國(guó)家級(jí)觀(guān)測(cè)站無(wú)人值守監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)*

胡景波 邱杰 郁雪文 陳峰云

(1.湖州市氣象局,浙江 湖州 313000;2.溫州市氣象局,浙江 溫州 325000)

0 引 言

推進(jìn)國(guó)家地面氣象觀(guān)測(cè)站無(wú)人值守工作是加快觀(guān)測(cè)自動(dòng)化,促進(jìn)業(yè)務(wù)提質(zhì)提效的重要舉措。[1]為達(dá)到無(wú)人值守的目標(biāo),必須要改變以往以觀(guān)測(cè)員為主的觀(guān)測(cè)模式,要最大化的利用計(jì)算機(jī)完成常規(guī)的觀(guān)測(cè)工作,把觀(guān)測(cè)員定位成應(yīng)急和決策的角色,快速應(yīng)對(duì)突發(fā)情況,快速排查故障過(guò)程。[2]無(wú)人值守的情況下可以更加合理的安排業(yè)務(wù)人員的工作,使業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)更加協(xié)調(diào),進(jìn)一步解放觀(guān)測(cè)員,推動(dòng)觀(guān)測(cè)工作的規(guī)范化和現(xiàn)代化,達(dá)到一人多崗,一崗多責(zé)的目的。

覃愛(ài)金[3]、丁志平[4]介紹了廣東和廣西兩個(gè)臺(tái)站無(wú)人值守運(yùn)行的模式。參考了其他無(wú)人值守臺(tái)站的試點(diǎn)情況,發(fā)現(xiàn)很有必要開(kāi)發(fā)出適合自己臺(tái)站的監(jiān)控軟件來(lái)輔助正常的觀(guān)測(cè)工作。張偉奇[5]介紹了軟件設(shè)計(jì)模式在氣象觀(guān)測(cè)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。黃思源[6],朱長(zhǎng)樂(lè)[7]設(shè)計(jì)了可以監(jiān)控ISOS軟件的程序。龍鳳翔[8]李艷[9]、薛風(fēng)國(guó)[10]設(shè)計(jì)了可以監(jiān)控觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行情況的程序。郭方[11]、朱勍[12]分別介紹了輔助監(jiān)控軟件在機(jī)場(chǎng)氣象觀(guān)測(cè)工作中的運(yùn)用。

本文以湖州市4個(gè)國(guó)家級(jí)觀(guān)測(cè)站為基礎(chǔ),借鑒省內(nèi)其他觀(guān)測(cè)站無(wú)人化試點(diǎn)的情況,整理了無(wú)人值守情況下科學(xué)高效的觀(guān)測(cè)流程,在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出高度集成的監(jiān)控軟件。軟件采用了基于.Net Framework4.5微軟的WPF(Windows Presentation Foundation)框架,用戶(hù)界面布局更加靈活,用戶(hù)體驗(yàn)更加友好。軟件基本配置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用了Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù),更加輕量級(jí),而且不需要安裝客戶(hù)端。針對(duì)氣象要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn),讀取數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)采用了EF(Entity Framework)框架,提高了軟件的開(kāi)發(fā)效率。本軟件可在Framework4.5以上的環(huán)境中運(yùn)行。軟件功能包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、觀(guān)測(cè)流程提醒、報(bào)文上傳檢查等。本軟件的設(shè)計(jì)初衷是減輕綜合崗業(yè)務(wù)中觀(guān)測(cè)工作的壓力,讓值班員更高效的工作,避免因無(wú)人值守而造成工作的遺漏。

1 業(yè)務(wù)需求

目前的綜合觀(guān)測(cè)質(zhì)量考核不僅僅包括報(bào)文上傳及時(shí)率,還包括設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量、觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量等。造成綜合觀(guān)測(cè)質(zhì)量下降的主要原因是自動(dòng)站設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)中斷、計(jì)算機(jī)故障等突發(fā)情況,日常工作中主要依靠人工定時(shí)巡查、按時(shí)重啟計(jì)算機(jī),省級(jí)網(wǎng)絡(luò)中心電話(huà)提醒等辦法解決。但上述辦法時(shí)效性不強(qiáng),特別是夜間不守班期間,值班員不能及時(shí)收到報(bào)警通知,甚至可能造成夜間一直中斷沒(méi)人發(fā)現(xiàn)的情況。雖然集成版ISOS軟件對(duì)新型自動(dòng)站采集器、傳感器故障造成的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)缺測(cè)或異常有監(jiān)控報(bào)警功能,但存在報(bào)警方式單一、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)種類(lèi)不全等問(wèn)題,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際工作的需求。本文探討的是利用編程語(yǔ)言,設(shè)計(jì)出一個(gè)“接地氣”的集成綜合監(jiān)控平臺(tái),當(dāng)出現(xiàn)以上問(wèn)題時(shí)及時(shí)提醒業(yè)務(wù)人員采取措施。還可以對(duì)臺(tái)站各類(lèi)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)有效進(jìn)行監(jiān)控,從而提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定率、報(bào)文上傳及時(shí)率和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)可用率,極大改善由于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)而導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量下降的問(wèn)題。

2 軟件特色

2.1 軟件主界面

軟件主界面分為4個(gè)區(qū)域,分別是觀(guān)測(cè)事項(xiàng)提醒,交接班記錄,到報(bào)檢查結(jié)果和質(zhì)量控制結(jié)果。如圖1,軟件主要功能的運(yùn)行結(jié)果均在首頁(yè)顯示。

圖1 軟件主界面

2.2 自動(dòng)站分鐘及小時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)。除了ISOS軟件自帶的質(zhì)控方案全部勾選以外,在輔助監(jiān)控軟件中增加了觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制功能。自動(dòng)站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是本軟件的主要功能之一。軟件檢查的數(shù)據(jù)來(lái)自于市級(jí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)每5 min更新一次,軟件的質(zhì)檢周期默認(rèn)設(shè)置成5 min。質(zhì)控檢查包括3個(gè)方面,第一是主要變化范圍檢查,除了常規(guī)站自帶的檢查項(xiàng)目以外,增加了小時(shí)蒸發(fā)量的最大值檢查,當(dāng)小時(shí)蒸發(fā)量大于某個(gè)臨界值的時(shí)候,軟件會(huì)提醒值班員,臨界值可以在參數(shù)設(shè)置里進(jìn)行修改。第二是空間一致性檢查,即常規(guī)站與備份站同一時(shí)間同一要素的數(shù)據(jù)對(duì)比。常規(guī)的質(zhì)量控制中進(jìn)行空間一致性檢查的要素只有氣溫,在此基礎(chǔ)上,本軟件增加了氣壓、風(fēng)速、相對(duì)濕度、地表溫度、淺層地溫(5、10、15、20 cm)、深層地溫(40、80、160、320 cm)、小時(shí)降水量等要素。第三是時(shí)間一致性檢查,即常規(guī)站前后5 min數(shù)據(jù)的連續(xù)對(duì)比,包括氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、地表溫度、淺層地溫(5、10、15、20 cm)、深層地溫(40、80、160、320 cm)等要素。圖2為數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的參數(shù)設(shè)置界面,不輸入閾值默認(rèn)不進(jìn)行該項(xiàng)質(zhì)量控制。

圖2 質(zhì)檢閾值參數(shù)設(shè)置

2.3 報(bào)文上傳監(jiān)控

報(bào)文監(jiān)控主要通過(guò)定時(shí)檢查省級(jí)傳輸目錄下有沒(méi)有本臺(tái)站規(guī)定時(shí)效內(nèi)上傳的報(bào)文,如果沒(méi)有就發(fā)出報(bào)警信息,市級(jí)短信報(bào)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該報(bào)警信息后會(huì)自動(dòng)往值班手機(jī)或指定的負(fù)責(zé)人手機(jī)發(fā)送提醒短信。圖3是軟件檢查報(bào)文傳輸狀態(tài)的流程。

圖3 到報(bào)檢查軟件流程

參數(shù)設(shè)置時(shí)可以輸入待檢查報(bào)文名稱(chēng)中含有的關(guān)鍵字符,如日數(shù)據(jù)的到報(bào)檢查可以輸入關(guān)鍵字符“DAY”。并輸入多個(gè)關(guān)鍵字符,用“,”隔開(kāi),如圖4。軟件通過(guò)參數(shù)設(shè)置的關(guān)鍵字符檢查報(bào)文的到報(bào)情況,確認(rèn)上傳目錄里是否有最新的報(bào)文。這樣可以避免之前很多軟件只能進(jìn)行一種報(bào)文檢查的局限性。觀(guān)測(cè)員通過(guò)參數(shù)設(shè)置可以設(shè)置檢查任何需要上傳的報(bào)文,除常規(guī)站的長(zhǎng)Z文件,也包括酸雨、風(fēng)廓線(xiàn)、大氣成分等其他的傳輸文件。

圖4 到報(bào)檢查參數(shù)設(shè)置

3 其他功能模塊介紹

1)參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置包括鈴聲管理、人員管理、設(shè)備管理、氣候概況設(shè)置、質(zhì)檢閾值管理、整編數(shù)據(jù)管理六個(gè)選項(xiàng)。其中報(bào)警鈴聲可以設(shè)置成語(yǔ)音合成的專(zhuān)屬提示音,使提醒更加直接。人員和設(shè)備根據(jù)臺(tái)站自身情況設(shè)置。整編數(shù)據(jù)管理和氣候概況設(shè)置一旦設(shè)置好,不允許輕易修改,作用是為了自動(dòng)形成月報(bào)表里的氣候概況描述文字。質(zhì)檢閾值管理中主站和備份站差值的報(bào)警閾值需要臺(tái)站根據(jù)自身情況設(shè)置,沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。主站數(shù)據(jù)的連續(xù)變化報(bào)警閾值根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置。

2)提醒事項(xiàng)

提醒事項(xiàng)類(lèi)似于鬧鐘,事先設(shè)置好每一步觀(guān)測(cè)流程的時(shí)間,到了對(duì)應(yīng)的時(shí)間就會(huì)提醒,值班員必須手動(dòng)點(diǎn)處理按鈕才會(huì)停止鬧鐘。軟件執(zhí)行提醒事項(xiàng)的流程如圖5所示。

3)氣候概況

增加這一功能的初衷是為了提高臺(tái)站制氣候概況的效率,避免人為計(jì)算的錯(cuò)誤。通過(guò)參數(shù)設(shè)置,將當(dāng)?shù)氐恼庂Y料輸入軟件中,軟件通過(guò)讀取月報(bào)表文件里的數(shù)據(jù),自動(dòng)比對(duì)當(dāng)月氣溫、降水、雨日和日照與30 a整編資料的差距,自動(dòng)生成本月的基本氣候概況描述文字,制作人員可以在界面直接修改,如圖5,然后復(fù)制到MDOS中去。

圖5 氣候概況界面

4)巡查記錄

由于ASOM和MDOS中都要求記錄儀器巡查情況,本軟件主要以提醒為主,沒(méi)有要求更詳細(xì)的記錄,只是記錄了簡(jiǎn)單的巡查時(shí)間和巡查人,方便值班員留痕。

5)業(yè)務(wù)規(guī)定

專(zhuān)門(mén)用來(lái)存放業(yè)務(wù)規(guī)定,具有文件名關(guān)鍵字搜索功能,便于突發(fā)情況時(shí)快速找到需要的規(guī)范。

6)應(yīng)急聯(lián)系人

為了方便報(bào)告制度的實(shí)行,省去查閱電話(huà)簿的時(shí)間,提前將可能用到的電話(huà)錄入軟件中,以備不時(shí)之需。

4 實(shí)際應(yīng)用情況

該監(jiān)控軟件已經(jīng)在少數(shù)臺(tái)站進(jìn)行業(yè)務(wù)試運(yùn)行,在運(yùn)行過(guò)程中,程序的主要功能運(yùn)行良好。首先能夠完成常規(guī)的報(bào)文傳輸監(jiān)控功能,試運(yùn)行階段遇到的報(bào)文上傳中斷情況均及時(shí)發(fā)出報(bào)警。特別是在夜間不守班期間,報(bào)文監(jiān)控功能發(fā)揮了很大的作用。例如8月14日凌晨03:55湖州站土壤水分中心站軟件突然自動(dòng)關(guān)閉,造成04時(shí)整點(diǎn)文件未及時(shí)上傳,監(jiān)控軟件于4:04發(fā)出短信報(bào)警,值班員及時(shí)到達(dá)值班室處理,在規(guī)定時(shí)間之前上傳了文件,未造成逾限報(bào)。其次是雙套站數(shù)據(jù)對(duì)比效果明顯,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器故障。此外,值班員對(duì)軟件其他的功能也比較滿(mǎn)意,試運(yùn)行期間軟件制作的氣候概況與人工基本一致,未發(fā)現(xiàn)算法的錯(cuò)誤。

試運(yùn)行期間也發(fā)現(xiàn)了不足之處,參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致的誤報(bào)警時(shí)有發(fā)生,后續(xù)初步打算簡(jiǎn)化參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容。再根據(jù)臺(tái)站的需求增加一些常用的功能,使該軟件不斷優(yōu)化,進(jìn)一步滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。

5 結(jié) 語(yǔ)

按照《綜合氣象觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》的要求,在不斷改革中全面提升綜合氣象觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)水平。無(wú)人值守是一種先進(jìn)的業(yè)務(wù)運(yùn)行模式,需要更高素質(zhì)的業(yè)務(wù)人員通過(guò)更先進(jìn)的軟硬件完成所有的觀(guān)測(cè)任務(wù)。本軟件從觀(guān)測(cè)員的實(shí)際需求出發(fā),以整合碎片化的需求為目的,實(shí)現(xiàn)了一些“接地氣”的功能,操作簡(jiǎn)單,可靠實(shí)用。軟件在投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的過(guò)程中,能正常實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能,運(yùn)行穩(wěn)定,報(bào)警及時(shí),讓觀(guān)測(cè)人員能夠及時(shí)采取有效措施處理故障,有效地保證了業(yè)務(wù)工作質(zhì)量。