巫喬，朱永兵，黃少忠

（韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512026）

隨著氣象現(xiàn)代化進程的快速推進，廣東省氣象局已經(jīng)完成了雙線偏振雷達升級改造工作，達到了提高雷達觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量［1］、雷達定量估測降水準確率［2］，進一步提升了災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)警能力和短時臨近預(yù)報水平［3－5］，同時也對雷達的運行保障和資料傳輸實效提出了更高的要求。雷達保障人員曾廣宇等［6］、巫喬等［7］、羅鳴等［8］分別在雷達接收機、發(fā)射機和天線伺服系統(tǒng)等典型故障處理過程作了詳細介紹，旨在積累經(jīng)驗達到快速排除故障的目的。為實現(xiàn)雷達運行情況監(jiān)控，吳少峰等［9］利用中國移動的郵箱完成對雷達報警信息的監(jiān)控；李建勇等［10］基于SIM卡和無線MODEN開發(fā)實現(xiàn)了雷達遠程實時信息提??；郭春輝等［11］通過聲音和短信告警實現(xiàn)了對雷達運行狀態(tài)的監(jiān)控，但都欠缺對雷達數(shù)據(jù)資料傳輸情況的監(jiān)控。

為提高告警及時性和實用性，并結(jié)合業(yè)務(wù)實際，本研究通過實時提取并監(jiān)控雷達運行告警文件和資料傳輸日志，通過穩(wěn)定、安全的4G無線通信模塊實現(xiàn)電話告警，綜合實現(xiàn)了對雷達運行情況和數(shù)據(jù)資料傳輸情況的監(jiān)控和報警，對于提高雷達可用性和穩(wěn)定運行率有積極作用。

1 系統(tǒng)需求

韶關(guān)新一代天氣雷達在2016年1月升級為雙線偏振天氣雷達，根據(jù)國家局最新下發(fā)文件要求，故障出現(xiàn)后需要在1 h內(nèi)處理并上報雷達故障情況，雷達每個體掃產(chǎn)品處理系統(tǒng)（pup）產(chǎn)品和基數(shù)據(jù)傳輸日志（bst）標準數(shù)據(jù)的采集和傳輸時效均為9 min，每天需上傳的雷達資料數(shù)量多、數(shù)據(jù)量大，總量可達4G，且雷達設(shè)備運行和資料采集、傳輸連續(xù)運行時間長，因此對設(shè)備故障處理和資料傳輸時效提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，臺站有雷達pup產(chǎn)品和bst標準數(shù)據(jù)采集的聲音監(jiān)控系統(tǒng)，但欠缺雷達報警文件和資料傳輸情況的4G無線通信監(jiān)控，為避免當(dāng)數(shù)據(jù)采集成功但因為軟件或網(wǎng)絡(luò)等原因造成資料傳輸失敗時，保障人員未能及時知曉，因此研究和設(shè)計該系統(tǒng)很有必要。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

平臺主要實現(xiàn)對臺站的雷達設(shè)備運行狀態(tài)和資料傳輸情況進行實時跟蹤檢測，通過相關(guān)數(shù)據(jù)讀取，對返回的數(shù)據(jù)文件進行解析，完成設(shè)備運行情況和資料傳輸情況的監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)檢測出雷達設(shè)備運行、資料傳輸?shù)瘸霈F(xiàn)異常時，觸發(fā)報警并通過4G無線通信模塊電話提醒值班人員。

2.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)在雷達正常運行和資料傳輸過程中，利用批處理方式將rda計算機報警文件（alarm）、基數(shù)據(jù)傳輸日志（Bst）和產(chǎn)品傳輸日志（archive）實時復(fù)制到指定目錄，采用應(yīng)用編程接口進行提取，對獲取到的數(shù)據(jù)進行分析，由相關(guān)資料傳輸檢測閾值的比較來判斷是否有設(shè)備運行或數(shù)據(jù)傳輸存在異常情況，若有異常情況出現(xiàn)，上位機軟件通過4G無線通信模塊以電話形式通知值班人員。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作流程示意圖

3 系統(tǒng)平臺構(gòu)成和運行情況

3.1 系統(tǒng)平臺構(gòu)成

該平臺主要由日志拷貝程序、上位機監(jiān)控程序和通訊模塊三部分構(gòu)成。在運行平臺計算機上通過批處理（間隔2 min執(zhí)行一次）將目標計算機的相關(guān)log日志（alarm、pup、bst3類文件）復(fù)制到指定監(jiān)控文件夾monitor中，通過對指定目錄文件定期掃描，實現(xiàn)對雷達運行情況和資料傳輸監(jiān)控的目的。

1）日志拷貝。

實現(xiàn)目標文件所在計算機的文件夾共享，在監(jiān)控運行平臺服務(wù)器通過映射方式訪問目標文件，再通過批處理實時復(fù)制文件到monitor文件夾的指定目錄，等待監(jiān)控掃描。

2）上位機監(jiān)控模塊。

（1）報警日志文件alarm為雷達系統(tǒng)工作異常時RDASC觸發(fā)生成的文件，并記錄在報警的alarm.log文件中。系統(tǒng)模塊通過對Monitor文件夾中的alarm文件夾進行定期（5 min）掃描，當(dāng)alarm文件夾出現(xiàn)alarm.log文件且生成時間小于10 min時判定雷達有報警出現(xiàn)，觸發(fā)監(jiān)控報警，并記錄在監(jiān)控模塊log日志中。

（2）雷達產(chǎn)品資料通過pup軟件以ftp方式向省局服務(wù)器傳輸，每個體掃上傳36種產(chǎn)品，傳輸日志記錄在archive.log文件中。模塊通過對Monitor文件夾中的pup文件夾進行定期（5 min）掃描，當(dāng)文件夾中的archive1.log沒有生成時，或文件中的最新一行傳輸日志時間和計算機時間比較相差8 min或檢測出現(xiàn)failed字樣時，檢測認定雷達pup產(chǎn)品傳輸出現(xiàn)異常，觸發(fā)監(jiān)控報警，并記錄在log日志中。

（3）雷達標準數(shù)據(jù)資料通過RDASC軟件傳輸，傳輸日志記錄在流傳輸Bst.log文件中。模塊通過對Monitor文件夾中的bst文件夾進行定期（5 min）掃描，當(dāng)文件夾中的bst.log文件的最新一行傳輸日志時間和計算機時間比較相差8 min，檢測認定雷達pup產(chǎn)品傳輸出現(xiàn)異常，觸發(fā)監(jiān)控報警，并記錄在log日志中。

3）通信模塊介紹。

觸發(fā)監(jiān)控報警后，自動撥打值班人員電話，目前市面上主流的API電話提醒平臺的來點號碼不固定，而且容易被手機誤報成騷擾電話屏蔽，因此采用無線4G通信模塊來實現(xiàn)自動電話通知的功能。通過對log文件進行邏輯判斷設(shè)備運行和資料傳輸是否出現(xiàn)異常，電腦通過AT指令控制通信模塊運行，模塊運行流程圖如圖2所示。

圖2 模塊運行流程示意圖

通信模塊監(jiān)控代碼如下：

為響應(yīng)使用國產(chǎn)芯片主流號召，設(shè)計采用國產(chǎn)芯片，型號為 Air724UG，對比進口芯片Sim7600，更加的穩(wěn)定、安全和低成本?？紤]到模塊在射頻發(fā)射時通常會在電源上產(chǎn)生電源電壓跌落現(xiàn)象，根據(jù)模塊用戶使用手冊描述，在VBAT輸入端并聯(lián)一個低ESR的鉭電容和濾波電容，讓模塊電路運行更加穩(wěn)定。同時為了盡可能減小設(shè)備的體積，模塊外殼采用3D打印技術(shù)，選擇PLA聚乳酸塑料材料，該材料具有良好的拉伸強度和高剛度比，模塊成品尺寸為5 cm×5 cm×1.5 cm，體積較小，sim卡采用目前主流的nanosim卡，設(shè)計圖和實物圖如圖3所示。

圖3 模塊設(shè)計圖（a）和實物圖（b）

3.2 運行界面介紹

打開監(jiān)控軟件，系統(tǒng)運行界面如圖4所示，填寫相關(guān)參數(shù)，然后點擊“打開串口”，軟件將會對通信模塊自檢，測試模塊上線狀況和信號強度（自檢每半分鐘進行一次），自檢成功后，可以點擊“電話測試”對電話進行撥打測試，點擊“開始監(jiān)控”即可開始運行工作。

圖4 系統(tǒng)運行界面

3.3 系統(tǒng)運行情況

2022年1月開始，該系統(tǒng)安裝到韶關(guān)天氣雷達站進行不間斷業(yè)務(wù)運行測試，通過測試該監(jiān)控平臺各模塊均能正常使用。實際測試與應(yīng)用情況表明，該平臺能提醒值班人員及時發(fā)現(xiàn)雷達設(shè)備故障和資料傳輸異常情況，并能通過報警日志初步定位設(shè)備異常原因，有效提升了臺站設(shè)備保障時效和業(yè)務(wù)質(zhì)量。系統(tǒng)業(yè)務(wù)運行期間對雷達出現(xiàn)的異常情況均能及時告警，無漏報情況，并詳細介紹兩個典型報警案例。

例1：雷達保障人員在2022年3月14日10：15（北京時，下同）收到告警電話，日志顯示為pup資料傳輸Failed，保障人員發(fā)現(xiàn)是因為pup和rpg服務(wù)器連接失敗，導(dǎo)致未正常生成pup產(chǎn)品，在通過重啟pup軟件后恢復(fù)正常，通過查看傳輸日志，發(fā)現(xiàn)僅僅丟失10：13到10：18之間的資料。

例2：雷達保障人員在2022年4月13日22：39收到電話報警，日志顯示在22：36出現(xiàn)雷達發(fā)射機過溫報警，保障人員檢查發(fā)現(xiàn)報警原因是機房空調(diào)自保停機導(dǎo)致，經(jīng)處理后恢復(fù)正常。此類報警雷達不會停機，不影響資料采集和傳輸，但若長時間不處理會造成雷達發(fā)射機故障等嚴重后果。

本研究通過對CINRAD／SAD型天氣雷達運行和資料傳輸流程環(huán)節(jié)進行分析，設(shè)計了相應(yīng)的監(jiān)控報警系統(tǒng)，通過讀取和解析相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對臺站的雷達設(shè)備運行狀態(tài)和資料傳輸情況進行實時跟蹤檢測，完成設(shè)備運行情況和資料傳輸情況的監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)檢測出設(shè)備運行異常或資料傳輸異常時，觸發(fā)報警電話提醒保障人員及時處理，并通過log日志記錄初步定為異常原因。

對比郵箱和短信告警，本研究監(jiān)控告警選擇使用國產(chǎn)4G無線通信模塊，該功能不受網(wǎng)絡(luò)中斷等情況影響，提高了監(jiān)控時效性和實用性，運行安全穩(wěn)定。在雷達設(shè)備運行和資料傳輸出現(xiàn)異常后能及時有效提醒保障人員處理，對其他雷達臺站實際可行且具有推廣意義。