風廓線雷達2017至2018年運行狀態評估①

周薇 郭澤勇

摘 ? 要：為實現風廓線雷達故障的快速定位和維修工作，給出全面、準確和客觀的評估，為設備保障、災害監測和準確預報等方面提供更優質的服務。本文基于2017年8月1日至2018年7月31日的風廓線雷達維護維修數據，通過獲取風廓線實驗站點和納入監控站點的75部風廓線雷達的運行指標進行評估分析，得到風廓線雷達總體業務運行指標及典型故障的分布特征等結論，以促進和推動我國風廓線雷達的維修能力和規范化管理，提升綜合氣象觀測系統管理效能。

關鍵詞：大氣探測 ?風廓線雷達 ?運行狀態 ?評估

中圖分類號：S12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0131-02

綜合氣象觀測系統是我國當前氣象觀測行業主流的氣象數據來源和獲取渠道[1]。中國氣象局氣象探測中心負責研發的綜合氣象觀測系統運行監控平臺（ASOM），建立了對氣象雷達、探空系統和國家級自動氣象站的監控保障功能，提供了可資原共享的數據平臺[2-5]。截至2018年底，全國風廓線雷達納入業務網監控共75部，主要包括3km風廓線雷達（L波段，1270～1375MHz）、8km風廓線雷達和16km風廓線雷達（P波段，445MHz）。

風廓線雷達網的建立彌補了常規高空探測站網空間密度和觀測時次上的不足，在中小尺度災害性天氣的監測和數值預報模式中對短時風場預報誤差的減小發揮了重要作用，然而在建設和運行過程中發現的一些新的問題也給風廓線雷達的監控和維修等保障工作帶來了困難[6-8]，主要表現在以下一些方面：

（1）現有風廓線雷達生產廠家多，主要有安徽四創電子股份有限公司、北京敏視達雷達有限公司、南京恩瑞特實業有限公司和中國航天科工集團第二研究院23所共4家公司，型號和部件不統一，系統結構不一樣，其產生的狀態和參數也都不一致，文件的格式也不統一，甚至缺乏必要的參數信息，這些問題引起數據解析解譯困難，無法提供雷達故障定位和運行狀態信息，造成監控功能無法實現;

（2）基于風廓線雷達數據的質量控制僅依托于觀測數據而缺乏與設備運行狀態結合檢驗，這樣得出的質控結果不夠全面、準確和客觀;

（3）目前未實現對風廓線雷達的運行監控工作，缺乏有效的評估方法和評估指標，對其業務運行能力無法進行客觀準確評估，難于了解設備運行的實際情況。

由此可見，通過獲取必要的運行狀態信息，實現故障的快速定位和維修等工作，給出全面、準確和客觀的評估，為設備保障、災害監測和準確預報等方面提供更優質的服務，有助于促進和推動我國風廓線雷達系統結構、系統軟件及設備參數的規范化管理。

1 ?風廓線雷達原理

風廓線雷達按照其設備系統結構，一般可分為天線分系統、發射分系統、接收分系統、信號處理分系統、監控分系統、標定分系統、通訊分系統、數據處理及應用終端分系統、電源（配電）分系統這九大分系統，按照多樣化需求，部分風廓線雷達還包含RASS分系統，每一分系統中按照其功能結構，又可分為功能單元組，每一功能單元組下面包含若干最小可更換單元。風廓線雷達的所有分系統的所有最小可更換單元即構成了一套完整的、可運行的雷達系統，其工作原理框圖，見圖1。

2 ?風廓線雷達評估方法及評估指標

結合風廓線雷達維護維修情況，不考慮產品文件質量情況下，綜合提出風廓線運行狀態監控評估指標：業務可用性。業務可用性是系統能工作和不能工作有關的一種可用性參數，考察設備的實際可用能力，用Ao表示[9]（式1）。此處設備維護、巡檢及可能遇到的一些特殊停機時的關機狀態按設備可用處理。

（1）

其中：

Ton為風廓線雷達系統正常、系統可用兩種狀態的時間代數和;

Tpm為風廓線雷達進行業務維護、巡檢等處于待機狀態的時間;

Ts為業務規定的特殊停機時間，如：配套設施（設備）維修、雷達站搬遷和電磁環境檢測等工作開展期間的停機;

Tt為業務規定的觀測時間，由于風廓線雷達業務規定為24h不間斷工作，所以此處為24h。

3 ?評估結果分析

3.1 評估時間段

2017年8月1日至2018年7月31日，一整年。

3.2 納入監控站點評估情況分析

目前，業務上監控風廓下雷達的站點數為75部，統計所有雷達故障時長達393157min，業務可用總時長365×24×60×75即39420000min，那么業務可用性為99.0%，說明總體來說風廓線雷達的整體業務運行穩定可靠。

故障次數最多的分系統是數據處理及應用終端占45.4%，主要存在的故障現象是探測軟件卡死、電腦中毒或者藍屏，解決方法：重啟工控機解決，說明廠家探測軟件與操作系統兼容問題有待解決。

其次是通訊分系統占20.1%，主要存在的故障現象是電腦卡死、數據上傳軟件不工作，解決方法：重啟工控機解決。說明各廠家開發的傳輸軟件以及探測軟件長時間運行極易導致電腦死機，如何解決軟件不穩定帶來的頻繁停機，需要整改。

最后是發射分系統故障占14.9%，故障現象各式各樣，沒有特別頻繁的故障現象，主要是發射功率降低或者沒有。

通過各分系統故障時長和平均故障時長占比的統計，可以看出，監控分系統雖然所占故障次數不多，但是監控分系統重新恢復的時間是最長的，因此在臺站存儲備件的過程中應該加強監控系統備件的儲備工作，以便能夠大大減少解決雷達維修時長。

4 ?存在問題及分析

本研究在梳理目前已建設風廓線雷達設備結構的基礎上，基于現有運行監控業務需求，制定了風廓線雷達運行評估方法及評估指標，通過判斷風廓線雷達設備運行情況，提高風廓線雷達運行保障技術水平。

（1）風廓線雷達總體業務運行穩定可靠，業務可用率達到99%以上。

（2）風廓線雷達的主要故障在于軟件系統穩定性方面，即非硬件故障造成雷達運行停機，各廠家在這方面應該對軟件系統進行升級或者提出有效的解決辦法，達到長期無人值守的要求。

（3）風廓線雷達的硬件故障主要存在于發射系統和監控系統，各雷達站點應該加強發射系統和監控系統雷達備件的儲備，以便及時解決雷達故障。

參考文獻

[1] 孟永紅.綜合氣象觀測系統運行監控平臺（ASOM）設計[J].科學技術創新，2018（16）：81-82.

[2] 陳銳，馬興昌，任開智，等.ASOM及自動站運行監控記錄查詢分析系統工作原理[J].貴州氣象，2011，35（5）：45-46.

[3] 李大為，胡士義，張浩.綜合氣象觀測系統運行監控平臺（ASOM）業務運行實施方案[J].科技風，2015（16）：108.

[4] 姚文靜，吳航，孫尚東，等.綜合氣象觀測系統運行監控平臺（ASOM）應用[J].吉林農業月刊，2017（10）：98.

[5] 裴翀.綜合氣象觀測系統運行監控平臺（ASOM）設計[D].北京郵電大學，2012.

[6] 佚名.風廓線雷達數據處理過程及產品質量控制介紹[J].氣象水文海洋儀器，2018，35（3）：6-10.

[7] 劉超，張碧輝，花叢，等.風廓線雷達在北京地區一次強沙塵天氣分析中的應用[J].中國環境科學，2018， 38（5）：1663-1669.

[8] 佚名.風廓線雷達風場資料質量控制初探[J].氣象與減災研究，2018，41（2）：62-69.

[9] 徐鳴一，李峰，夏元彩，等.新一代天氣雷達2009-2014年運行狀態分析[J].氣象，2017，43（3）：365-372.