 
        
        книги из ГПНТБ / Кастин, О. М. Система первичной обработки метеорологической информации
.pdfО.М. КАСТИН, К.А. СЕМЕНДЯЕВ
з«-'
ИСТЕМА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ
ТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ Москва 1973
.л
I . ІЛВІІОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ-
NPH СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И Н С ТИ ТУТ Г'ИД РОМ Е ТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ И Н ФОРМА НИИ •
о МИРОВОЙ ЦЕНТР ДАННЫ Х
.УДК 55І.50;68І.3.06
О.М. КА СТ І1 Н, К.А. С Е М Е Н Д Я Е В
СИСТЕМА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
МОСКОВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОИЗДАТА Москва ІУ7.Ч
. . . у ь л и ч Т Ш Г І
• . т Е х и л ч е ш А И
ИОТБНА СССР
4 *
СИСТЕМА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИІМ’ОР ЛАІИІІІ
О.М.Кастин, К,А.Семендяев
Московское отделение Гидрометсюизлата Москва, Б-8І, Буженнновскап ул., д.42/1
| Т-02128. Подписано к печати 1/П-73г. | Индекс М-М-8. | Изд. N?8. | Бумаі'в | ниі чля i b 1, | |
| Формат бум.л. 80x90/10. Печ. л. 11,25. | Уч.-иэд.л. | 13,7. | Тираж 400, | Заказ | 1'Ш. | 
| Ueiia 70 коп. | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| Фабрика офсетной печати, | г. Обнинск | 
 | 
 | ||
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первый вариант разработанной в Гидрометцентре СССР системы ал горитмов оперативной первичной обработки аэрологической и синопти ческой информации, поступающей в ЭВЫ по линиям связи, был описан в [II]. В настоящей работе дано описание нового варианта системы, созданного авторами в силу следующих обстоятельств.
1. Хотя алгоритмы опознавания и раскодирования метеорологичес ких сообщений были описаны в [II] на языке АЛГОЛ-60 с применением лишь небольшого количества специальных стандартных программ для работы с частями машинного слова, принятая в [II] схема размеще
| ния телеграфной информации в памяти машины и ее анализа | привела | к | 
| существенной машинной ориентации получившегося описания | системы. | |
| Поэтому одной из основных целей создания нового варианта | системы | |
| было значительное уменьшение степени зависимости ее описания | от | |
особенностей конкретной машины.
2. Опытная эксплуатация первого варианта системы показала, что
| для удобства дальнейшей | переработки данных наблюдений | первичная | 
| обработка должна помимо | этапа опознавания и раскодирования сооб | |
щений включать еще этап сортировки и упорядочения, а для удовлет ворения требований различных потребителе!! необходимо осуществлять опознавание в общем потоке поступающей информации сообщений опре
| деленных видов одновременно | за все сроки наблюдения, а не | только | 
| за два срока, как это имело | место в [II]. С учетом этих | требова | 
ний в новый вариант системы внесены некоторые изменения в алгорит ме опознавания сообщений; был написан новый блок, выполняющий сор
| тировку опознанных сообщений. | 
 | 
 | 
| В результате опытной эксплуатации | системы выявились также | неко | 
| торые особенности рабочей программы, | выдаваемой транслятором | Q | 
АЛГОЛа на большой ЭВМ Гидрометцентра СССР, учет которые при выбо ре структуры АЛГОЛ-тѳкста (использование блоков, процедур,переклю чателей и др.) позволяет повысить эффективность получаемой рабочей
программы. Выявленные особенности транслятора привели к существен ному изменению структуры АЛГОЛ-тѳкста алгоритма опознавания сооб
| щений | сравнительно с [II]. | 
 | 
| 3. | В связи с введением в действие | с I января 1972 г. принятых | 
| на 5— | й сессии Комиосни по синоптической | метеорологии BU0 измене | 
ний метеорологических кодов необходимо было внести соответствую щие изменения в алгоритмы опознавания и раскодирования сообщений.
Для полноты и законченности изложения в настоящее издание вклю чены некоторые алгоритмы, описанные в [II] и не подвергшиеся в но вом варианте системы значительной переработке.
ВВЕДЕНИЕ
Для выполнения требований, предъявляемых к гидрометеорологичес кий службам, необходим обширный обмен метеорологической информаци ей и быстрая ее переработка. В связи с этим в гидрометслужбах мно гих стран уделяется большое внимание создании автоматизированных систем сбора, переработки и распространения метеоинформации. Чет вертый конгресс Всемирной метеорологической организации (ВМО, Же нева, 1963 г.) принял решение о создании Всемирной службы погоды как мировой метеорологической системы, состоящей из координируе мых национальных технических средств и служб, главная задача кото рой заключается в обеспечении всех членов ВМО метеорологической информацией, необходимой для оперативных и научных целей.
В связи с планированием Всемирной службы погоды, одной из трех составных частей которой должна стать Глобальная система обработ ки данных, в ряде публикаций ВМО обсуждаются различные вопросы создания алгоритмов автоматизированной переработки метеорологичес кой информации [23,25,29,30,33,34 и др.] . Наряду с рассмотрением методов решения тех или иных конкретных задач во многих работах указывается на необходимость подробной документации и детального описания создаваемых алгоритмов.
Однако, как отмечается в [33], даже при наличии детального опи
| сания | алгоритмы, | написанные на языке вычислительной машины | иди | 
| языке | ассемблера, | могут непосредственно использоваться только | на | 
той машине, на которой они реализованы. Внедрение таких алгорит мов на других вычислительных машинах требует значительных усилий. В работе [23] отмечается, что затраты труда на создание алгорит мов обработки данных могли бы быть значительно сокращены,если ал
| горитмы, созданные в одном метеорологическом центре, можно | было | |
| бы использовать в. других центрах, | что будет возможно, если | алго | 
| ритмы (или.большая их часть) будут | написаны на международном | ал | 
горитмическом языке, трансляторы с которого существуют на многих вычислительных машинах. В [23] отмечается также, что было бы боль шим преимуществом, если в центрах, разрабатывающих алгоритмы об работки данных, использовался один из стандартных языков: АЛГОЛ-60 или ФОРТРАН-4. Для повышения эффективности получаемых программ или в тех случаях, когда в алгоритмическом языке отсутствуют необходи мые для описания алгоритма средства, отдельные части алгоритма можно писать на языке ассемблера или языке вычислительной машины.
Описание алгоритмов на алгоритмическом явыкѳ важно и с той точ ки зрения, что это позволит создать международный фонд алюритмоі для использовании их всеми членами ВМО (331
'j
Создание системы автоматизированной обработки данных в метео центрах предполагает, как известно [3], автоматизацию четырех ос новных этапов процесса переработки метѳоинформации: первичной об работки данных, объективного анализа метеорологических полей,прог ноза мѳтѳоэлѳмѳнтов и выдачи переработанной информации. Настоящая работа посвящена вопросам математического обеспечения автоматиза ции первого этапа процесса переработки оперативной метѳоинформа ции - первичной обработки данных срочных наблюдений. В работе рассматривается система алгоритмов первичной обработки некоторых видов метеорологической информации, для описания которой использо ван алгоритмический язык АЛГОЛ-60 и некоторые свойства транслято ра с языка АЛГОЛ-60 на язык вычислительной машины.
Различные варианты систем первичной обработки оперативной метео
| рологической | информации (ПОСШИ) | разработаны | во многих метеоцентрах | |
| [2,4,6,11,20,27,28 и др.] . Довольно полная | библиография | о подоб | ||
| ных системах, | а такие достаточно | детальное | рассмотрение | ряда су | 
| ществующих систем приводится в [3]. Некоторые | системы применяются | 
| в ежедневной оперативной работе, причем, как | отмечает К.Г.Хинкель- | 
ман [28], в каждом центре используется своя собственная система;
| причина этого заключается в недостаточности публикаций по | этому | ||
| вопросу. В [3] отмечается, что | в литературе имеется | сравнительно | |
| немного подробных описаний схем первичной обработки | метеорологи | ||
| ческой информации, применяемых | в оперативной работе | крупных метео- | |
| центров. | 
 | 
 | 
 | 
| Однако причина уникальности | каждой программы или | системы | пер | 
вичной обработки данных заключается, по-видимому, не столько в не достаточном количестве подробных описаний применяемых схем обра ботки, сколько в отсутствии публикаций самих алгоритмов первичной
| обработки | метѳоинформации, | так как создание действующей | сиотемы | 
| даже при | наличии подробного | описания схемы обработки, представля | |
| ет собой | достаточно сложную | задачу. Это позволяет надеяться, что | |
данная работа внесет некоторый вклад в решение проблемы унифика ции систем первичной обработки данных наблюдений.
В написании АЛГОЛ-тѳкста и отладке отдельных алгоритмов данно го варианта системы принимали участие стажер из АРЕ г. Мохамед На билъ Эль Шаркави и сотрудники Гидрометцентра СССР Е.М.Гуральник
иВ.Ü.Ремезов.
| ИСПОЛЬЗОВАНИЕ | АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ЯЗЫКА АЛГОЛ-60 | |
| ■ІЛЯ ОПИСАНИЯ | АЛГОРИТМОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ | |
| МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ | ИНФОРМАЦИИ | |
| . ; Для решения задач численного | прогноза и некоторых задач | |
| объективного анализа метеорологических полей в настоящее | время уже | ||
| достаточно | широко используется ориентированный на задачи | вычисли | |
| тельного характера алгоритмический | язык АЛГОЛ-60 [I] и | транслято | |
| ры с этого | языка, существующие для | большинства находящихся в экс | |
| плуатации | в Совитском Союзе вычислительных машин. | 
 | |
Поскольку алгоритмы первичной обработки метеорологической ин формации относятся к классу информационно-логических задач,исполь
| зование алгоритмических языков для их описания затруднено | тем,что | |||
| существующие высокоразвитые языки программирования | ( PL/I | 
 | или | |
| АЛГОЛ-68), позволяющие описывать алгоритмы | решения | подобных | задач, | |
| еще совершенно недостаточно распространены | в смысле наличия | соот | ||
| ветствующих трансляторов, а широко распространенные языки | АЛГОЛ-60 | |||
иФОРТРАН не приспособлены для описания логических задач. Необходимость решать задачи логической обработки метеорологичес
кой информации и состояние автоматического программирования дела ют актуальным вопрос поиска средств для автоматизации программиро вания соответствующих алгоритмов, а широкое распространение языка АЛГОЛ-60 и наличие трансляторов с этого языка для многих вычисли тельных машин вызывает необходимость поиска путей для использова ния языка АЛГОЛ-60 при решении указанных задач. По использованию АЛГОЛа и его модификаций для описания алгоритмов информационно-ло гических задач имеется большое количество отечественных и зарубеж ных работ [5,17,18,26,31 и др. ] , однако содержащиеся в них п р и  ложения сложно осуществить* . Средства использования языка АЛГОЛ60 и трансляторов с этого языка для описания и автоматического
*Обзор работ по использованию АЛГОЛ-СО при решении логических задач имеется в каніишагскоЛ диссертации О, At. Кастина 'Алгоритмы первичной обработки оперативной метеорологическпП информации и средства их реализации', Гидрометцентр СССР, М.,1Ѳ71.
7
программирования алгоритмов, реализующих те или иные принципы ло гической обработки информации, допускающие простую реализацию, из ложены в [ 8 , 9 , Ц J.
1.2. Отметим некоторые особенности АЛГОЛ-транслятора TAB и вы числительной машины Гидрометцентра СССР, на которой была реализова на рассматриваемая система ПООМИ. Из особенностей вычислительной машины необходимо принять во внимание лишь следующие: длина машин ного слова составляет 48 битов, оперативная память содержит 64К,
| По описанию Boolean | А транслятор TAB отводит для | помещения | |||
| значения логической переменной | А отдельное машинное | слово, | при | ||
| чем для представления значения переменной А | в соответствующем ей | ||||
| слове используется один | сорок | седьмой бит, | если считать все | биты | |
слова пронумерованными справа налево. Значение некоторой логичес
| кой переменной истинно | (true ). если сорок седьмой бит соответст | ||||
| вующего ей слова имеет | значение 0, | и ложно (false), если | значе | ||
| ние указанного бита I. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| Операция логического | отрицания | ~і А | инвертирует | значение со | |
| рок седьмого бита слова, соответствующего переменной | А. | Операции | |||
| логического умножения | А л В и логического сложения | А ѵ в | из-за | ||
| отмеченной выше специфики представления | значений true и | false | |||
выполняются, соответственно,при помощи команд побитного логическо
| го | сложения и умножения слов, содержащих значения переменных | А | ||||||||||
| и | В. | Тождество | А = | В | проверяет | на тождественность | 
 | толь | ||||
| ко | значения | сорок | седьмых | битов | слов-операндов, результат | |||||||
| также | помещается | в | сорок | седьмой | бит. | Проверка | условия | |||||
| if | < логическое выражѳниѳ> | then | выполняется по значению | одного | ||||||||
| бита | слова, | содержащего | 
 | значение, | полученное | в результате | вычис | |||||
ления стоящего в условии логического выражения. Присвоение значе ний логических выражений, получающихся в результате их вычисления,
| одной или нескольким переменным выполняется в TAB при помощи | ко | |
| манд передачи всего значения машинного слова. В частности, | опера | |
| тору В: = true | соответствует команда засылки в В нулевого | |
| слова. | 
 | 
 | 
| Некоторые из операций над частями машинных слов реализованы на | ||
| основе использования имеющегося в TAB механизма обращения к стан | ||
| дартным программам | (СП), написанным на языке вычислительной | маши | 
ны и включенным в библиотеку операционной системы. В связи с этим
| приведем основное содержание правил использования СП в | програм | |
| ме на входном языке транслятора TAB. | 
 | 
 | 
| Обращение к содержащимся в библиотеке СП осуществляется | по | |
| средством оператора процедуры-кода SP . Описание процедуры-кода | ||
| обращения к СП включается в программу программистом и имеет | вид: | |
procedure S P ; l ib r a r y ( ‘ б б і’ ) ,
8
где*66і’ - строка, задающая номер СП, реализующей обращения к СП библиотеки. Оператор процедуры, выполняющий обращение к СП библио
| теки | с номером N | , имеет | вид | 
 | 
| 
 | 
 | SP ( V | , а, ъ , ... , к | ); , | 
| где | а, ъ, ... ,к | являются фактическими | параметрами исполь | |
| зуемой СП, определяющими ее работу. В качестве | фактических пара | |||
метров оператора обращения к СП разрешается использовать: I) поло жительные числа (числа без знака), 2) простые переменные, 3) иден
| тификаторы массивов, | 4) | идентификаторы меток | и 5) строки | вось | |
| меричных цифр. | При | этом, | если используется фактический параметр | ||
| первых четырех типов, то в обращении к СП- N | , формируемом | СП- | |||
| 661, указывается | адрес фактического параметра, | а фактический | па | ||
раметр-строка задает информацию в виде двоичной константы. Операции над машинными словами, необходимые для обработки плот
| но размещенных в памяти | 3BU данных, | были | реализованы при | помощи | ||||
| рассмотренных ниже | средств. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 1.3. | Отмеченная в предыдущем разделе специфика представления в | |||||||
| TAB логических значений | true и faia« | и программирования | логи | |||||
| ческих выражений | А Л В | и А ѵ в | не позволяет | использовать | зна | |||
| ки операций | л и | ѵ | в их обычном | смысле при | работе с | частями | ||
машинного слова, так как для выполнения побитного логического ум
| ножения слов А и В пришлось | бы писать | выражение | А ѵ В, а для | |||
| выполнения побитного логического | сложения | двух слов | необходимо | |||
| было бы писать | выражение АлВ . | С другой | стороны, | использование | ||
| знаков л и | V | в | одном алгоритме | для изображения обычных алголь- | ||
| ных операций | над | логическими переменными | и операций | над машинными | ||
словами затрудняло бы написание и чтение такого алгоритма. По этим причинам для обозначения операции побитного логического умножения двух слов и операции побитного логического сложения двух слов бы
| ли введены, соответственно, символы * и | I | (для обозначения | |||||||
| опорации умножения на машине Гидрометцентра СССР используется | |||||||||
| знак | "х" ). Эти символы внесены в таблицу | символов | транслятора | ||||||
| TAB и при работе блока ввода, выполняющего перекодировку основных | |||||||||
| символов языка во внутренний двоичный код, | символу | * | ставится# | ||||||
| соответствие то же самое двоичноо число, что | и символу | ѵ | ,а сим | ||||||
| волу | I | то же самое число, | что | и символу | л | . При печати АЛГОЛ- | |||
| тѳкста | на алфавитно-цифровое | печатающее | устройство | (АЦПУ) | сим | ||||
| волу | I | соответствует символ | * | , а символу | * соответствует | ||||
| такой | ко | символ. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
р
