魏雅鵬 趙國強

1.酒泉市氣象局 2.甘肅省文縣氣象局

引言

《中國氣象局關(guān)于印發(fā)實現(xiàn)地面氣象觀測自動化工作方案的通知》以及2018 年召開全國氣象局長會議，同時提出了加強氣象觀測系統(tǒng)推行全面自動化的改革要求，為相關(guān)地市各臺站指出了全面自動化以及加強氣象觀測智能化程度的重要性。但現(xiàn)階段的氣象系統(tǒng)中距實現(xiàn)全面自動化還存在一定的不足，技術(shù)水平提升以及設(shè)備更新還需要資金的支撐以及系統(tǒng)的技術(shù)管控，以此，實現(xiàn)全面自動化的氣象觀測。

1 氣象觀測全面自動化存在的問題

1.1 供電系統(tǒng)線路布設(shè)缺乏合理性

現(xiàn)階段的多數(shù)氣象觀測臺站中，一般都不具備市電雙電源自動切換加發(fā)電機三路電源保障系統(tǒng)的技術(shù)支持，進而無法實現(xiàn)全面自動化，其原因一般有：（1）用于氣象觀測的臺站通常處于郊區(qū)或山上，距離供電站較遠(yuǎn)，其在供電的過程中，通常使用架空線路作為電源輸電線路，導(dǎo)致電源的供給以及線路鋪設(shè)不合理。（2）在線路不合理的情況下，其優(yōu)化手段的不完善也是導(dǎo)致供電系統(tǒng)存在不足的因素之一，依據(jù)要求，臺站需要配備UPS以及發(fā)電機，但一些臺站中依然使用手動發(fā)電，其供電的可靠性不強。（3）線路的備份不足，長期使用無替換的輸電線會在故障出現(xiàn)時造成供電的斷層，如在從值班室到觀測場戶外通常只有一條線路，長期的戶外放置，會因環(huán)境的侵蝕，出現(xiàn)線路的損壞。

1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保障不完善

網(wǎng)絡(luò)以及計算機等設(shè)備是實現(xiàn)氣象觀測自動化的基礎(chǔ)保障，但由于裝備配置不足，自動化技術(shù)不能完全實現(xiàn)?，F(xiàn)階段的一些臺站中用于氣象觀測的核心交換機只有一臺，來保證聯(lián)通、電信、3G 通信三條線路的報文傳輸，且配置為普通的PC、單網(wǎng)卡，這種配置在理論上可以通過3G 通信以及配置在外部光纖上的兩條線路完成數(shù)據(jù)以及信號的傳輸。但若交換機出現(xiàn)異常情況，就會引起整個傳輸網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這種情況下雖然可以借助3G 通信技術(shù)為ISOS 軟件中的報文傳輸提供幫助，但配套的傳輸設(shè)備不能實現(xiàn)向省里傳輸。此外，雖然計算機有配套的備份系統(tǒng)，但在目前技術(shù)中，還不能實現(xiàn)兩臺計算機對數(shù)據(jù)的同步采集，因此在啟用備份設(shè)備時，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不連貫的現(xiàn)象，進而對于二十四小時的變壓等參數(shù)造成影響，為全自動的切換造成隱患，無法實現(xiàn)全自動的雙機熱備份[1]。

1.3 觀測設(shè)備對應(yīng)性不強

風(fēng)、溫度、氣壓、濕度、低溫、雨量等方面的數(shù)據(jù)是戶外觀測采集設(shè)備主要收集的，并且在現(xiàn)階段實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙備份，但相應(yīng)的配套設(shè)備還處于單套運行的階段，如綜合硬件集成控制器、能見度、蒸發(fā)、降水觀測儀、雪深、日照等設(shè)備。由于這種單套運行模式存在，當(dāng)硬件出現(xiàn)不良情況時，不能實現(xiàn)對系統(tǒng)的備份，進而限制了雙備份的可能，造成對設(shè)備熱備份功能的限制。為此需要對ISOS 軟件以及數(shù)據(jù)采集同步技術(shù)實施進一步的更新，進而實現(xiàn)在其出現(xiàn)損壞時，軟件以及硬件可以正常運作，進行數(shù)據(jù)的采集，完成數(shù)據(jù)熱備份。

1.4 儀器參數(shù)缺乏合理配置

觀測儀是臺站實現(xiàn)高效觀測的保障，若在觀測中對儀器參數(shù)設(shè)置不合理，就會影響觀測結(jié)果的精確性，造成氣象觀測工作的誤差。為此，需要依據(jù)實際情況進行審核數(shù)據(jù)庫的建立，但由于這一工作具有滯后性，導(dǎo)致一旦自動觀測系統(tǒng)出現(xiàn)不良情況，就需要借助人工進行參數(shù)的更改，增大了數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的可能性，而數(shù)據(jù)的異常會造成依靠業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進行測報的審核數(shù)據(jù)庫計算的誤差，進而增大了數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的可能性。

2 完善氣象觀測全面自動化措施

2.1 提升供電系統(tǒng)的可靠性

提升供電系統(tǒng)的可靠性，需要在實際操作中配備雙電源自動轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)應(yīng)急電源系統(tǒng)與正常工作電源系統(tǒng)的有效轉(zhuǎn)換，這種對于電源在常用系統(tǒng)以及備用系統(tǒng)中的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換性在日常工作中是十分必要的內(nèi)容配置。

做為一種緊急配電裝置，雙電源自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的基本工作原理是通過把負(fù)載電路自日常電源轉(zhuǎn)移到備用電源的一種開關(guān)，可以有效保證線路中電流負(fù)荷的連貫性以及可靠性。在實際的線路鋪設(shè)中，從值班室到現(xiàn)象觀測點的線路應(yīng)該保證常用電源與備用電源兩條線路的建設(shè)，為電源的供給提供雙回路的系統(tǒng)，在其中一條線路出現(xiàn)故障的情況下可以實現(xiàn)電流在另一條線路中的切換，以此提升電源供給的可靠程度。例如：ATS 的工作是在市電電源中出現(xiàn)電源電壓以及頻率等方面的狀況時，啟動備用線路進行傳輸，再對市電電源發(fā)出閉合指令，實現(xiàn)線路的切換，當(dāng)市電電源正常后，再按照同樣的操作，把電流切換回日常供電系統(tǒng)，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠[2]。

2.2 推動無停頓熱切換技術(shù)

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及計算機的無停頓熱切換技術(shù)，需要相關(guān)部門積極進行核心交換機以及服務(wù)器的雙機熱備，保證氣象觀測中數(shù)據(jù)采集的時效性以及連慣性，進而促進網(wǎng)絡(luò)運行系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)地工作。此外，針對原有單機核心三層交換數(shù)據(jù)中存在的風(fēng)險，可以借助虛擬路由冗余協(xié)議技術(shù)對其進行完善，進而促進主要以及備用的核心三層交換設(shè)備之間的動態(tài)性、連貫性的熱切換，其工作原理是虛擬交換機按照設(shè)備配置優(yōu)先級的程度對交換機進行選擇，把優(yōu)先級最高的作為主交換機，設(shè)置狀態(tài)Master，把優(yōu)先級較弱的交換機作為備用的交換機，并利用其進行主交換機工作狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，主交換機在正常運行操作時會周期性地發(fā)出VRRP，作為其正常工作的報文，但若備份交換機長時間接收到主交換機發(fā)出的信號，則會把自己變成Master，實現(xiàn)操作的連貫性，在此過程中，需要接貨組雙機熱備、RAID 技術(shù)以及數(shù)據(jù)備份技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的長期、連貫運行[3]。

2.3 完善數(shù)據(jù)同步采集技術(shù)

為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫對接，需要對量路觀測要素數(shù)據(jù)進行同步采集，以此進行業(yè)務(wù)軟件的智能化識別。為此需要實現(xiàn)觀測時，主、備設(shè)備的配置齊全，優(yōu)化采集器的硬件功能，優(yōu)化觀測業(yè)務(wù)軟件的相應(yīng)功能，當(dāng)主站儀器對數(shù)據(jù)的觀測出現(xiàn)缺欠時，保證對備份數(shù)據(jù)啟用時數(shù)據(jù)的完整性，并且對數(shù)據(jù)的異常進行實時的監(jiān)測，以此提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4 加強智能傳感器的應(yīng)用程度

在當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用中，部分觀測傳感器可以實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測，但由于在日照時數(shù)以及云、天氣現(xiàn)象中，傳感器并為達(dá)到自動化的規(guī)范化要求，若想實現(xiàn)全面的自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，需要加大力度進行智能化傳感器的優(yōu)化升級，并對已經(jīng)達(dá)到自動化要求的傳感器，需要應(yīng)用MEMS 技術(shù)對其實現(xiàn)進一步的升級，以此促進傳感器的高精度以及小型化，提升氣象觀測系統(tǒng)的全面性自動化技術(shù)的有效覆蓋率。

3 結(jié)論

綜上所述，為實現(xiàn)氣象觀測效率以及準(zhǔn)確性，需要在氣象系統(tǒng)中科學(xué)地實現(xiàn)全面性的自動化技術(shù)，這就要求地市臺站以及相關(guān)部門針對現(xiàn)階段氣象觀測全面自動化方面存在的不足，采取科學(xué)的技術(shù)措施，通過提升供電系統(tǒng)的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)、計算機無停頓熱切換的實現(xiàn)等方面提升設(shè)備的氣象觀測自動化能力，并通過數(shù)據(jù)的有效采集以及智能傳感器的應(yīng)用，提升氣象觀測全面自動化的深度。