李恒昶，李 季，陳慶亮，張玉潔，孫偉佳

（山東省氣象局大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，山東 濟(jì)南 250031）

新一代多普勒天氣雷達(dá)是探測(cè)降水系統(tǒng)的重要手段，也是對(duì)冰雹、大風(fēng)、龍卷等強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)警的重要探測(cè)設(shè)備[1]，在應(yīng)對(duì)災(zāi)害性、突發(fā)性天氣方面效果顯著，當(dāng)前，新一代多普勒天氣雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雷達(dá)）在氣象業(yè)務(wù)工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)的正常與否直接關(guān)系到其數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)而影響天氣預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)布的準(zhǔn)確情況與防災(zāi)減災(zāi)工作的順利開(kāi)展，因此，做好雷達(dá)的各項(xiàng)保障工作，確保雷達(dá)正常、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、生活具有十分重要的意義。

山東省目前有9部已正式投入運(yùn)行并納入中國(guó)氣象局考核的新一代多普勒天氣雷達(dá)，其所在地分別為濟(jì)南、青島、煙臺(tái)、威海、濰坊、濱州、臨沂、濟(jì)寧、泰山，除泰山雷達(dá)為C波段雷達(dá)，其余均為S波段。雷達(dá)日常運(yùn)行所產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)會(huì)上傳到山東省氣象局（以下簡(jiǎn)稱(chēng)省局）裝備保障一體化系統(tǒng)的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)），為進(jìn)一步提高省局對(duì)山東各地雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，更好的服務(wù)于雷達(dá)保障工作，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了新一代多普勒天氣雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與報(bào)警信息做可視化顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。浙江省大探中心利用微信平臺(tái)對(duì)雷達(dá)監(jiān)控，通過(guò)讀取RDA計(jì)算機(jī)中的告警文件接收告警信息[2]；北京市氣象局針對(duì)其組網(wǎng)的L波段低對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)設(shè)計(jì)了運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)[3]；湖北省氣象局開(kāi)發(fā)的氣象探測(cè)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)雷達(dá)、閃電定位儀等包括在內(nèi)的探測(cè)設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)控[4]；廣東省氣象臺(tái)通過(guò)軟件監(jiān)控雷達(dá)的報(bào)警日志，報(bào)警信息通過(guò)139郵箱發(fā)送到保障人員手機(jī)上，并附有短信提醒[5]；廣西氣象技術(shù)裝備中心依托其信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與監(jiān)控運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省雷達(dá)機(jī)房動(dòng)力環(huán)境的監(jiān)控[6]。對(duì)雷達(dá)各類(lèi)運(yùn)行信息的監(jiān)控已成為雷達(dá)保障業(yè)務(wù)工作中不可或缺的一部分，針對(duì)當(dāng)前山東省雷達(dá)業(yè)務(wù)的實(shí)際情況和未來(lái)工作不斷發(fā)展與推進(jìn)的需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用于山東省新一代多普勒天氣雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的業(yè)務(wù)系統(tǒng)很有必要，這便于保障人員實(shí)時(shí)查看與了解雷達(dá)運(yùn)行狀況，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，可有效提高工作效率。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

山東省各雷達(dá)臺(tái)站的雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)及相關(guān)報(bào)警信息會(huì)上傳到省局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)包含發(fā)射機(jī)峰值功率、噪聲溫度、發(fā)射機(jī)溫度、濾波前后功率等，報(bào)警信息則是當(dāng)雷達(dá)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)其系統(tǒng)內(nèi)部生成的信息，如：人工線過(guò)壓、頻綜本振源故障、波導(dǎo)開(kāi)關(guān)故障等。利用Python開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了新一代多普勒天氣雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)軟件登陸連接數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，讀取的數(shù)據(jù)與信息被實(shí)時(shí)顯示在系統(tǒng)的可視化界面中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看各雷達(dá)站運(yùn)行情況并及時(shí)處理報(bào)警的功能，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

2.數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于新一代多普勒天氣雷達(dá)的狀態(tài)數(shù)據(jù)主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是S波段雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)，另一類(lèi)是C波段雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析得到各數(shù)據(jù)所表示的含義，鑒于數(shù)據(jù)種類(lèi)較多，只選取數(shù)據(jù)庫(kù)中部分?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容及其含義進(jìn)行描述，見(jiàn)表1、表2，該部分?jǐn)?shù)據(jù)即為本系統(tǒng)中所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)。其余數(shù)據(jù)不再一一贅述。

表1 S波段雷達(dá)部分狀態(tài)數(shù)據(jù)及含義

表2 C波段雷達(dá)部分狀態(tài)數(shù)據(jù)及含義

數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于報(bào)警信息的表有3個(gè)，分別是報(bào)警信息庫(kù)、S波段雷達(dá)報(bào)警信息表、C波段雷達(dá)報(bào)警信息表。報(bào)警信息庫(kù)中主要包含報(bào)警碼、英文報(bào)警信息、中文報(bào)警信息、報(bào)警設(shè)備代碼等；兩個(gè)雷達(dá)報(bào)警信息表中主要包含雷達(dá)站站號(hào)、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警碼等。通過(guò)這3個(gè)表，可將每個(gè)雷達(dá)出現(xiàn)報(bào)警狀況時(shí)的報(bào)警信息讀取出來(lái)并用作界面顯示，以供查看。表3、表4分別為數(shù)據(jù)庫(kù)中報(bào)警信息庫(kù)和S波段雷達(dá)報(bào)警信息表的部分內(nèi)容，C波段雷達(dá)報(bào)警信息表與S波段類(lèi)似，不再單獨(dú)列出。

表3 報(bào)警信息庫(kù)部分內(nèi)容

表4 S波段雷達(dá)報(bào)警信息部分內(nèi)容

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于Pycharm平臺(tái)，使用Python 3.8作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，主要由全局變量設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)連接與讀取、軟件界面設(shè)置這三部分實(shí)現(xiàn)。

3.1 全局變量設(shè)置

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需考慮全局變量的設(shè)置，將其全部放于一單獨(dú)的文件中，可被其他文件中的函數(shù)訪問(wèn)與調(diào)用，所設(shè)置的全局變量主要有數(shù)據(jù)庫(kù)連接參數(shù)、雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)變量、雷達(dá)報(bào)警數(shù)據(jù)變量以及數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)語(yǔ)句。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)連接與數(shù)據(jù)讀取

Python連接SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)需用到pymssql擴(kuò)展包，該包是實(shí)現(xiàn)雙方交互的驅(qū)動(dòng)程序，利用pymssql中的connect()函數(shù)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，由cursor()函數(shù)獲得一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象，該對(duì)象可以用于向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求并獲取結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)連接后，使用SQL語(yǔ)句分別讀取S、C波段雷達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，execute()函數(shù)來(lái)執(zhí)行SQL語(yǔ)句，獲取10個(gè)最新時(shí)段的數(shù)據(jù)，將獲取的狀態(tài)數(shù)據(jù)與其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)含義共同形成字典用于界面顯示。

雷達(dá)發(fā)生故障出現(xiàn)報(bào)警情況時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)根據(jù)所發(fā)生的故障報(bào)警情況生成對(duì)應(yīng)的報(bào)警碼，每個(gè)報(bào)警碼都有其對(duì)應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容，根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)雷達(dá)報(bào)警信息表中的報(bào)警碼，聯(lián)合報(bào)警信息庫(kù)查詢(xún)每個(gè)臺(tái)站雷達(dá)出現(xiàn)故障報(bào)警的時(shí)間、報(bào)警中英文含義、報(bào)警設(shè)備代碼提示等信息，同時(shí)將報(bào)警數(shù)據(jù)與其所對(duì)應(yīng)的含義形成字典并顯示在可視化界面上，通過(guò)這些報(bào)警信息，臺(tái)站人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，根據(jù)中文報(bào)警內(nèi)容和設(shè)備代碼提示可有效得知故障原因并準(zhǔn)確定位故障位置。

3.3 軟件界面設(shè)計(jì)

軟件界面主要分為菜單欄與信息顯示區(qū)兩部分，軟件主界面見(jiàn)圖2。

如圖2所示，信息顯示區(qū)設(shè)有“雷達(dá)站”和“時(shí)間”兩個(gè)下拉菜單，分別用于選擇顯示不同雷達(dá)站的數(shù)據(jù)與不同時(shí)間的數(shù)據(jù)。界面中顯示各臺(tái)站的雷達(dá)狀態(tài)數(shù)據(jù)與報(bào)警信息，默認(rèn)情況下的顯示方式為每個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)交替循環(huán)顯示，每站之間的顯示時(shí)間間隔可在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”中設(shè)置，當(dāng)通過(guò)雷達(dá)站下拉菜單選中某一站名時(shí)，界面中將停留顯示該站數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)擊“恢復(fù)自動(dòng)刷新”按鈕即可恢復(fù)各臺(tái)站數(shù)據(jù)的依次播放。

圖2界面中S波段雷達(dá)的數(shù)據(jù)根據(jù)其數(shù)據(jù)含義被劃分為16類(lèi)，分別是：雷達(dá)信息、運(yùn)行狀態(tài)信息、噪聲電平檢查、溫度、發(fā)射機(jī)和天線功率檢查、譜寬檢查、AGC幅度檢查、雜波抑制檢查、系統(tǒng)噪聲溫度、發(fā)射率檢查、AGC相位檢查、雷達(dá)常數(shù)、速度檢查、KD標(biāo)定、IQ信息、報(bào)警信息，C波段雷達(dá)數(shù)據(jù)根據(jù)其特點(diǎn)同樣被做了分類(lèi)。

菜單欄包含“文件”、“設(shè)置”、“關(guān)于”，“文件”中設(shè)有“數(shù)據(jù)庫(kù)連接”、“斷開(kāi)連接”、“保存當(dāng)前信息”功能，通過(guò)“保存當(dāng)前信息”可將當(dāng)前界面信息以json文件的方式存儲(chǔ)下來(lái)，用于后續(xù)的分析與查看；“設(shè)置”中的“數(shù)據(jù)庫(kù)連接設(shè)置”用于在此輸入數(shù)據(jù)庫(kù)的IP地址、用戶(hù)名、密碼，系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)以此連接數(shù)據(jù)庫(kù)，在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”中可對(duì)不同雷達(dá)站數(shù)據(jù)在界面上的顯示時(shí)間間隔做設(shè)置，還可設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)的手動(dòng)或自動(dòng)連接；“關(guān)于”菜單中對(duì)開(kāi)發(fā)者做了相關(guān)介紹。圖3為菜單欄中部分功能界面。

圖3 菜單部分功能界面

4.業(yè)務(wù)應(yīng)用情況

對(duì)系統(tǒng)在實(shí)際業(yè)務(wù)中的應(yīng)用情況做了測(cè)試，將系統(tǒng)軟件界面中各雷達(dá)臺(tái)站的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)比較，結(jié)果一致，表明數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類(lèi)數(shù)據(jù)與信息都得到了正確的讀取并在界面中顯示無(wú)誤，應(yīng)用過(guò)程中，軟件其余各項(xiàng)功能也均可正常使用。

除此之外，應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了個(gè)別雷達(dá)臺(tái)站出現(xiàn)報(bào)警的情況，報(bào)警信息如圖4所示，與雷達(dá)臺(tái)站聯(lián)系后確認(rèn)報(bào)警無(wú)誤，圖4中報(bào)警提示：速度/譜寬檢查變壞，根據(jù)設(shè)備提示RSP可知雷達(dá)信號(hào)處理器出現(xiàn)問(wèn)題，與臺(tái)站溝通后，按照雷達(dá)定標(biāo)維護(hù)等要求，對(duì)該問(wèn)題及時(shí)做了處理，目前雷達(dá)已恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖 4 雷達(dá)報(bào)警信息

5.結(jié)語(yǔ)

新一代多普勒天氣雷達(dá)在氣象領(lǐng)域已經(jīng)得到了很大的推廣應(yīng)用，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的日益發(fā)展，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它仍將會(huì)是主要的氣象探測(cè)手段之一。山東省重視新一代多普勒天氣雷達(dá)在省內(nèi)的部站、組網(wǎng)與拼圖，未來(lái)仍然會(huì)有新雷達(dá)投入使用的可能性，根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了新一代多普勒天氣雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高了雷達(dá)保障效率，省局人員可通過(guò)軟件實(shí)時(shí)查看全省各臺(tái)站雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)警信息的加入有助于提高保障人員的故障維修能力，系統(tǒng)目前運(yùn)行穩(wěn)定，各臺(tái)站信息均可被準(zhǔn)確接收和顯示。