張　騫，陳海燕，呂慶利，楊傳鳳，耿　力

(1. 山東省氣象臺,　濟南 250031；　2. 灌南縣氣象局，　江蘇 連云港 222500)

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·測試技術·

新一代天氣雷達集成監(jiān)控平臺開發(fā)

張騫1，陳海燕2，呂慶利1，楊傳鳳1，耿力1

(1. 山東省氣象臺,濟南 250031；2. 灌南縣氣象局，江蘇 連云港 222500)

新一代天氣雷達是現(xiàn)代氣象觀測手段中的重要組成部分，監(jiān)控新一代天氣雷達系統(tǒng)的運行狀態(tài)對于雷達的正常運行有著重要意義。文中介紹了雷達系統(tǒng)的組成和雷達資料的分類，通過分析雷達系統(tǒng)運行正常與運行故障時的特征和規(guī)律，應用MacromediaDreamweaver和PHP開發(fā)新一代天氣雷達集成監(jiān)控平臺，以Web網頁形式實時監(jiān)控雷達系統(tǒng)運行狀態(tài)，既能在狀態(tài)異常時觸發(fā)聲音報警，又能監(jiān)控雷達功率、狀態(tài)參數(shù)等重要性能指標。

多普勒雷達；集成；監(jiān)控平臺；網頁

0　引　言

在現(xiàn)代氣象觀測手段中，新一代天氣雷達(以下簡稱雷達)是監(jiān)測臺風、暴雨等大范圍降水天氣和冰雹、雷暴等中小尺度強對流天氣系統(tǒng)的有效手段，并能對降水量進行估測，是氣象現(xiàn)代化建設的重要組成部分，在短時臨近天氣預報、氣象服務、防災減災、人工影響天氣作業(yè)中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。

新一代天氣雷達是構造復雜的高精密儀器，運行時會生成反映雷達各方面的性能及工作狀態(tài)的各種參數(shù)，這些參數(shù)對雷達機務人員判斷雷達運行狀態(tài)，進行有針對性的系統(tǒng)維護，進而提高雷達系統(tǒng)的可用性，降低故障發(fā)生率有重要的參考價值[2]。同時，按照中國氣象局《新一代天氣雷達觀測規(guī)定》，雷達探測資料(RPG基數(shù)據產品、PUP雷達產品和RDA雷達系統(tǒng)狀態(tài)信息)必須按有關規(guī)定向信息中心傳送。因此，監(jiān)控雷達各分系統(tǒng)的運行狀態(tài)、雷達資料的上傳情況及系統(tǒng)運行參數(shù)有著重要的意義。

1　雷達系統(tǒng)簡述

1.1系統(tǒng)組成

雷達系統(tǒng)由以下三部分組成:

1)雷達數(shù)據采集子系統(tǒng)(RDA),是雷達數(shù)據采集單元。RDA有四個部分組成：發(fā)射機、天線、接收機和信號處理器。它的主要功能是產生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標物對這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成基本數(shù)據。

2)雷達產品生成子系統(tǒng)(RPG)，是控制整個雷達系統(tǒng)的指令中心，一個多功能的單元。它由通信線路從RDA接收數(shù)字化的基本數(shù)據，對其進行處理和生成各種產品，并將產品傳給用戶。

3)主用戶終端子系統(tǒng)(PUP),主要功能是獲取、存儲和顯示產品[1]。

1.2資料分類

1.2.1雷達狀態(tài)信息

RDASC日志文件存放在/opt/rda/log中。這些日志文件包括：Calibration.log標定文件、FC.log內部功能文件、Alarm.log報警文件、Operation.log操作文件、Status.log狀態(tài)文件、PL.log其他文件、Rad.log徑向數(shù)據文件。其中，F(xiàn)C.log和Rad.log是每一小時生成一個新文件，格式為YYYYMMDDHH_文件名.log，其他文件，如：Calibration.log都是一天生成一個文件，格式為：YYYYMMDD_文件名.log，其中，YYYYMMDDHH分別為年、月、日、時。

1.2.2雷達基數(shù)據

雷達基數(shù)據存儲于RPG主機Archive2文件夾中，格式為ArchiveYYYYMMDDHH.mmA,YYYYMMDDHHmm為年月日時分，如：Archive2013091011.12A,即2013年9月10日11點12分的基數(shù)據資料，時間為世界時。

1.2.3雷達產品數(shù)據

雷達基數(shù)據經算法處理后共形成反射率因子(R)、平均徑向速度(V)等39個種類的雷達分析產品，分別存儲于以其產品名稱命名的文件夾中，這39種產品存儲于PUP主機的products下的文件夾中，文件夾以當天時間(北京時)命名[1]。

2　監(jiān)控平臺開發(fā)

基于對雷達系統(tǒng)運行狀態(tài)信息的獲取、判斷并監(jiān)控雷達資料的生成及上傳情況，構建新一代天氣雷達集成監(jiān)控平臺，以網頁形式瀏覽、監(jiān)控雷達系統(tǒng)的運行狀況和資料的生成與上傳情況，并借助雷達狀態(tài)信息判斷雷達運行狀態(tài)及系統(tǒng)性能。該業(yè)務平臺開發(fā)遵循集約、實用、先進、擴展、開放、標準、規(guī)范的原則，界面簡潔、友好、實用。

2.1開發(fā)工具

監(jiān)控平臺網頁界面制作工具選用MacromediaDreamweaver，核心程序采用超文本預處理器(PHP)網絡開發(fā)語言編寫，Web服務器采用Apache，客戶端使用IE、360等瀏覽器來訪問。

MacromediaDreamweaver，簡稱“DW”，是美國MACROMEDIA公司開發(fā)的集網頁制作和管理網站于一身的所見即所得網頁編輯器，DW是第一套針對專業(yè)網頁設計師特別發(fā)展的視覺化網頁開發(fā)工具，利用它可以輕松制作出跨越平臺限制和跨越瀏覽器限制的充滿動感的網頁。

PHP是一種通用開源腳本語言。語法吸收了C語言、Java和Perl的特點，使用廣泛，主要適用于Web開發(fā)領域[3]。

Apache是ApacheHTTPServer的簡稱，是一個開放源碼的網頁服務器，可以在大多數(shù)計算機操作系統(tǒng)中運行，是最流行的Web服務器端軟件之一。它快速、可靠并且可通過簡單的API擴展，將Perl/Python等解釋器編譯到服務器中。

2.2平臺搭建

2.2.1網頁框架設計

構思新一代天氣雷達集成監(jiān)控界框架結構，對界面布局做初步設計，對應實現(xiàn)的功能、監(jiān)控的對象等做位置編排。應用DW搭建新一代天氣雷達監(jiān)控平臺的基本框架。

2.2.2搭建服務器環(huán)境

監(jiān)控平臺是基于網站形式運行的，運行狀態(tài)取決于服務器主機的性能、狀態(tài)及網絡的穩(wěn)定性。搭建服務器環(huán)境時，選擇一臺性能良好的計算機，系統(tǒng)使用MicrosoftWindowsXP。監(jiān)控平臺的核心編碼由PHP匯編語言開發(fā)編寫，因此運行該平臺需搭建PHP運行工作環(huán)境。PHP工作環(huán)境包括安裝Apache(Web服務器端軟件之一)與PHP內嵌語言工作環(huán)境，設置系統(tǒng)配置與網絡端口，一般為80端口，將主頁設置為http://127.0.0.1/index.php。

2.2.3核心程序編寫

監(jiān)控平臺的核心程序由PHP匯編語言編寫，包括系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示功能、報警聲音觸發(fā)功能、狀態(tài)信息讀取與顯示功能、數(shù)值比較功能、報警信息顯示功能等。

2.3運行監(jiān)控原理

2.3.1信息獲取

監(jiān)控平臺讀取RDA日志文件中的status.log、calibration.log、alarm.log、IQ62.log等文件。由status.log文件中獲取信息監(jiān)控RDA運行情況；由calibration.log文件和IQ62.log文件中獲取雷達功率、雜波抑制等標定數(shù)據；由alarm.log文件獲取報警信息，并寫入相應的文本中。

根據RPG基數(shù)據、PUP產品數(shù)據及上傳至信息中心的雷達數(shù)據生成相應的文本，寫入雷達資料的信息包括：資料名稱、生成時間、文件大小等。

監(jiān)控信息寫入文本的格式是固定的，相同信息不同時次觀測數(shù)據的位置不變，根據這一規(guī)律，可以定位監(jiān)控信息的數(shù)據并將其讀出。

如圖1所示，以RDA可操作性“OPERATIONALSTATUS”為例，首先在文本中對“OPERATIONALSTATUS”定位，首字母“O”的位置為“33”，其數(shù)值位置為“56”，長度為7,記錄時間位置為“0”，長度為19；然后，應用PHP語言可讀出“OPERATIONALSTATUS”的狀態(tài)值和記錄時間。同理可讀出“OPERATINGSTATE”的狀態(tài)值、記錄時間和“TRANSMITTERPEAKPOWER”的數(shù)值[4]。

2.3.2RDA的監(jiān)控原理

雷達系統(tǒng)運行時，每個體掃結束后都會將雷達運行狀態(tài)信息記錄在status.log文件中，時間精確到毫秒，包括RDA可操作性、當前運行狀態(tài)、體掃模式、發(fā)射機功率等[1]。在這些狀態(tài)信息中，可根據RDA可操作性(OPERATIONALSTATUS)、當前運行狀態(tài)(OPERATINGSTATE)和發(fā)射機峰值功率(TRANSMITTERPEAKPOWER)三項指標判斷RDA運行狀態(tài)是否正常。OPERATIONALSTATUS有以下五種狀態(tài)：關機(SHTDN)、不可操作(INOP)、必須維護(MNTMAN)、需要維護(MNTREQ)、聯(lián)機(ONLINE)。OPERATINGSTATE有以下六種狀態(tài)[5]：啟動(STUP)、待機(STBY)、重啟動(RSTUP)、運行(OPER)、回放(PLYBK)、離線工作(OLOPER)。

當雷達系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，TRANSMITTERPEAKPOWER應大于750kW，小于900kW(對峰值功率數(shù)值的判定可根據實際情況訂正)；OPERATIONALSTATUS為“ONLINE”，OPERATINGSTATE為“OPER”。當雷達運行異常時，一般表現(xiàn)為兩種情況：(1)雷達系統(tǒng)正常運行，但發(fā)射機功率異常，即低于750kW，或高于900kW；(2)雷達天線停轉，OPERATIONALSTATUS與OPERATINGSTATE異常，不再是“ONLINE”和“OPER”狀態(tài)。并且一旦雷達天線停轉，雷達標定時間由原來的每6min標定一次變更為約75s標定一次。

利用PHP匯編語言讀取status.log中記錄的最后一次發(fā)射機峰值功率值，若峰值功率值不在750kW～900kW之間，則可認為RDA運行異常；若峰值功率在750kW～900kW之間，則判斷最后一次“OPERATIONALSTATUS”和“OPERATINGSTATE”的狀態(tài)值，若分別為“ONLINE”和“OPER”則認定雷達系統(tǒng)運行正常，反之則運行異常。

2.3.3RPG的監(jiān)控原理

雷達產品生成子系統(tǒng)(PRG)在正常運行時，會在RPG主機Archive2文件夾中生成基數(shù)據，生成時間間隔為一個體掃的時間，目前廣泛應用的體掃模式是VCP21模式，一個體掃時間為6min。通過判斷最新的基數(shù)據生成時間與當前系統(tǒng)時間的時間間隔可判斷RPG運行狀態(tài)。由于在雷達運行時偶爾會發(fā)生空轉現(xiàn)象，即完成一個體掃的時間會超過6min，因此設置判斷時間間隔為7min(判定時間可根據實際需要修改)，若當前時間與最新的基數(shù)據記錄時間差小于7min，則表示RPG運行正常，反之表示故障。

對PUP運行及狀態(tài)數(shù)據、基數(shù)據、產品數(shù)據上傳情況的監(jiān)控原理與監(jiān)控RPG相同。

2.4工作流程

新一代天氣雷達集成監(jiān)控平臺采用動態(tài)Web網頁形式，基于MicrosoftWindows操作系統(tǒng)開發(fā)，不僅能實時監(jiān)控雷達系統(tǒng)(包括RDA、RPG、PUP)的運行情況和雷達資料(包括基數(shù)據、雷達產品、狀態(tài)信息)的上傳情況，又可監(jiān)控雷達功率、雜波抑制、狀態(tài)參數(shù)等重要性能指標，并在雷達系統(tǒng)工作狀態(tài)異常時觸發(fā)聲音報警。監(jiān)控平臺每3min自動刷新一次，以監(jiān)控雷達最新運行狀態(tài)[6]。

監(jiān)控平臺首先，通過對雷達狀態(tài)信息的判斷情況、基數(shù)據和雷達產品的生成情況、資料的上傳情況，判斷雷達系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)是否正常；然后，對各標校參數(shù)的實測值和期望值進行比對；最后，將雷達系統(tǒng)的運行狀態(tài)、資料上傳情況以圖標形式表示，雷達參數(shù)、報警信息等以文本格式通過Web網頁進行顯示發(fā)布，具體流程如圖2所示。

圖2　監(jiān)控平臺工作流程

3　功　能

3.1監(jiān)控平臺顯示

監(jiān)控平臺整體框架使用MacromediaDreamweaver搭建。平臺界面是直接面向用戶的窗口，應友好、實用、簡約，既能夠一目了然，又簡潔實用。監(jiān)控平臺界面共分為名稱區(qū)域和功能區(qū)域，功能區(qū)域包括：網址鏈接區(qū)域、運行監(jiān)控區(qū)域和報警信息顯示區(qū)域，如圖3所示。

圖3　監(jiān)控平臺界面

3.2監(jiān)控平臺功能

3.2.1網址鏈接功能

對常用的業(yè)務平臺如中國氣象局綜合氣象系統(tǒng)運行監(jiān)控平臺(ASOM)、災害性監(jiān)控預警平臺等做鏈接，使用時快捷、簡便。

3.2.2狀態(tài)診斷功能

根據雷達狀態(tài)信息、基數(shù)據和雷達產品生成及上傳情況，判斷雷達RDA、RPG和PUP運行情況和運行狀態(tài)。

以RDA的監(jiān)控為例，當RDA運行正常時，顯示RDA○，若不正常則顯示RDA□。

3.2.3聲音報警功能

根據雷達運行情況和資料傳輸情況，都正常時聲音不報警，如圖4所示。

圖4　雷達系統(tǒng)監(jiān)控正常狀態(tài)

若有任一監(jiān)控狀態(tài)異常時，以RDA異常為例，則觸發(fā)聲音報警，如圖5所示。

圖5　雷達系統(tǒng)監(jiān)控異常狀態(tài)

3.2.4參數(shù)監(jiān)控功能

對雷達運行時的系統(tǒng)參數(shù)進行實時監(jiān)控，包括雷達發(fā)射機功率、噪聲溫度、syscal值等系統(tǒng)參數(shù),并顯示數(shù)值；對連續(xù)波(CW)、速度和譜寬等參數(shù)，不僅顯示其期望值和實測值，同時會對兩者進行比較并作出相應的判斷。對實測值與期望值的差值設置閾值0.5和1.0，若二者差值的絕對值小于0.5，則表示正常，顯示○；介于0.5和1.0之間，表示警示狀態(tài)，顯示△；大于1.0為異常狀態(tài)，顯示□；若無數(shù)據，顯示“null”,顯示☆。圖6為參數(shù)CW監(jiān)控示例。

圖6　雷達系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)控

3.2.5報警信息顯示功能

當雷達系統(tǒng)有報警信息時，在報警信息顯示區(qū)域中逐條顯示，若沒有報警信息，則顯示“Noalarm”。

4　結束語

新一代天氣雷達集成監(jiān)控平臺以Web網頁形式顯示，界面簡潔友好、快捷實用，有助于雷達一線技術人員判斷雷達系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否正常，并進行針對性的維護。監(jiān)控平臺可實時監(jiān)控雷達系統(tǒng)各項運行指標，在運行狀態(tài)異常時的60s內觸發(fā)聲音報警，具有較強的時效性。

目前監(jiān)控平臺屬于單機版平臺，只能對一部雷達進行監(jiān)控，若要實現(xiàn)對其他雷達的監(jiān)控只需更改平臺中相應參數(shù)設置即可。但受網絡線路及傳輸軟件不穩(wěn)定等因素影響，監(jiān)控平臺偶爾會產生短時間的延遲現(xiàn)象，會對實時監(jiān)控有一定影響。

[1]俞小鼎, 姚秀萍, 熊廷南, 等. 多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用[M]. 北京：氣象出版社，2006.

YUXiaoding,YAOXiuping,XIONGTingnan,etal.TheprincipleandapplicationsofDopplerweatherradar[M].Beijing:ChinaMeteorologicalPress, 2006.

[2]涂愛琴, 張玉潔, 安學銀, 等. 新一代天氣雷達壽命預測方法[J]. 現(xiàn)代雷達, 2012,34(8): 16-19.

TUaiqin,ZHANGYujie,AnXueyin,etal.Lifepredictionmethodforthenewgenerationweatherradar[J].ModernRadar, 2012,34 (8): 16-19.

[3]陳向輝. 由淺入深學PHP[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.

CHENXianghui.LearningPHPfromtheshallowertothedeeper[M].Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry, 2011.

[4]王志武, 鐘濤, 汪章維, 等. 新一代天氣雷達S型回波強度的定標細則[J]. 現(xiàn)代雷達, 2008, 30(1): 30-33.

WANGZhiwu,ZHONGTao,WANGZhangwei,etal.Calibrationmethodofechointensityforchinanewgenerationweatherradar-S[J].ModernRadar, 2008,30 (1): 30-33.

[5]張培昌, 杜秉玉, 戴鐵丕. 雷達天氣學[M]. 北京：氣象出版社，2002.

ZHANGPeichang,DUBingyu,DAITiepi.Weatherradar[M].Beijing:ChinaMeteorologicalPress, 2002.

[6]黃曉, 張沛源, 熊毅. 多普勒天氣雷達發(fā)射機相位噪聲的測量[J]. 現(xiàn)代雷達, 2005, 27(7): 62-66.

HUANGXiao,ZHANGPeiyuan,XIONGYi.TransmitterphasenoiseofDopplerweatherradarmeasurement[J].ModernRadar, 2005, 27(7): 62-66.

張騫男，1981年生，工程師。研究方向為雷達探測、運行保障、資料分析、軟件開發(fā)。

陸海燕女，1985年生，工程師。研究方向為防雷檢測。

呂慶利男，1953年生，高級工程師。研究方向為雷達探測、運行保障。

楊傳鳳女，1953年生，高級工程師。研究方向為雷達探測、運行保障。

耿力女，1946年生，高級工程師。研究方向為雷達探測、運行保障。

Development of Integrated Monitoring Platform for the New GenerationDopplerWeatherRadar-SA

ZHANG Qian1，CHEN Haiyan2，Lü Qingli1，YANG Chuanfeng1，GENG Li1

(1. Meteorological Observatory of Shandong Province, Jinan 250031, China)(2.MeteorologicalBureauofGuan′nan,JiangsuProvince,Lianyungang222500,China)

Thenewgenerationweatherradarisanimportantpartofmodernmeteorologicalobservationmethods,monitoringtherunningstatusofthenewgenerationweatherradarisimportantforthenormaloperationoftheradar.Thispaperintroducesthecompositionofradarsystemandclassificationofradardata,andanalyzesthecharacteristicsandlawsoftheradarsystemwhenitisnormalorabnormal.UsingMacromediaDreamweaverandPHP,theintegratedmonitoringplatformforthenewgenerationweatherradarisdeveloped.UsingWebpagetomonitorthereal-timeradarsystemrunningstatus,thesoundalarmwillbetriggeredwhenthestatusisabnormal,andradarpower,statusparametersandotherimportantperformanceindicatorscouldalsobemonitored.

Dopplerradar;integrated;monitoringplatform;webpage

10.16592/j.cnki.1004-7859.2016.08.018

張騫Email：nuist_zq@126.com

2016-04-27

2016-07-04

TN959.1

A

1004-7859(2016)08-0080-04