李四維，韓 波，張 敏，賀中華，趙文翔，阮欽飛

(湖南省衡陽市氣象局,湖南 衡陽 421001)

0 前 言

在氣象工作現(xiàn)代化、智能化、自動化的大趨勢下，地面綜合氣象觀測正高速發(fā)展[1-3]。隨之而來的是對氣象觀測裝備保障的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求?！凹捎^測裝備運行狀態(tài)在線監(jiān)控、逐級數(shù)據(jù)交換、故障自動報警、故障處理追蹤和遠(yuǎn)程控制功能”被列為裝備保障的主要任務(wù)之一。在中國氣象局《綜合氣象觀測研究計劃(2010—2020年)》重點領(lǐng)域“氣象裝備保障”中，也有“綜合氣象觀測網(wǎng)運行監(jiān)控及保障技術(shù)”的優(yōu)先主題。因此，為了緊跟綜合氣象觀測業(yè)務(wù)改革的步伐，研究氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)非常及時也非常必要。

1 傳統(tǒng)監(jiān)控方式存在的問題

①監(jiān)控平臺相對分散。氣象觀測要素繁多，氣象部門針對不同的觀測項目有不同的監(jiān)控管理平臺，如天氣雷達(dá)、氣象交通站、常規(guī)站、國家站分別有自己對應(yīng)的系統(tǒng)平臺。然而，分散的平臺對氣象觀測監(jiān)控帶來了難度，故障處理低效。

②人工監(jiān)控常有疏漏。工作人員通過訪問不同的氣象監(jiān)控平臺來查看氣象觀測數(shù)據(jù)的傳輸情況，耗時又耗力，但是監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)問題不及時、問題被忽略的情況仍時有發(fā)生。

③現(xiàn)有綜合觀測平臺的延遲性。現(xiàn)有的綜合觀測平臺氣象數(shù)據(jù)經(jīng)過觀測端至CIMISS入庫、接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)延時、程序調(diào)用后，才能實時顯示，有一定的延遲性。

④監(jiān)控對電腦的依賴性。幾乎所有的監(jiān)控平臺都是在電腦上使用的，這對于不在電腦旁邊的氣象工作人員來說十分不便。

所以，研究一個綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)是十分必要的。

2 氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計

氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)通過讀取解析CIMISS內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)文件，實時監(jiān)控觀測數(shù)據(jù)的傳輸和觀測設(shè)備的運行情況，同時通過收集歷年來各地區(qū)觀測到的歷史極值、故障和數(shù)據(jù)異常情況，建立相關(guān)要素閾值算法，對讀取的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，將異常告警信息以微信的方式推送至維護(hù)人員，保證了故障處理的及時性，確保了觀測資料的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)集成了本地區(qū)國家氣象觀測站、常規(guī)站、土壤水分站、交通氣象觀測站和新一代天氣雷達(dá)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了監(jiān)控平臺的一體化，為氣象工作人員提供了實時又方便有效的監(jiān)控。

圖1 氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)Fig.1 Design Structure of Automatic Monitoring and Alarming System for Comprehensive Meteorological Observation

此系統(tǒng)基于Win7系統(tǒng)，采用C#開發(fā)語言[4-5]，通過CIMISS統(tǒng)一的服務(wù)接口(Meteorological Unified Service Interface Community，簡稱MUSIC)和應(yīng)用編程接口(API)，從CIMISS庫里調(diào)用氣象觀測數(shù)據(jù)[6-8]，經(jīng)過算法的整理與判斷，生成告警信息，分別通過電腦端和手機(jī)端應(yīng)用來為氣象工作人員提供服務(wù)[9-10]。

2.1 電腦端

系統(tǒng)電腦端主要分為數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設(shè)置和日志管理4個部分。

數(shù)據(jù)監(jiān)控是指系統(tǒng)每個整點過后13 min從CIMISS讀取觀測資料，如果沒有讀取到，則對工作人員報警；同時，系統(tǒng)對讀取的氣象觀測數(shù)據(jù)通過算法進(jìn)行監(jiān)控，判斷氣象觀測數(shù)據(jù)是否異常，如有異常，則對工作人員報警。報警信息每小時推送1次，內(nèi)容簡單包含異常站點的所在縣市、站號、站名、異常開始時間、異常判定所屬故障類型，工作人員可以獲取當(dāng)前時段的所有報警信息。若點擊異常站點，則該異常站點的具體故障內(nèi)容可以詳細(xì)顯示在電腦端界面上，方便工作人員查看，及時進(jìn)行故障處理。在告警信息發(fā)送到電腦端的同時，它也同步到手機(jī)端進(jìn)行微信推送，使得告警信息的傳遞更為方便快捷，故障反應(yīng)時間更短，故障處理效率更高。

圖2 數(shù)據(jù)監(jiān)控界面Fig.2 The Interface of Data Monitoring

圖3 數(shù)據(jù)查詢界面Fig.3 The Interface of Data Query

數(shù)據(jù)查詢是指從CIMISS讀取觀測資料后，對其進(jìn)行分類處理，氣象工作人員可通過選擇具體的觀測時間、站點名稱對該站進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，讀取內(nèi)容顯示在程序中間區(qū)域，讀取數(shù)據(jù)為分鐘數(shù)據(jù)，間隔為5 min，方便工作人員核對數(shù)據(jù)異常情況。

參數(shù)設(shè)置模塊需要工作人員提前輸入查詢、監(jiān)控的站點資料，如站名、站號、要素等，并且提供要素異常閾值、服務(wù)器設(shè)置、要對接的CIMISS接口等參數(shù)設(shè)置，使得系統(tǒng)能正常運行。

圖4 (1)(2)參數(shù)設(shè)置界面Fig.4 (1)(2) The Interface of Parameter Setting

日志管理是指系統(tǒng)電腦端將每天的故障記錄都寫入文本文件，在本地保存，作為日后查詢、考核的依據(jù)。

圖5 日志管理界面Fig.5 The Interface of Log Management

2.2 手機(jī)端

此系統(tǒng)基于企業(yè)微信的應(yīng)用模塊，為氣象工作人員提供手機(jī)端的告警信息推送，該告警與電腦端同步，推送界面在手機(jī)微信列表里的公眾號窗口顯示。用戶提出申請加入企業(yè)微信號，申請驗證通過后，擁有告警信息接收權(quán)限，可在每個整點過后13 min接收1次告警信息。如今微信應(yīng)用廣泛，人們時常通過它來進(jìn)行聯(lián)系溝通，告警信息以微信的方式進(jìn)行推送，保證了信息接收的時效性，有利于提高故障處理的效率。而接收告警信息的權(quán)限需要驗證，確保了氣象信息、數(shù)據(jù)的安全。

微信推送內(nèi)容包含了國家氣象觀測站、常規(guī)站、土壤水分站、交通氣象觀測站和新一代天氣雷達(dá)的具體監(jiān)控情況，所以告警信息按這5項分為5個總類別，隨后在該類別下又按照不同縣市名稱分別顯示各縣市的告警情況。告警情況語句簡潔，標(biāo)有異常站點的站號、站名和故障問題，這樣，站點異常情況一目了然，極大方便了各縣市、各臺站的故障處理。

圖6 手機(jī)端微信預(yù)警信息推送Fig.6 Wechat Alarm Information Pushed on Mobile Terminal

3 氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)的應(yīng)用

2019年10月—2020年1月，該系統(tǒng)在衡陽市氣象局裝備中心進(jìn)行運行測試。測試參與人員有市裝備中心氣象維護(hù)維修人員、各臺站監(jiān)控人員、縣區(qū)氣象工作人員及衡陽鐵塔公司代維人員。

經(jīng)過測試，該系統(tǒng)各模塊均能正常使用，監(jiān)控、告警效果良好，對市、縣局的臺站維護(hù)、維修工作起到了一定積極作用。衡陽鐵塔公司經(jīng)簽約負(fù)責(zé)衡陽市222個常規(guī)站的維護(hù)、維修工作。該系統(tǒng)運行使用后，對鐵塔公司代維人員及時發(fā)現(xiàn)、處理故障有了很大的幫助，得到了他們的一致好評，對推進(jìn)衡陽氣象裝備社會化保障工作有了一定助力。

在綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)的測試應(yīng)用過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)的不足。由于該系統(tǒng)是基于CIMISS平臺而建立，一旦CIMISS平臺發(fā)生故障，或者元數(shù)據(jù)上傳至CIMISS的過程中有延遲，就會影響到該系統(tǒng)氣象資料的查詢和告警信息的推送，導(dǎo)致臺站的故障信息多報、誤報。這點將在以后的應(yīng)用中進(jìn)行改進(jìn)。

4 結(jié)論

氣象綜合觀測自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)實時監(jiān)控觀測數(shù)據(jù)入庫，有效進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，還能主動通過微信提醒氣象維護(hù)維修人員，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和數(shù)據(jù)傳輸問題，大大提高了氣象維護(hù)人員的工作效率，減少了維護(hù)、維修的響應(yīng)時間，有效解決了基層臺站業(yè)務(wù)人員有限、經(jīng)費緊張的現(xiàn)狀，降低了業(yè)務(wù)生產(chǎn)中的成本，進(jìn)一步提升了氣象裝備保障能力，對實現(xiàn)業(yè)務(wù)自動化、現(xiàn)代化，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)信息化都有重要意義。