强度指数 抬升指数 对流有效位能 融合分 析结果需覆盖中国及其周边区域 0 60 N 70 140 E 时间分辨率为 1h 空间分辨率为 0 025 垂直方向上不低于 43 层 在融合多源风场 温度 湿度观测数据时需使用多重网格变分分析方法 2 算法改进 根据地面云量观测数据 对 LAPS STMAS 系统中根据可见光 波段和红外波段诊断云量的算法进行改进 改进后的算法必须优于改进前 的算法 改进后算法输出的中国及其周边区域总云量融合结果不得在日出 和日落期间 出现明显的不连续现象 3 算法优化加速 通过并行计算等方式优化数据融合分析计算效率 4 输入资料选择 具备根据配置文件选择输入数据种类的功能 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 7 5 投影方式配置 具备根据配置文件 在指定投影 等经纬度投影和兰伯特 投影 下进行融合分析的功能 6 时空分辨率配置 具备根据配置文件 在指定时空分辨率下进行融合分析 的功能 7 融合日志生成 将实时运行的融合分析模块执行情况 如模块运行时间 模块运行生成的数据信息 图形信息 故障信息等 生成监控日志信息进 行存储 1 4 3 3 非功能要求非功能要求 1 稳定性要求 针对数据缺失 数据不完整 服务器硬件 软件等故障具备 完备的容错功能 保证融合子模块运行过程的稳定可靠运行 正确 完整 的生成三维气象要素融合分析结果 2 及时性要求 保证融合分析的高效性 模块运行时间不超过 20 分钟 3 可扩展性 预留新数据源接口 具备增加新数据源的功能 4 易用性 模块有关的所有参数应外置 并应提供直观 方便的修改界面 1 4 4 产品后处理模块产品后处理模块 1 4 4 1 功能概述功能概述 将融合分析模块生成的结果进行格式转换等处理 生成最终的 符合业务规 范的三维气象要素融合分析产品并进行产品评估 主要包括空间分辨率转化 格 式转换及数据产品生成 图形产品生成 产品质量实时评估 文件规范化命名等 1 4 4 2 功能要求功能要求 1 空间分辨率转化 具备空间升尺度和降尺度功能 可由高空间分辨率数据 产品生成较低空间分辨率的产品 由低空间分辨率数据产品生成较高空间 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 8 分辨率的产品 空间分辨率的参数可配置 2 格式转换及数据产品生成 对融合分析模块生成的结果进行格式转换等处 理 输出符合业务规范的产品 如 netcdf 格式数据 grib2 格式数据等 文件名符合业务规范要求 3 图形产品生成 将数据产品生成符合国家制图规范的图形产品 格式包括 PNG jpg 等 文件名符合业务规范要求 4 产品质量实时评估 以地面观测 探空观测 GPS MET 观测等观测数据 为真值 将三维气象要素融合分析产品通过双线性等方法插值至观测位置 与之匹配 统计产品误差 包括均方根误差 RMSE 偏差 Bias 相关 系数 CC 等指标 将评估结果自动生成统计图表 5 日志生成 将产品后处理模块任务实时运行的信息 如模块运行时间 产 品是否生成 产品生成时效 图形产品 故障信息等 生成监控日志信息 进行存储 1 4 4 3 非功能要求非功能要求 1 稳定性要求 针对数据缺失 数据不完整 服务器硬件 软件等故障具备 完备的容错功能 保证产品后处理模块运行过程的稳定可靠运行 正确 完整的生成三维气象要素融合分析产品 2 可扩展性 预留新产品生成接口 具备增加新产品的功能 3 运算效率 模块运算高效 每类产品后处理模块运行时间小于 5 分钟 要 求并发地进行多种资料的后处理 模块运行时间不超过 6 分钟 4 易用性 模块有关的所有参数应外置 并应提供直观 方便的修改界面 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 9 1 4 5 产品分发产品分发与备份与备份模块模块 1 4 5 1 功能概述功能概述 对产品后处理模块生成的产品进行推送分发 包括向 CIMISS 系统的推送 多源数据融合实况产品业务系统内统一评估子系统的推送 以及向指定 FTP 服务 器推送产品 完成产品备份 1 4 5 2 功能要求功能要求 1 CIMISS 系统推送 按照 CIMISS 系统接口要求 向 CIMISS 系统实时推送 产品数据 2 统一评估子系统推送 按照统一评估子系统接口要求 向统一评估子系统 实时推送三维气象要素融合分析产品数据 3 产品分发日志生成 将产品分发与备份模块任务实时运行的信息 如分发 时间 分发的数据文件信息 分发是否成功 故障信息等 生成监控日志 信息进行存储 1 4 5 3 非功能要求非功能要求 1 针对数据缺失 数据不完整 服务器硬件 软件等故障具备完备的容错功 能 保证系统稳定性 保证分发数据的完整性 2 可扩展性 可配置新增产品的分发功能 3 易用性 模块有关的所有参数应外置 并应提供直观 方便的修改界面 1 4 6 历史数据回算模块历史数据回算模块 1 4 6 1 功能要求功能要求 历史回算模块主要分为单点时间历史数据回算 多点时间历史数据回算 单 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 10 一连续时间段历史数据回算 混合时间设置历史数据回算 通过配置输入数据 数据产品目录 回算时次信息后 可实现一键式回算 1 4 6 2 非功能要求非功能要求 1 输入数据文件的文件名规则必须符合系统支持的文件名规则 2 历史回算生成的产品文件不能存储到自动实时运行目录之中 需要指定一 个不同的目录 目录结构符合业务规范要求 1 4 7 功能集成与作业功能集成与作业调度模块调度模块 1 4 7 1 功能概述功能概述 作业运行调度管理功能主要基于 ecFlow 或产品加工流水线等高效的任务调 度系统 将各个功能模块集成到统一管理和调度系统内形成完整的处理功能 使 各个功能模块自动 协同运行 具备实时运行和历史回算的调度功能 调度过程 采用定时启动和人工启动两种方式 1 4 7 2 功能要求功能要求 1 实时运行调度 实现系统各个功能模块的运行调度管理 具备生成多时效 产品的功能 各种时效的产品自动选择数据源和运行流程 且独立运行 互不干扰 具备故障后自动启动 自动回算缺失时次产品的功能 2 历史回算调度 实现批量生成三维气象要素融合分析产品功能 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 11 表 2 三维大气融合实况分析产品子系统调度要求 产品类型产品类型 输入数据 详见表输入数据 详见表 1 调度要求调度要求 三维大气 融合实况 分析产品 1 GFS 数值预报产品 2 GRAPES GFS 数值预报产品 3 GRAPES MESO 数值预报产品 4 国家级地面气象站观测数据 5 区域地面气象站观测数据 6 机场气象站观测数据 7 探空观测数据 8 雷达基数据 9 Himawari 8 卫星一级数据 10 FY 2G 卫星一级数据 11 FY 2G 卫星云检测产品 12 FY 2G 卫星云分类产品 13 FY 4A 静止气象卫星一级数据 全圆盘数据 14 FY 4A 静止气象卫星一级数据 中国区域数据 15 FY 4A 静止气象卫星云检测产品 全圆盘数据 16 FY 4A 静止气象卫星云检测产品 中国区域数 据 17 FY 4A 静止气象卫星云分类产品 全圆盘数据 18 FY 4A 静止气象卫星云分类产品 中国区域数 据 19 GPS MET 观测数据 20 ADTD 雷电定位观测数据 21 飞机观测数据 22 风廓线雷达观测数据 实时调度 实时调度 1 定时启动和数据源获取 状态启动两种功能 2 具备生成多时效产品的 功能 各种时效的产品自 动选择数据源和运行流 程 且独立运行 互不干 扰 3 具备故障后自动启动 自 动回算缺失时次产品的功能 历史回算调度 历史回算调度 1 手动启动 实现批量总云 量融合实况分析产品生 成 1 4 7 3 非功能要求非功能要求 1 稳定性要求 针对数据缺失 数据不完整 服务器硬件 软件等故障具备 完备的容错功能 保证整个系统运行过程的稳定可靠运行可扩展性 2 具备良好的运行安全机制 确保各个功能模块各司其职 相互耦合 有条 不紊地运行 某一时次故障 不影响下一时次产品的正常生成 3 方便地增加处理模块 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 12 1 4 8 数据管理模块数据管理模块 1 4 8 1 功能概述功能概述 数据管理模块用于实现各融合业务相关的所有数据 包括输入数据文件 中 间结果文件 输出产品文件 系统日志文件以及监控数据和评估数据等的命名规 则制定 编目规范制定及压缩 备份 清理等功能 数据管理以数据分类为基础 针对不同类别的数据分别进行数据编目 数据备份 数据清理等策略的制定 并 以策略配置的方式进行整体处理过程管理 1 4 8 2 功能要求功能要求 1 数据分类 对数据分类信息维护 便于对项目系统所涉及的数据种类进行 集中管理 同时数据编目默认按照数据分类信息进行组织 2 文件命名管理 根据数据分类及其相关性的属性要求 进行数据命名规则 指定 以便各融合业务过程中重命名操作 3 数据编目 针对系统的各类数据进行编目管理 配置不同目录存储 对该 系统的存储结构进行设计规划 4 数据备份 定期对数据进行压缩 备份 数据备份周期 路径 归档地址 路径等参数可设置 5 数据清理 主要是将无效的数据 逾期的数据 不合规范的数据等文件进 行清除 定期检查磁盘分区空间 及时清盘 6 数据存储日志生成 对各类数据的数据量以及目前存储总体使用情况进行 统计 形成监控日志信息 1 4 8 3 非功能要求非功能要求 1 信息保留要求 数据类别信息是数据管理的基础 该信息不能进行直接删 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 13 除 2 易用性 模块有关的所有参数应外置 并应提供直观 方便的修改界面 1 4 9 日志管理模块日志管理模块 1 4 9 1 功能概述功能概述 子系统整体过程包括数据采集 预处理 融合分析 产品后处理 产品分发 等重要过程 各业务过程模块均进行详细的运行日志记录 日志管理模块实现从 各模块的日志收集功能 同时为满足监控分析的需要 需实现与 天镜 系统以 及多源数据融合实况产品业务系统内统一评估子系统的对接 1 4 9 2 功能要求功能要求 1 日志收集处理 实现各模块日志信息收集功能 并根据运行监控分析要 求进行日志分类汇总 形成整体要对外发送的日志文件 2 天镜系统对接 按照天镜系统接口要求 实现日志信息向天镜系统的发 送功能 3 统一评估子系统对接 按照统一评估子系统要求 实现日志信息向天镜 系统的发送功能 1 5 接口关系接口关系 系统接口关系主要包括内部接口和外部接口 内部接口指本系统内部各模块 及其子模块之间数据交互关系 外部接口指本融合业务系统与多源数据融合实况 产品业务系统内统一评估子系统以及中国气象局公共服务系统之间信息交互关 系 其中多源数据融合实况产品业务系统内统一评估子系统是本项目建设的用于 进行各融合业务产品数据以及计算处理过程直观的交互分析的软件系统 中国气 象局公共服务系统包括 CIMISS 通信系统 天镜系统及其它 FTP 文件系统等 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 14 1 5 1 内部接口内部接口 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件处理过程主 要包括数据采集 数据预处理 融合分析 产品后处理 产品分发等环节 每个 处置环节为下一环节提供数据支撑 系统内部模块之间信息交互主要采用数据共 享和消息传递的方式实现 数据共享 数据共享 各模块通过数据共享的方式实现文件数据的交互 经数据采 集后以共享目录方式提供给后续系统使用 预处理 融合分析 产品加 工等过程生成的中间结果和产品数据按照数据编目配置信息进行存储 消息传递 消息传递 各处理环节在处理完成后以消息传递方式实现与后续处置环 节的信息交互 1 5 2 外部接口外部接口 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件相关的外部 系统主要有 CIMISS 系统 通信系统 天镜系统以及统一评估系统 主要通过 CIMISS 系统和通信系统获取数据源资料 需向 CIMISS 系统推送融合产品数据实 现产品输出 向天镜系统发送运行监控信息 向多源数据融合实况产品业务系统 内统一评估子系统发送业务过程日志信息 资料输入接口 资料输入接口 资料输入的来源主要为 CIMISS 通信系统 接口方式包 括 API FTP 等 产品输出接口 产品输出接口 融合产品输出至 CIMISS 数据环境 接口主要为 API 接口 方式 天镜系统对接 天镜系统对接 实现监控告警向天镜系统 气象综合业务实时监控系统 发送 接口主要为API接口方式 统一评估统一评估子子系统系统对接 对接 实现业务过程日志 业务产品及中间结果向统一 评估子系统发送 接口主要为API FTP 目录共享等接口方式 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 15 统一评估统一评估子子系统的接口 系统的接口 提供产品评估数据 与统一评估子系统对接 1 6 非功能要求非功能要求 1 中间格式要求 生成中间数据格式规范 NETCDF格式 BUFR格式 TXT 格式等 2 规范化要求 要求程序编码规范 注释完整 易于扩展和移植 与各相 关模块接口标识清晰 3 容错性要求 业务系统实时运行过程中 在出现某些数据获取 数据处 理 模式计算错误等情况时 为保持整个系统长期 稳定运行而设计 的应对机制 容错机制的实现需要针对业务系统的每一个运行过程 考虑其失败的可能性以及对后续过程的影响 提前设计处理措施 应 对错误发生情况 使发生错误后系统仍能正常运行 4 业务事务处理要求 在业务处理时 为避免在程序运行异常中断产生不 完整的数据产品 系统设计时需增加事务处理方式 一个完整的业务处 理完成后进行结果提交 未正常结束的事务不进行最终产品输出 5 自动补算要求 数据的自动补算要求指当系统关闭再重新启动后 系统 关闭期间的数据在系统重启时能够自动补算 不需要人工干预进行该段 时间内数据的计算处理 6 程序随机启动要求 服务器重启后 各相关子系统能够随着服务器的启 动自动完成程序启动 无需进行人工干预 减少维护工作量 7 故障切换要求 要求系统能够同时在高性能计算集群和云平台服务器上 正常部署运行 通常系统通过在高性能计算集群环境中运行并进行产品 融合计算 当服务器出现故障后 系统可自动切换到云平台上进行计算 处理 故障恢复后可自动切换回高性能计算环境中 切换过程不影响产 品的正常输出 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 16 1 7 设计约束设计约束 1 7 1 硬件环境硬件环境 本项目开发的三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软 件须在 派 高性能计算集群和云平台服务器上均可部署运行 表 3 派 曙光高性能计算机系统配置说明 操作系统 Redhat Enterprise 7 4 并行文件系统 Sugon Parastor 作业调度软件 Sugon Gridview Slurm 编译器 GNU c C Fortran 等 Intel Parallel Studio XE Cluster Edition PG 译器 并行环境 Openmp Openmpi MPICH2 Mvapich289 表 4 云平台服务器配置说明 操作系统 Linux 1 7 2 软件环境软件环境 操作系统 Linux 操作系统等 作业管理系统 EC Flow 产品加工流水线等 程序设计语言 Fortran C C Python 1 8 产品质量要求产品质量要求 三维大气融合实况分析产品分系统 生成的三维气象要素融合分析产品须 达到表 5 所示的产品规格要求 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 17 表 5 三维气象要素融合分析产品规格要求 产品名 称 产品要素 空间覆盖 空间 分辨率 时间 分辨率 实时产品时 效 历史回算产品 序列长度 三维气 象要素 融合分 析产品 三维云量 三维位 势高度 三维风场 三维相对湿度 三 维温度 大气可降 水量 K 指数 风 暴强度指数 抬升 指数 对流有效位 能 0 60 N 70 140 E 0 025 1h 1h 近 1 年 1 9 性能要求性能要求 1 9 1 稳定性和可靠性稳定性和可靠性 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件必须建立在 成熟稳定架构之上 系统开发选用高可靠性的技术 充分考虑现有数据量 数据 格式等实际情况和系统可能出现的情况 提高整个系统的应变能力和容错能力 确保系统的稳定和可靠 通过完善的管理 调度和运行监控手段来保障其稳定 可靠 具备系统双机备份功能 保障数据存储安全 1 9 2 可扩展性可扩展性 软件设计严格执行国家有关软件工程和行业标准 保证系统质量 提供完整 准确 详细的开发文档 以便于与其他系统的互联和扩展 展现良好的可扩展性 1 9 3 易维护性易维护性 对软件设计的要求应包括软件的易分析性 稳定性和易测试性 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 18 1 9 4 安全性安全性 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件的安全性主 要包含两个方面的内容 1 软件系统的安全保证性 即软件不会由于自身的故障或失效导致应用 系统的其它部分相继失效甚至崩溃的特性 如不正常地持续占用大量 CPU 内 存 I O 等计算机资源 导致系统的其它部分无法运行 制定完整的故障隔离 规避和恢复策略 确保全系统业务软件运行的正常与安全 2 访问的安全保证性 防止外界或内部用户的非法或恶意访问系统 1 9 5 易用性易用性 业务运行过程中相关信息应自动统计和管理 用户可方便地对输出方式 存 档时间等进行修改和调整 系统即可按照配置的参数自动运行 存档和输出等 减少操作人员的劳动强度 易用性包括易操作性 正常情况下 完全自动化运行模式 特殊情况下的人 工干预 应简单操作 直观提示 软件的易理解性 易学性和方便灵活性 1 10 测试要求测试要求 1 10 1 测试对象测试对象 对项目建设任务及总体功能需求进行测试 测试对象以软件部件为最小单 位 覆盖范围包括各子系统全部软件部件 1 10 2 测试方法测试方法 本项目针对软件产品的测试方法与要求 1 软件单元级的集成与验证 采用 白盒法 进行单元级的集成与验证测 试 要求语句覆盖率要达到 100 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 19 2 软件部件 配置项级的集成与验证 采用 灰盒法 功能的验证用 黑 盒法 接口及异常处理的验证用 白盒法 进行部件 配置项级的集成与验证 测试 要求软件部件 配置项级的功能 接口及异常处理覆盖率要达到 100 3 系统综合测试与确认 采用实物 半实物仿真环境下的 黑盒法 进行 系统级 包括软硬件 的确认测试 要求系统级的功能 接口及异常处理覆盖率 要达到 100 4 系统整体性能测试 在与运行环境一致或接近的测试环境中 利用测试 工具和测试脚本对目标系统进行压力测试和疲劳测试 以确定各个业务功能是否 达到响应指标要求 1 10 3 测试结果测试结果 测试结果模板如下 测试结果一览表 测试用例名称 标识号 成功 失败 错误 软件问题报告编号 评语 1 10 4 软件测试记录要求软件测试记录要求 软件测试过程中必须做好记录 内容要求是 1 测试用例名称和项目唯一标识 2 测试目的 说明测试被测试对象的什么特性 3 初始化 执行测试之前的软 硬件准备工作 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 20 4 操作步骤 执行测试时 实际操作的步骤 5 测试输入 与 软件测试说明 中的测试输入应保持一致 6 期望测试结果 与 软件测试说明 中的期望测试结果应保持一致 7 评估测试结果的标准 与 软件测试说明 中的评估测试结果的标准保 持一致 8 实际测试结果 9 测试结论 10 测试人员 11 测试时间 12 测试完成后应提交测试报告 对整个测试结果给出综合的分析与评价 1 11 文档要求文档要求 1 11 1 文档文档 本项目验收时开发方可根据本软件系统的规模和项目要求 按 计算机软件 工程规范国家标准 确定的取舍与合并原则 产生并交付下列文档 1 需求及实施文档 需求分析及详细实施方案 包含概要设计与详细设计 2 测试文档 测试方案 测试方案评审意见及专家名单 说明和测试分析 报告 3 验收文档 系统实施方案 测试分析报告 软件用户手册 工作总结报 告 技术总结报告 1 11 2 软件程序软件程序 应交付的软件程序包括 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 21 1 可执行代码 以 CD ROM 介质提供与文档相符的执行代码 支持软件 测试工具 负责进行系统安装工作 2 源程序代码 与文档相符的源程序功能 头文件 编译连接过程文件 系统安装过程脚本 或控制文件 以 CD ROM 介质提供各两份 1 12 管理要求管理要求 1 12 1 管理标准管理标准 相应的项目管理和质量控制标准应按照 计算机软件工程规范国家标准 中 的有关规定执行 1 12 2 管理机构管理机构 主管单位 国家气象信息中心 用户单位 国家气象信息中心山洪地质灾害防治气象保障工程 2018 年监测 系统建设项目 的团队成员及相关科研人员 1 12 3 开发进度开发进度 本项目的实施过程按合同书时间进度要求进行 下表中 S 为签约生效时 间 单位为月 开始时间为一月的第一天 结束时间为一月的最后一天 本项目的实施开发周期为十个月 时间时间 项目完成情况项目完成情况 S 0 S 2 编制完成系统需求分析报告 通过专家评审 并提交相关文 档 编制完成系统详细设计报告 概要设计通过专家评审 并提 交相关文档中标人 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 22 S 2 S 6 完成系统软件开发及集成 完成内部测试 S 6 S 7 完成整体软件系统的集成部署与测试 通过系统初验 并提 交相关文档 进入试运行阶段 S 7 S 10 根据测试及试运行情况进行系统优化 并完成系统验收 1 12 4 质量保证质量保证 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件开发项目的 软件质量保证活动应贯穿软件开发的各个控制节点 并按照 计算机软件工程规 范国家标准 或 总装备部软件工程技术规范 实施 1 12 5 软件配置管理软件配置管理 中标人应按照 计算机软件工程规范国家标准 或 总装备部软件工程技术 规范 的要求 对三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件 的所有正式产品 包括文档 程序源代码和数据 进行有效的控制和管理 1 12 6 人员配备人员配备 承制方成立合理的组织机构 建立健全保障项目顺利实施的各项管理制度和 质量保证体系 安排好项目管理团队参加本项目的建设 在组织机构中应明确各岗位的职责 任职资格及成果 确保项目顺利实施 应分别配备有项目经理 技术负责人承担本项目工作 其它技术人员必须具有两 年以上相关项目软件设计 开发和集成经验 能够与用户进行良好的沟通 中标人应确保服务于本项目的核心技术人员及主要开发人员稳定 需要组成 专门的开发团队 要求团队成员具有软件开发经历 未经采购人允许不得调整核 心团队成员 采购人有权要求更换中标人项目团队成员 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 23 1 13 外外部部评审要求评审要求 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件开发生命周 期内至少应进行下述几个阶段的外部评审 1 需求分析评审 2 概要设计评审 3 软件测试方案评审 4 软件测试评审 5 项目初验评审 6 项目终验评审 2 验收与交付验收与交付 本系统的验收和交付按照 计算机软件工程规范国家标准 的要求执行 2 1 完成形式和交付内容完成形式和交付内容 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件的设计 按照 计算机软件工程规范国家标准 进行 软件设计者应认真编写设计文档并进行 严格的技术评审 只有在上一阶段经过评审验收后 方可转入下一阶段 三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制软件制定的完成 内容包括 各类文档 软件源代码和可执行代码 2 1 1 文档文档 本项目验收时开发方可根据本软件系统的规模和项目要求 按 计算机软件 工程规范国家标准 确定的取舍与合并原则 在项目实施过程中 按进度应向用 户提供相应技术文档 包含但不限于以下内容的相关文档 1 需求规格说明书 项目实施方案 包括概要设计说明书 详细设计 说明书等 及相关评审意见 多源数据融合实况产品业务系统多源数据融合实况产品业务系统 三维大气融合实况分析产品子系统三维大气融合实况分析产品子系统 三维气象要素研制三维气象要素研制软件开发软件开发 任务书任务书 24 2 产品评估报告 3 软件测试方案 软件测试报告及测试意见 4 程序文档 应交付的软件程序包括但不限于 可执行代码 以 CD ROM 介质提供与文档相符的全部执行代码 并提供 相应的支持软件和测试工具 源程序代码 与文档相符全部源程序 脚本 或控制文件 以 CD ROM 介质 印刷载体同时提供 程序说明文档 程序流程图 模块说明 程序编译软件说明等 5 全部手册文档 系统部署安装说明 软件用户手册 工作总结报告 技术总结报告等 6 合同要求的其他相关文档 2 1 2 历史回算数据集历史回算数据集 完成空间分辨率 0 025 时间分辨率 1h 的近 1 年中国及其周边区域