Tổng quan về nội dung nghiên cứu của đề tài
Đặt vấn đề
Việc xử lý và lưu trữ số liệu quan trắc khí tượng hải văn bằng công nghệ thông tin đã được triển khai từ lâu, đặc biệt ở các nước phát triển Các phần mềm như SLQRP2 (Mỹ) và TIDE (Canada) được thiết kế riêng cho từng yếu tố đo, trong khi ORKAN (Na Uy) và CLICOM tích hợp nhiều yếu tố Mặc dù có khả năng tính toán thống kê và quản lý lưu trữ, nhưng các phần mềm này còn hạn chế trong việc xử lý và chỉnh lý dữ liệu, đồng thời không phù hợp với quy trình xử lý số liệu tại Việt Nam, gây khó khăn trong việc triển khai trên mạng lưới trạm khí tượng hải văn Thêm vào đó, chi phí cao cho phần mềm thương mại, bao gồm mua sắm, đào tạo và bảo trì, cũng là một rào cản Ở một số quốc gia thuộc Tổ chức Khí tượng Thế giới, hệ thống quan trắc hoàn toàn tự động hoặc có điều khiển, với công nghệ hiện đại, cho phép tự động hóa quy trình xử lý và quản lý thông tin chuyên ngành.
Luồng số liệu KTTV hiện nay được truyền tải qua hệ thống tự động hoàn toàn thông qua internet hoặc vệ tinh Các quốc gia như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Hồng Kông đã đầu tư mạnh mẽ vào hệ thống này, với Trung Quốc có 2.640 trạm tự động, Hàn Quốc có 464 trạm tự động hoàn toàn và 76 trạm có điều khiển, Nhật Bản với 1.100 trạm tự động hoàn toàn và 200 trạm có điều khiển.
80 trạm tự động hoàn toàn v.v…) Trong khi đó ở Việt Nam có 172 trạm khí tượng,
Việt Nam hiện có 231 trạm thủy văn và 17 trạm hải văn, tất cả đều thực hiện đo đạc thủ công mà chưa có trạm tự động nào Do đó, việc xử lý tài liệu chủ yếu vẫn được thực hiện bằng tay hoặc chỉ mới tự động một phần thông qua các phần mềm tự phát triển.
Số liệu điều tra cơ bản KTTV được hình thành qua quá trình quan trắc và thu thập tại các trạm KTTV, sau đó được xử lý và đánh giá chất lượng tại Đài và Trung tâm Mạng lưới KTTV và Môi trường Cuối cùng, dữ liệu này được chuyển đến Trung tâm Tư liệu KTTV để lưu trữ và khai thác sử dụng.
Trước đây, các hoạt động như quan trắc, xử lý, chuyển số liệu, lưu trữ và khai thác số liệu chủ yếu được thực hiện thủ công Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ và yêu cầu đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, việc hiện đại hóa các quy trình thu thập, xử lý, chuyển giao, lưu trữ và khai thác dữ liệu là cần thiết.
Trong thời gian qua, các công đoạn trong lĩnh vực khí tượng và thủy văn đã được hiện đại hóa và tự động hóa, đặc biệt là khâu xử lý số liệu với sự phát triển của phần mềm ứng dụng công nghệ thông tin cho các bộ môn khí tượng bề mặt và thủy văn không chịu ảnh hưởng của thủy triều Tuy nhiên, các lĩnh vực như khí tượng cao không, khí tượng nông nghiệp, hải văn, bức xạ, ô-zôn và bức xạ cực tím vẫn chưa có phần mềm xử lý dữ liệu Trong tương lai, cần xây dựng các phần mềm này, và trong đề tài này, chúng tôi chỉ đề xuất xây dựng phần mềm xử lý dữ liệu hải văn Việc sử dụng phần mềm xử lý số liệu giúp số hóa dữ liệu và xử lý trên máy tính tại các Đài KTTV khu vực, với dữ liệu được chuyển về Trung tâm Tư liệu KTTV qua Internet, tạo nền tảng quan trọng cho kho dữ liệu số và hiện đại hóa quy trình khai thác sử dụng số liệu KTTV.
Các phần mềm xử lý số liệu khí tượng và thủy văn không chịu ảnh hưởng triều được Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thuỷ văn phát triển từ năm 2003 Sau giai đoạn nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm vào năm 2006, các phần mềm này đã chính thức được đưa vào sử dụng trong nghiệp vụ từ năm 2008, phục vụ cho việc xử lý số liệu toàn mạng lưới trạm.
Phần mềm hỗ trợ nghiệp vụ tư liệu khí tượng thủy văn mang lại nhiều ưu điểm như đảm bảo chất lượng tính toán và xử lý số liệu, giảm thiểu công việc tính toán thủ công, cũng như lập báo biểu theo quy định ngành Nó còn hỗ trợ các kiểm soát viên trong việc chỉnh lý tài liệu khí tượng bề mặt và thủy văn, đồng thời dễ dàng quản lý Được đầu tư bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm đã tận dụng lợi thế của mạng máy tính nội bộ để nâng cao hiệu quả công việc.
Trung tâm KTTV Quốc gia đã nâng cấp phần mềm xử lý số liệu khí tượng và thủy văn, chuyển từ chế độ máy tính cá nhân sang mạng máy tính theo mô hình Client/Server, sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server, nhằm tạo ra cơ sở dữ liệu cho hệ thống nghiên cứu Ngày 1 tháng 3 năm 2006, Thủ Tướng Chính phủ đã phê duyệt Đề án tổng thể về điều tra và quản lý tài nguyên - môi trường biển đến năm 2010, với tầm nhìn đến năm 2020, nhằm tăng cường quản lý nhà nước, phát huy tiềm năng biển và ven biển, thực hiện phát triển bền vững, bảo đảm quốc phòng, an ninh, và nâng cao năng lực quản lý tài nguyên - môi trường biển trong khu vực Đông Nam Á.
Cơ sở dữ liệu về biển Việt Nam đã được xây dựng đầy đủ nhất từ trước đến nay, với thông tin thu thập từ nhiều nguồn trong và ngoài nước, được lưu trữ bằng các phần mềm đa tính năng Đây sẽ là nền tảng cho một ngân hàng dữ liệu biển Quốc gia Đồng thời, một mô hình tổ chức thiết kế kỹ thuật và quy chế hoạt động thích hợp cũng đã được đề xuất.
Các phương án tối ưu về đường cơ sở và ranh giới ngoài thềm lục địa Việt Nam nhằm bảo vệ chủ quyền biển của đất nước cần tuân thủ Công ước 1982 của Liên hiệp quốc về Luật biển và các thông lệ quốc tế Việc xác định chuẩn “0” độ sâu là yếu tố quan trọng trong việc thực hiện các yêu cầu này.
Các giải pháp công nghệ xây dựng công trình bảo vệ bờ đảo nhằm chống xói lở đã được áp dụng thành công tại một số đảo trong quần đảo Trường Sa.
+ Các sản phẩm tư liệu về khí tượng, địa chất - địa vật lý biển đảm bảo độ tin cậy cao để sử dụng vào nhiều mục đích.
Chương trình điều tra nghiên cứu biển (2001-2005), mã số KC.09 đạt được các kết quả là:
Hệ thống cơ sở dữ liệu biển quốc gia cung cấp thông tin về khí tượng, thủy văn biển và biến động nguồn lợi hải sản khai thác, đồng thời hỗ trợ chẩn đoán các quá trình thủy thạch động lực ven bờ Kết quả tính toán từ hệ thống này cho thấy các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của công trình biển.
Cơ sở khoa học cho việc xác định biên giới và ranh giới trên vùng biển Tây Nam là rất quan trọng, nhằm đảm bảo chủ quyền và lợi ích quốc gia Việc thực thi các giải pháp hiệu quả sẽ giúp bảo vệ tài nguyên biển, đồng thời nâng cao vị thế của quốc gia trong khu vực Các nghiên cứu và phân tích cần được tiến hành để củng cố lập luận về quyền lợi biển, từ đó xây dựng chiến lược phát triển bền vững cho vùng biển này.
Các luận cứ khoa học đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng mô hình phát triển kinh tế và quốc phòng cho hệ thống đảo ven bờ cũng như các quần đảo Những mô hình này cần hướng tới phát triển kinh tế bền vững tại các huyện đảo và dải ven biển Đồng thời, cần triển khai các giải pháp bảo vệ môi trường sinh thái và khắc phục ô nhiễm môi trường biển để đảm bảo sự phát triển hài hòa và bền vững.
Mục tiêu của đề tài
Đề tài được đề xuất nghiên cứu nhằm đạt được các mục tiêu cụ thể sau:
Xây dựng phần mềm tự động hóa xử lý số liệu khí tượng hải văn, áp dụng cho mạng lưới trạm khí tượng hải văn, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc thu thập và phân tích dữ liệu khí tượng.
Triển khai thử nghiệm hệ thống tự động quản lý và truyền nhận tài liệu khí tượng thủy văn và hải văn số hóa giữa Trung tâm Tư liệu KTTV và các Đài KTTV khu vực, sử dụng công nghệ mạng riêng ảo VPN.
Cách tiếp cận
Hiện nay, Trung tâm Tư liệu KTTV có nhiệm vụ quan trọng trong việc lưu trữ và quản lý các số liệu KTTV đã được chỉnh lý và kiểm tra tại các Đài khu vực.
Việc xử lý số liệu khí tượng thủy văn hiện nay đã được tự động hóa, nhưng mạng lưới trạm khí tượng hải văn vẫn sử dụng phương pháp thủ công, dẫn đến hiệu quả thấp và tốn thời gian Do đó, việc áp dụng công nghệ tin học vào xử lý số liệu cho mạng lưới này là cần thiết để nâng cao năng lực phục vụ và đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa Sự phát triển của phần mềm xử lý số liệu sẽ mang lại nhiều lợi ích cả trước mắt lẫn lâu dài cho mạng lưới trạm khí tượng hải văn.
Dự án cấp bách giai đoạn 1 đã triển khai cài đặt phần mềm xử lý số liệu khí tượng bề mặt và thủy văn tại 9 Đài KTTV khu vực, tạo ra 9 modul cơ sở dữ liệu KTTV, được quản lý bởi hệ quản trị CSDL SQL Server 2008 Mặc dù tài liệu số hóa đã được gửi về Trung tâm Tư liệu, nhưng quy trình này vẫn thực hiện thủ công, thiếu sự đồng bộ và chưa hình thành một CSDL trung tâm thống nhất, gây khó khăn trong việc quản lý và khai thác số liệu.
Hệ thống được đề xuất nhằm xây dựng ứng dụng đường truyền mạng Internet, với hiệu quả sử dụng phụ thuộc vào hạ tầng mạng Mạng riêng ảo VPN tại Trung tâm tư liệu KTTV sẽ kết nối hệ thống giữa Trung tâm và các Đài KTTV khu vực VPN là công nghệ mạng tiên tiến, sử dụng hạ tầng Internet ADSL hoặc cáp quang FTTH, cho phép người dùng từ nhiều vị trí khác nhau truy cập và trao đổi thông tin qua đường "tunnel" ảo như trong mạng LAN, với chi phí thấp hơn so với đường thuê bao riêng Việc ứng dụng VPN giúp người dùng xây dựng các ứng dụng trên Internet với quy mô rộng lớn Tận dụng ưu điểm của VPN, hệ thống sẽ sử dụng SQL Server 2008 và ngôn ngữ lập trình trên nền Net.framework để nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quản lý truyền và nhận CSDL số liệu KTTV và hải văn.
VPN (Mạng riêng ảo) cho phép mở rộng mạng nội bộ qua Internet, kết nối các máy tính từ xa với mạng LAN của cơ quan Kỹ thuật này đảm bảo tính riêng tư và bảo mật dữ liệu khi truyền thông qua môi trường chia sẻ như Internet Thông tin được bao bọc bằng nhãn đầu chứa thông tin định tuyến, cho phép dữ liệu gửi đi qua các "đường ống" riêng gọi là tunnel Để bảo vệ tính riêng tư, các gói tin được mã hóa và chỉ có thể giải mã bằng khóa thích hợp, ngăn chặn việc đánh cắp dữ liệu trong quá trình truyền tải Tunneling sử dụng mạng trung gian để duy trì tính riêng tư và toàn vẹn dữ liệu giữa các mạng máy tính.
Công tác xử lý số liệu quan trắc khí tượng thủy văn (KTHV) cần tuân thủ một quy trình tuần tự, bất kể là xử lý thủ công hay tự động bằng phần mềm Mỗi bước trong quá trình này phải dựa trên cơ sở khoa học và phương pháp thực hiện rõ ràng Quá trình bắt đầu từ việc thu nhận số liệu, chuyển đổi sang định dạng lưu trữ thống nhất, và phát hiện, loại trừ các sai số thô cũng như sai số hệ thống để có được số liệu chính xác Mỗi công đoạn phải có thuật toán được công nhận về mặt khoa học Để xây dựng phần mềm xử lý số liệu quan trắc KTHV, cần nghiên cứu các loại sai số thường gặp, quy trình xử lý phúc thẩm số liệu, và các thuật toán phát hiện sai số trong quan trắc đo đạc.
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mạng riêng ảo (VPN) trong Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thủy văn và các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực, sử dụng kết nối VPN theo kiểu Site to Site Hệ thống này áp dụng cơ chế chứng thực và mã hóa dữ liệu dựa trên IPSec ESP (Encapsulating Security Payload) để đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin.
- Xác định qui mô mô hình hệ thống quản lý đa cấp: Trung ương, Địa phương;
Xác định các yếu tố cấu thành hệ thống bao gồm không gian, thời gian và thiết bị Không gian đề cập đến các đơn vị tham gia hệ thống, thời gian là thời điểm cập nhật số liệu định kỳ, và thiết bị bao gồm hệ thống máy chủ, router, cùng các công cụ khác Các bộ môn khí tượng, thủy văn và hải văn sử dụng phần mềm xử lý số liệu để số hóa tài liệu, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và phân tích dữ liệu.
- Sử dụng các ngôn ngữ lập trình để xây dựng hệ thống, nội dung các modul thành phần của hệ quản lý;
- Ứng dụng các công cụ, tiện ích của Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2008 để xây dựng tích hợp hệ quản lý số liệu.
Phạm vi, đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu bao gồm các số liệu khí tượng hải văn từ mạng lưới trạm quan trắc hải văn ven bờ, cùng với các cơ sở dữ liệu khí tượng bề mặt và thủy văn không bị ảnh hưởng bởi thủy triều Những dữ liệu này được xử lý thông qua các phần mềm chuyên dụng cho khí tượng bề mặt, thủy văn và hải văn.
Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng bộ phần mềm xử lý số liệu khí tượng hải văn cho mạng lưới 17 trạm quan trắc hải văn ven bờ, thuộc 5 Đài KTTV khu vực: Đông Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Nam Bộ Đồng thời, nghiên cứu cũng hướng đến việc phát triển hệ thống tự động quản lý, giám sát, truyền và nhận số liệu KTTV và hải văn trong phạm vi 9 Đài KTTV khu vực.
Nghiên cứu về hệ thống phần mềm và quản lý được thực hiện tại Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thủy văn, phối hợp với các Đài KTTV khu vực như Tây Bắc, Việt Bắc, Đồng Bằng Bắc Bộ, Tây Nguyên, và Trung tâm Mạng lưới Khí tượng Thủy văn và Môi trường Công việc này nhằm thử nghiệm toàn bộ hệ thống để nâng cao hiệu quả quản lý khí tượng thủy văn.
Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 6 năm 2010 đến tháng 6 năm 2012, sử dụng các bộ số liệu thực từ các năm 2008, 2009, 2010 và 2011.
Nội dung nghiên cứu
Xây dựng bộ phần mềm xử lý số liệu khí tượng hải văn cho mạng lưới trạm quan trắc hải văn ven bờ bao gồm các nhiệm vụ quan trọng.
Nghiên cứu nhằm hoàn thiện và chuẩn hóa các thuật toán xử lý dữ liệu khí tượng hải văn cho từng yếu tố như mực nước biển, nhiệt độ, độ mặn, tầm nhìn xa và độ sáng biển tại các trạm khí tượng hải văn.
- Thiết kế cấu trúc file số liệu gốc (số liệu thô) nhập vào để xử lý.
- Thiết kế các giao diện để nhập dự liệu của các yếu tố quan trắc.
- Xây dựng sơ đồ khối và thuật toán xử lý cụ thể cho từng yếu tố.
- Xây dựng các chương trình (modul) xử lý số liệu của từng yếu tố.
- Kiểm tra, hiệu chỉnh và hoàn thiện các chương trình xử lý số liệu của các yếu tố
- Xây dựng các modul (chương trình) lưu trữ số liệu sau khi được xử lý dưới dạng binary (tạo file số liệu trong cơ sở dữ liệu).
- Xây dựng modul (chương trình) hiển thị số liệu dưới dạng text và ra màn hình.
- Xây dựng các modul (chương trình) chiết xuất số liệu ra bảng biểu theo mẫu số sách, báo biểu của Quy phạm quan trắc hải văn ven bờ.
- Liên kết các chương trình thành hệ phần mềm xử lý số liệu khí tượng hải văn Marinedb 1.0.
- Áp dụng thử nghiệm hệ phần mềm Marinedb 1.0 vào mạng lưới trạm khí tượng hải văn.
- Kiểm nghiệm, hiệu chỉnh và hoàn thiện hệ phần mềm Marinedb 1.0.
Nghiên cứu xây dựng hệ thống tự động quản lý giám sát truyền và nhận số liệu KTTV và hải văn ứng dụng mạng riêng ảo VPN sẽ bao gồm việc đánh giá hiện trạng công nghệ mạng riêng ảo cùng với hạ tầng thử nghiệm.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mạng riêng ảo.
- Nghiên cứu xây dựng các modul quản lý giám sát số liệu.
- Nghiên cứu xây dựng các modul quản lý đồng bộ (truyền nhận) số liệu.
- Triển khai thử nghiệm hệ thống và thử nghiệm tích hợp bộ số liệu KTTV và hải văn tại các Đài KTTV khu vực.
- Nghiên cứu tích hợp số liệu trong các cơ sở dữ liệu KTTV và hải văn tại Trung tâm Tư liệu KTTV.
Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng các quy trình quản lý và bảo trì hệ thống mạng riêng ảo VPN tại Trung tâm Tư liệu KTTV cùng với các Đài KTTV khu vực Đồng thời, nghiên cứu cũng phát triển quy trình quản lý hệ thống truyền nhận số liệu, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động và đảm bảo tính ổn định của các hệ thống này.
- Xây dựng hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu dự phòng.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mạng riêng ảo VPN trong kết nối giữa Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thủy văn và các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực nhằm nâng cao tính bảo mật và hiệu quả truyền tải dữ liệu Kết nối VPN theo kiểu Site to Site sử dụng cơ chế chứng thực và mã hóa dữ liệu dựa trên IPSec ESP (Encapsulating Security Payload) để bảo vệ thông tin trong quá trình trao đổi.
- Xác định qui mô mô hình hệ thống quản lý đa cấp: Trung ương: Trung tâm Tư liệu KTTV – Địa phương: Đài KTTV khu vực.
Để xây dựng hệ thống hiệu quả, cần xác định rõ không gian, thời gian, thiết bị và các yếu tố cấu thành Không gian bao gồm các đơn vị tham gia hệ thống, thời gian là khoảng thời gian định kỳ cập nhật số liệu, thiết bị bao gồm hệ thống máy chủ và router Các yếu tố cấu thành hệ thống còn bao gồm các bộ môn khí tượng thủy văn sử dụng phần mềm để xử lý và số hóa tài liệu.
- Sử dụng các ngôn ngữ lập trình để xây dựng hệ thống, nội dung các modul thành phần của hệ quản lý.
- Ứng dụng các công cụ của Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2008 để xây dựng tích hợp hệ quản lý số liệu.
- Xây dựng bộ phần mềm xử lý số liệu khí tượng hải văn của mạng lưới trạm quan trắc hải văn ven bờ bằng:
+ Phương pháp điều tra khảo sát các bộ số liệu hải văn của các trạm hải văn toàn quốc từ 1980 đến nay.
+ Phương pháp thống kê tổng hợp xây dựng bộ dữ liệu đặc trưng.
+ Mô hình toán để xây dựng các thuật toán tối ưu của hệ phần mềm.
+ Phương pháp xác suất thống kê xây dựng các chuẩn số liệu đặc trưng.
+ Phương pháp phân tích thiết kế hệ thống: Xác định không gian, thời gian và các yếu tố cấu thành hệ thống.
Sử dụng các ngôn ngữ lập trình để phát triển hệ phần mềm, bao gồm việc xây dựng các modul thành phần và chuyển đổi dữ liệu để đảm bảo tính tương thích với hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server.
+ Phương pháp chuyên gia: hội thảo, thảo luận khoa học để xác định định hướng
Xây dựng phần mềm xử lý số liệu khí tượng hải văn
Tổng quan về phương pháp xử lý số liệu khí tượng hải văn ven bờ, quy trình,
Mạng lưới trạm KTHV hiện tại bao gồm 17 trạm ven bờ và hải đảo, được quản lý bởi 5 Đài KTTV khu vực Cụ thể, Đài KTTV Khu vực Đông Bắc quản lý 5 trạm, Bắc Trung Bộ 2 trạm, Trung Trung Bộ 2 trạm, Nam Trung Bộ 3 trạm và Nam Bộ 5 trạm Trong tương lai, số lượng trạm KTHV dự kiến sẽ tăng lên 32, mở rộng hệ thống này vào 6 Đài KTTV khu vực trong tổng số 9 Đài KTTV trên toàn quốc.
MT chịu trách nhiệm quản lý kỹ thuật, quy trình quy phạm và đánh giá chất lượng trong công tác điều tra cơ bản về khí tượng thủy văn trên toàn Mạng lưới.
Trong mạng lưới trạm khí tượng hải văn, các thiết bị chủ yếu bao gồm máy triều ký, máy đo sóng biển, máy đo nhiệt độ và độ muối nước biển, cùng với các thiết bị khí tượng như máy đo nhiệt độ không khí và máy gió Hiện tại, trong số 17 trạm đang hoạt động, chỉ có 7 trạm được trang bị máy triều ký tự ghi mực nước Số lượng máy móc sử dụng cho hệ thống này còn hạn chế, không có dự trữ và chưa được kiểm định, dẫn đến việc thiếu nhiều hạng mục đo cần thiết Điều này cho thấy khả năng quan trắc của các trạm chưa được khai thác tối đa, và việc thiếu hệ thống thiết bị kiểm định cùng dịch vụ sửa chữa chuyên dụng là một vấn đề nghiêm trọng cần được khắc phục.
2.1.2 Tổng quan về xử lý, phúc thẩm số liệu quan trắc khí tượng hải văn tại trạm KTHV
Số liệu quan trắc tại trạm KTHV đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, vì vậy việc xử lý và phúc thẩm dữ liệu là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy Công tác này nhằm phát hiện và sửa chữa các sai sót trong số liệu, phương pháp, quy trình và thiết bị quan trắc, từ đó nâng cao độ tin cậy của dữ liệu và phát hiện những biến đổi dị thường của các yếu tố quan trắc.
Việc xử lý số liệu tại trạm KTHV cần tuân thủ nghiêm ngặt bản chất vật lý của hiện tượng, đảm bảo tính trung thực và khách quan của chuỗi số liệu Đồng thời, quy trình này phải dựa trên cơ sở khoa học được thừa nhận và áp dụng thực tiễn.
Mạng lưới KTTV và môi trường, và sau đó được chuyển về Trung tâm Tư liệu KTTV đưa vào lưu trữ, khai thác sử dụng.
Trước đây, các hoạt động như quan trắc, xử lý, chuyển số liệu, lưu trữ và khai thác số liệu chủ yếu được thực hiện thủ công Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học công nghệ và nhu cầu nâng cao hiệu quả ngành để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, việc hiện đại hóa quy trình thu thập, xử lý, chuyển giao, lưu trữ và khai thác dữ liệu là rất cần thiết.
Trong thời gian qua, các công đoạn đã được hiện đại hóa và tự động hóa, đặc biệt là khâu xử lý số liệu với sự phát triển của phần mềm ứng dụng công nghệ thông tin cho các lĩnh vực khí tượng bề mặt và thủy văn không chịu ảnh hưởng thủy triều Tuy nhiên, các lĩnh vực khí tượng cao không, khí tượng nông nghiệp, hải văn, bức xạ, ô-zôn và bức xạ cực tím vẫn chưa có phần mềm xử lý dữ liệu Trong tương lai, cần phải xây dựng các phần mềm này một cách từng bước để nâng cao hiệu quả công việc.
Phần mềm XLSLHV hiện đang được áp dụng tại Việt Nam cho mạng lưới các trạm khí tượng hải văn ven bờ, mặc dù vẫn chưa được nghiên cứu và xây dựng một cách đầy đủ.
Trên thế giới, phần mềm xử lý và lưu trữ số liệu quan trắc khí tượng hải văn thường được phát triển riêng cho từng yếu tố đo như mực nước và độ sâu biển, với nhiều ứng dụng phổ biến như SLQRP2 (Mỹ) và TIDE (Canada), hoặc tổng hợp như ORKAN (Na Uy) Tuy nhiên, các phần mềm này không phù hợp với quy trình xử lý số liệu khí tượng hải văn tại Việt Nam, dẫn đến khó khăn trong việc triển khai trên mạng lưới trạm KTHV Hơn nữa, phần lớn các phần mềm thương mại có giá thành cao do chi phí mua, đào tạo và bảo trì, trong khi các phần mềm nước ngoài thường không có mã nguồn, khiến việc phát triển giải pháp cho các vấn đề xử lý số liệu tại Việt Nam trở nên khó khăn.
Công tác xử lý phúc thẩm số liệu quan trắc của trạm KTHV hiện nay được thực hiện thủ công tại phòng Khí tượng Thủy văn Biển, Trung tâm ML KTTV & MT Số liệu từ các trạm được gửi về các Đài KTTV khu vực để kiểm soát và đánh giá chất lượng, sau đó được chuyển đến Trung tâm Mạng lưới KTTV và môi trường để phúc thẩm và đánh giá chất lượng Cuối cùng, số liệu này được lưu trữ và khai thác tại Trung tâm tư liệu KTTV.
Các công đoạn xử lý phúc thẩm như sau:
Sổ ghi kết quả quan trắc hằng ngày SHV-1:
- Kiểm tra các thông tin về trạm ghi ở trang bìa
- Tầm nhìn xa: Kiểm tra quy đổi tầm nhìn xa từ km sang cấp, các hiện tượng giới hạn tầm nhìn xa (sương mù, mù, mưa, …).
- Nhiệt độ nước biển và nhiệt độ không khí: Kiểm tra tính hợp lý của quy luật
Mực nước cần được kiểm tra theo trị số hiệu chính quy về “0” trạm của thủy chí hoặc tiêu cọc Cần ghi nhận đỉnh và chân của 3 cặp lần quan trắc, cùng với giá trị trung bình của 6 lần đọc Mực nước quy về “0” trạm và chênh lệch so với mực nước trên giản đồ triều ký cũng phải được xác định nếu trạm có máy triều ký.
- Độ muối: Kiểm tra trị số có vượt ra ngoài ngưỡng biến thiên tại trạm, so sánh với trị số quan trắc của obs trước và sau đó.
- Sáng biển: Kiểm tra trị số và ký hiệu về sáng biển, nếu quan trắc được là ost thì phải so sánh với chu kỳ trăng.
Kiểm tra sóng biển bao gồm việc xác định kiểu sóng, dạng sóng, trạng thái mặt biển và hướng sóng có phù hợp với gió hay không Cần ghi nhận sóng lớn nhất và quy đổi ra cấp tương ứng Nếu trạm có máy ngắm sóng, cần kiểm tra hệ số k của thiết bị này Ngoài ra, thu thập các giá trị đọc từ 5 lần quan trắc về độ cao, độ dài, tốc độ và chu kỳ của 5 sóng rõ nhất.
- Hiện tượng khác thường và quan trọng: Nếu có thì đối chiếu với các kết quả quan trắc cùng thời kỳ.
Kiểm tra và đối chiếu các giá trị thống kê về lượng mưa, nhiệt độ không khí Tmax, Tmin, cùng với hướng và tốc độ gió mạnh nhất là rất quan trọng Việc so sánh giữa quan trắc thực tế và các chú thích giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu khí tượng hàng ngày.
- Kiểm tra các thông tin ghi ở trang thuyết minh về trạm.
- Kiểm tra việc chuyển đổi các giá trị quan trắc được từ số SHV-1 sang bảng BHV-1.
- Gió: Kiểm tra các giá trị trung bình ngày, trung bình tháng tốc độ gió, các trị số thống kê trong tháng.
- Sóng: Kiểm tra các giá trị trung bình tháng, trạng thái mặt biển, cấp sóng lớn nhất và các giá trị thống kê tháng.
Mực nước biển cần được kiểm tra thông qua các giá trị trung bình hàng ngày và hàng tháng, cùng với các số liệu thống kê trong tháng Việc phân tích quy luật biến thiên của mực nước tại một điểm quan sát theo thời gian từng ngày trong tháng là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về sự biến động của mực nước.
Nhiệt độ nước biển là yếu tố quan trọng cần được theo dõi, bao gồm các giá trị trung bình theo ngày và tháng, cũng như các thống kê liên quan trong tháng Việc phân tích quy luật biến thiên nhiệt độ nước trong ngày giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi của môi trường biển.
- Độ muối: Kiểm tra các giá trị trung bình ngày, trung bình tháng, các giá trị thống kê trong tháng.
- Sáng biển: Kiểm tra giá trị trung bình tháng, giá trị thống kê trong tháng và kiểu sáng biển đối với từng trạm theo thời gian.
- Kiểm tra việc chỉnh lý đường tự ghi trên giản đồ.
- Kiểm tra các trị số về thời gian triều dâng, triều rút hàng ngày.
- Kiểm tra các thông tin ghi ở trang thuyết minh.
- Kiểm tra việc chuyển đổi các giá trị quan trắc được từ giản đồ triều ký sang bảng BHV-2,3.
- Kiểm tra các giá trị cộng 10 ngày một, trung bình ngày, trung bình theo 4 quan trắc, hiệu số, trung bình tháng.
Khái quát về xây dựng phần mềm xử lý số liệu hải văn
2.2.1 Hướng tiếp cận để xây dựng phần mềm
Công tác xử lý số liệu quan trắc khí tượng hải văn (KTHV) cần tuân theo một quy trình chặt chẽ, bao gồm cả xử lý thủ công và tự động bằng phần mềm Mỗi bước trong quy trình này phải dựa trên cơ sở khoa học và phương pháp thực hiện rõ ràng Quá trình bắt đầu từ việc thu nhận số liệu quan trắc, chuyển đổi chúng sang dạng lưu trữ thống nhất, và phát hiện, loại trừ các sai số thô cũng như sai số hệ thống để thu được số liệu tinh Đề tài nghiên cứu tập trung vào các loại sai số thường gặp trong quan trắc, quy trình xử lý phúc thẩm số liệu và các thuật toán phát hiện sai số, từ đó xây dựng phần mềm xử lý số liệu cho trạm KTHV Ngoài ra, đề tài cũng đã thu thập, phân loại thông tin và dữ liệu của 17 trạm khí tượng hải văn ven bờ, xây dựng bộ dữ liệu khí tượng hải văn bao gồm mực nước biển, sóng, gió, nhiệt độ nước biển, độ muối và tầm nhìn xa phía biển trong suốt 30 năm qua.
2.2.2 Hệ phần mềm xử lý số liệu hải văn (XLSL HV) – Marinedb 1.0
Hệ phần mềm XLSL HV – Marinedb 1.0 được phát triển với các công cụ tin học hiện đại, tích hợp cấu trúc cơ sở dữ liệu để nhập, kiểm tra và xử lý số liệu hải văn Phần mềm này hỗ trợ việc xử lý tài liệu chỉnh lý, báo cáo dữ liệu, và lưu trữ thông tin, đồng thời tuân thủ quy định về quan trắc hải văn ven bờ, phù hợp với trình độ cán bộ và tình trạng trang thiết bị tại Việt Nam.
Các đặc trưng của hệ phần mềm XLSL HV Marinedb 1.0
- Đó là hệ Clien/ Server, trong đó việc XLSL được thực hiện trên máy khách,CSDL được lưu và quản trị tại Server CSDL.
Xử lý số liệu gốc đo đạc là quá trình quan trọng bao gồm việc nhập, tính toán và kiểm tra các số liệu từ sổ gốc liên quan đến các yếu tố khí tượng hải văn như gió, sóng, mực nước biển, nhiệt độ nước biển, độ muối nước biển, tầm nhìn xa phía biển và sáng biển.
+ Làm báo cáo: hệ thống báo cáo từ số liệu sổ gốc cho tới kết quả chỉnh lý. + Nhập và xuất dữ liệu giữa các máy tính.
+ Quản lý số liệu và người sử dụng.
- Hệ thống đồ họa phục vụ cho việc XLSL HV
- Hệ thống trợ giúp ( help ) XLSL HV.
Nghiên cứu hoàn thiện và chuẩn hóa các thuật toán trong xử lý số liệu các yếu tố hải văn của các trạm khí tượng hải văn
tố hải văn của các trạm khí tượng hải văn
Dữ liệu từ mạng lưới trạm Khí tượng Hải văn đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin về khí tượng thuỷ văn biển, phục vụ quy hoạch và quản lý tài nguyên biển cho phát triển kinh tế và đảm bảo an ninh quốc phòng Nguồn dữ liệu này còn hỗ trợ công tác dự báo và cảnh báo thiên tai, góp phần giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra Chất lượng tài liệu là yếu tố then chốt để đánh giá độ chính xác của bản tin dự báo và kết quả nghiên cứu khoa học, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, việc thiết lập hệ thống kiểm tra và xử lý dữ liệu tự động là cần thiết để nâng cao hiệu quả kiểm tra và khắc phục thiếu sót trong công tác quan trắc tại các trạm.
Nghiên cứu và chuẩn hóa các thuật toán xử lý số liệu từ các trạm hải văn là cần thiết để xây dựng hệ thống kiểm tra và xử lý dữ liệu hiệu quả.
2.3.1 Mục đích, nguyên tắc, trình tự các bước phân tích, kiểm tra và xử lý số liệu các yếu tố khí tượng hải văn a Mục đích
- Phát hiện, bổ sung và sửa chữa những sai sót của số liệu quan trắc bao gồm: phương pháp, quy trình và máy, thiết bị quan trắc;
- Nâng cao độ tin cậy của số liệu;
- Phát hiện những biến đổi dị thường của các yếu tố quan trắc. b Nguyên tắc chung
Việc phát triển và hoàn thiện thuật toán phân tích cũng như kiểm tra chỉnh lý tự động trên máy tính cho số liệu khí tượng hải văn cần phản ánh sự tiến bộ của khoa học và công nghệ thông tin hiện đại, đồng thời tận dụng tối đa những thành tựu này.
Để đảm bảo độ tin cậy và chấp nhận được trong việc xác định chất lượng và độ chính xác của các yếu tố khí tượng hải văn, cần đưa ra các chỉ tiêu chất lượng dựa trên bản chất, quy luật vật lý và thống kê của từng yếu tố Việc này cũng phải xem xét quy luật biến thiên và các điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến sự thay đổi của các yếu tố quan trắc Hơn nữa, cần phải cân đối giữa độ chính xác trong quan trắc và thời gian tính toán trên máy, dựa vào nguyên lý tối ưu hóa.
- Nguyên tắc tự động hóa hoàn toàn Đây là nguyên tắc cần tuân thủ với mục đích nhằm giải phóng hoàn toàn lao động thủ công
Tôn trọng tính trung thực và khách quan của chuỗi số liệu quan trắc tại các trạm là rất quan trọng, nghĩa là không can thiệp vào giá trị ban đầu của dữ liệu Hiện nay, các phương pháp kiểm tra chưa đạt độ chính xác hoàn toàn, do đó, việc sửa chữa các số liệu sai có thể dẫn đến việc mất thông tin về tính dị thường có thể tồn tại trong dữ liệu.
- Tuân thủ theo quy trình, quy phạm của Quy phạm quan trắc hải văn ven bờ hiện hành.
Dựa trên kinh nghiệm tích lũy từ công tác kiểm soát và phúc thẩm chất lượng số liệu khí tượng hải văn, cần chọn lọc và áp dụng những nội dung phù hợp Nguyên tắc quan trọng là tối đa hóa việc sử dụng khối lượng số liệu hiện có đã được nhập trên máy Đồng thời, cần thực hiện các phương pháp phân tích và kiểm tra số liệu theo trình tự rõ ràng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu.
Quá trình thực hiện phân tích, kiểm tra số liệu các yếu tố khí tượng hải văn biển tuân thủ theo trình tự như sau :
Bước đầu tiên là kiểm tra chính tả để phát hiện các lỗi cơ bản liên quan đến hình thức, số liệu, chữ viết và số lượng chữ của từng yếu tố quan trắc.
Bước 2: Kiểm tra sự thỏa mãn của từng yếu tố
+ Gió: cần kiểm tra tốc độ gió với giới hạn thống kê của chúng để phát hiện những giá trị bất thường quan trắc được.
+ Sóng: Kiểm tra sự thỏa mãn của độ cao sóng biển với giới hạn thống kê của chúng để phát hiện những giá trị bất thường quan trắc được.
+ Tầm nhìn xa phía biển: Kiểm tra hiện tượng giới hạn tầm nhìn theo từng mùa trong năm.
+ Sáng biển: Kiểm tra kiểu sáng biển theo thời gian mùa trong năm.
Để phát hiện và loại bỏ những sai số thô, cần kiểm tra mực nước, nhiệt độ nước và độ muối của nước biển, đảm bảo rằng các yếu tố này nằm trong giới hạn trên và giới hạn dưới.
Bước 3: Kiểm tra các giá trị quan trắc được không thỏa mãn với giới hạn thống kê của chúng với các hiện tượng thời tiết đặc biệt.
Gió và sóng là những yếu tố quan trọng cần theo dõi, đặc biệt là các hiện tượng như giông tố, lốc, áp thấp nhiệt đới và bão Việc xác nhận các giá trị quan trắc là cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc cảnh báo người sử dụng.
Để đảm bảo chất lượng môi trường biển, cần kiểm tra các yếu tố như mực nước biển, nhiệt độ nước biển, độ muối và tầm nhìn xa Các yếu tố này phải được so sánh với các giới hạn đã được xác định thông qua phương pháp tính toán thống kê dựa trên chuỗi số liệu nhiều năm tại các trạm quan trắc trong từng thời kỳ như tháng, mùa và năm.
Bước 4: Kiểm tra tính tương quan giữa các số liệu trong cùng một kỳ quan trắc tại trạm.
+ Gió (tốc độ gió và hướng gió) và sóng biển (độ cao sóng và hướng sóng) của cùng một trạm trong cùng một obs quan trắc.
Mực nước biển, nhiệt độ và độ muối của nước biển là những yếu tố quan trọng cần được kiểm tra để đảm bảo tính chính xác và phù hợp của các số liệu trong cùng một quan trắc.
+ Tầm nhìn xa phía biển, sáng biển: kiểm tra sự phù hợp của các obs tầm nhìn xa phía biển và sáng biển trong cùng một obs quan trắc.
Bước 5: Kiểm tra tính tương quan của số liệu quan trắc so với các trạm lân cận có cùng điều kiện tự nhiên
+ Gió : kiểm tra tốc độ gió và hướng gió của trạm với số liệu quan trắc gió đồng thời tại các trạm lân cận.
+ Sóng biển : kiểm tra độ cao sóng và hướng sóng của trạm với số liệu quan trắc sóng đồng thời tại các trạm lân cận.
Mực nước biển, nhiệt độ và độ muối của nước biển được kiểm tra tính hợp lý thông qua việc so sánh đồng thời các giá trị quan trắc tại các trạm lân cận.
Kiểm tra tầm nhìn xa phía biển và độ sáng biển là rất quan trọng để đánh giá chất lượng môi trường Các số liệu này được thu thập từ những kỳ quan trắc liên tiếp tại cùng một trạm, cho phép phân tích sự thay đổi theo thời gian Việc theo dõi tầm nhìn và sáng biển không chỉ giúp hiểu rõ hơn về điều kiện khí hậu mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên biển hiệu quả.
Sơ đồ tổng quát công tác kiểm tra số liệu các yếu tố KTHV
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát công tác kiểm tra số liệu các yếu tố KT hải văn
2.3.2 Nghiên cứu tìm hiểu quy trình, quy phạm Quan trắc hải văn ven bờ, các tài liệu chuyên ngành liên quan đến các yếu tố khí tượng hải văn quan trắc
Việc kiểm tra số liệu quan trắc tại trạm KTHV yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc vật lý và đảm bảo tính trung thực, khách quan của dữ liệu Các yếu tố khí tượng hải văn cũng cần đáp ứng các mục tiêu này để xây dựng bảng chỉ dẫn thực hiện từng bước trong quá trình kiểm tra Nghiên cứu nhằm phát triển bộ quy tắc và quy trình cụ thể sẽ giúp giải quyết vấn đề trong một số bước hữu hạn, từ đó cung cấp kết quả chính xác dựa trên dữ liệu quan trắc thực tế.
Khảo sát, phân tích và thiết kế hệ thống phần mềm xử lý số liệu quan trắc hải văn ven bờ Marinedb 1.0
Khảo sát, phân tích và thiết kế hệ phần mềm xử lý số liệu quan trắc hải văn ven bờ là yếu tố quan trọng trong việc phát triển phần mềm Marinedb Dự án tập trung vào các nội dung chính đã được phê duyệt để đảm bảo hiệu quả trong việc xử lý dữ liệu hải văn.
- Nghiên cứu khảo sát và phân tích thông tin về mạng lưới trạm;
- Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế chức năng của bộ phần mềm xử lý số liệu quan trắc của trạm khí tượng hải văn ven bờ;
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc hệ thống bộ phần mềm xử lý số liệu quan trắc của trạm khí tượng hải văn ven bờ;
Kết quả chính từ việc khảo sát, phân tích và thiết kế hệ thống đã được trình bày rõ ràng trong các chuyên đề.
2.4.1 Nghiên cứu khảo sát và phân tích thông tin về mạng lưới
Khảo sát và phân tích thông tin về mạng lưới trạm khí tượng hải văn là cần thiết để thu thập chi tiết và hệ thống hóa dữ liệu liên quan Việc cập nhật thông tin mới nhất và phân tích dữ liệu thu thập được giúp phân loại, thiết kế cấu trúc các trường thông tin, định dạng và độ dài của chúng dưới dạng bảng, biểu Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng, nhà cung cấp và quản lý số liệu Thông tin này rất quan trọng cho việc thiết kế bộ phần mềm xử lý số liệu quan trắc của trạm khí tượng hải văn ven bờ.
Kết quả khảo sát và phân tích thông tin về mạng lưới trạm bao gồm mã số trạm, vị trí, hạng trạm, hồ sơ kỹ thuật, và đặc trưng khí hậu của khu vực đặt trạm Ngoài ra, các yếu tố quan trắc, phương pháp, thiết bị, và tần suất quan trắc cũng được nêu rõ (chi tiết có trong chuyên đề 29).
Nghiên cứu và khảo sát đã phân tích thông tin về cách trình bày kết quả quan trắc, bao gồm cấu trúc và phương pháp trình bày sổ quan trắc hải văn ven bờ SHV-1, các bảng biểu ghi kết quả quan trắc BHV-1, BHV2+3, và giản đồ máy tự ghi mực nước Đồng thời, công tác kiểm soát và phúc thẩm số liệu khí tượng hải văn ven bờ cũng được thực hiện, với chi tiết được trình bày trong chuyên đề 30.
2.4.2 Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế chức năng, cấu trúc của bộ phần mềm xử lý số liệu quan trắc của trạm khí tượng hải văn ven bờ.
Nghiên cứu, phân tích hệ thống bộ phần mềm xử lý số liệu hải văn
Nghiên cứu và khảo sát thiết kế chức năng cùng cấu trúc của phần mềm xử lý dữ liệu quan trắc cho trạm khí tượng hải văn ven bờ bao gồm các công việc chính như phân tích yêu cầu, xây dựng mô hình dữ liệu và phát triển giao diện người dùng.
Nghiên cứu và khảo sát nhằm thiết kế chức năng tự động cập nhật thông tin chung của hệ thống, bao gồm số lượng trạm, mã số trạm, vị trí, hạng trạm và các yếu tố quan trắc tại từng trạm.
- Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế chức năng nhập dữ liệu quan trắc thô, kiểm tra nhập liệu của hệ thống;
- Nghiên cứu thiết kế các chức năng xử lý và chỉnh lý số liệu quan trắc của hệ thống
- Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế chức năng lưu giữ, bảo quản số liệu quan trắc sau xử lý (CSDL) của hệ thống
Nghiên cứu và khảo sát nhằm thiết kế chức năng chiết xuất dữ liệu ra bảng biểu theo quy phạm, đồng thời định dạng số liệu theo yêu cầu lưu trữ của Trung tâm Thông tin Kinh tế Thủy văn (TL KTTV) trong hệ thống.
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc các môđul xử lý số liệu các yếu tố khí tượng hải văn: 9 yếu tố
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc các môđul quản lý, lưu trữ số liệu quan trắc sau khi xử lý ra các biểu theo quy phạm
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc các môđul chiết xuất số liệu ra các biểu theo quy phạm: BHV-1, BHV-2, BHV-2,3.
- Liên kết các thành phần của hệ thống, xây dựng sơ đồ tổng thể của bộ phần mềm.
Đề tài đã tiến hành khảo sát và phân tích hệ thống phần mềm xử lý số liệu quan trắc hải văn ven bờ, nhằm tổng hợp các nội dung chính liên quan đến quy trình xử lý số liệu hải văn.
Khảo sát hệ thống xử lý số liệu hải văn.
Phân tích giao dịch của hệ thống xử lý số liệu hải văn.
Phân tích dữ liệu hải văn.
Phân tích những yêu cầu của hệ thống xử lý số liệu hải văn.
Lập kế hoạch hệ thống xử lý số liệu hải văn.
Trong quá trình khảo sát hệ thống, đề tài đã xác định danh sách các cơ quan tham gia vào việc xử lý số liệu hải văn, đồng thời nêu rõ các quy trình và nội dung công việc cũng như sơ đồ luồng công việc liên quan đến việc xử lý số liệu hải văn.
Bài viết phân tích các chức năng của hệ thống xử lý số liệu hải văn hiện tại và trình bày sơ đồ luồng dữ liệu logic của hệ thống này.
Trong quá trình phân tích dữ liệu hải văn, chúng tôi đã tiến hành chuẩn hóa dữ liệu và xem xét các thuộc tính của nó Đồng thời, chúng tôi cũng quyết định về mối quan hệ giữa các bảng dữ liệu, từ đó xây dựng các bảng dữ liệu một cách hiệu quả.
Trong quá trình phân tích yêu cầu của hệ thống xử lý số liệu hải văn, bài viết đã nêu rõ các yêu cầu cụ thể mà phần mềm cần đáp ứng Các yêu cầu này bao gồm khả năng thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu hải văn một cách chính xác và hiệu quả, đồng thời đảm bảo tính khả dụng và bảo mật của hệ thống.
- Thâm nhập nhanh số liệu với độ tin cậy cao;
- Thâm nhập nhanh các sản phẩm đã được xử lý từ các trung tâm khu vực;
- Có năng lực sản ra (làm ra) số liệu đồ hoạ (plotted) có độ phân giải cao mà các phương tiện thủ công không thể làm được;
- Có khả năng thuận tiện để in ấn số liệu và chuyển đổi ra kết xuất báo cáo, biểu đồ tương tự hoặc theo yêu cầu sử dụng;
- Hiển thị số liệu liên quan trên màn hình;
- Có năng lực chọn ra những số liệu được yêu cầu;
- Đáp ứng công tác kiểm tra chất lượng số liệu;
- Cập nhật hàng tháng, năm số liệu hải văn cho kho tư liệu hải văn trên máy tính
- Các ứng dụng thời gian phi thực;
- Có khả năng liên kết với khâu thu thập số liệu trực tuyến. Đặc điểm
- Việc kiểm tra chất lượng số liệu HV được thực hiện theo đúng các tiêu chuẩn, đúng quy trình quy phạm.
- Đặc điểm quan trọng của hệ này là dữ liệu được biết trước một cách hết sức rõ ràng, từ đặc tính, dung lượng đến format.
- Một đặc điểm nữa của hệ là chức năng của hệ cũng được biết trước một cách
Trong quá trình lập kế hoạch cho hệ thống phần mềm xử lý số liệu hải văn, đề tài đã giới thiệu chức năng mới và sơ đồ luồng công việc mới để xử lý dữ liệu hải văn Hệ thống này hoạt động theo mô hình khách/chủ và được phát triển bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 kết hợp với SQL Server hoặc Access Server.
Thiết kế hệ thống phần mềm xử lý số liệu quan trắc hải văn ven bờ (XLSL HV)
Dựa trên chức năng mới và sơ đồ luồng công việc của hệ xử lý số liệu quan trắc hải văn ven bờ, đề tài đã tiến hành thiết kế hệ thống phần mềm XLSLHV, thực hiện các công việc cần thiết để tối ưu hóa quy trình xử lý dữ liệu.
- Thiết kế chức năng hệ thống
- Thiết kế cơ sở dữ liệu hải văn b.1 Kế hoạch thiết kế
Trong quá trình lập kế hoạch thiết kế đề tài, đã tiến hành khảo sát chi tiết các công việc liên quan đến XLSL HV, bao gồm việc xem xét sổ gốc quan trắc hải văn ven bờ SHV-1, giản đồ máy tự ghi và các số liệu thống kê Ngoài ra, các bảng biểu báo cáo tài liệu đã được chỉnh biên như báo cáo BHV-1, BHV-2+3 cùng với các tài liệu liên quan khác cũng đã được xem xét kỹ lưỡng về bố cục, quy cách trình bày và các bước kiểm soát Thiết kế chức năng hệ thống cũng được chú trọng nhằm đảm bảo tính hiệu quả và chính xác trong quá trình thực hiện.
Trong quá trình thiết kế chức năng của hệ thống, đề tài đã phân tích và chia nhỏ thành các chức năng cơ bản, đồng thời xác định rõ các đầu ra của những chức năng này và thiết lập thông tin vào ra (I/O) cần thiết.
- Phân ra thành các chức năng cơ sở
- Định nghĩa những Outline của các chức năng cơ sở
- Lập các thông tin vào ra I/O
- Lập các yêu cầu kỹ thuật
Một mô hình hệ thống bao gồm các thành phần tích hợp như lưu đồ dữ liệu, từ điển dữ liệu và đặc tả thủ tục, được sử dụng để mô tả một hệ thống hoặc một phần của hệ thống.
Có thể thiết kế hệ từ dữ liệu theo các nguyên tắc:
+ Xác định cấu trúc của các luồng dữ liệu nhập và kết xuất chính;
+ Mô tả cấu trúc dữ liệu dưới dạng chuỗi (sequence), lặp (iteration), và tuyển chọn (selection);
+ Làm cho cấu trúc thiết kế thích ứng với cấu trúc của dữ liệu được xử lý.
Hoặc thiết kế hệ từ chức năng của hệ theo hướng cấu trúc:
+ Các chức năng con được phân rã từ chức năng tổng quát hoặc chức năng chính. b.3 Thiết kế cơ sở dữ liệu hải văn
Trong việc thiết kế cơ sở dữ liệu quan trắc hải văn ven bờ đề tài đã tổ chức các file cơ sở dữ liệu chính sau:
- Cơ sở dữ liệu lưu số liệu sổ gốc quan trắc hải văn ven bờ SHV-1, giản đồ;
- Cơ sở dữ liệu chỉnh biên;
- Cơ sở dữ liệu làm việc;
- Cơ sở dữ liệu dùng cho báo cáo;
- Cơ sở dữ liệu dùng cho hệ thống đồ hoạ.
Cơ sở dữ liệu lưu trữ lâu dài các chuỗi thời gian được thiết kế để quản lý lượng số liệu lớn từ mỗi trạm khí tượng hải văn Mỗi file CSDL có khả năng lưu trữ lên đến 2 Gb dữ liệu khi sử dụng Access Server 2000, cho phép tổng lưu trữ hàng trăm Gb cho các trạm trong tương lai.
Các bảng dữ liệu hải văn được đưa ra trong chuyên đề cấu trúc bảng cơ sở dữ liệu hải văn Marinedb 1.0
Trong chuyên đề đã trình bày chi tiết nội dung của từng bảng gồm:
- Tên bảng và mục đích của bảng
- Tên trường với mô tả công dụng của trường
- Trường với khoá chính hay khoá phụ
Thiết kế dữ liệu logic
Kết quả là đưa ra các liên kết giữa các bảng dữ liệu.
Sơ đồ liên kết dữ liệu logic của hệ thống XLCLSLHV
Hình 2.2 Sơ đồ liên kết dữ liệu logic của hệ thống xử lý số liệu hải văn
Thiết kế giao diện
Đề tài đã đưa ra 11 giao diện phần mềm cần phải làm và đã lập định dạng thông tin vào/ra (I/O) cho các giao diện đó.
1 Giao diện quản lý người sử dụng chương trình
- Các đầu vào chính : Tên người, Đơn vị, Mật khẩu
- Các đầu ra: Quyền truy cập dữ liệu
Thông tin chung Trạm: dụng cụ/công trình trạm đo
(Độ cao TC, cọc, các thiết bị máy, sử dụng tại trạm
Số liệu quan trắc Hải văn
Xử lý sổ SHV-1, Giản đồ
Lưutrữ, thác vàkhai phục vụ tư liệuHải văn
- Các đầu ra: Tất cả các thông tin về trạm (được lưu trong bảng các đặc trưng trạm), bản đồ lưới trạm
3 Giao diện quản lý thông tin các yếu tố quan trắc Hải văn
- Các đầu vào chính: Mã yếu tố, đơn vị, dạng chuỗi thời gian, dạng quan trắc
- Các đầu ra: Các thông tin đã nhập
4 Giao diện nhập dữ liệu, tính và báo cáo sổ gốc quan trắc Hải văn ven bờ bao gồm:
Nhập dữ liệu quan trắc bao gồm các thông tin quan trọng như mã trạm, ngày tháng năm, tầm nhìn xa cùng với hiện tượng giới hạn tầm nhìn, hướng và tốc độ gió, nhiệt độ không khí và nước, khuynh hướng triều, số hiệu cọc và thủy chí, mực nước biển (theo ba lần đọc tại đỉnh và chân sóng), độ muối (S%o) và độ sáng biển.
Dữ liệu sóng bao gồm các thông tin quan trọng như mã trạm, kiểu và dạng sóng, trạng thái mặt biển, độ cao sóng lớn nhất, hệ số k của máy ngắm sóng (nếu có), cùng với độ cao, độ dài, tốc độ và chu kỳ của 5 sóng lớn nhìn rõ nhất.
- Các đầu ra: Tất cả các thông tin các yếu tố từ SHV-1.
5 Giao diện tính và báo cáo mực nước từng giờ và mực nước trung bình quy về “0” trạm - Các đầu vào chính : Mã trạm, Ngày, giờ bắt đầu, Ngày, giờ kết thúc, Loại chuỗi thời gian, Mực nước từng giờ.
- Các đầu ra: Mực nước giờ, Mực nước trung bình ngày.
6 Giao diện tính và báo cáo giờ và độ cao nước lớn, nước ròng quy về “0” trạm.
- Các đầu vào chính : Mã trạm, Ngày, giờ bắt đầu, Ngày, giờ kết thúc, thời gian, độ cao NL, NR.
- Các đầu ra: Giờ và độ cao nước lớn, nước ròng quy về “0” trạm
7 Giao diện tính và báo cáo thời gian triều dâng, triều rút (Nhật triều và bán nhật triều), các trị số đặc biệt trong tháng.
- Các đầu vào chính : Mã trạm, Ngày, giờ bắt đầu, Ngày, giờ kết thúc, thời gian
- Các đầu ra: Bảng thời gian triều dâng, triều rút, các trị số đặc biệt trong tháng.
8 Giao diện kiểm tra tài liệu Hải văn theo thời gian và không gian bằng đồ thị.
9 Giao diện nhập dữ liệu và báo cáo thuyết minh tài liệu Hải văn
10 Giao diện quản lý dữ liệu XLCLSLHV
11 Giao diện import/Export dữ liệu XLCLSLHV từ các nguồn dữ liệu quá khứ, các máy tính khác.
Sơ đồ khối chương trình xử lý, chỉnh lý số liệu của mạng lưới trạm hải văn:
Hình 2.3 Sơ đồ khối chương trình xử lý số liệu hải văn
Moduls nhập số liệu quan trắc của từng yếu tố
Thông tin, dữ liệu về Mạng lưới
KTTV Biển (tên trạm, vị trí, số lượng, hạng trạm, mã số trạm…)
Phần mềm phân tích điều hòa và dự tính thủy triều
Số liệu quan trắc từ các trạm Hải văn
Sơ đồ khối chương trình xử lý, chỉnh lý số liệu của mạng lưới trạm hải văn
Cơ sở dữ liệu ban đầu:
Moduls kiểm tra nhập liệu để loại bỏ sai số thô
Bộ số liệu thống kê theo tháng, năm, nhiều năm theo từng yếu tố của các trạm Hải văn
Moduls xử lý mực nước
Moduls xử lý số liệu sóng, gió
Moduls xử lý số liệu nhiệt độ, độ muối
Moduls xử lý số liệu Sáng biển
Moduls xử lý số liệu TNX
Số liệu quá khứ đã xử lý
CSDL sau khi xử lý.
Modul chiết xuất ra bảngtheo phạmquy
Moduls chuyển đổi theoFormat chuẩnQPQTHcủaVVB
Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát qui trình xử lý số liệu hải văn
2.4.3 Các chương trình phần mềm xử lý số liệu hải văn
Hệ phần mềm Marinedb 1.0 là một giải pháp toàn diện cho việc xử lý số liệu hải văn, bao gồm nhiều Form và modul chương trình Được phát triển dựa trên công nghệ và phương pháp của các chương trình trước như Hydrodb 1.0 và Hydtid 1.0, Marinedb 1.0 cung cấp các chương trình chính như: nhập ký hiệu và cao độ thủy chí, nhập và XLSL sổ gốc mực nước, sóng, gió, độ muối, sáng biển, tầm nhìn xa, và chuyển đổi số liệu hải văn giữa các cơ sở dữ liệu.
Marinedb 1.0 j) Các chương trình tổng kết, làm các báo cáo, báo biểu k) Các chương trình quản lý người sử dụng, quản lý trạm và bản đồ lưới trạm
Giao diện phần mềm và cách sử dụng phần mềm để XLSLHV được trình bày chi tiết trong báo cáo kèm theo (Hướng dẫn sử dụng phần mềm Marinedb 1.0)
Bộ các chương trình nguồn, các thư viện đã sử dụng, các chú giải về các CTPM được trình bày chi tiết trong chuyên đề ghi trên CDROM
Mỗi một thành phần (giao diện) của hệ XLSL HV được trình bày theo 4 phần sau: i) Chức năng nhiệm vụ của thành phần
- Mục đích, nhiệm vụ của giao diện
- Các đầu ra ii) Giao diện của thành phần
- Các điều kiện, vị trí, kích thước iii) Mô tả các đối tượng (object) với các thuộc tính (properties) của chúng
- Các phương thức iv) Mô tả các chương trình con có trong mỗi thành phần
- Mục đích của chương trình con
Thông tin chung cho mỗi thành phần là Mã trạm và thời đoạn XLSL Mỗi
- Chương trình kiểm tra số liệu nhập.
- Chương trình thống kê số liệu và vẽ đồ thị, kiểm tra số liệu tính toán.
Các phương pháp XLSL sổ gốc đo đạc được thực hiện theo đúng quy định của quy phạm hiện hành Đề tài đã phát triển một hệ thống chương trình báo cáo cho phép in ấn theo tiêu chuẩn và xuất dữ liệu dưới nhiều định dạng khác nhau như file văn bản, file Excel và file HTML.
Chi tiết các chương trình phần mềm được trình bày trong hơn 500 trang chuyên đề dạng file trên CDROM.
1 Chương trình phần mềm (CTPM) nhập ký hiệu, cao độ của thủy chí, cọc
Việc đo mực nước tại mỗi trạm cần phải có thông tin về ký hiêu, cao độ của cọc và thủy chí. a Chương trình nhập
Trong một năm, cao độ cọc thủy chí có thể thay đổi, vì vậy cần nhập thông tin về cọc và thủy chí, bao gồm tên cọc, thủy chí, cao độ đầu cọc và thời đoạn sử dụng cọc Để đảm bảo tính chính xác của thông tin, chương trình kiểm tra số liệu sẽ so sánh dữ liệu đã nhập với sổ gốc, và quá trình kiểm tra, sửa lỗi sẽ tiếp tục cho đến khi không còn thông báo lỗi Cuối cùng, chương trình sẽ cung cấp báo cáo về các thông tin đã được kiểm tra.
Chương trình báo cáo sẽ báo cáo các cọc và thủy chí đã sử dụng trong tháng đo mực nước.
2 Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 4 obs
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 4 obs bao gồm: (a) chương trình kiểm tra tính hợp lý của số liệu mực nước ghi ở sổ gốc, thông qua việc thống kê chuỗi số liệu 30 năm từ các trạm khí tượng hải văn và phân tích sự biến đổi mực nước theo từng chế độ triều, dựa trên quy phạm quan trắc hải văn ven bờ để đưa ra giới hạn cho phép và khống chế phạm vi triều; (b) chương trình tính mực nước tổng theo từng obs quan trắc; và (c) chương trình tính mực nước trung bình theo từng obs quan trắc.
3 Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 24 giờ
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 24 giờ bao gồm: (a) chương trình tính toán các đặc trưng tháng của mực nước như tổng tháng, trung bình tháng, cao nhất, thấp nhất, thời gian xuất hiện và số lần xuất hiện trong tháng; (b) chương trình đồ họa để vẽ đường H = f(t) cho năm, tháng và thời đoạn tùy chọn; (c) chương trình XLSL nước lớn, nước ròng, cho phép trích xuất thời gian và trị số đỉnh triều, chân triều tương ứng từ đường quá trình mực nước giờ, với sự chú ý đến biến thiên của mực nước tại mỗi trạm; và (d) chương trình tính toán chân đỉnh con triều cùng thời gian triều dâng và triều rút.
Dựa vào mực nước đỉnh triều và chân triều, chúng ta tiến hành tính toán thời gian triều dâng và triều rút cho từng con triều riêng biệt Kết quả sẽ được ghi lại trong phần triều dâng và triều rút cho các ngày trong tháng.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước lớn và thời gian kết thúc tháng cực trị là nước ròng, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn một lần so với cực trị nước lớn.
Trong một tháng, nếu thời gian bắt đầu từ cực trị nước lớn và kết thúc tháng tại cực trị nước ròng, thì số lần triều rút sẽ tương đương với số lần cực trị nước lớn.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước lớn và kết thúc tháng cũng là cực trị nước lớn, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn số đỉnh cực trị nước lớn một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian từ cực trị đầu tiên là nước lớn và kết thúc tháng cũng là nước lớn, thì số lần triều rút sẽ ít hơn số đỉnh nước lớn một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước ròng và thời gian kết thúc tháng cũng là nước ròng, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn số chân nước ròng một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước ròng và thời gian kết thúc tháng cũng là nước ròng, thì số lần triều rút sẽ ít hơn số chân cực trị nước ròng một lần.
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 4 obs
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 4 obs bao gồm: đầu tiên, xây dựng chương trình kiểm tra tính hợp lý của số liệu mực nước ghi trong sổ gốc, thông qua việc phân tích chuỗi số liệu 30 năm từ các trạm khí tượng hải văn và biến đổi mực nước theo từng chế độ triều, dựa vào Quy phạm quan trắc hải văn ven bờ để xác định giới hạn cho phép và biên độ triều Thứ hai, chương trình tính mực nước tổng theo từng obs quan trắc và cuối cùng, chương trình tính mực nước trung bình theo từng obs quan trắc.
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 24 giờ
Các chương trình XLSL sổ gốc mực nước 24 giờ bao gồm: tính toán các đặc trưng tháng của mực nước như tổng tháng, trung bình tháng, cao nhất, thấp nhất, thời gian và số lần xuất hiện; đồ họa đường H= f(t) cho năm, tháng, thời đoạn tùy chọn; trích xuất thời gian và trị số đỉnh triều, chân triều từ quá trình mực nước giờ; và tính toán chân đỉnh con triều cùng thời gian triều dâng, triều rút.
Từ mực nước đỉnh triều và chân triều, chúng ta tiến hành tính toán thời gian triều dâng và triều rút cho từng con triều riêng biệt, sau đó ghi lại thông tin này vào phần triều dâng và triều rút cho các ngày trong tháng.
Trong một tháng, nếu thời gian bắt đầu từ cực trị nước lớn và kết thúc vào thời điểm cực trị nước ròng, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn một lần so với cực trị nước lớn.
Trong một tháng, nếu thời gian từ cực trị là nước lớn và thời gian kết thúc tháng cực trị là nước ròng, thì số lần triều rút sẽ bằng số lần cực trị nước lớn.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước lớn và kết thúc tháng cũng là cực trị nước lớn, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn số đỉnh cực trị nước lớn 1 lần.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước lớn và kết thúc tháng cũng là nước lớn, thì số lần triều rút sẽ ít hơn số đỉnh nước lớn một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước ròng và thời gian kết thúc tháng cũng là nước ròng, thì số lần triều dâng sẽ ít hơn số chân nước ròng một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước ròng và thời gian kết thúc tháng cũng là nước ròng, thì số lần triều rút sẽ ít hơn số chân cực trị nước ròng một lần.
Trong một tháng, nếu thời gian từ cực trị là nước ròng và kết thúc tháng cực trị là nước lớn, thì số lần triều dâng sẽ bằng số lần cực trị nước ròng.
Trong một tháng, nếu thời gian tính từ cực trị là nước ròng và kết thúc tháng cực trị là nước lớn, thì số lần triều rút sẽ ít hơn số chân nước ròng một lần.
Tổng thời gian cho tháng được xác định bởi hai giá trị chính là nước lớn và nước ròng Nếu tổng thời gian không khớp, cần kiểm tra lại tất cả các khoảng, đỉnh và chân của từng con triều để đảm bảo tính chính xác.
Sau khi xác định đỉnh chân của từng con triều, cần tiến hành kiểm tra tính hợp lý theo xu thế quy luật xuất hiện Các giá trị này phải tuân thủ một cách thống nhất cho từng con triều.
Trong đó : Hmin là mực nước chân con triều bắt đầu
Hgiờ là mực nước các giờ trong khoảng từ chân triều lên đến đỉnh triều Hmax là mực nước đỉnh con triều đó
Nếu thuộc nhánh xuống theo quy luật trình tự:
Hmax ≥ Hgiờ ≥ Hmin Trong đó: Hmax là mực nước đỉnh con triều bắt đầu
Hgiờ là mực nước các giờ trong khoảng từ đỉnh triều xuống đến chân triều
Hmin là mức nước thấp nhất trong chu kỳ triều Chương trình báo cáo cung cấp thông tin về mực nước trung bình hàng ngày, đồng thời báo cáo về chân đỉnh triều mỗi ngày Ngoài ra, chương trình cũng thông báo về đỉnh triều cao nhất và chân triều thấp nhất trong ngày.
Các chương trình nhập và XLSL sổ gốc sóng
Các chương trình XLSL sổ gốc sóng bao gồm: (a) chương trình nhập và tính trung bình độ cao, độ dài, tốc độ và chu kỳ của 5 sóng lớn nhất; (b) chương trình kiểm tra chính tả phát hiện sai sót về hình dạng và số liệu trong quan trắc sóng biển; (c) chương trình kiểm tra tính hợp lý của hướng sóng theo mùa gió, so sánh với số liệu đầu vào và các hiện tượng thời tiết đặc biệt; (d) chương trình kiểm tra mối quan hệ giữa hướng, độ cao sóng và tốc độ gió trong cùng một quan trắc; (e) chương trình kiểm tra tính hợp lý của số liệu sóng giữa các trạm Hải văn lân cận dựa trên chuỗi số liệu nhiều năm; (f) chương trình kiểm tra “ngưỡng” dao động của sóng biển theo chỉ tiêu thống kê tháng, mùa, năm, với các ngưỡng đã được tính toán trước.
Ngưỡng sẽ tiếp tục theo dõi các điều kiện thời tiết bất thường như giông, lốc, bão và ATNĐ để xác định xem có nên chấp nhận hay loại bỏ giá trị này.
- Gọi H là giá trị quan trắc của sóng biển tại trạm cần kiểm tra, xử lý.
Max là giá trị cao nhất trung bình của độ cao sóng trong tháng tại từng trạm Các giá trị max này được xác định dựa trên chuỗi số liệu thực đo nhiều năm, và mỗi trạm sẽ có giá trị khác nhau cho từng tháng Chương trình tự động chọn ra các giá trị max cho mỗi tháng tại mỗi trạm.
Nếu H ≤ max, tức là giá trị độ cao sóng biển quan trắc tại trạm nằm trong giới hạn cho phép, các giá trị này sẽ được sử dụng để kiểm tra các bước tiếp theo.
Nếu giá trị độ cao sóng biển quan trắc tại trạm vượt quá giới hạn lớn nhất trung bình (H > max), các giá trị này sẽ được hiển thị trên màn hình với thông tin ngày, tháng, năm và thời gian xuất hiện (dd/mm/yy/hh:) Trong trường hợp này, cần kiểm tra lại số liệu từ sổ gốc (SHV-1) và xác minh các thông tin về hiện tượng thời tiết đặc biệt có ảnh hưởng đến dữ liệu Nếu có hiện tượng thời tiết, kết thúc kiểm tra; nếu không, sẽ loại bỏ hoặc đưa ra cảnh báo “giá trị nghi vấn” Chương trình cũng sẽ báo cáo sổ ghi các yếu tố sóng hàng ngày.
Các chương trình nhập và XLSL sổ gốc gió
Việc quan trắc gió tại các trạm khí tượng hải văn diễn ra vào các giờ cố định 1h, 7h, 13h và 19h hàng ngày, cùng với việc quan trắc phụ về gió khi đo sóng Địa điểm quan trắc gió biển cần đáp ứng các yêu cầu như khu vực ven bờ phải thoáng đãng cho các hướng gió chính và vị trí quan trắc phải gần trạm, cho phép thực hiện quan trắc trong mọi điều kiện thời tiết.
Quan trắc gió biển có thể thực hiện bằng mắt thường hoặc bằng máy đo gió, với trình tự bao gồm: xác định tốc độ gió, hướng gió, trạng thái mặt biển và hướng truyền gió Sau khi hoàn thành quá trình quan trắc, kết quả cần được ghi lại vào các dòng tương ứng theo quy định trong sổ SHV-1.
Chỉnh lý sơ bộ số liệu quan trắc gió biển cần tuân thủ Quy phạm quan trắc hải văn ven bờ Việc này bao gồm kiểm tra và ghi nhận số liệu gió biển, đối chiếu với điều kiện thời tiết và sóng, cũng như so sánh với số liệu gió từ các kỳ quan trắc trước và các giá trị thống kê lịch sử tại trạm để phát hiện sai số thô.
Chương trình XLSL sổ gốc gió bao gồm các phần sau: Đầu tiên, chương trình kiểm tra chính tả nhằm phát hiện các sai sót đơn giản về hình dạng bề ngoài của số liệu trong từng quan trắc gió biển hàng ngày Thứ hai, chương trình kiểm tra “ngưỡng” dao động của gió tại trạm dựa trên các chỉ tiêu thống kê theo tháng, mùa và năm, với các “ngưỡng” này được tính toán từ chuỗi số liệu nhiều năm tại trạm hoặc khu vực lân cận.
Ngưỡng sẽ tiếp tục theo dõi các điều kiện thời tiết đặc biệt như giông, lốc, bão và áp thấp nhiệt đới để xác định xem có chấp nhận hay loại bỏ giá trị này.
Gọi V là giá trị quan trắc của tốc độ gió biển tại một trạm bất kỳ theo chuỗi số liệu quan trắc trong tháng, thì V ≤ max của tháng đó tại trạm đang xét Các giá trị max ở đây được xác định dựa trên chuỗi số liệu thực đo trong tháng ở mỗi trạm, mỗi tháng, ở các trạm khác nhau sẽ nhận giá trị khác nhau Chương trình sẽ tự động chọn ra các giá trị max của mỗi tháng, mỗi trạm.
Nếu giá trị tốc độ gió biển V nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tối đa (max) tại trạm quan trắc, thì các giá trị tốc độ gió biển sẽ được sử dụng để thực hiện các bước kiểm tra tiếp theo.
Nếu giá trị tốc độ gió biển vượt quá giới hạn tối đa, hệ thống sẽ cảnh báo trên màn hình hiển thị ngày, tháng, năm và thời gian xuất hiện giá trị Tiếp tục kiểm tra số liệu từ sổ gốc và thông tin về hiện tượng thời tiết đặc biệt Chương trình cũng kiểm tra tính hợp lý của hướng gió theo từng tháng trong mùa gió mùa đông bắc và tây nam; nếu hướng gió phù hợp, kết thúc kiểm tra, ngược lại cần kiểm tra thêm số liệu và thông tin liên quan Đối với mối quan hệ giữa hướng, tốc độ gió và độ cao sóng biển trong cùng một quan trắc, nếu phù hợp thì kết thúc kiểm tra, nếu không thì kiểm tra thêm số liệu đầu vào và thông tin thời tiết Chương trình cũng so sánh số liệu gió giữa các trạm Hải văn liền kề để kiểm tra tính hợp lý về mặt vật lý; nếu không phù hợp, tiếp tục kiểm tra số liệu và thông tin liên quan Cuối cùng, chương trình sẽ tạo báo cáo sổ ghi gió hàng ngày.
Các chương trình nhập và XLSL sổ gốc nhiệt độ nước biển
Việc phân tích, kiểm tra và xử lý số liệu quan trắc tại trạm KTHV, đặc biệt là nhiệt độ nước biển, nhằm mục đích cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho các nghiên cứu, dự báo và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.
Phát hiện và sửa chữa các sai sót liên quan đến số liệu quan trắc, phương pháp, quy trình và thiết bị quan trắc là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của dữ liệu Việc bổ sung thông tin cần thiết sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác quan trắc.
- Nâng cao độ tin cậy của số liệu;
- Phát hiện những biến đổi dị thường của các yếu tố quan trắc.
Việc xây dựng chương trình XLSL nhiệt độ nước biển cần phải đảm bảo những yêu cầu sau đây:
Để đảm bảo độ tin cậy và chấp nhận được trong việc xác định chất lượng và độ chính xác của nhiệt độ nước biển, cần dựa vào bản chất và quy luật vật lý cũng như thống kê của nhiệt độ Việc thiết lập các chỉ tiêu chất lượng phải xem xét quy luật biến thiên và các điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ Đồng thời, cần cân nhắc giữa độ chính xác trong quan trắc và thời gian tính toán trên máy, dựa trên nguyên lý tối ưu hóa.
Nguyên tắc tự động hóa hoàn toàn là một yếu tố quan trọng cần tuân thủ để loại bỏ hoàn toàn lao động thủ công, đồng thời đảm bảo tính khách quan trong quy trình.
Chúng ta cần tôn trọng tính trung thực và khách quan của chuỗi số liệu quan trắc từ các trạm, không can thiệp vào giá trị ban đầu của số liệu nhiệt độ nước biển Các phương pháp kiểm tra hiện tại chưa đạt độ chính xác hoàn toàn, do đó việc sửa chữa các số liệu sai có thể dẫn đến việc mất thông tin về tính dị thường trong số liệu Vì vậy, chúng ta chỉ nên đánh dấu mức độ sai sót đã phát hiện để cảnh báo người sử dụng.
- Tuân thủ theo quy trình quy phạm của Quy phạm quan trắc hải văn ven bờ.
Dựa trên kinh nghiệm thực tiễn trong công tác kiểm soát, cần áp dụng các phương pháp phù hợp và đảm bảo nguyên tắc sử dụng tối đa khối lượng dữ liệu đã được nhập vào hệ thống.
Chương trình XLSL nhiệt độ nước biển bao gồm các phần chính: đầu tiên, chương trình kiểm tra chính tả nhằm phát hiện các sai sót về hình dạng bề ngoài, số lượng chữ và giá trị của từng số liệu quan trắc nhiệt độ trong ngày Thứ hai, chương trình kiểm tra sự thỏa mãn của “ngưỡng” dao động nhiệt độ với giới hạn trên (Max) và giới hạn dưới (Min) tại trạm, giúp phát hiện và loại bỏ những sai số lớn.
Giá trị T đại diện cho nhiệt độ nước biển quan trắc tại một trạm cụ thể trong tháng Các chỉ tiêu hoặc "ngưỡng" giới hạn dao động của nhiệt độ nước biển theo tháng, mùa và năm tại trạm này cần phải nằm trong khoảng từ min đến max.
Các giá trị tối đa và tối thiểu được xác định từ chuỗi số liệu thực đo hàng tháng tại từng trạm, với sự khác biệt giữa các trạm Chương trình tự động lựa chọn các giá trị cao nhất và thấp nhất tại mỗi trạm.
Nếu giá trị nhiệt độ quan trắc tại trạm nằm trong khoảng từ min đến max, thì các giá trị này sẽ được xem xét để thực hiện các bước kiểm tra tiếp theo.
Nếu giá trị nhiệt độ T nằm ngoài khoảng giới hạn cho phép (T < min hoặc T > max), hệ thống sẽ cảnh báo trên màn hình hiển thị ngày, tháng, năm và thời gian ghi nhận giá trị đó Trong trường hợp này, cần kiểm tra số liệu từ sổ gốc (SHV-1); nếu giá trị đúng và có ghi chú về hiện tượng thời tiết, quá trình kiểm tra sẽ kết thúc Ngược lại, nếu giá trị đúng nhưng không có ghi chú, sẽ xuất hiện cảnh báo “giá trị nghi vấn” Chương trình cũng sẽ kiểm tra ngưỡng dao động của nhiệt độ tại trạm dựa trên các chỉ tiêu thống kê theo tháng, mùa và năm.
Nếu giá trị giới hạn trên và dưới của nhiệt độ trong tháng tại một trạm có nghi vấn, chúng ta sẽ kiểm tra theo các chỉ tiêu thống kê theo mùa và nhiều năm tại trạm hoặc khu vực đó.
Theo thống kê nhiều năm, nhiệt độ nước biển T tại các trạm khí tượng hải văn dao động từ +7,0 o C đến +36,0 o C Đây là khoảng nhiệt độ cần xem xét để phân tích tính hợp lý của nhiệt độ nước biển Nếu giá trị nhiệt độ nằm trong khoảng này, cần đánh giá các điều kiện khí tượng, hải văn tại trạm hoặc vùng đặt trạm để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng đến nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ (T) thấp hơn 7,0 °C, điều này rất hiếm gặp và chỉ xảy ra ở các trạm phía bắc Vịnh Bắc Bộ Trường hợp này chỉ đúng khi có gió mùa Đông Bắc mạnh và nhiệt độ của các ngày trước đó liên tục dưới 10,0 °C Nếu không có hiện tượng thời tiết đặc biệt, dữ liệu sẽ bị coi là sai và sẽ được loại bỏ hoặc cảnh báo trên màn hình cho người sử dụng.
Trường hợp 2: Khi nhiệt độ (T) vượt quá 36,0 °C, điều này chỉ xảy ra trong điều kiện nắng nóng cục bộ kéo dài, với nhiệt độ không khí cao nhất tại trạm đạt từ 38,0 °C đến 39,0 °C, và các quan trắc trước đó liên tục trên 35,0 °C Nếu không có hiện tượng thời tiết đặc biệt, dữ liệu sai (FALSE) sẽ bị loại bỏ hoặc được cảnh báo trên màn hình cho người sử dụng Chương trình kiểm tra mối quan hệ giữa nhiệt độ nước biển và nhiệt độ không khí tại trạm cho thấy rằng độ chính xác của các giá trị quan trắc nhiệt độ nước biển trong điều kiện thời tiết bình thường phụ thuộc vào sự tương tác giữa nhiệt độ nước biển và nhiệt độ không khí.
Chương trình quản lý người sử dụng, quản lý trạm và bản đồ lưới trạm
Nội dung nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng một hệ thống tự động nhằm quản lý quá trình truyền và nhận dữ liệu khí tượng thủy văn (KTTV) và hải văn, ứng dụng công nghệ mạng riêng ảo (VPN) Sơ đồ minh họa cho hệ thống này sẽ được trình bày để làm rõ các chức năng và quy trình hoạt động của nó.
Hình 3.1 Sơ đồ chung nội dung nghiên cứu xây dựng hệ thống
3.1 Hiện trạng công nghệ mạng riêng ảo, hạ tầng thử nghiệm và ứng dụng:
Để tối ưu hóa việc sử dụng Internet với đầy đủ tính năng công nghệ và bảo mật nhưng vẫn tiết kiệm chi phí, Trung tâm Tư liệu KTTV đã đầu tư vào hệ thống mạng riêng ảo VPN sử dụng thiết bị của SonicWall Mạng riêng ảo mang lại lợi thế về chi phí và bảo mật, với chi phí chỉ bằng 1/3 so với đường thuê riêng leased line cùng tốc độ Điều này cho phép các tổ chức và doanh nghiệp thiết lập hạ tầng kết nối riêng giữa các chi nhánh một cách hiệu quả hơn thông qua nhà cung cấp dịch vụ.
