氣象無人站的實時監控和故障診斷

■張建春 索郎江措

（昌都市氣象局 西藏昌都 854000）

氣象無人站的實時監控和故障診斷

■張建春 索郎江措

（昌都市氣象局 西藏昌都 854000）

自動氣象站的監控對于區域大面積自動氣象站、遙測自動站等的管理至關重要，本文以實際監控系統開發經驗為基礎，介紹國內無人值守自動氣象站的監控、維護原理及技術，以某省監控系統為例闡述了基于.NET和GIS技術的監控系統對自動站觀測資料實施監控和故障站點檢測的原理，從而促進自動氣象站監控系統的建設，進一步提高自動站數據傳輸的可靠保障。

氣象無人站實時監控監控系統NET和GIS故障檢測

0 前言

氣象無人自動站是氣象部門為了拓寬氣象觀測而采用的一種技術手段，隨著現代氣象業務的發展，國家對于氣象現代化不斷加大投入，同時各類軟件硬件技術也較為成熟，特別是無線通訊網絡在全國已近乎全范圍覆蓋，開發無人自動氣象站的條件都比較成熟。目前國內已經多省市建成應用了無人值守的自動氣象站，實現了探測當地溫度、氣壓、風速、降水等氣象要素的自動化工作，隨著自動氣象站的普及，如何管理監控好這些現代化設施成為目前迫切需要解決的問題。

1 氣象自動站數據傳輸

氣象自動站包含了諸多遙測自動站、區域自動站、無人自動站及一些島上自動站等，自動氣象站提高了氣象觀測的時空密度和氣象服務的高效準確性，通常遙測站是建設在市縣內部，主要基于寬帶網絡傳輸數據，是性能比較穩定可靠的，實踐同樣表明其數據傳輸錯誤率是非常低的。區域自動站采用了無線網絡傳輸，基于GPRS的專網形式，具有較高安全性和準確性，然而站點運行中硬件缺乏有效監控導致的較高故障率是需要解決的問題。無人自動站采用了APN無線傳輸方式或者北斗衛星傳輸方式，許多無人自動站往往建設在較為環境惡劣的地方，如海島之類，由于受到環境因素影響往往出現設備腐蝕、供電不足等情況，因此它們的數據報文傳輸監控、設備故障檢測及故障告警等都是需要進一步解決的問題。為此，亟需建立有效的監控系統，提高自動站數據傳輸質量及設備運行穩定性。

2 自動氣象站監控系統的主要功能

氣象自動站監控系統必須具備以下基本功能：

（1）對自動站的實時監控，即以網絡形式對正點、10min加密數據等進行實時監控，對運行不正常的站點出示警告，氣象系統人員通過監控系統能實時了解站點的數據情況。

（2）對于發回的自動站報文回執要進行分析并建立數據庫，系統中必須同時顯示各個站點到報、缺報及逾期未報的情況，要實現對氣象站點-氣象信息中心-國家氣象局三級一體數據傳輸的全過程實時監控。

（3）系統中必須具備告警模塊，基于短信或者3G網絡傳輸形式告知技術人員故障站點的信息情況，一旦站點報文未及時則會發出告警信息到站點值班手機或其他終端設備。

（4）以GIS地圖、Google地圖形式呈現各個區域站點的數據采集情況。

3 實時監控系統的設計

3.1 質量控制與故障診斷

質量控制是實時監控的重要過程，其主要目的是檢查觀測數據質量是否達到要求，找到錯誤數據、缺陷可以數據，并進行標識或更正。無人自動氣象站主要觀測氣象六要素：濕度、溫度、風向、風速、雨量和氣壓，因此需一次對數據進行檢查，通過質量控制的數據則為可信數據，否則列為可疑的并對其進行針對處理。具體可對數據進行內容檢查、時效性檢查、內部一致性檢查、時間空間一致性檢查等。

對氣象站監測要素進行質量控制，一旦發現可疑問題通常是由設備問題引起，設備故障必然引起數據的不可信。自動氣象站故障診斷方法主要還是以人工診斷為主。自動氣象站出現的故障通常分為兩類，一類是傳感器測量精度下降，主要是由于傳感器性能下降引起，另一類是自動站工作不正常，自動采集、計算處理、數據傳輸等出現問題，可能是由于多種因素造成。通常設備的故障可以根據信息流診斷、要素關系診斷、狀態診斷、數據連續性診斷等方法進行判別。

3.2 監控系統設計

自動監控系統的設計應繼承各種質量控制方法和故障診斷技術，采用模塊化設計，使用.NET技術、SQL Server、GIS和API等，開發語言采用Visual C#，主要構成包括自動站監控模塊、GIS模塊、故障告警模塊、自動站監控Web模塊等構成，具體結構如圖1所示。

圖1 自動氣象站監控系統結構

自動站監控模塊是系統的主要構成，對氣象站數據進行全面監控，實施處理各數據庫數據，并在系統界面詳細呈現，供值班人員實時了解站點異常情況。GIS模塊則以地圖形式直觀地顯示當前站點狀態，通過矢量地圖形式對未到報站點等異常情況進行告警，結合API技術可以清晰地了解站點的位置、數據狀態和其他信息。無線通訊發送模塊是主要經GSM或3G網絡通信設備，進行信息的發送接收，并建立故障信息發送數據庫。對于超過24小時未發送報文的站點或傳輸數據診斷為故障的，即視為故障點，則發送報障信息到相關負責人的通訊終端。其他模塊還包括數據監控Web模塊、回執數據庫入庫模塊等，主要以Web形式提供用戶了解自動站信心的平臺。

4 總結

本文深入分析了現代化無人氣象自動站的數據傳輸結構，通過質量控制及故障診斷方法的引入，了解了氣象自動站實時監控系統的結構。現代化的氣象監控系統可以對諸多無人氣象站等觀測數據進行實時監控，基于相關技術的診斷，若發現異常情況系統也可通過無線通訊方法發出告警信息，供技術人員進行故障排查并解決，提高了無人自動站點的使用性和有效保障性。

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