孫通

運用智能硬件構(gòu)建無人氣象站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

孫通

（平頂山市新城區(qū)氣象局，河南 平頂山 467000）

地面自動觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行受諸多因素影響，及時發(fā)現(xiàn)和排除故障是保障業(yè)務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。作為無人自動氣象站，每天例行巡視觀測場和機(jī)房但不安排人員值班值守，對于故障的發(fā)現(xiàn)和排除相比有人值守臺站具有一定滯后性。通過綜合運用貴州省興仁縣氣象局研發(fā)的“縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)”和當(dāng)前市場上開發(fā)較為完善的智能家庭硬件，將自動站運行、供電、網(wǎng)絡(luò)、消防、安防等狀態(tài)報警以及環(huán)境溫濕度調(diào)控和數(shù)據(jù)備份等工作全部納入以智能手機(jī)為終端的無人自動氣象站運行保障系統(tǒng)，實現(xiàn)無人氣象站的監(jiān)控自動化。從而保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全，減輕人員壓力，促進(jìn)節(jié)能減排，進(jìn)而提高工作效率和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

無人自動氣象站；自動站監(jiān)控系統(tǒng)；智能硬件；監(jiān)控自動化

1 研究背景及設(shè)計思路

1.1 智能硬件的優(yōu)勢

地面自動觀測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是保障觀測質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)，隨著大部分人工觀測項目逐漸自動化，觀測設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對運行環(huán)境的要求也越來越高。設(shè)備、軟件、供電、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房環(huán)境等任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會對觀測質(zhì)量造成影響。監(jiān)控軟件和連接到手機(jī)APP的溫濕度傳感器、智能插座、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)等智能硬件相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)對各個節(jié)點24 h不間斷監(jiān)控，有效彌補(bǔ)人工監(jiān)控的不足，提高工作效率和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路

自動站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路是將所有的監(jiān)控節(jié)點獲取的故障信息推送到值班員手機(jī)上，可分為監(jiān)控軟件和監(jiān)控硬件。軟件以“縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)”為核心，對自動站運行過程進(jìn)行監(jiān)控，通過運營商以電話和短信的形式報警。硬件以“米家”APP為核心，對機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，通過互聯(lián)網(wǎng)以手機(jī)APP消息推送的形式報警，同時能夠遠(yuǎn)程開關(guān)值班室電器設(shè)備。以手機(jī)為終端的自動站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路如圖1所示。

2 縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)

貴州省興仁縣氣象局研發(fā)的“縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)”，主要用于監(jiān)控與綜合觀測系統(tǒng)運行相關(guān)的供電、網(wǎng)絡(luò)、軟件、計算機(jī)等要素的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常并通過多種途徑報警提醒，確保臺站管理人員準(zhǔn)確定位故障點，第一時間到場處理。

圖1 以手機(jī)為終端的自動站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路

該系統(tǒng)的硬件設(shè)備由UPS供電的自動站業(yè)務(wù)計算機(jī)（下稱業(yè)務(wù)機(jī)）和市電供電的普通計算機(jī)通過交換機(jī)相連構(gòu)成，利用2臺計算機(jī)互相監(jiān)測來判斷對方計算機(jī)工作狀態(tài)，每臺計算機(jī)上掛接內(nèi)置手機(jī)通訊卡的“GSM/GPRS MODEM”模塊（下稱短信貓），安裝驅(qū)動程序后可以實現(xiàn)電話和短信報警功能。設(shè)置“雙機(jī)監(jiān)控”不僅能達(dá)到軟件設(shè)計目標(biāo)，還能使監(jiān)控系統(tǒng)運行更為可靠。

2.1 供電異常監(jiān)測

業(yè)務(wù)機(jī)通過掃描139號端口的方式監(jiān)測市電計算機(jī)工作狀態(tài)，市電計算機(jī)以同樣的方式判斷自動站主機(jī)是否正常工作。2臺計算機(jī)在參數(shù)傳遞過程中，判斷對方計算機(jī)上的監(jiān)控程序是否正常運行。停電時市電計算機(jī)關(guān)機(jī)，當(dāng)業(yè)務(wù)機(jī)連續(xù)次（可在檢測標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置，數(shù)值越小越靈敏，下同）無法與市電計算機(jī)構(gòu)成連接，則判定為“市電停電”，此時業(yè)務(wù)機(jī)會發(fā)出音樂報警，同時發(fā)送標(biāo)注故障內(nèi)容的報警短信給值班員和分管領(lǐng)導(dǎo)，并撥打值班員電話。

2.2 網(wǎng)絡(luò)與軟件異常監(jiān)控

監(jiān)控軟件通過掃描服務(wù)器端口，檢測業(yè)務(wù)計算機(jī)與省級報文傳輸服務(wù)器（IP：172.18.152.5）的連通狀態(tài)，確定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否正常；通過檢查ISOS軟件所有功能是否在計算機(jī)任務(wù)進(jìn)程中，檢查分鐘數(shù)據(jù)文件是否定時更新等方面，判斷ISOS軟件及采集器工作狀態(tài)。如果ISOS軟件未運行，將調(diào)用Process.Start命令啟動軟件。

2.3 自動切換3G無線網(wǎng)絡(luò)

為保證有線網(wǎng)絡(luò)中斷情況下的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)監(jiān)控軟件檢測到自動站與省級服務(wù)器的有線傳輸中斷且報文發(fā)送目錄中積壓有未發(fā)送的文件后，會在一定時間內(nèi)關(guān)閉有線網(wǎng)絡(luò)適配器，同時通過Shell、Process.Start命令打開3G網(wǎng)上傳報文。同時，為了避免有線網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后仍然長期占用3G網(wǎng)卡，監(jiān)控軟件會在報上傳后關(guān)閉3G并切換回有線傳輸。如果此時有線網(wǎng)仍未恢復(fù)則重復(fù)之前操作并再次報警通知值班員。

2.4 數(shù)據(jù)硬件備份

觀測數(shù)據(jù)的硬件備份對保障數(shù)據(jù)安全有重要意義，監(jiān)控軟件采用增量備份的方式，利用相關(guān)控件對指定的報文生成目錄進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被監(jiān)視的目錄中新增文件、文件屬性（大小、修改時間等）發(fā)生變化時，就把相關(guān)文件復(fù)制到外接移動硬盤，對自動站數(shù)據(jù)有選擇地實時備份。

2.5 報警與查詢功能

監(jiān)控系統(tǒng)將“短信貓”通過USB接口與計算機(jī)相連，運用AT指令控制短信貓收發(fā)短信和撥打電話。掛接外部獨立通訊設(shè)備進(jìn)行短信和電話報警能夠確保系統(tǒng)在斷網(wǎng)情況下仍然能夠穩(wěn)定運行。

3 智能硬件對機(jī)房環(huán)境的監(jiān)控

隨著智能家居硬件設(shè)備的發(fā)展，民用智能家庭監(jiān)控設(shè)備逐漸完善，以小米生態(tài)鏈企業(yè)的智能硬件產(chǎn)品為例，將溫濕度傳感器、空調(diào)伴侶、煙霧報警器、人體感應(yīng)器、智能攝像機(jī)等設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)合理搭配，就能夠運用手機(jī)APP實現(xiàn)對業(yè)務(wù)計算機(jī)、服務(wù)器工作環(huán)境的實時有效監(jiān)控。

3.1 機(jī)房環(huán)境監(jiān)控裝置

計算機(jī)等電子設(shè)備持續(xù)在高溫環(huán)境下運行容易出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏等故障，同時環(huán)境溫度過高也容易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。而機(jī)房內(nèi)各類電子設(shè)備本身在運行過程中會不斷散發(fā)熱量，一旦機(jī)房空調(diào)在遇到停電后不能自動開啟，機(jī)房溫度就會迅速上升。將空調(diào)伴侶（網(wǎng)關(guān)版）與機(jī)房空調(diào)連接后，即使是在夜間無人值守狀態(tài)下，也可以通過手機(jī)APP遠(yuǎn)程開閉、調(diào)節(jié)空調(diào)并隨時監(jiān)控其工作狀態(tài)，再搭配溫濕度傳感器設(shè)置自動化程序，根據(jù)監(jiān)測到的環(huán)境溫濕度自動調(diào)節(jié)空調(diào)工作狀態(tài)使環(huán)境調(diào)控更加智能。

3.2 煙霧報警裝置

安裝小米煙霧報警器實現(xiàn)火情監(jiān)控，該裝置通過CCCF認(rèn)證，是具有國家消防強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書的專業(yè)火災(zāi)探測報警設(shè)備。當(dāng)監(jiān)控區(qū)域煙霧濃度達(dá)到報警值，設(shè)備會立即發(fā)出聲、光報警信號，并通過空調(diào)伴侶網(wǎng)關(guān)推送至手機(jī)APP。

3.3 視頻監(jiān)控裝置

安裝云蟻360°智能攝像機(jī)作為室內(nèi)安防監(jiān)控，該設(shè)備采用雙電機(jī)云臺設(shè)計，可上下左右自由旋轉(zhuǎn)，具備360°水平可視角度和96°垂直可視角度。配備64 G內(nèi)存卡可存儲8 d分辨率為1 080 p高清畫質(zhì)的監(jiān)控視頻，開通云存儲后，移動視頻自動上傳至云端，避免因設(shè)備被破壞導(dǎo)致的視頻證據(jù)丟失。同時具有夜視功能，F(xiàn)2.1大光圈和8顆940 nm紅外補(bǔ)光燈使夜視通透性更強(qiáng)，細(xì)節(jié)更清晰。

4 無人值守計算機(jī)設(shè)置

4.1 斷電重啟設(shè)置

當(dāng)確定為市電中斷時，業(yè)務(wù)機(jī)正常工作，監(jiān)控機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，如果在市電恢復(fù)后不人工啟動監(jiān)控機(jī)，則由業(yè)務(wù)機(jī)發(fā)出的停電報警不會解除，因此要開啟監(jiān)控機(jī)斷電后來電自動開機(jī)功能。設(shè)置方法為：進(jìn)入BIOS的設(shè)置主界面，選擇[POWER?MANAGEMENT?SETUP]→[PWR Lost?Resume?State]→[Turn?On]項，代表停電后再來電時，電腦會自動啟動。不同電腦主板設(shè)置步驟不完全相同，但總體是在[電源管理]選項中設(shè)置，要注意的是需要將安裝在市電計算機(jī)上的監(jiān)控軟件加入開機(jī)自啟動項。

4.2 計算機(jī)定時重啟設(shè)置

由于ISOS業(yè)務(wù)系統(tǒng)和縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)均為24 h不間斷運行，難免會出現(xiàn)原因未知的軟件崩潰或觀測成功率下降等情況，這些問題往往通過重啟計算機(jī)就可以解決，因此每周定時重啟計算機(jī)很有必要。為進(jìn)一步減少值班人員工作量，適應(yīng)無人站日常管理模式，可通過計劃任務(wù)為業(yè)務(wù)機(jī)設(shè)置定時自動重啟功能。

5 結(jié)論

綜合運用縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)和智能硬件，搭建起以智能手機(jī)為終端的無人自動氣象站運行保障系統(tǒng)，實現(xiàn)了基層臺站的監(jiān)控自動化，充分發(fā)揮了傳感器和計算機(jī)24 h不間斷工作的優(yōu)勢，不僅大大提高了監(jiān)控質(zhì)量和效率，減輕了臺站管理人員的精神壓力，還使得臺站先于省級質(zhì)控部門發(fā)現(xiàn)故障并做出反應(yīng)，最大限度地確保觀測系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

［1］彭顯鋒，王橋，杜龍彩.縣級自動站監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.貴州氣象，2017，41（1）：81-84.

2095－6835（2020）10－0129－02

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.057

孫通（1991—），男，河南汝南人，本科，助理工程師，從事綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

〔編輯：張思楠〕