自動氣象站實時監控系統的研究與設計

■韓貴香

（山東省博興縣氣象局山東濱州256500）

自動氣象站實時監控系統的研究與設計

■韓貴香

（山東省博興縣氣象局山東濱州256500）

系統的研究與設計實現了對全區自動氣象站的實時監控，具有價格低廉、體積小巧、操作便捷、實用性強等特點。自動氣象站實時監控是自動氣象站站網自我維護保障系統，通過實時監控，可以隨時發現數據異常現象，并根據數據異常情況進行科學分析，作出系統故障預警，通過網絡終端通信將故障信息發送到自動站技術維護部門。技術人員可以根據自動站提供故障信息，及時對故障進行處置，確保自動氣象站正常運行。鑒于此，本文對自動氣象站實時監控系統的研究與設計進行了分析探討。

自動氣象站數據庫訪問質量控制自動監控

1 系統功能的總體設計

在上層軟件設計中，論述了數據質量控制理論和系統開發中的數據庫查詢優化技術。然后對自動站上傳的氣象要素值進行邏輯分析，即當前要素值存在且出現在合理范圍內時，則認為設備運行正常；反之，如果檢查出要素值缺測或超越常規值，達到示警條件時，異常信息自動在監控系統中告警提示，從而體現了整個系統的監控能力。

按照區氣象局對測報業務的相關規定，國家級自動氣象站正點后10分鐘內（區域自動氣象站正點后15分鐘內），正點數據必須上傳到區氣象局中心站服務器上，否則數據計逾限，在本系統設計中計缺測。系統首先加載站點信息配置XML文件，然后以此信息去檢索服務器中的數據，進而分析數據。其中，數據的檢查分析是本系統功能的核心，包括獲取當前整點小時數據與數據的對比、過濾與提取。最后對整點數據出現缺測或超越常規值時，將站點信息、站點號等編碼后發送到監控報警系統。

2 下位機監控系統設計

2.1 下位機硬件設計

硬件系統的處理器選用當前非常成熟的STC90C51系列單片機，它具有高速、低成本、兼容性極好的特點，可以在3．3～5．5V范圍內正常工作，工作頻率范圍0～40MHz，具有豐富的FLASH應用程序空間與1280字節的片上RAM，支持ISP與IAP等優點。為提高液晶的顯示刷屏速度且要求與上位機串口通信的穩定性與可靠性，該系統選用的晶振頻率為22．118 4MHz。上位機與下位機通信中，利用上位機通用的USB接口向下位機發送數據。USB轉串口芯片選用CH340T，該芯片具有與WindoWs操作系統上的串口應用程序完全兼容、可以直接將USB轉換TTL信號且外圍元器件簡單的特點。

2.2 下位機軟件設計

在程序開始時，首先初始化液晶與串口，然后開啟串口中斷進入死循環，偵聽串口是否接收到數據。當下位機偵聽到數據傳來時，通過其首字符是否是“＆”，來判斷是否是上位機發來的自動氣象站異常信息。如果是“＆”則將接收標志位置“1”，等待接收自動站異常信息；若有數據傳來，則將接收到的數據存儲到異常信息數組中；若再接收到字符“＆”時，將接收標志位清零，數據接收完成，并將存儲到數組中的異常信息顯示到液晶屏上，并發出報警警告。

3 系統實現

3.1 開發工具及開發環境

該系統采用VisualStudio2010在XP系統下開發。VisualStudio2010是微軟推出的一款.NET平臺上的經典開發工具。它具有以下特點：功能強大，高效靈活的全新IDE，開發效率高，代碼質量高，支持VisualBasic、VisualC#、VisualC++、VisualF#4種程序語言，支持Azure平臺，強化云計算能力，提升并行計算，應對多核趨勢。

3.2 完善數據庫

中心站接收的數據已經進行入庫處理，其數據統一存儲，數據庫系統使用的是SQLServer2000。然而，它沒有按行政區劃區分各縣市的站點，只是按站號（主鍵）統一存放流水數據。為此，監控平臺在現有數據庫中新增3個表，分別是station表、county表、sc_map表。station表用于存放站點信息，其鍵值有自動編號（主鍵）、站號、站名、地址等，coun-ty表用于存放本市各行政區劃單位值，其鍵值有編號（主鍵）、名稱、所屬市等，sc_map表用于存放站號與行政區劃單位編號對映關系的值，其鍵值有ID號（主鍵）、站號、coun-tyID等。由此關聯3表，對于任意站號（唯一值）都可確立其所屬行政區劃單位。

3.3 站點狀態信息與中心站同步功能

由于中心站軟件沒有提供站點的心跳信息文件，故站點的狀態信息難以掌握。這里以站點發送給中心站的數據為切入點，進行分析。基于區域自動站每5分鐘向中心站發送一次數據，監控系統以5分鐘為時鐘周期T，在T+1分鐘時進行數據檢測，如果檢測到自動站發送回來數據，則將該站點標注為正常連接，并且標注第一次正常連接的時間戳，如果沒有檢測到自動站發送回來數據，則將站點標注為斷開連接，并標注斷開連接時間戳，同時通知維護人員該站點出現故障，維護人員可以及時出動維護。因此，理論上講監控平臺頁面上顯示的站點信息狀態比中心站滯后一分鐘，而且如果碰到網絡堵塞導致中心站接收數據滯后，還會有一定的誤差，但基本上已經與中心站同步。

3.4 站點空間分布圖

以市縣為單位，每個單位一個頁面，在行政區劃圖上對應標注各站點位置。每個站點默認顯示雨量數據，雨量數據以前一天20點至當天20點為起止時間，循環累計顯示至當前時間的數據，并且用戶可以設置數據告警臨界值，雨量值默認告警值為50，超過50的數值將被標識為紅色，以便監控人員引起警覺。

4 結束語

本設計側重數據的實時監控與分析，充分利用XML結構的簡單而高效的特點，通過．NET技術獲取中心站的自動氣象站基礎數據，然后對數據進行分析，過濾，對異常站點信息進行自動獲取存儲，并將異常數據信息編碼后發送到下位機。在下位機中實現異常數據信息的液晶顯示與聲光系統綜合報警功能。

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P41[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-422-1