■張建春 索郎江措

（昌都市氣象局 西藏昌都 854000）

氣象無(wú)人站的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷

■張建春 索郎江措

（昌都市氣象局 西藏昌都 854000）

自動(dòng)氣象站的監(jiān)控對(duì)于區(qū)域大面積自動(dòng)氣象站、遙測(cè)自動(dòng)站等的管理至關(guān)重要，本文以實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，介紹國(guó)內(nèi)無(wú)人值守自動(dòng)氣象站的監(jiān)控、維護(hù)原理及技術(shù)，以某省監(jiān)控系統(tǒng)為例闡述了基于.NET和GIS技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)站觀測(cè)資料實(shí)施監(jiān)控和故障站點(diǎn)檢測(cè)的原理，從而促進(jìn)自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，進(jìn)一步提高自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽勘Ｕ稀?/p>

氣象無(wú)人站實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)NET和GIS故障檢測(cè)

0 前言

氣象無(wú)人自動(dòng)站是氣象部門為了拓寬氣象觀測(cè)而采用的一種技術(shù)手段，隨著現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)于氣象現(xiàn)代化不斷加大投入，同時(shí)各類軟件硬件技術(shù)也較為成熟，特別是無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)已近乎全范圍覆蓋，開(kāi)發(fā)無(wú)人自動(dòng)氣象站的條件都比較成熟。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)多省市建成應(yīng)用了無(wú)人值守的自動(dòng)氣象站，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)當(dāng)?shù)販囟取鈮?、風(fēng)速、降水等氣象要素的自動(dòng)化工作，隨著自動(dòng)氣象站的普及，如何管理監(jiān)控好這些現(xiàn)代化設(shè)施成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

1 氣象自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸

氣象自動(dòng)站包含了諸多遙測(cè)自動(dòng)站、區(qū)域自動(dòng)站、無(wú)人自動(dòng)站及一些島上自動(dòng)站等，自動(dòng)氣象站提高了氣象觀測(cè)的時(shí)空密度和氣象服務(wù)的高效準(zhǔn)確性，通常遙測(cè)站是建設(shè)在市縣內(nèi)部，主要基于寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，是性能比較穩(wěn)定可靠的，實(shí)踐同樣表明其數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤率是非常低的。區(qū)域自動(dòng)站采用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，基于GPRS的專網(wǎng)形式，具有較高安全性和準(zhǔn)確性，然而站點(diǎn)運(yùn)行中硬件缺乏有效監(jiān)控導(dǎo)致的較高故障率是需要解決的問(wèn)題。無(wú)人自動(dòng)站采用了APN無(wú)線傳輸方式或者北斗衛(wèi)星傳輸方式，許多無(wú)人自動(dòng)站往往建設(shè)在較為環(huán)境惡劣的地方，如海島之類，由于受到環(huán)境因素影響往往出現(xiàn)設(shè)備腐蝕、供電不足等情況，因此它們的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸監(jiān)控、設(shè)備故障檢測(cè)及故障告警等都是需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。為此，亟需建立有效的監(jiān)控系統(tǒng)，提高自動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

氣象自動(dòng)站監(jiān)控系統(tǒng)必須具備以下基本功能：

（1）對(duì)自動(dòng)站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，即以網(wǎng)絡(luò)形式對(duì)正點(diǎn)、10min加密數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)運(yùn)行不正常的站點(diǎn)出示警告，氣象系統(tǒng)人員通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)了解站點(diǎn)的數(shù)據(jù)情況。

（2）對(duì)于發(fā)回的自動(dòng)站報(bào)文回執(zhí)要進(jìn)行分析并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)中必須同時(shí)顯示各個(gè)站點(diǎn)到報(bào)、缺報(bào)及逾期未報(bào)的情況，要實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象站點(diǎn)-氣象信息中心-國(guó)家氣象局三級(jí)一體數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜^(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）系統(tǒng)中必須具備告警模塊，基于短信或者3G網(wǎng)絡(luò)傳輸形式告知技術(shù)人員故障站點(diǎn)的信息情況，一旦站點(diǎn)報(bào)文未及時(shí)則會(huì)發(fā)出告警信息到站點(diǎn)值班手機(jī)或其他終端設(shè)備。

（4）以GIS地圖、Google地圖形式呈現(xiàn)各個(gè)區(qū)域站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集情況。

3 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 質(zhì)量控制與故障診斷

質(zhì)量控制是實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要過(guò)程，其主要目的是檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是否達(dá)到要求，找到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、缺陷可以數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)或更正。無(wú)人自動(dòng)氣象站主要觀測(cè)氣象六要素：濕度、溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量和氣壓，因此需一次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，通過(guò)質(zhì)量控制的數(shù)據(jù)則為可信數(shù)據(jù)，否則列為可疑的并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)處理。具體可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容檢查、時(shí)效性檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間空間一致性檢查等。

對(duì)氣象站監(jiān)測(cè)要素進(jìn)行質(zhì)量控制，一旦發(fā)現(xiàn)可疑問(wèn)題通常是由設(shè)備問(wèn)題引起，設(shè)備故障必然引起數(shù)據(jù)的不可信。自動(dòng)氣象站故障診斷方法主要還是以人工診斷為主。自動(dòng)氣象站出現(xiàn)的故障通常分為兩類，一類是傳感器測(cè)量精度下降，主要是由于傳感器性能下降引起，另一類是自動(dòng)站工作不正常，自動(dòng)采集、計(jì)算處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)瘸霈F(xiàn)問(wèn)題，可能是由于多種因素造成。通常設(shè)備的故障可以根據(jù)信息流診斷、要素關(guān)系診斷、狀態(tài)診斷、數(shù)據(jù)連續(xù)性診斷等方法進(jìn)行判別。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)繼承各種質(zhì)量控制方法和故障診斷技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)，使用.NET技術(shù)、SQL Server、GIS和API等，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用Visual C#，主要構(gòu)成包括自動(dòng)站監(jiān)控模塊、GIS模塊、故障告警模塊、自動(dòng)站監(jiān)控Web模塊等構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)站監(jiān)控模塊是系統(tǒng)的主要構(gòu)成，對(duì)氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)控，實(shí)施處理各數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)界面詳細(xì)呈現(xiàn)，供值班人員實(shí)時(shí)了解站點(diǎn)異常情況。GIS模塊則以地圖形式直觀地顯示當(dāng)前站點(diǎn)狀態(tài)，通過(guò)矢量地圖形式對(duì)未到報(bào)站點(diǎn)等異常情況進(jìn)行告警，結(jié)合API技術(shù)可以清晰地了解站點(diǎn)的位置、數(shù)據(jù)狀態(tài)和其他信息。無(wú)線通訊發(fā)送模塊是主要經(jīng)GSM或3G網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，進(jìn)行信息的發(fā)送接收，并建立故障信息發(fā)送數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于超過(guò)24小時(shí)未發(fā)送報(bào)文的站點(diǎn)或傳輸數(shù)據(jù)診斷為故障的，即視為故障點(diǎn)，則發(fā)送報(bào)障信息到相關(guān)負(fù)責(zé)人的通訊終端。其他模塊還包括數(shù)據(jù)監(jiān)控Web模塊、回執(zhí)數(shù)據(jù)庫(kù)入庫(kù)模塊等，主要以Web形式提供用戶了解自動(dòng)站信心的平臺(tái)。

4 總結(jié)

本文深入分析了現(xiàn)代化無(wú)人氣象自動(dòng)站的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，通過(guò)質(zhì)量控制及故障診斷方法的引入，了解了氣象自動(dòng)站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代化的氣象監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)諸多無(wú)人氣象站等觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于相關(guān)技術(shù)的診斷，若發(fā)現(xiàn)異常情況系統(tǒng)也可通過(guò)無(wú)線通訊方法發(fā)出告警信息，供技術(shù)人員進(jìn)行故障排查并解決，提高了無(wú)人自動(dòng)站點(diǎn)的使用性和有效保障性。

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1000-405X（2015）-11-341-1