南通市大型應急移動氣象臺系統設計研究

吳信明　吳嘉偉　鮑磊磊

摘? 要：針對南通市各種氣象災害多發的狀況，提升其應急處置的能力，構建大型、可移動氣象臺系統十分必要。本文以先進技術為導向，以科學、合理、實用為原則，提出付諸實踐的設計思路。系統由載車平臺分系統、電子信息分系統和綜合保障分系統，外加固定衛星地面站四部分構成。一旦有應急處置需要，合二為一的“氣象臺”及“指揮所”將迅速移至指定位置，展開相關工作。

關鍵詞：應急移動氣象臺;載車平臺;電子信息系統;綜合保障系統

中圖分類號：TP311.52 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）23-0009-03

Design and Research of Large Emergency Mobile Meteorological Station

System in Nantong City

WU Xinming，WU Jiawei，BAO Leilei

（Nantong Meteorological Bureau，Nantong? 226006，China）

Abstract：In view of the frequent occurrence of various meteorological disasters in this city，it is necessary to improve its emergency response capability and build a large-scale and mobile meteorological observatory system. In this paper，guided by advanced technology and based on the principles of science，reasonableness and practicality，the design idea of putting it into practice is put forward. The system consists of vehicle platform subsystem，electronic information subsystem and integrated support subsystem，and external reinforcement of fixed satellite ground station. Once the emergency response needs，the integrated “meteorological station” and “command post” will be quickly moved to the designated location to start related matters.

Keywords：emergency mobile meteorological station;car platform;electronic information system;integrated support system

0? 引? 言

南通市濱江臨海，每年臺風、暴雨、干旱、寒潮、大風等氣象災害和次生災害頻現，短時超強降水、龍卷風等局地性天氣事件時有發生。隨著經濟社會的發展，南通市全域，特別是沿江、沿海范圍，對氣象服務的精準度要求越來越高。為此，加強應對各種氣象災害及事件的應急響應和處置能力，構建南通市大型應急移動氣象臺系統十分必要。

1  系統功能和設計原則

1.1? 系統功能

系統具有兩大功能。從氣象業務意義上講，大型應急移動氣象臺具有一個標準化的氣象臺的所有業務能力。從各類災害的應急處置上講，它是一個現場指揮平臺。這兩大功能，通過以下八項子功能來具體實現。

（1）4G（5G）通信功能：采用4G通信，構建計算機網絡，融入公網和國家氣象內網，實現各類數據的傳輸與共享。4G通信是本系統的主要通信方式。待5G通信商用，系統提供5G擴充升級。

（2）衛星通信功能：通過亞洲九號衛星轉發器，建立衛星鏈路，實現衛星通信功能。衛星通信是本系統的備用通信方式，在現場4G通信不可用的情況下啟用該通信，其帶寬不小于2Mbps，基本實現4G通信方式下的所有功能。

（3）氣象數據采集及分析功能：實時監測現場溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量等氣象要素。通過自動分析，發出實時警報、預警，提供決策參考依據。

（4）氣象預報服務功能：現場業務操作平臺是全市氣象業務網的一個網絡節點，配備有標準化氣象臺的所有業務軟件，共享大數據，分析、生成各類氣象預報，生成并分發氣象服務信息。

（5）網間互聯功能：車載有線、無線局域網絡，在車內及車周圍百米內進行網絡覆蓋。本應急移動氣象臺與縣級等其他移動氣象臺間進行互聯，與省、市局指揮中心間進行互聯。

（6）視音頻會商（會議）功能：與各級氣象會商室、應急指揮中心、其他移動氣象臺等網間節點之間進行實時視頻會商（會議）。

（7）衛星語音通話功能：在衛星通信模式下，構建衛星電話系統，與普通電話、手機建立通話。

（8）標準會議室功能：利用大型應急移動氣象臺的擴展方艙，構建可容納20人的現場會議室。

1.2? 系統設計原則

依據系統功能，確定設計的如下原則。

（1）先進性。包括技術和功能的先進性，采用最新通信、網絡、計算機、氣象業務系統、大型車輛改裝等技術，打造國內先進、全省領先的大型應急移動氣象臺系統。

（2）標準化。采用標準化設施、設備。在網間互聯、大數據共享、硬軟設施及接口配套等方面符合標準化或行業公認的要求。

（3）可靠性。在內陸和沿江、沿海等地點的任何氣象條件下，整個系統工作穩定、可靠。

（4）安全性。在行駛和駐地過程中，在惡劣的條件下，確保車輛、設施和人員的安全。

（5）可擴展性。系統中的各個功能部分，特別是在通信、網絡、氣象業務等方面，在確保整體結構不受影響的前提下，可按需擴展或增加系統功能，滿足最新技術的應用要求。

2? 系統設計

南通市大型應急移動氣象臺系統由市級應急移動氣象臺和衛星地面站組成，如圖1所示。

2.1? 載車平臺分系統

2.1.1? 車輛底盤

選用奔馳2536L二類底盤作為運載車輛，為6×6全時驅動方式，有較好的越野性能和可靠的動力性能，既便于在通常路面行駛，又滿足擴展方艙安裝和系統設施、設備集成。車身尺寸為11.256m（長）×2.5m（寬）×3.481m（高）。前輪距離為2.036m，后輪距離則為1.804m，發動機型號則為奔馳OM501LA，V型6缸渦輪增壓中冷智能控制柴油發動機，排量11.946L。在車輛總重量達到40t時，爬坡性能為39.0%，設計最高車速為112km/h。

2.1.2? 擴展方艙

在車輛底盤上安裝雙側拉（兩邊各1m）擴展方艙，艙體尺寸為4.9m（長）×2.5m（寬）×2.2m（高）。在與艙體對應的底盤下方四角各安裝1支液壓支腿，以保障車輛在工作時的平穩。在車體右側安裝一套手動抽拉式登艙梯，登艙梯收起后可鎖緊。在車體后部左右兩側設置空調通風窗和發電機通風窗。在車體后部設置帶有鎖緊裝置的空調檢修門和發電機檢修門。在車體后上部中間位置安裝倒車攝像機。車體后端下方設置防撞梁，在防撞梁上安裝汽車轉向燈、霧燈和行車照明。

在艙體前端和后端安裝照明燈和攝像機。在車頂整體鋪設鋁合金防滑板，四周安裝不銹鋼護欄。在艙頂平臺中部安裝4只號角揚聲器，分別朝向4個方向;在艙頂平臺合適位置安裝超短波吸盤天線。在艙頂后部安裝一套1.5m衛星天線。在車尾背負式安裝1根10m電動升降桿，用于安裝現場氣象要素探測傳感器。

方艙雙側拉擴展后，內部是20人位的小型標準會議室（會商、指揮區），簡潔、美觀。

2.2? 電子信息分系統

2.2.1? 視頻會商子系統

子系統包括信息采集、指揮控制子系統。關鍵設備選用寶利通高清視頻會議終端PolycomHDX 8000-720P，含4點MCU，配EagleEye高清攝像機以及索尼H100S車內攝像機。

會議室（會商、指揮區）配備1臺65寸主顯和2臺32寸輔顯、高保真話筒和音響設施。。

2.2.2? 通信子系統

（1）衛星和4G通信。大型應急移動氣象臺系統設計以移動4G（可升級5G）通信為主，衛星通信為備的方式。

一是經過市局固定衛星地面站，鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛4號-中網衛星主站-亞衛4號-市局固定衛星地面站-地面站路由-市局內網。此方式可在移動4G和地面專線均不正常的緊急情況下啟用，實現移動氣象臺和市局之間的網絡通信。

二是不經過過市局固定衛星地面站，鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛4號-中網衛星主站-中網與省局的地面專線-省局機房路由-氣象內網-市局內網。此方式可在移動4G不正常，但所有地面專線正常時啟用，實現移動氣象臺和市局之間的網絡通信。

三是SCPC點對點鏈路。以上兩種鏈路方式采用的是星狀網衛星通信模式，若采用SCPC點對點衛星通信模式，其鏈路為：移動氣象臺天線-亞衛4號-市局固定衛星地面站-地面站路由-市局內網。此種方式使用條件與第一種星狀網方式相同，但由于信號是單跳傳輸，固信號時延小，其即開即用性稍差一些，衛星租用費用稍高些，供權衡采用。

（2）超短波集群。超短波集群的主要作用是負責以應急移動氣象臺為中心的現場無線語音通話任務。系統配置了超短波車載臺和手持式對講機，可確保短時間內在應急現場形成小型的機動通信網，通信示意圖如圖2所示。超短波車載電臺之間的通信距離應在15km以上，手持對講機與車載臺的通信距離則應在1km以上。需要引起注意的是超短波車載電臺與手持對講機之間可以組合成網狀網。車載站電臺發射信息時的功率在25W左右，頻率范圍則在450～470M之間。可在車載站上配置多個手持對講機。超短波集群的組成包括車載臺、手持機。車載、手持機配合使用，也可以與其他政府部門互聯互通，可進行單點私密呼叫，或者加入群組廣播。

2.2.3? 計算機網絡子系統

子系統配置了計算機、多功能辦公一體機等辦公設備，用于系統內的信息處理、操作控制、各類軟件運行、數據存儲等。配置硬盤錄像機等信息存儲設備，對傳輸到系統內的圖像/聲音信號進行記錄存儲。配置衛星、有線通信設備、路由器等對外連接設備，方便車內網絡系統與外界其他網絡系統的互聯互通。

2.2.4? 氣象探測子系統

子系統主要由車載自動氣象站構成。該站含氣壓、氣溫、相對濕度、風向、風速和降水量六個氣象要素傳感，對這些現場數據進行實時監測并處理分析。氣象站主要由四部分組成，分別為傳感器、采集器、微機系統和供電系統。傳感器獲取現場區域內的模擬氣象要素值后，交由采集系統進行數字化處理。采集系統是自動氣象站的核心部件，主要作用是進行模擬轉換，形成規范數據，并實現定時存儲。微機系統下載和處理采集器中儲存的數據，得到溫濕度、風向風速、氣壓、降水量可用數據。供電系統為自動氣象站運行提供電力供應，配有可充電儲能電源，可連續工作15天。

2.2.5? 氣象預報服務業務平臺

移動氣象臺可通過上述多種方式進入氣象內網，完成與后方各端（遠端）的網間互聯，共享國家、省、市氣象內網上的各種數據和資源。從氣象業務角度看，它就是一個小型標準化氣象臺，為業務人員提供一個作業平臺。平臺上配有氣象預報、服務、產品分發等各類業務軟件，業務人員在此環境下，完成一般氣象臺的各項業務工作。

2.3? 綜合保障分系統

2.3.1? 供配電子系統

系統配備了完整、安全的車內外交直流配電系統，總功率可以基本滿足全車滿負荷情況下正常運行的要求，同時還有將近20%的余量。系統供電具有市電、自備柴油發電機、UPS三種供電方式。其中供配電系統主要由五部分組成，分別為柴油發電機、車載配電控制器、UPS、電源模塊和自動配電線路。由于系統供電方式有三種，可實現自動切換。供電設備在保持了市電優先不間斷供電能力的同時，在轉換電源的過程中可有效確保信息的完整性和準確性水平，并可實現對外供電。在有市電的情況下，車載系統可以通過市電220V、380V供電給設備使用，以380V為優先級。在野外沒有市電的情況下，車載系統可以通過車內配備的柴油發電機發電，供車內所有設備使用。UPS則是在市電供電或柴油機供電的狀況下，起到穩壓凈化系統電源的目的。在沒有市電和柴油機供電的情況下，借助于UPS則可以確保計算機、網絡等設備有充足的時間對之前未保存的文件、數據等信息進行儲存。

2.3.2? 環境保障子系統

系統提供正常工作中需要的冷、暖設備。充分考慮空調出水及出風口的滴水問題，配備強制排水功能，防止風道內積水。設備機柜上方安置回風口。出風道和回風道具有降噪設計。空調系統啟動時，保證車內設備系統正常工作。考慮到車載及固定安裝，系統配置兩臺天鵝軍用7kW風道空調（保證制冷功率大于10689W，制熱功率大于7571W）。

2.3.3? 安全子系統

由于大型應急移動氣象臺往往在惡劣天氣時進行野外作業，安全顯得尤為重要。為了確保其在雷雨天氣下可以正常使用，設計時考慮電源避雷、信號避雷和車體避雷。車體避雷采用在車頂最高處安裝避雷針的方法，以達到整體防雷的目的。所有避雷系統接地可靠。

接地銅棒選用3根ERITECH銅分子接合棒，其中一根與車體接地端直接相連，另兩根與之采用爪型方法接地。ERITECH銅分子接合接地銅棒容易打入地下，銅皮不破裂不脫落，可以有效防止腐蝕，且提供最低接地電阻。

2.3.4? 接口

車輛改裝外部接口分別設置電源接口窗、信號接口窗、桌面信息盒、艙壁接口板四種。

2.3.5? 配套設施

配套設施包含電源線纜和土木工具。其中電源線纜包括50m的220V電源線，一端為軍用航空插頭;50m的380V電源線，一端為軍用航空插頭;25m的接地線，為帶外皮的扁平蛇皮線纜。土木工具分別包含一把鎬、鐵錘、鐵鍬、多用斧頭。

3? 結? 論

綜上所述，通過對南通市大型應急移動氣象臺設計的研究，解決了多類關鍵技術問題，給出了一套先進、科學、合理、實用、較為完整的設計方案。依據本方案，南通市氣象局于2017年建成了南通市大型應急移動氣象臺系統，達到了國內先進、全省領先的水準。在近兩年的省、市、縣演練與實戰中，較好地完成了各種氣象災害及其次生災害的應急處置任務，為氣象服務于經濟社會的發展發揮了非常積極的作用。

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作者簡介：吳信明（1962-），男，漢族，江蘇如皋人，工程師，本科，研究方向：氣象探測裝備。